钻探工艺技术 第六章 岩矿心采取

第六章岩(矿)心采取第一节对岩(矿)心采取质量的基本要求一、岩(矿)心在地质勘探中的意义采取岩(矿)心是岩心钻探的主要目的，是检验钻孔质量的一项重要指标。

通过对岩(矿)心的观察、鉴定、化验和分析，可以了解矿体的埋藏深度、厚度、产状、分布规律、矿物组成、矿石品位、化学成分、矿物与岩石的结构构造，矿石的选冶性能和水文地质特性等。

由此可见，岩(矿)心采取数量的多少，品质的好坏，直接影响判断地质构造，评价矿产资源，提交矿产储量和矿山开采设计的准确性和可靠性。

因此，在钻探施工中，不仅要求提高钻进效率，而且要求重视采心质量，力求准确地从钻孔中采取能够全面代表相应孔段岩(矿)层的岩(矿)心，在数量上要有足够的体积，在质量上能够保持原生结构和含矿品位。

即保证取上的岩(矿)心具有最大的代表性。

二、地质勘探对岩(矿)心的基本要求岩心钻探中。

为了正确反映岩(矿)心的代表性，对岩(矿)心质量有如下基本要求：(一)采取率取出的岩(矿)心长度与对应孔段实际进尺长度的百分比称为岩(矿)心采取率。

根据普查，勘探程序不同，及钻进矿层、岩层的不同，按要求各自有一定的岩(矿)心采取率，才能保证得到足够数量的岩(矿)样品，以满足分析、鉴定和研究的要求。

岩(矿)心采取率的一般要求：岩心采取率不低于65％；矿心采取率(按可采层计算)分层不低于75％。

由于矿床类型和各矿种的具体要求不同，其采取率的标准应根据情况由地质、钻探、水文地质等部门共同商订。

(二)完整度采取的岩(矿)心要保持天然的结构和构造，如矿物颗粒形状、大小、胶结状态、孔隙度、层理、片理、原始接触界面等，以反映矿物，岩石的真实性，便于划分矿石类型，观察原生矿物结构与共生关系。

因此，为便于实地进行观察必须防止人为的破坏、扰动、颠倒。

(三)纯洁性要求取出的岩(矿)心不受外来物质的侵蚀、污染和渗进，以免影响矿石的品位和品级，或影响矿物的物理性质。

如煤心中混入粘土后，灰份增加；滑石中混入泥浆后，二氧化硅提高；孔壁掉块，可能形成假心等。

(四)避免选择性磨损钻取的矿心应尽量避免内在物质成份发生变化。

选择性磨损往往使矿心人为贫化、富集或变质，从而歪曲原来的品位和品级。

如：钼、石墨、云母、石棉等矿石，由于质量轻、呈鳞片状、纤维状、薄片状，很容易流失，造成人为贫化；金、铜、黄铁矿、铅锌、汞等矿石，因比重大，呈结晶状、颗粒状，易于残留，造成人为富集；钾盐、岩盐、芒硝等矿石，遇水溶解，易于淋蚀，造成品位下降；而煤心烧灼变质则会使其品级降低。

(五)取心部位准确要求取出岩(矿)心的位置准确，是为了得到岩(矿)层准确的埋藏深度、厚度和产状，以准确地计算矿产储量和确定地质构造。

第二节影响岩(矿)心采取质量的因素为了提高岩(矿)心采取率和岩(矿)心品质，就必须全面地了解影响岩(矿)心采取质量的因素，根据岩(矿)层的具体特性，找出一定的规律，采取相应的措施。

影响岩(矿)心采取数量与质量的因素很多，但归纳起来不外乎地质方面的(客观的)因素和技术与组织方面的(主观的)因素。

现分别叙述如下：一、地质因素钻进完整、坚硬、致密、均匀、稳定而又不怕冲洗液冲刷、不怕钻具振动的岩(矿)层时，采取岩(矿)心比较容易，而且岩(矿)心多呈柱状，易于得到完整的、代表性高的岩(矿)心。

但是，钻进节理发育、松散、破碎、经过构造错动、风化破坏、胶结性差或岩质酥脆的岩(矿)层时，岩(矿)心易被冲毁、搅碎、磨细、淋蚀和污染，岩(矿)心往往呈块状、粒状，片状、粉状、甚至淋蚀和流失。

