第七章岩矿心采取课件.ppt

工程钻探,第七章 岩矿心采取,钻探工程质量不仅直接影响着判断地质构造，评价矿产资源，提交矿产储量的准确性与可靠性，还影响到矿山开采设计的合理性。钻探工程6项质量指标是：岩矿心的采取和整理；钻孔弯曲与校正；孔深测量与校正；简易水文观测；原始报表；封孔与检验。其中，岩矿心的采取和钻孔弯曲尤为重要。,第七章 岩矿心采取,钻孔施工过程中获得岩矿样品是钻探的主要任务之一。钻探采集的有用矿物和围岩样品一般有岩心、岩粉以及专门密封的样品。这些样品用来进行地球化学分析和矿物岩石鉴定，岩矿物理力学性质测定，煤的含气性评价和岩土承载性能试验。在有些情况下还利用大量岩心样品进行选冶工艺试验。,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,一、对钻探采集岩矿心的要求,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,一、对钻探采集岩矿心的要求,对钻探采集岩矿心样品有要求：,(1)采取率：岩矿心采取率即实际取出的岩矿心长度与对应孔段实际钻进进尺比值的百分数。,采取率=100%,第七章 岩矿心采取,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,一、对钻探采集岩矿心的要求,对钻探采集岩矿心样品有要求：,(1)采取率：,第七章 岩矿心采取,岩矿心采取率反映了岩矿心数量的多少因此岩矿心采取率越高越好。但是，根据勘探程度和施工目的不同，对岩矿心采取率要求也不尽相同，其目的是为得到足够重量的岩、矿样，满足分析、鉴定和研究的需要。对岩矿心的一般要求是：可采矿层矿心采取率不低于75%，岩心不低于60%,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,一、对钻探采集岩矿心的要求,对钻探采集岩矿心样品有要求：,第七章 岩矿心采取,(2）完整性：取出的岩矿心应尽量避免人为的破坏要保持原生结构，以便确定岩矿层分层，观察其原生结构和共生关系。,（3）纯洁性：取出的岩矿心不受外物的浸蚀和污染，以免影响岩石和矿的物理化学性质指标。如当矿心混入泥浆时，灰分会增加。,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,一、对钻探采集岩矿心的要求,对钻探采集岩矿心样品有要求：,第七章 岩矿心采取,(4）尽量避免选择性磨损岩矿心，选择性磨损会使其内在物质成分发生变化，影响整个矿区矿的储量的计算和评价。,（5）采心部位取出的岩矿心孔深部位必须准确，上下顺序不能颠倒，否则易歪曲岩层所在层位的深度和厚度。,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,第七章 岩矿心采取,二、影响岩矿心采取的因素,影响因素可分为地质因素和人为因素两大方面。,地质因素：其中主要包括：强度、裂隙性、矿物组成的均匀性、各向异性、层理、片理、软硬互层、产状条件以及层面与钻孔轴线的交角等。对岩心采取率影响最大的是岩石强度，层面与钻孔斜交和裂隙性。如果岩矿石强度高、硬度大、结构均匀致密、构造完整、钻进中不怕冲刷、不怕振动，则易于得到完整性好和代表性强的岩矿心。,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,第七章 岩矿心采取,二、影响岩矿心采取的因素,影响因素可分为地质因素和人为因素两大方面。,如果岩矿层松散、软弱、破碎、胶结不良、软硬交替、裂隙多、节理片理发育，钻进时怕冲刷、怕振动、怕磨损、怕污染，岩矿心易成块状、粒状、粉状，则难以保证采取率和品质，有时甚至取不到岩矿心。