岩土钻掘工程学 第7章.pptx

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1、岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程 第七章第七章 土样与岩矿心的采土样与岩矿心的采取取(ciq)(ciq)1 1、土样的采取、土样的采取 2 2、岩矿心采取、岩矿心采取 3 3、常用取心工具及方法、常用取心工具及方法 4 4、绳索、绳索(shn su)(shn su)取心工具取心工具 5 5、反循环钻进取心、反循环钻进取心 6 6、采集岩粉和补取岩样、采集岩粉和补取岩样国家(guji)精品课程2/8/2023中国地质大学勘查教研室第一页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程第一节第一节 土样的采取（另一门课程将展开土样

2、的采取（另一门课程将展开(zhn ki)(zhn ki)，自习），自习）第二节第二节 岩矿心采取岩矿心采取钻探工程是获得实物地质资料的唯一手段，直接影响着判断地质构造、钻探工程是获得实物地质资料的唯一手段，直接影响着判断地质构造、岩层性质、矿产资源及水文地质与工程地质的准确性与可靠性。岩层性质、矿产资源及水文地质与工程地质的准确性与可靠性。对提交地质调查及矿产储量有重要意义；对提交地质调查及矿产储量有重要意义；工程地质勘察中取岩土样，了解地层的物理力学性质；工程地质勘察中取岩土样，了解地层的物理力学性质；抽心验桩时，取心样以检查桩基的质量；抽心验桩时，取心样以检查桩基的质量；硬岩层中钻大直径钻

3、孔时，为提高钻速也可采取取心钻进以获取比全硬岩层中钻大直径钻孔时，为提高钻速也可采取取心钻进以获取比全面钻进更高的钻进效率。面钻进更高的钻进效率。因此，如何从钻孔中取出、取全、取准可靠的实物地质样品是钻探工因此，如何从钻孔中取出、取全、取准可靠的实物地质样品是钻探工作的关键技术之一。作的关键技术之一。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第二页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程一一 、岩矿心采取的基本要求、岩矿心采取的基本要求1 1、岩、岩(矿矿)心的采取率心的采取

4、率岩岩(矿矿)心的采取率是指在回次钻进过程中，实际取出的岩心的采取率是指在回次钻进过程中，实际取出的岩(矿矿)心长度与心长度与实际钻进进尺的比值。实际钻进进尺的比值。对岩矿心采取率要求也不同，一般：岩心不低于对岩矿心采取率要求也不同，一般：岩心不低于6565，矿心不低于，矿心不低于7575，如果不足应进行如果不足应进行(jnxng)(jnxng)补取。补取。2 2、完整性、完整性 取出的岩心、矿心要保持其天然的结构和构造。以便划分矿石类型，观取出的岩心、矿心要保持其天然的结构和构造。以便划分矿石类型，观察其原生结构和共生关系。在钻进取岩矿心尽量避免人为的破碎、察其原生结构和共生关系。在钻进取岩

5、矿心尽量避免人为的破碎、颠倒和扰动。颠倒和扰动。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第三页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程3 3、纯洁性、纯洁性取上的岩矿心不受外污的浸蚀，以免影响矿石的品位、物理性能等。取上的岩矿心不受外污的浸蚀，以免影响矿石的品位、物理性能等。4 4、避免选择性磨损、避免选择性磨损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(pn hu)(pn hu)和富集。歪曲原来的品位和

6、品级，丧失其代表性。和富集。歪曲原来的品位和品级，丧失其代表性。5.5.取心部位准确取心部位准确要求取上岩矿心的位置准确，为了得到岩矿层准确的埋藏深度、厚要求取上岩矿心的位置准确，为了得到岩矿层准确的埋藏深度、厚度和产状、以准确地计算度和产状、以准确地计算 矿产储量和确定其地质构造。矿产储量和确定其地质构造。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第四页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程二、影响岩矿心采取率与品质二、影响岩矿心采取率与品质(pnzh)(pnzh)的因素

