淺談地質(zhì)勘探中巖礦芯的采取

在地質(zhì)勘探中，從地下取出巖芯、礦芯以滿足地質(zhì)方面的要求，是進(jìn)行巖芯鉆探的主要目的之一。因?yàn)閹r、礦芯是計算礦產(chǎn)儲量和進(jìn)行地質(zhì)研究的依據(jù)。通過對它的觀察、鑒定和化驗(yàn)，可以了解礦體的厚度、埋藏深度、產(chǎn)狀、分布規(guī)律、礦物的組成、礦石的品位、化學(xué)成分、礦物與巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及水文地質(zhì)特性等。顯然，巖礦芯采取的數(shù)量與品質(zhì)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)儲量和礦山開采設(shè)計的準(zhǔn)確性與可靠性。

　　一、對巖礦芯質(zhì)量的要求

　　1、巖(礦)芯的采取率

　　巖(礦)芯的采取率是指在回次鉆進(jìn)過程中，實(shí)際取出的巖(礦)芯長度與實(shí)際鉆進(jìn)進(jìn)尺之比值。采取率反映出取上巖(礦)芯的數(shù)量，它越高越好。根據(jù)普查、勘探程度的不同，及鉆進(jìn)礦層巖層條件的不同，按要求各自有一定的巖礦芯采取率，才能滿足地質(zhì)方面的要求。對于巖礦芯采取率的一般要求是：巖芯不低于65%，礦芯不低于75%，如果不足應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)取。

　　2、完整性

　　所謂完整性即取出的巖芯，礦芯要保持其天然的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。如巖石的膠結(jié)狀態(tài)、孔隙度、層理、片理、原始接觸界面、礦物的顆粒形狀、大小等。以便劃分礦石類型，觀察其原生結(jié)構(gòu)和共生關(guān)系。所以要求在鉆進(jìn)時取上的巖芯，在退芯過程中盡量避免人為的破碎，顛倒和擾動。

　　3、純潔性

　　要求取上的巖礦芯不受外污的浸蝕，以免影響礦石的品位、品級和物理性能。如煤芯混入粘土，灰分增加，滑石混入泥漿，二氧化硅提高等。

　　4、避免選擇性磨損

　　巖礦芯的選擇性磨損，會使其內(nèi)在物質(zhì)成分發(fā)生變化，造成礦物人為的貧化和富集。從而歪曲原來的品位和品級，喪失其代表性。為了避免選擇性磨損，在礦層鉆進(jìn)時，一般都采用結(jié)構(gòu)性能好的鉆具，限制鉆進(jìn)時間和控制進(jìn)尺長度等方法和技術(shù)措施。

　　二、影響巖礦芯采取的因素

　　達(dá)不到巖礦芯采取率和品質(zhì)的因素很多，歸納起來，不外乎地質(zhì)方面和工藝技術(shù)方面的原因。因此，為了提高巖礦芯的采取，必須根據(jù)地質(zhì)條件，工藝技術(shù)的特點(diǎn)，找出一定的規(guī)律和相應(yīng)的措施。

　　1、地質(zhì)因素

　　影響巖礦芯采取的地質(zhì)因素主要有巖石的強(qiáng)度，硬度，完整度、膠結(jié)性，研磨性和易溶度等。鉆進(jìn)堅(jiān)硬，致密，完整的巖礦時，巖礦芯不怕沖刷，不怕鉆具振動。取出的巖礦，占完整能保持其原生結(jié)構(gòu)，而且采芯率也高，鉆進(jìn)松散、破碎、節(jié)理發(fā)育的巖礦時，取出的巖礦芯多呈粒狀，塊狀和粉狀。不僅原生結(jié)構(gòu)遭到破壞，而且?guī)r礦，占的采取率也低，甚至取不上巖礦芯，鉆進(jìn)研磨性強(qiáng)的地層時，切削具易磨鈍，鉆進(jìn)效率低，回次時間長，巖礦芯受外力作用時間也長，因而增加了巖礦芯振動破壞的可能性，也影響到巖礦芯采取的品級和采取率。

　　2、工藝技術(shù)因素

　　工藝技術(shù)因素主要是未能根據(jù)不同的地層條件合理地選擇鉆進(jìn)方法、鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)，取芯鉆具及沖洗液類型，因而影響到巖礦芯的采取品級和采取率。

　　3、巖礦芯取芯難易程度對巖礦層的分類

　　從取芯難易程度對巖礦層進(jìn)行分類的目的，是試圖根據(jù)巖礦層不同的物理力學(xué)性質(zhì)。不同的巖礦層組成及組織結(jié)構(gòu)等特性，研究相應(yīng)的基本符合實(shí)際情況的取芯方法和工具，從而力求使取芯數(shù)量和質(zhì)量上能滿足地質(zhì)要求。根據(jù)我國目前鉆探工作所遇到的巖礦層，可大致分為五類。分類提出了較為合理的取芯方法和工具。

　　在第一類巖礦層中鉆進(jìn)，采用一般的單管硬質(zhì)合金、鋼粒、金剛石鉆進(jìn)，用卡料或卡簧取芯都能達(dá)到圓滿的效果。因此，保證巖礦層采取質(zhì)量問題是要在二。三、四、五類巖礦層中，針對各類難取特性，采用適宜的專門取芯工具和方法，以達(dá)到對取芯質(zhì)量的要求。

