第十章煤巖心的采取

第十章煤巖心的采取第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月鉆探工程質(zhì)量不僅直接影響著判斷地質(zhì)構(gòu)造，評價礦產(chǎn)資源，提交礦產(chǎn)儲量準(zhǔn)確性和可靠性，還影響到礦山開采設(shè)計的合理性。鉆探工程6項質(zhì)量指標(biāo)：巖礦心的采取和整理；鉆孔的彎曲度；校正孔深；簡易水文觀測；原始報表；封孔。

第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)對巖煤心采取的要求巖礦心的采取是進(jìn)行巖心鉆探的主要目的之一。煤田地質(zhì)勘探的巖煤心鉆探的要求質(zhì)量如下：（1）采取率巖煤心采取率即實際取出的巖煤心長度與對應(yīng)孔段實際鉆進(jìn)進(jìn)尺比例的百分?jǐn)?shù)。（2）完整性取出的巖煤心應(yīng)盡量避免人為破壞，要保持原生結(jié)構(gòu)，以便確定巖煤層分層，觀測其原生結(jié)構(gòu)和共生關(guān)系。第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）純潔性取出的巖煤心不受外物的浸蝕和污染，以免影響巖石和煤的物理化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。（4）盡量避免選擇性磨損巖沒心選擇性磨損，會使其內(nèi)在物質(zhì)成分發(fā)生變化，影響整個礦區(qū)煤的儲量的計算和評價。（5）采心部位取出的巖煤心孔深部位必須準(zhǔn)確，上下順序不能顛倒，否則易歪曲巖層所在層位的深度和厚度第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)影響巖煤心采取的因素影響巖煤心采取質(zhì)量的因素是多方面的，同時也是很復(fù)雜的。1.地質(zhì)因素地質(zhì)因素是指巖煤層的物理力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造對取心的影響，它包括巖石的強度、硬度、完整性、純潔性、研磨性和易溶度。2.工藝技術(shù)因素工藝技術(shù)的選擇必須適應(yīng)地層條件，否則，將影響巖煤心的采取。第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)常用的取心工具和鉆進(jìn)方法常用的取心工具有單管取心、雙動雙管取心、單動雙管取心和繩索取心等。一、雙動雙管取心鉆具

該鉆具是指具有內(nèi)、外兩層巖心管，并在鉆進(jìn)中同時回轉(zhuǎn)的取心工具。第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、單動雙管取心具

在鉆進(jìn)過程中，外管轉(zhuǎn)動而內(nèi)管不動的雙管鉆具稱為單管雙動鉆具。（一）阿氏鉆具主動用于煤層和1~3級松軟夾層、夾矸少的穩(wěn)定煤系地層鉆進(jìn)。其鉆進(jìn)效果良好，能夠取出完整的柱狀煤心和巖心。第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月它主要由異徑接頭、聯(lián)動裝置、緩沖裝置、單動裝置、內(nèi)外管、內(nèi)外鉆頭、巖心容納管和卡簧護(hù)心裝置等組成。

在采用阿氏單動雙管鉆具鉆進(jìn)時，一般選用5~6KN的壓力，80~150/mind的轉(zhuǎn)速，60~100l/min的沖洗液量的規(guī)程參數(shù)。第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）集氣式鉆具

在煤層鉆進(jìn)中，進(jìn)行瓦斯采樣是煤田地質(zhì)勘探中的一項重要工作。集氣式單動雙管鉆具是集氣式瓦斯采樣鉆具中的一種轉(zhuǎn)用于煤層鉆進(jìn)采取瓦斯和煤心。第10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月集氣式單動雙管鉆具的構(gòu)造如圖：

鉆具主要有外管、帶集氣室的內(nèi)管和帶緩沖器的聯(lián)動部分等組成。第11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）金剛石鉆具

金剛石單動雙管鉆具主要組成有：異徑接頭，單動裝置回流閥，內(nèi)、外管和卡心裝置等組成。如圖：第12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月三、繩索取心鉆具

繩索取心鉆進(jìn)是在回次終了，巖心裝滿巖心管時，不提升全套鉆具而是用鋼絲繩的打撈器從鉆桿中把取心管提出，待把巖心取出后又從鉆桿中把取心管投入到孔底。

第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）特點

1、鉆進(jìn)效率高：

由于減少了升降作業(yè)的反之時間，能使鉆進(jìn)時間相對增加，因而提高了臺月效率。

2、延長鉆頭壽命：

由于提鉆次數(shù)少，鉆頭損壞的機會也相應(yīng)減少，加之繩索取心鉆桿與孔壁的間隙小，鉆頭工作穩(wěn)定，因而提高了鉆頭的壽命。

3.、提高巖礦心采取率：

繩索取心比提鉆取心簡便得多，鉆進(jìn)過程中能夠做到遇堵即提，有利于提高巖礦心的采取率和質(zhì)量。第14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4、有利于孔內(nèi)安全和鉆穿復(fù)雜地層：這是由于鉆桿與孔壁間隙小，巖粉上升速度快，保證了孔底的清潔。加之提鉆次數(shù)減少，孔壁裸露機會少，所以有利于孔內(nèi)安全和穿過復(fù)雜地層。5、減少了勞動強度，降低了鉆探成本：繩索取心也存在一些缺點，如：要求鉆桿的材質(zhì)好，加工精度高，使鉆桿成本加大，鉆桿柱與孔壁間隙小，沖洗液阻力大，鉆頭壁較厚，切削孔底巖石的面積大，因此，鉆進(jìn)時耗大。第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）結(jié)構(gòu)原理