7、的因素1.1.自然因素自然因素 地质因素主要有岩石的强度、硬度、完整度、胶结性、地质因素主要有岩石的强度、硬度、完整度、胶结性、研研磨性和易溶度等。钻进坚硬、致密、完整的岩矿时，岩磨性和易溶度等。钻进坚硬、致密、完整的岩矿时，岩矿心矿心不怕冲刷、振动，取出的岩矿心完整，采心率高，能保不怕冲刷、振动，取出的岩矿心完整，采心率高，能保持其持其原生结构。钻进松散、破碎、节理发育的岩矿时，取出原生结构。钻进松散、破碎、节理发育的岩矿时，取出的岩的岩矿心多呈粒状、块状和粉状，不仅原生结构遭到破坏，矿心多呈粒状、块状和粉状，不仅原生结构遭到破坏，而且而且岩矿心的采取率也低，甚至取不上岩矿心；钻进强研磨岩矿

8、心的采取率也低，甚至取不上岩矿心；钻进强研磨性地性地层，切削具易磨钝，钻进效率低，回次时间长，岩矿心层，切削具易磨钝，钻进效率低，回次时间长，岩矿心受外受外力作用时间也长，影响岩矿心采取的品级和采取率。力作用时间也长，影响岩矿心采取的品级和采取率。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第五页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程2.2.人为因素人为因素 钻进方法选择不合理钻进方法选择不合理钢粒钻进钢粒钻进岩矿心细岩矿心细对岩矿心的磨损作用；对岩矿心的磨损作用；硬合金钻进

9、硬合金钻进磨损轻微；金刚石钻进磨损轻微；金刚石钻进磨损最小。磨损最小。钻具结构选用不合理钻具结构选用不合理不合理的具组合不合理的具组合离心力和水平振动，使岩心受损破坏。离心力和水平振动，使岩心受损破坏。钻进规程不当钻进规程不当压力压力钻具弯曲振动钻具弯曲振动破坏岩心；压力破坏岩心；压力。转速转速钻具振动钻具振动岩心破坏加剧；转速岩心破坏加剧；转速 泵量泵量冲刷力冲刷力冲毁和磨耗岩心。循环冲毁和磨耗岩心。循环(xnhun)(xnhun)方式不当方式不当。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第六页，共44页。岩土

10、钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程2.4 2.4 操作方法不正确操作方法不正确盲目追求进尺提钻不及时，增加岩矿心在孔底被破坏的可能性盲目追求进尺提钻不及时，增加岩矿心在孔底被破坏的可能性 ；提动钻具过猛或采心方法不当，则易造成岩矿心脱落提动钻具过猛或采心方法不当，则易造成岩矿心脱落(tulu)(tulu)；退心时过分敲打易造成岩矿心的人为破碎和上下顺序颠倒，影响岩退心时过分敲打易造成岩矿心的人为破碎和上下顺序颠倒，影响岩矿心的完整性，歪曲岩矿心的层次。矿心的完整性，歪曲岩矿心的层次。三、岩矿心取心难度分类三、岩矿心取心难度分类根据我国目前钻探工作所遇到的岩矿层，可

11、大致分为五类。是研究根据我国目前钻探工作所遇到的岩矿层，可大致分为五类。是研究选用取心方法和工具的依据（表选用取心方法和工具的依据（表7-27-2）。）。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第七页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程 第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)第三节第三节 常用取心工具常用取心工具(gngj)(gngj)及方法及方法一、卡取岩心的方法一、卡取岩心的方法1.1.卡料卡取法卡料卡取法 回次终了时从地面投入卡料回

12、次终了时从地面投入卡料(小碎石、铁丝、钢粒小碎石、铁丝、钢粒)，卡紧扭断岩矿心。适于硬、中硬、完整岩矿层硬，卡紧扭断岩矿心。适于硬、中硬、完整岩矿层硬合金和钢粒钻进。合金和钢粒钻进。2.2.卡簧卡取法卡簧卡取法 卡簧（也称提断器）卡取法在回次终了稍上提钻具，卡簧（也称提断器）卡取法在回次终了稍上提钻具，把岩心卡住并拉断。适于硬和中硬、岩心完整、直把岩心卡住并拉断。适于硬和中硬、岩心完整、直径均匀岩矿层的金刚石钻进，取心方便可靠，但对径均匀岩矿层的金刚石钻进，取心方便可靠，但对岩心直径与卡簧的配合精度要求较高。岩心直径与卡簧的配合精度要求较高。2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室

13、第八页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程第二节第二节 单层岩心单层岩心(ynxn)(ynxn)管取心工具管取心工具2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第九页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程图图1 常常用用(chn yn)卡卡芯芯工工具具的的结结构构简图简图图图2.俄罗斯专用俄罗斯专用(zhunyng)卡心卡心工具工具-12/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第十页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程图图3 俄罗斯专用卡心工具俄罗