这类岩(矿)层不易获得有足够代表性的岩(矿)心，甚至取不到岩(矿)心。

地质条件是客观因素，可以通过不断研究它，认识它，掌握和利用它们的规律和特点，选用适应地质条件的取心方法和工具，改进操作技术，减少或消除客观因素的影响，不断提高岩(矿)心的采取质量。

二、工艺技术因素工艺技术因素是人为的因素，它对岩(矿)心采取质量起着决定性的作用。

影响岩(矿)心采取率与品质的工艺技术因素有如下几方面：(一)钻进方法同一种岩(矿)层，采用的钻进方法不同，其岩(矿)心采取质量也不相同。

金刚石钻进，效率高，岩(矿)心光滑完整，所以能获得比任何其它钻进方法都高的采取率，而且岩(矿)心的代表性也好。

就是在硬、脆、碎地层中，采用金刚石双管钻进，也可获得足够的采取率和较好的完整度。

硬质合金钻进，克取岩石比较平稳，孔壁间隙也较小，振动较轻，岩(矿)心直径较粗，抗破碎能力较强，易成柱状或大块状，易于卡取，采取率和代表性都比较好。

但用硬质合金钻进钨矿和钴矿，切削研磨材料在一定程度上会影响矿石的品位。

钢粒钻进，钻具振动剧烈，钻头克取岩石的环状面积较大，岩(矿)心较细，容易折断呈块状，若是岩性酥脆、软硬不均或软硬变化频繁，则容易产生选择性磨损，且用来钻进铁矿时，其切削研磨材料在一定程度上也会影响矿石的品位。

因此，钢粒钻进从岩(矿)心采取角度看不如其他钻进方法好。

由于钢粒钻进对岩(矿)心的破坏作用较大，硬质合金钻进较轻，金刚石钻进最小。

因此，必须根据矿区的地层条件和岩(矿)层的物理机械性质来选用相应的钻进方法，在条件允许的情况下应尽量选用金刚石钻进。

(二)钻头结构钻头直径对岩(矿)心采取质量有很大影响，钻头直径愈大，则岩(矿)心直径愈粗，抗破碎强度也愈大，易于保持完整度，也便于卡取。

但是，钻头直径愈大，孔底克取面积大，所需孔底压力增加，钻进时钻具振动加剧，对岩(矿)心的破坏作用也大。

同时，克取面积大，在设备条件受限的条件下钻速必然降低，从而增加了岩(矿)心在孔底的破坏时间。

因此，不能片面地用大口径的办法来提高岩(矿)心的采取质量。

近年来，广泛采用金刚石和硬质合金小口径钻进的经验表明，钻孔口径59mm，采用双管钻进取出的岩(矿)心，与大口径钻进取出的岩(矿)心对比，矿石品位不但没有降低，而且还稍有提高。

但是，钢粒钻进必须采用大口径，否则岩(矿)心采取质量不易保证。

钢粒钻进终孔口径规定不小于75mm，就是这个道理。

钻头加工和镶焊质量对岩(矿)心的采取质量也有很大影响。

金刚石钻头和硬质合金钻头的结构要素与所钻进的岩(矿)层性质相适应，可以加快钻进速度，缩短岩(矿)心在管内的破坏时间，有利于提高采取率和完整度。

钻头加工质量愈好，钻头与岩心管同心度愈高，则钻具回转时愈平稳，愈会减轻对岩(矿)心的破坏作用，钻头内上端锥度适当，既利于岩(矿)心进人岩心管。

也利于放置各种式样的岩心提断器和投卡料后卡住岩(矿)心。

钻头水口的大小不仅对清除孔底岩粉，提高钻进效率和冷却钻头有密切关系，而且对保护岩(矿)心，减少其破坏程度等也具有一定的作用，尤其是钢粒钻进破碎岩层时，钻头水口不宜过大，钻头体的长度也应适当缩短，否则会影响岩(矿)心的采取。

(三)取心工具结构岩(矿)层的类别不同，其物理机械性质也不同，所采用的取心工具结构也应灵活多样，这样才能最大限度地保证岩(矿)心的采取质量。

根据岩(矿)层怕冲、淋蚀、振动、磨损、污染、脱落等不同特点，应选用具有隔水、避振、减磨、防污、卡心牢固等不同的取心工具。

此外，金刚石钻进，取心卡簧的规格要合乎要求，才能可靠地卡住和提取岩(矿)心，否则也对提高采取率不利。

(四)钻进技术参数采用不同的钻进技术参数。

对提高岩(矿)心质量有极大的影响。

孔底压力过大，钻进过快或不均匀，对松散、粘性大的岩(矿)层，则易糊钻、堵塞或烧钻；对硬岩，则易使钻头变形，引起岩(矿)心破碎，同时，压力过大还加剧了钻具的弯曲和振动，从而使岩(矿)心受到强烈的机械破坏。