SC—56型鉆具，該鉆具分為單動雙層巖心管和打撈器兩部分。雙管部分由外管總成和內(nèi)管總成組成。外管總成包括：彈卡擋頭、彈卡室、穩(wěn)定接 頭（擴孔器）外管、擴孔器和鉆頭；內(nèi)管總成包括：撈矛、彈卡、單動機構(gòu)、調(diào)節(jié)機構(gòu)、內(nèi)卡及卡取巖心機構(gòu)。第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月繩索取心器機構(gòu)的工作原理：

1、撈矛機構(gòu)：有撈矛卡和卡簧組成。

取心時，打撈器在鉆桿內(nèi)下放到內(nèi)管總成上部，打撈鉤抓住撈矛，向上提升打撈器，回收卡筒上提，并向內(nèi)壓縮彈卡，使彈卡收攏，這樣內(nèi)管總成和外管脫離，從而把內(nèi)管總成提升上來

2、彈卡機構(gòu)：主要由彈卡架、彈卡、彈簧等部件 組成。

其作用是內(nèi)管坐到外管中時，彈卡借助脹簧的彈力脹開，貼在彈卡室的內(nèi)壁上，使鉆具實現(xiàn)定位。第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）緩沖機構(gòu)

由彈簧、鎖母、開口銷組成。當(dāng)拉斷巖 心時起保護(hù)內(nèi)管的作用。（4）單動機構(gòu)

由兩副軸承實現(xiàn)鉆具的單動。（5）調(diào)節(jié)機構(gòu)

內(nèi)管總成和外管總成的長度，通過下軸 和鎖母進(jìn)行微調(diào)，達(dá)到彈簧座端部與鉆頭內(nèi) 臺階所要求的間隙。

第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）打撈機構(gòu)又稱打撈器，

主要有打撈鉤、重錘和安全繩組成。打撈鉤在打撈內(nèi)管時用力夾持矛頭，重錘的作用是加速打撈器的下降速度，以節(jié)省打撈時間。安全繩是一段細(xì)繩，當(dāng)內(nèi)管因某種原因被卡死而提不上來時，可強力提斷安全繩，再提鉆處理。內(nèi)管是靠自重投放的，為了加快下降速度可借助水泵壓力推送。

第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月四、反循環(huán)鉆進(jìn)取心

在鉆探施工中，清洗介質(zhì)在孔底外環(huán)狀空間進(jìn)入，沖洗孔底并攜帶巖粉由內(nèi)環(huán)狀空間離開孔底的循環(huán)方式稱為反循環(huán)。反循環(huán)能避免沖洗液對巖礦心的正面沖刷和液柱對巖礦心的壓力所沖刷的擠壓和磨損，從而利于保全巖礦心，減少流失和減輕選擇性磨損。但是，由于巖心管內(nèi)水流起著嚴(yán)重的分選作用，比重、顆粒小，巖礦心容易向上流動，造成層次混亂。反循環(huán)鉆進(jìn)取心適用各類松散、破碎、怕沖刷的巖礦層，包括硬、脆、碎巖煤層。

第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）無泵孔底反循環(huán)

無泵孔底反循環(huán)鉆進(jìn)，就是不用水泵送水借助頻繁地上下提動鉆具，造成巖心管內(nèi)外壓力使孔內(nèi)液體形成局部反循環(huán)。實現(xiàn)孔底沖洗。

第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）噴射式孔底反循環(huán)

噴射式孔底反循環(huán)鉆進(jìn)是利用射流泵的工作原理來形成孔底反循環(huán)。第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)

反循環(huán)連續(xù)取心是利用不同的沖洗介質(zhì)（沖洗液、空氣或泡沫）把巖心和巖屑經(jīng)鉆桿的中心通道連續(xù)不斷地輸送到地表的鉆探方法。第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)煤心采取與補取一、煤心的采取

對煤心采取來說，首要的問題是確保見煤準(zhǔn)確，然后才能根據(jù)煤層的特性選用相應(yīng)的取煤工具，采取必要的技術(shù)措施，以達(dá)到采心要求。1、掌握見煤征兆