,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,第七章 岩矿心采取,二、影响岩矿心采取的因素,影响因素可分为地质因素和人为因素两大方面。,人为因素分为技术因素和工艺因素，有时还包括组织管理因素，如操作人员技术不熟练、材料供应与技术保证不及时，工艺设计不正确等。,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,第七章 岩矿心采取,三、岩矿心按采取难易的分类,为了反映地质因素对岩矿心采取的影响，选择与之相适应的技术和工艺措施来提高岩矿心采取质量，根据取心难易程度的不同，大致可以将常见的岩矿层分为7类,1完整、致密、少裂隙的岩矿层这类岩矿层可钻性为4一12级。钻进时经得起振动，不易断裂破碎，耐磨性强，不怕冲刷，取心容易，采取率高，取出的岩心完整，代表性强。一般用单层岩心管取心即可。,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,第七章 岩矿心采取,三、岩矿心按采取难易的分类,2节理、片理、裂隙发育，硬或中硬，性脆易碎的岩矿层这类岩矿层可钻性为4一9级。钻进时若受钻具回转振动和冲洗液冲刷，则易破坏成碎块和细粒，相互磨损，导致岩矿心破碎流失。采集较完整的岩矿心困难，卡取也不容易。一般采用单动双管钻具取心。,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,第七章 岩矿心采取,三、岩矿心按采取难易的分类,3软硬不均，夹层多，性质不稳定的岩矿层这类岩矿层如薄煤层、氧化矿等。围岩与矿层，岩层与岩层之间可钻性级别相差悬殊。钻进中很易破碎和磨损，软弱部分粘结性差，怕冲刷，煤层还怕烧灼变质。一般采用单动双管和双动双管钻具取心。,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,第七章 岩矿心采取,三、岩矿心按采取难易的分类,4软，松散，破碎，胶结性差的岩矿层这类岩矿层可钻性为1一4级。松散易塌，胶结不良，钻进中易被冲蚀，岩矿心呈细粒、粉末状，也易烧灼变质。一般采用带半合管的单动双管取心。,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,第七章 岩矿心采取,三、岩矿心按采取难易的分类,5、易被冲洗液溶蚀和溶化的岩矿层,这类岩矿层如岩盐、冻土等，可钻性为2一4级。由于其可溶性，岩矿心常溶蚀成蜂窝状或完全解体，取不上岩心。因此要根据不同的盐类矿层采用饱和盐溶液作冲洗液，或选用无泵钻具，在缺水干早地区或冻土层也可用空气洗孔钻进。,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,第七章 岩矿心采取,三、岩矿心按采取难易的分类,6、怕污染的岩矿层,这类岩矿层如滑石、石墨矿等，钻进时岩屑或泥浆中的粘土颗粒混入矿心，会改变矿石的品位和成分。为防止污染可采用活塞式单动双管取心。地层完整时可用清水作冲洗液。在缺水地区也可用空气洗孔钻进。,第一节 岩矿心采取的要求和影响因素,第七章 岩矿心采取,三、岩矿心按采取难易的分类,7、淤泥和流砂类岩矿层对于这类岩矿层，用一般取心工具很难取上岩心。需用采用活阀式取样器。,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,常用的取心工具有单管取心、双动双管取心、单动双管取心和绳索取心等。,1、单层岩芯管钻具取芯单层岩芯管钻具简称单管钻具，它是最简单的取芯钻具。它卡取岩矿心的方法有4种，即卡料卡取、卡簧卡取、卡钻卡取和沉淀卡取。一般用于完整、致密、少裂隙的岩矿层。,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,1、单层岩芯管钻具取芯,1、卡料卡取法：它适用于当硬合金钻进或钢粒钻进在硬和中硬、完整、致密的岩矿层。