14、斯专用卡心工具-2图4 专用卡心工具-32/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第十一页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程 对卡簧及卡心操作的要求对卡簧及卡心操作的要求卡簧应有卡簧应有(yn yu)足够强度和弹性。用弹簧钢足够强度和弹性。用弹簧钢65锰及调质钢锰及调质钢40铬加工，硬度铬加工，硬度HRC4550。卡簧自由内径钻头内径卡簧自由内径钻头内径0.3mm，自由内径过大卡不牢岩心，自由内径过大卡不牢岩心中中途脱落。自由内径过小途脱落。自由内径过小岩心堵塞。岩心堵塞。检查卡簧自由内径合适否的方法，将卡簧套在岩心上既有一定抱检查卡簧自

15、由内径合适否的方法，将卡簧套在岩心上既有一定抱紧力，又能在岩心上被轻轻推动。紧力，又能在岩心上被轻轻推动。为减少残留岩心，卡簧安放位置应尽量靠近钻头底部。为减少残留岩心，卡簧安放位置应尽量靠近钻头底部。正常钻进时不能提动钻具，否则会过早提断岩心，造成岩心堵塞。正常钻进时不能提动钻具，否则会过早提断岩心，造成岩心堵塞。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第十二页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程 回次终了停水干钻一段，让岩粉聚集孔底塞住岩心即可提钻。但有回次终了停水

16、干钻一段，让岩粉聚集孔底塞住岩心即可提钻。但有埋、烧钻的危险，适用于硬合金钻软或粘性岩层。埋、烧钻的危险，适用于硬合金钻软或粘性岩层。回次终了停止回次终了停止(tngzh)(tngzh)循环让管内岩屑碎渣沉淀挤塞卡牢岩心。适循环让管内岩屑碎渣沉淀挤塞卡牢岩心。适用软、脆、碎的岩层反循环钻进。常与干钻法结合使用。用软、脆、碎的岩层反循环钻进。常与干钻法结合使用。5.5.楔断器卡取法楔断器卡取法 回次终了将钻具提出孔外，下入楔断器，利用吊锤冲击楔子将岩心回次终了将钻具提出孔外，下入楔断器，利用吊锤冲击楔子将岩心楔断，再下入夹具将岩心提出。该法适用于大直径和岩石比较坚硬、楔断，再下入夹具将岩心提出。

17、该法适用于大直径和岩石比较坚硬、完整的岩矿层钻进。完整的岩矿层钻进。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第十三页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程二、单层岩心管钻具二、单层岩心管钻具最简单的取心钻具最简单的取心钻具为为采取率在单管钻具中增加分水投球接头采取率在单管钻具中增加分水投球接头(ji tu)(ji tu)和分水帽。钻进时冲洗液通过分和分水帽。钻进时冲洗液通过分水接头水接头(ji tu)(ji tu)中心孔直接进入岩心管内，中心孔直接进入岩心管内，活动分水帽

18、呈伞形保护岩心不受冲洗液直接活动分水帽呈伞形保护岩心不受冲洗液直接冲刷，且随岩心一起上移。冲刷，且随岩心一起上移。提钻前投入球阀封闭中心水道，在水压作用下提钻前投入球阀封闭中心水道，在水压作用下球阀下移超过小卡时通水孔被打开，使孔底球阀下移超过小卡时通水孔被打开，使孔底形成干钻条件。形成干钻条件。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第十四页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程三、双管钻具三、双管钻具为克服单管钻进时冲洗液对岩矿心的冲蚀。在为克服单管钻进时冲洗液对岩矿

19、心的冲蚀。在岩心管内设置内管容纳岩心，冲洗液从二管岩心管内设置内管容纳岩心，冲洗液从二管之间流动，避免对岩心的直接冲刷，保护岩之间流动，避免对岩心的直接冲刷，保护岩矿心。矿心。钻进时双管若同步转动，内管仍可能与岩心相钻进时双管若同步转动，内管仍可能与岩心相对转动，对岩心造成的损害。对转动，对岩心造成的损害。内管在钻进时不随外管转动，既避免了冲洗液内管在钻进时不随外管转动，既避免了冲洗液对岩心的冲刷，又避免了钻具转动对岩心造对岩心的冲刷，又避免了钻具转动对岩心造成的不良影响。在难取心地层或高速成的不良影响。在难取心地层或高速(o s)回转的金刚石钻进中，往往能取得较高回转的金刚石钻进中，往往能取

