浅谈地质勘探中岩矿芯的采取

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　　摘要：在钻探工作中，不仅要求钻探效率，而且也必须重视采芯质量，力求取出的岩矿芯能最大限度地保持其原生结构和含矿的晶级。本文首先介绍了地质勘探中对岩矿芯质量的要求，然后介绍了影响岩矿芯采取的一些因素，最后详细介绍了提高岩矿芯采取质量的钻进方法及工具。
　　关键词：地质勘探；岩矿芯；采取
　　
　　在地质勘探中，从地下取出岩芯、矿芯以满足地质方面的要求，是进行岩芯钻探的主要目的之一。因为岩、矿芯是计算矿产储量和进行地质研究的依据。通过对它的观察、鉴定和化验，可以了解矿体的厚度、埋藏深度、产状、分布规律、矿物的组成、矿石的品位、化学成分、矿物与岩石的结构构造以及水文地质特性等。显然，岩矿芯采取的数量与品质直接影响着判断地质构造，评价矿产资源，提交矿产储量和矿山开采设计的准确性与可靠性。
　　一、对岩矿芯质量的要求
　　1、岩(矿)芯的采取率
　　岩(矿)芯的采取率是指在回次钻进过程中，实际取出的岩(矿)芯长度与实际钻进进尺之比值。采取率反映出取上岩(矿)芯的数量，它越高越好。根据普查、勘探程度的不同，及钻进矿层岩层条件的不同，按要求各自有一定的岩矿芯采取率，才能满足地质方面的要求。对于岩矿芯采取率的一般要求是：岩芯不低于65%，矿芯不低于75%，如果不足应进行补取。
　　2、完整性
　　所谓完整性即取出的岩芯，矿芯要保持其天然的结构和构造。如岩石的胶结状态、孔隙度、层理、片理、原始接触界面、矿物的颗粒形状、大小等。以便划分矿石类型，观察其原生结构和共生关系。所以要求在钻进时取上的岩芯，在退芯过程中尽量避免人为的破碎，颠倒和扰动。
　　3、纯洁性
　　要求取上的岩矿芯不受外污的浸蚀，以免影响矿石的品位、品级和物理性能。如煤芯混入粘土，灰分增加，滑石混入泥浆，二氧化硅提高等。
　　4、避免选择性磨损
　　岩矿芯的选择性磨损，会使其内在物质成分发生变化，造成矿物人为的贫化和富集。从而歪曲原来的品位和品级，丧失其代表性。为了避免选择性磨损，在矿层钻进时，一般都采用结构性能好的钻具，限制钻进时间和控制进尺长度等方法和技术措施。
　　二、影响岩矿芯采取的因素
　　达不到岩矿芯采取率和品质的因素很多，归纳起来，不外乎地质方面和工艺技术方面的原因。因此，为了提高岩矿芯的采取，必须根据地质条件，工艺技术的特点，找出一定的规律和相应的措施。
　　1、地质因素
　　影响岩矿芯采取的地质因素主要有岩石的强度，硬度，完整度、胶结性，研磨性和易溶度等。钻进坚硬，致密，完整的岩矿时，岩矿芯不怕冲刷，不怕钻具振动。取出的岩矿，占完整能保持其原生结构，而且采芯率也高，钻进松散、破碎、节理发育的岩矿时，取出的岩矿芯多呈粒状，块状和粉状。不仅原生结构遭到破坏，而且岩矿，占的采取率也低，甚至取不上岩矿芯，钻进研磨性强的地层时，切削具易磨钝，钻进效率低，回次时间长，岩矿芯受外力作用时间也长，因而增加了岩矿芯振动破坏的可能性，也影响到岩矿芯采取的品级和采取率。
　　2、工艺技术因素
　　工艺技术因素主要是未能根据不同的地层条件合理地选择钻进方法、钻进规程参数，取芯钻具及冲洗液类型，因而影响到岩矿芯的采取品级和采取率。
　　3、岩矿芯取芯难易程度对岩矿层的分类
　　从取芯难易程度对岩矿层进行分类的目的，是试图根据岩矿层不同的物理力学性质。不同的岩矿层组成及组织结构等特性，研究相应的基本符合实际情况的取芯方法和工具，从而力求使取芯数量和质量上能满足地质要求。根据我国目前钻探工作所遇到的岩矿层，可大致分为五类。分类提出了较为合理的取芯方法和工具。
　　在第一类岩矿层中钻进，采用一般的单管硬质合金、钢粒、金刚石钻进，用卡料或卡簧取芯都能达到圆满的效果。因此，保证岩矿层采取质量问题是要在二。三、四、五类岩矿层中，针对各类难取特性，采用适宜的专门取芯工具和方法，以达到对取芯质量的要求。