其具体方法是在钻进回次终了时，从钻杆内向孔底投入卡料（小碎石、铁丝、钢粒等）卡紧扭断岩芯。,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,1、单层岩芯管钻具取芯,2、卡簧卡取法 也称提断器卡取法。此法是利用装于钻头上部的卡簧取芯装置。在回次终了，稍上提钻具，即可把岩芯卡住并拉断。它适于在岩芯完整、直径均匀的硬和中硬岩矿层中使用。,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,1、单层岩芯管钻具取芯,3、干钻卡取法 以硬合金钻头钻进松散、软质和塑性岩矿层时，若用卡料和卡簧都卡不住岩芯，则可用干钻法采取岩矿芯。即在回次终了时，停止送水，干钻进一小段（2030 cm)，利用未排除的岩粉来挤塞住岩矿芯，再通过回转将其扭断提出。,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,1、单层岩芯管钻具取芯,4、沉淀卡取法此法适用于反循环钻进。在回次终了，停止冲洗液循环，利用岩芯管内悬浮岩粉的沉淀，挤塞卡牢岩矿芯。松软、脆、碎的岩矿层中常使用沉淀卡取法。,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,2、双层岩芯管,双层岩芯管钻具由内外两层岩芯管组成。为了适应于钻进各类不同特点的岩矿层，双管钻具的结构分为双动双管钻具和单动双管钻具两大类。,双层岩芯管钻具是目前提高岩矿芯采取率和质量的重要工具。在复杂地层和金刚石钻进中，应用较为普遍。,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,2、双层岩芯管,1)、双动双管双动双管钻具是指具有内、外两层岩芯管，并在钻进时同时回转的取芯工具。此种钻具多用于硬质合金钻进，适用在可钻性为17级的松软、易坍塌、怕冲刷的岩矿层。该钻具一般有两个钻头，即内钻头和外钻头。为了保护岩矿心不被冲洗液冲刷，内钻头大都超前外钻头30-50mm,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,2、双层岩芯管,1)、双动双管,钻进中内、外管同时回转并破碎孔底岩石；冲洗液经双管接头的进水孔进人内、外管间的环状间隙，流至孔底冲洗孔底后再沿孔壁外环间隙返至地面，避免了对岩矿芯的直接冲刷，碎块也不易流失；内管中岩芯上部的冲洗液，随着岩矿的进入而冲开止逆阀，经回水孔排至外环间隙。由于止逆球阀的存在，隔离了上部水柱并防止了静水压力对岩矿芯的作用，缓和了磨损和避免了提钻时压脱岩矿芯。,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,2、双层岩芯管,1)、双动双管,1一双管接头，2一回水眼，3一止逆阀；4一球阀座，5一外管，6一内管，7一外管钻头，8-内管钻头,硬质合金双动双管钻具,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,2、双层岩芯管,2)、单动双管取心钻具,在钻进过程中，外管转动而内管不转动的双管钻具称为单动双管钻具。由于单动双管钻具避免了钻具转动而产生的摩擦和振动对岩矿心的机械破碎，因而取心质量高。,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,2、双层岩芯管,2)、单动双管取心钻具,1）普通单动双管钻具该钻具适用于可钻性为712级的完整和微裂隙或不均质和中等裂隙的岩矿层。,2）隔水单动双管钻具该钻具适用于可钻性为37级的中等硬度、破碎、节理发育、怕磨、怕振、怕冲刷的岩矿层。