20、得较高的取心质量。的取心质量。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第十五页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程 双管钻具结构双管钻具结构(jigu)特点特点 为减弱机械力对岩心破为减弱机械力对岩心破坏，钻具中设置避坏，钻具中设置避振缓冲装置振缓冲装置.为减轻对岩心冲刷作用，为减轻对岩心冲刷作用，钻具中设置隔水和钻具中设置隔水和分流装置分流装置.l为防止或缓解岩矿心互磨，双管钻具中增加减磨防磨装置为防止或缓解岩矿心互磨，双管钻具中增加减磨防磨装置(zhungzh).(

21、zhungzh).l为防止岩矿心污染，设置隔浆活塞、压入式内管钻头、密封装为防止岩矿心污染，设置隔浆活塞、压入式内管钻头、密封装置置(zhungzh)(zhungzh)等等.l为防止岩矿心脱落，设置爪簧、压卡装置为防止岩矿心脱落，设置爪簧、压卡装置(zhungzh)(zhungzh)、隔水球、隔水球阀等阀等.2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第十六页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程 1、双动双管、双动双管 由双管接头，内、外岩心管、钻头和止逆阀组成。一般由双管接头，内、外岩心管、钻头和止逆阀组成。一般用于钻进用于钻进I一一级的松

22、散、易坍塌和怕冲刷的岩矿层级的松散、易坍塌和怕冲刷的岩矿层(kungcng)。为保护岩矿心根部不被冲刷，钻具的内钻头大都超前于为保护岩矿心根部不被冲刷，钻具的内钻头大都超前于外钻头，一般为外钻头，一般为2050mm，岩层越松散，胶结性越差，超前，岩层越松散，胶结性越差，超前距离就越大。距离就越大。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第十七页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程 2 2、单动双管钻具、单动双管钻具由异径接头、外管、内管、单动装置和卡心装置等组成。由异径

23、接头、外管、内管、单动装置和卡心装置等组成。单动轴承套与内管连接，内管下端与短节和卡簧座采用插接方式连接。利用单动轴承套与内管连接，内管下端与短节和卡簧座采用插接方式连接。利用心轴上端的螺纹调节卡簧座与钻头心轴上端的螺纹调节卡簧座与钻头(zun tu)(zun tu)内台阶的间隙。内台阶的间隙。卡心装置包括卡簧和卡簧座。卡心装置包括卡簧和卡簧座。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第十八页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程q冲洗液由内外管间隙到达卡簧座与钻头内台阶

24、部分分流。岩心进冲洗液由内外管间隙到达卡簧座与钻头内台阶部分分流。岩心进入内管后，内管中的液体经单向阀排到内、外管之间。入内管后，内管中的液体经单向阀排到内、外管之间。q回次结束稍上提钻具，卡簧相对下移卡紧岩心，卡簧座下移并抵回次结束稍上提钻具，卡簧相对下移卡紧岩心，卡簧座下移并抵在钻头内台阶上。此时外管承受拉力，并提断岩心在钻头内台阶上。此时外管承受拉力，并提断岩心q适用于为适用于为7 71212级的完整级的完整(wnzhng)(wnzhng)、微裂隙或不均质、中等裂隙、微裂隙或不均质、中等裂隙的岩矿层。的岩矿层。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/

25、2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第十九页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程 由分水接头、单动装置、半合管、活塞和阶梯钻头等组由分水接头、单动装置、半合管、活塞和阶梯钻头等组成。严密防止冲洗液接触、污染和冲刷岩矿心。成。严密防止冲洗液接触、污染和冲刷岩矿心。半合管保持岩矿心的原生结构；活塞使岩矿心与泥浆隔半合管保持岩矿心的原生结构；活塞使岩矿心与泥浆隔绝。钻进中岩矿心顶着活塞进入绝。钻进中岩矿心顶着活塞进入(jnr)(jnr)半合管，起半合管，起刮浆和减振作用，提高了岩矿心的纯洁度和取心的刮浆和减振作用，提高了岩矿心的纯洁度和取心的可靠性