煤層在沉積過程中，巖性、巖相及所含化石等均有一定的規(guī)律。利用這一規(guī)律，認(rèn)真地分析地表、煤層露頭和已結(jié)束鉆孔的實際情況，來預(yù)測煤層：

第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）掌握標(biāo)志層，標(biāo)志層是在煤層上部的一定距離內(nèi)，普遍發(fā)育的，具有一定代表性的巖層，且厚度和巖性一般較穩(wěn)定。施工中采取到該層位的巖心時，可作為見煤的重要預(yù)兆。（2）掌握化石標(biāo)志，由于古地理環(huán)境的不同，煤系地層形成過程中動植物的生長與分布也不同。在煤炭地質(zhì)鉆探時，準(zhǔn)確掌握某些動植物化石賦存的特征層位距離的關(guān)系，可作為見煤預(yù)兆。（3）計算見煤深度，一般鉆頭加熱煤層時進(jìn)尺速度會加快，泵壓增高，鉆具回轉(zhuǎn)輕松，動力傳動皮帶運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，這些明顯征兆，有利判斷是否見煤。第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、煤層及煤層頂?shù)装邈@進(jìn)時的技術(shù)措施

①煤層鉆進(jìn)時，禁止卡料卡取巖心。煤層頂板松軟，破碎時，可采用雙管鉆進(jìn)，若煤層頂板堅硬時，必須采盡巖心后方可下入雙管進(jìn)煤層。下鉆前，檢查取心鉆具，應(yīng)使其轉(zhuǎn)動靈活，水路暢通，鉆頭高差合適，內(nèi)外管間隙要配合適當(dāng)。第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月②煤層鉆進(jìn)時技術(shù)參數(shù)要適當(dāng)，掌握均勻，嚴(yán)禁提動，回次末可適當(dāng)增加壓力，使煤心造成自然堵塞。沖洗液一定要符合要求，回次進(jìn)尺不能過大。③煤層及頂?shù)装邈@進(jìn)時，要切實做好判層工作，提前下見煤預(yù)告。限制回次進(jìn)尺，一回次不超過一米，每層煤的第一鉆程不得超過0.5m。④取出煤心后，要準(zhǔn)確丈量，按順序排列。編號，并用塑料口袋裝好封住以備采樣。⑤凡打丟、打薄可采煤層，按規(guī)定采取補救措施。第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、巖煤心的補取

巖煤心施工中，由于種種原因，往往提出的巖煤心采取率不夠或打丟煤層，影響對煤炭資源的評價，嚴(yán)重的可能造成鉆孔報廢。因此必須進(jìn)行巖煤心補取。（一）撈取巖心的方法

在硬、脆、碎的巖層中，如巖心未被取上來，可用單管、雙管或噴反鉆具進(jìn)行撈取孔底殘留巖心工作。常用撈取鉆頭有：鋼繩鉆頭、

彈簧片鉆頭、膠皮抓鉆頭、卡簧巖心撈取器。第30頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）孔壁取樣

當(dāng)煤層的層位和層厚清楚，煤層被打丟、打薄或燒灼變質(zhì)時，可常用孔壁取樣的方法補取煤樣以滿足化驗的要求。第31頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的取樣器有以下幾種：1、刮煤器

補取煤心時，將鉆具下到預(yù)定的刮煤孔段后開泵送水，膠皮活塞在泵壓的作用下，克服彈簧的彈力，推動齒桿向下移動，齒桿上的齒條驅(qū)使刀架上帶齒刮刀向兩側(cè)張開，接觸孔壁，借助鉆具的回轉(zhuǎn)刮落孔壁上的煤，刮下的煤塊落入取樣器筒中，停泵后，在彈簧的作用下活塞帶動齒桿向上移動，刮刀收攏，即可提出煤樣。

第32頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

使用這種刮煤器時，下井前要做壓力試驗，使刮刀伸張自由，無蹩現(xiàn)象，刮煤時轉(zhuǎn)速要控制在60~80r/min，最大不要超過100r/min,以免使刮刀折斷；提鉆前，需要在孔壁內(nèi)靜止10~20min，以便煤屑充分沉淀。第33頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、水力沖煤器

采取煤樣時，借助由噴嘴噴出的高速水流沖擊煤層，被沖下來的煤塊落入煤筒內(nèi)。若煤質(zhì)較硬沖不上來時，可采用孔內(nèi)放炮法振松煤層。

第34頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3、壓煤器

使用時，首先下到取煤層位，再通過鉆桿使導(dǎo)桿沿滑鍵下移，迫使取煤筒沿偏斜管的斜面下滑，強行壓入孔壁中，使煤樣擠入取煤筒內(nèi)后提出孔外，若取樣數(shù)量不足，可更換取煤筒，改變?nèi)硬课唬龠M(jìn)行補取。第35頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）人工偏斜補取

當(dāng)需要補取礦心并且上述方法達(dá)不到補樣要求時，可采用