　　三、提高岩矿芯采取质量的钻进方法及工具
　　1、双层岩芯管取芯钻进方法
　　具有内外两层岩芯管的钻具称为双层岩钻具。双层岩芯管钻具是目前提高岩矿芯采取率和采取品质的重要工具，在复杂地层和金刚石钻进中应用较为普遍。双层岩芯管钻具种类较多，但基本上可分为双动双管钻具和单动双管钻具两类。双动双管钻具双动双管钻具是在钻进过程中，内岩芯管和外岩芯管部同时转动的钻具。―般用于钻进松散、易坍塌和怕冲刷的岩矿层。钻进时冲洗液由内外管之间的环状间隙进入，然后由外管与孔壁之间的环状间隙返出，因而避免了冲洗液对岩矿芯的直接冲刷，同时球阀3隔离了钻杆内冲洗液液柱的压力，对岩矿互相挤压和磨损的影响。因此，能够保证足够的岩矿芯采取率。双动双管一般都带有两个钻头，内钻头和外钻头。为了保护岩矿芯不被冲洗液冲刷，内钻头大都采用超前式。根据钻进的岩矿种不同，内钻头的超前距离也不一样，一般为30～50mm。岩层越松散、胶结性越差，超前距离就越大。
　　2、单动双管钻具
　　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。采用单动双管钻具可避免因钻具转动而产生的振动所造成岩矿芯的机械破碎。因而取芯质量较高。在金刚石钻进和硬合金在矿层钻进时较为普遍采用。异径接头的外扣，连接带有钻头和扩孔器的外管。中部内扣，连接心轴。内管连同其下部的卡簧提断器悬挂在心轴的轴承上。钻进时，外管随异径接头回转，内管不转，冲洗液通过异径接头上的六个斜开水孔，流经内、外管的环状间隙冲洗孔底，随着岩矿芯进入，内管上部的冲洗液经回流阀、心轴中心孔和侧开水眼流入内、外管间隙。回次终了，上提钻具，借卡簧提断器卡断岩芯。单动双管钻具种类较多，孔内地层条件不同选用的钻具结构也不一样。
　　2、喷射式孔底反循环取芯钻具
　　喷射式孔底反循环取芯钻具，简称“喷反”钻具，它是利用射流泵的工作原理来形成孔底反循环的。在松散、胶结性差、易磨损的岩矿中钻进时，由于孔底冲洗液呈反循环流动，将钻头破碎下来的岩屑和岩芯一旦收拢在岩芯管内。回次终了时停钻停泵，岩芯管内的岩屑和岩芯便会沉淀自行卡紧。这对于保护岩矿芯和提高采取率等方面有较好的效果。
　　3、绳索取芯钻具
　　绳索取芯是不提钻取芯方法，是一种新的取芯方法，即在钻进过程中，当内岩芯管装满岩芯或岩芯堵塞时，不需要把孔内全部钻杆柱提升到地表，而借助专用的打捞工具用钢丝绳从钻杆柱内把内岩芯管捞取上来。只有当钻头磨损需要检查或更换时才提升全部钻杆柱，从而显著地减少了提下钻的次数和升降钻具的辅助时间。对岩芯钻进来说是一次重大技术改革。它的推广使用，对提高现阶段岩芯钻探的钻进效率，加快地质勘探速度具有重要意义。
　　4、全孔反循环取芯钻进
　　全孔反循环取芯钻进一种新的取芯技术。在钻进过程中，不需要专门的取芯工具，而是靠冲洗介质(冲洗液、空气或泡沫)在钻杆柱内的上升力，连续不断地将岩芯或岩屑输送到地表，经过缓慢弯曲的导管进入到岩芯收集箱中。反循环连续取芯是一种比较完善的取芯方法，它不需要停止钻进来专门进行采芯工序，而是边钻进边取芯。因而，纯钻进时间长，效率高。而臣，这种新的钻进方法不仅能够取得100%的岩矿芯，而且也由于冲洗介质的反向冲洗，岩芯在孔内的时间短，受到破坏的程度轻，因而取芯的质量好。同时，在钻进过程中能够准确地判断矿层的埋藏深度和地层的换层界限，在地表又可以根据孔内岩性的变化，随时指导钻探施工工作。
　　参考文献
　　[1] 李剑峰. 金刚石钻头在火成岩钻进中的应用[J]. 凿岩机械气动工具, 2008, (01) .
　　[2] 贺永忠. 采用金刚石钻进工艺提高钻探效益[J]. 西部探矿工程, 2003, (05)
　　
　　
　　

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