,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,2、双层岩芯管,2)、单动双管取心钻具,3）活塞单动双管钻具该钻具适用于可钻性为46级的松散、粉状、节理发育、怕污染的岩矿层。在滑石、石墨矿中取心效果尤其显著。,4）内管钻头超前单动双管钻具该钻具适用于可钻性为13级的松软的和夹矸少的煤系地层或易被冲毁的松散的矿层（如松散磷矿、氧化矿等）。,第二节 常用的取心工具和钻进方法,第七章 岩矿心采取,3、冲洗液孔底反循环钻具取心,由于冲洗液的反向循环，它与岩矿心进入岩心管的方向一致，避免了冲洗液对岩矿心的正面冲刷和液柱压力对岩矿心造成的挤夹和磨损，从而有利于岩矿心进入岩心管，减少流失和重复破碎；同时还能使岩矿心在岩心管呈悬浮状态，减轻相互研磨和选择性磨损，因此能够提高裂隙发育、破碎、性脆、软硬不均的岩矿层取心质量。,第三节 绳索取心钻具,第七章 岩矿心采取,绳索取心钻进：是在回次终了岩心装满岩心管时，不提升全套钻具，而是用带钢丝绳的打捞器从钻杆中把取心管提出，待把岩心取出后又从钻杆中把取心管投入到孔底。,绳索取心钻具：由单动双管岩心管和打捞器两大部分组成，双管部分由外管总成和内管总成组成。外管总成包括：弹卡挡头、弹卡室、稳定接头外管、扩孔器和钻头；内管总成包括：捞矛、弹卡、单动机构、调节机构、内管及卡取岩心机构。,第三节 绳索取心钻具,第七章 岩矿心采取,绳索取心的优点：1）极大地减少了起下钻具时间，增加纯钻进时间，机械化程度高，虽然绳索取心钻头壁更厚，机械钻速略低于普通钻头。但总的钻效提高了，且这种趋势随孔深的增大而增大。2）岩心堵塞后能即时报警，岩心采取率高，地质效果好。3）减少了提钻次数，钻杆与孔壁间隙小，钻头回转平稳，钻头寿命比普通钻头寿命高一倍左右。4）降低了钻探成本。,第三节 绳索取心钻具,第七章 岩矿心采取,缺点：1）要求钻杆的材质好，加工精度高，使钻杆成本加大；2）钻杆柱与孔壁间隙小，冲洗液阻力大；3）钻头壁较厚，切削孔底岩石的面积较大，因此，钻进时功耗大。,第四节 岩矿心装箱和保存,第七章 岩矿心采取,每个回次钻工从岩心管取出的岩矿心应清洗干净，装到专门的岩心箱中，以便运输和保存。,在岩心箱的每格中放置岩心时，一般从左到右，从上到下按顺序排放，在岩心箱侧面和纵向格子隔板上应该用箭头标明放置顺序，不允许按“蛇形”方式放置岩心。,第四节 岩矿心装箱和保存,第七章 岩矿心采取,岩心在岩心箱中应排列紧凑，岩心块之间不留空位，并且严格与钻孔剖面中岩石顺序相对应。破碎的或松散的岩矿心也应装在聚乙烯或布制的口袋中，以同样的方式放在岩心箱的格子里。迅速风化或解体的岩矿心，在一定情况下要用石蜡密封在纸筒、恒温器或有惰性气体的容器中。,第四节 岩矿心装箱和保存,第七章 岩矿心采取,在每个回次取出的岩心的终了位置，要放置木质岩心牌，隔开不同回次取出的岩心。岩心牌尺寸与岩心箱宽度一致。放置岩心牌处用标记标明在岩心箱纵向隔板上。在岩心牌上应写清楚本回次钻进的孔段深度和回次进尺长度，准确到0.01m。,第四节 岩矿心装箱和保存,第七章 岩矿心采取,岩心箱上要注明矿区名称、钻孔编号、取心孔段、深度等。装满岩心的岩心箱运送到专门的岩心库。岩心库应配备岩心加工设备（如纵向劈裂，纵向和横向锯切，用专门方法和仪器对加工破碎成粉末的岩心样品进行分选供作化验分析，制作岩石薄片等）和岩心贮存间，其中有专门推车、存取岩心器的机械化装置、岩心检查台以及与岩心有关的信息处理系统。,第四节 岩矿心装箱和保存,第七章 岩矿心采取,对于有代表性的岩心样品需要长期保存。一般由于多个钻孔勘探同一地层，所以没有必要把全部岩心都原封不动地保存起来。为了减少岩心加工的工作量和技术困难，一般对岩心进行缩减处理，并对剩下的岩心只保留标准标本。有些单位把每个钻孔的岩心样品加工成抛光的薄片，并放置在专门的有透明有机玻璃盖的铝盒内保存。,