　　三、提高巖礦芯采取質(zhì)量的鉆進(jìn)方法及工具

　　1、雙層巖芯管取芯鉆進(jìn)方法

　　具有內(nèi)外兩層巖芯管的鉆具稱為雙層巖鉆具。雙層巖芯管鉆具是目前提高巖礦芯采取率和采取品質(zhì)的重要工具，在復(fù)雜地層和金剛石鉆進(jìn)中應(yīng)用較為普遍。雙層巖芯管鉆具種類較多，但基本上可分為雙動雙管鉆具和單動雙管鉆具兩類。雙動雙管鉆具雙動雙管鉆具是在鉆進(jìn)過程中，內(nèi)巖芯管和外巖芯管部同時轉(zhuǎn)動的鉆具。―般用于鉆進(jìn)松散、易坍塌和怕沖刷的巖礦層。鉆進(jìn)時沖洗液由內(nèi)外管之間的環(huán)狀間隙進(jìn)入，然后由外管與孔壁之間的環(huán)狀間隙返出，因而避免了沖洗液對巖礦芯的直接沖刷，同時球閥3隔離了鉆桿內(nèi)沖洗液液柱的壓力，對巖礦互相擠壓和磨損的影響。因此，能夠保證足夠的巖礦芯采取率。雙動雙管一般都帶有兩個鉆頭，內(nèi)鉆頭和外鉆頭。為了保護(hù)巖礦芯不被沖洗液沖刷，內(nèi)鉆頭大都采用超前式。根據(jù)鉆進(jìn)的巖礦種不同，內(nèi)鉆頭的超前距離也不一樣，一般為30～50mm。巖層越松散、膠結(jié)性越差，超前距離就越大。

　　2、單動雙管鉆具

　　在鉆進(jìn)過程中，外管轉(zhuǎn)動而內(nèi)管不轉(zhuǎn)動的雙管鉆具稱為單動雙管鉆具。采用單動雙管鉆具可避免因鉆具轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的振動所造成巖礦芯的機(jī)械破碎。因而取芯質(zhì)量較高。在金剛石鉆進(jìn)和硬合金在礦層鉆進(jìn)時較為普遍采用。異徑接頭的外扣，連接帶有鉆頭和擴(kuò)孔器的外管。中部內(nèi)扣，連接心軸。內(nèi)管連同其下部的卡簧提斷器懸掛在心軸的軸承上。鉆進(jìn)時，外管隨異徑接頭回轉(zhuǎn)，內(nèi)管不轉(zhuǎn)，沖洗液通過異徑接頭上的六個斜開水孔，流經(jīng)內(nèi)、外管的環(huán)狀間隙沖洗孔底，隨著巖礦芯進(jìn)入，內(nèi)管上部的沖洗液經(jīng)回流閥、心軸中心孔和側(cè)開水眼流入內(nèi)、外管間隙?；卮谓K了，上提鉆具，借卡簧提斷器卡斷巖芯。單動雙管鉆具種類較多，孔內(nèi)地層條件不同選用的鉆具結(jié)構(gòu)也不一樣。

　　2、噴射式孔底反循環(huán)取芯鉆具

　　噴射式孔底反循環(huán)取芯鉆具，簡稱“噴反”鉆具，它是利用射流泵的工作原理來形成孔底反循環(huán)的。在松散、膠結(jié)性差、易磨損的巖礦中鉆進(jìn)時，由于孔底沖洗液呈反循環(huán)流動，將鉆頭破碎下來的巖屑和巖芯一旦收攏在巖芯管內(nèi)?；卮谓K了時停鉆停泵，巖芯管內(nèi)的巖屑和巖芯便會沉淀自行卡緊。這對于保護(hù)巖礦芯和提高采取率等方面有較好的效果。

　　3、繩索取芯鉆具

　　繩索取芯是不提鉆取芯方法，是一種新的取芯方法，即在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)內(nèi)巖芯管裝滿巖芯或巖芯堵塞時，不需要把孔內(nèi)全部鉆桿柱提升到地表，而借助專用的打撈工具用鋼絲繩從鉆桿柱內(nèi)把內(nèi)巖芯管撈取上來。只有當(dāng)鉆頭磨損需要檢查或更換時才提升全部鉆桿柱，從而顯著地減少了提下鉆的次數(shù)和升降鉆具的輔助時間。對巖芯鉆進(jìn)來說是一次重大技術(shù)改革。它的推廣使用，對提高現(xiàn)階段巖芯鉆探的鉆進(jìn)效率，加快地質(zhì)勘探速度具有重要意義。

　　4、全孔反循環(huán)取芯鉆進(jìn)

　　全孔反循環(huán)取芯鉆進(jìn)一種新的取芯技術(shù)。在鉆進(jìn)過程中，不需要專門的取芯工具，而是靠沖洗介質(zhì)(沖洗液、空氣或泡沫)在鉆桿柱內(nèi)的上升力，連續(xù)不斷地將巖芯或巖屑輸送到地表，經(jīng)過緩慢彎曲的導(dǎo)管進(jìn)入到巖芯收集箱中。反循環(huán)連續(xù)取芯是一種比較完善的取芯方法，它不需要停止鉆進(jìn)來專門進(jìn)行采芯工序，而是邊鉆進(jìn)邊取芯。因而，純鉆進(jìn)時間長，效率高。而臣，這種新的鉆進(jìn)方法不僅能夠取得100%的巖礦芯，而且也由于沖洗介質(zhì)的反向沖洗，巖芯在孔內(nèi)的時間短，受到破壞的程度輕，因而取芯的質(zhì)量好。同時，在鉆進(jìn)過程中能夠準(zhǔn)確地判斷礦層的埋藏深度和地層的換層界限，在地表又可以根據(jù)孔內(nèi)巖性的變化，隨時指導(dǎo)鉆探施工工作。