孔底压力不足，则进尺缓慢，增长了岩(矿)心受破坏作用的时间。

转速过高，钻具受离心力作用大，其振动、摆动也大，对岩(矿)心破坏作用加剧。

转速过低，则钻速也低，岩(矿)心受破碎作用的时间延长。

冲洗液量过大，流速增加，冲刷力也大，会加剧岩(矿)心被冲毁和磨耗的破坏作用。

循环方式的不合理，也会造成岩(矿)心被冲刷破坏和重复磨损。

冲洗液中的某些成分对有的矿种岩(矿)心有污染作用。

采用清水和普通泥浆钻进盐类矿床时，矿心会受到淋滤与溶蚀。

钢粒钻进，投砂量过多，钢粒直径过大，易扩大孔径和磨细岩(矿)心，加大钻具振动幅度，加剧岩(矿)心的破坏。

回次时间和回次长度对岩(矿)心的破坏都有影响。

一般来说，回次时间越长，回次进尺越多，则岩(矿)心被破坏、磨损、分选和污染的机会也就越多，相应会降低岩(矿)心的采取率、完整度和纯洁性，增加选择性磨损，尤其是硬、脆、碎地层，影响更大。

总之，不同的钻进技术参数对岩(矿)心采取质量有很大的影响。

因此，对钻进技术参数选择，既要考虑提高钻进速度的要求也要考虑取心的需要。

(五)操作技术钻进操作不当，或操作方法不正确，也会造成岩(矿)心破坏。

降低取心质量。

例如：(1)钻进中提动钻具次数过多，过高，促使岩(矿)心破坏。

岩(矿)心脱出岩心管掉入孔底。

会造成重复破碎，或者引起岩心堵塞，形成自磨，降低采取率和品质。

(2)盲目追求进尺，延长回次时间，会增加对岩(矿)心的自磨和钻具振动破坏的时间。

(3)采心方法不当，或卡取不牢，或提钻过猛。

会造成孔内残留岩心过多或中途脱落，再次套取时受到重复破碎。

干钻掌握不当，使岩(矿)心受到严重挤压。

或烧灼变质。

(4)下钻过猛，直插孔底，将孔内岩粉、掉块挤入岩心管造成假岩心。

(5)退心时，过分敲打，岩心紊乱，造成岩(矿)心的人为破碎和上下顺序颠倒，影响了岩(矿)心的完整度，歪曲了岩(矿)心层次。

第三节 采取岩(矿)心的一般方法对于完整的或容易保证取心质量的岩(矿)层，一般采用普通单管钻具钻进，并根据岩(矿)心性质的不同，采用以下几种方法卡取岩(矿)心。

一、卡料卡取法卡料卡取岩(矿)心是现场最常用的最简单的一种方法，它适用于硬质合金和钢粒钻进中硬和硬的岩(矿)层。

按照卡料的种类不同，可分为卡石卡取法和铅丝卡取法。

(一)卡石卡取法，卡石卡取岩(矿)心，通常用于硬质合金钻进可钻性4～7级的岩(矿)层。

常用卡石材料是硬石块、碎瓷块、碎玻璃等，卡料硬度应与岩(矿)心相适应、硬度太大易挤碎岩(矿)心，硬度太小会被岩(矿)心磨损而卡不住岩(矿)心。

卡石大小应根据钻头与岩(矿)心之间的实际环状间隙来选择，一般是2～5mm 且粒径不等。

投入量约为100cm 3左右。

在投卡石采心时，先将钻具提离孔底70～100mm ，再把卡石按小、中、大颗粒的顺序从水接头中投下，为了防止中途堵塞，必须一边慢投，一边用铁锤不断敲打孔口钻杆。

卡石投完后，再开泵用小水量冲，待水流畅通后，再逐渐加大水量，静等几分钟后，将钻具放到孔底。

如泵压增高，并有蹩水现象，证明卡石已到钻头部分。

此时停泵开车数转，即可扭断岩(矿)心。

每次采心后，应立即试验采取效果。

方法是：把钻具提离孔底1～2m ，再慢慢下降，如能顺利落到孔底，证明岩(矿)心已全部采上；如放不到孔底，则证明下部为残留岩(矿)心阻挡。