26、。可靠性。阶梯钻头体开有斜水口，冲洗液不冲刷孔底。阶梯钻头体开有斜水口，冲洗液不冲刷孔底。在钻头水口下部与半合管间设有密封圈，防止岩矿心受在钻头水口下部与半合管间设有密封圈，防止岩矿心受到污染。到污染。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第二十页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程q下钻先送水将活塞推到底部再开车扫孔。下钻先送水将活塞推到底部再开车扫孔。q扫孔完毕后投入钢球。扫孔完毕后投入钢球。q钻进中水压推动球阀向下钻进中水压推动球阀向下(xin xi)(xin

27、xi)打开通打开通水孔，改变液流方向，使活塞上部免受动水压水孔，改变液流方向，使活塞上部免受动水压力，防止孔底缺水烧钻。力，防止孔底缺水烧钻。q严禁提动钻具，以免污染矿心。严禁提动钻具，以免污染矿心。q适于可钻性为适于可钻性为4 46 6级的松散、粉状、节理发育、级的松散、粉状、节理发育、怕污染的岩矿层。在滑石、石墨矿中取心效果怕污染的岩矿层。在滑石、石墨矿中取心效果尤其显著。尤其显著。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第二十一页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课

28、程第四节 绳索取心工具绳索取心：钻进中岩心充满岩心管后不需提钻，借助绳索和专用打捞工具从钻杆中把内管及岩心提至地表的取心方法。极大地减少了起下钻具时间，机械化程度高，增加纯钻进时间，虽然绳索取心钻头壁更厚，机械钻速略低于普通钻头。总的钻效提高了，且这种趋势随孔深的增大而增大。岩心堵塞后能即时报警，岩心采取率高，地质效果好。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(shumng)比普通钻头寿命(shumng)高一倍左右。降低钻探成本。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第二十二页，共44页。岩土

29、钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程q缺点：钻杆的内径大而管壁薄，钻头壁较厚，钻进时碎岩功缺点：钻杆的内径大而管壁薄，钻头壁较厚，钻进时碎岩功率消耗较大。率消耗较大。q绳索取心钻具配套设备较多，一次性投资较大。绳索取心钻具配套设备较多，一次性投资较大。q地质条件：适于各种地层，在地质条件：适于各种地层，在69级中硬岩层中效果最好。一级中硬岩层中效果最好。一般般(ybn)不宜钻不宜钻1012级岩石。这时钻效极低，钻头极易磨级岩石。这时钻效极低，钻头极易磨损，不能充分发挥绳索取心钻进的优越性。损，不能充分发挥绳索取心钻进的优越性。q绳索取心与液动冲击器相配合，钻进硬地层

30、有良好的前景。绳索取心与液动冲击器相配合，钻进硬地层有良好的前景。q绳索取心一般绳索取心一般(ybn)在深孔中采用。通常钻孔越深其经济技在深孔中采用。通常钻孔越深其经济技术效果越好术效果越好,但最大深度受钻杆强度制约。但最大深度受钻杆强度制约。q若绳索取心钻头寿命短，便失去了绳索取心的意义。若绳索取心钻头寿命短，便失去了绳索取心的意义。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第二十三页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程绳索取心钻具的规格绳索取心钻具的规格(gug)(g

31、ug)和型号和型号第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第二十四页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程一、绳索取心单动双层岩心管一、绳索取心单动双层岩心管由外管总成和内管总成组成由外管总成和内管总成组成外管总成：弹卡挡头外管总成：弹卡挡头1、弹卡室弹卡室7、稳定接头、稳定接头23（上扩孔器）、外管（上扩孔器）、外管46和钻头和钻头52。内管总成：捞矛、弹卡定位、悬挂内管总成：捞矛、弹卡定位、悬挂(xungu)、到位报讯、岩心堵塞报警、到位报讯、岩心堵塞报警、单动、内管

32、保护和调节机构。单动、内管保护和调节机构。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第二十五页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程(1)捞捞矛机构由矛机构由捞捞矛矛头头2和回收管和回收管4等等组组成。取心成。取心时时打打捞捞器在器在钻钻杆内杆内下放到内管下放到内管总总成上端成上端，打，打捞钩捞钩抓住抓住捞捞矛，向上提升打矛，向上提升打捞捞器使回器使回收管上移，并向内收管上移，并向内压缩弹压缩弹卡卡6使其收使其收拢拢，于是，于是(ysh)内管内管 总总成成和外管和外管总总成

33、脱离，从而把内管成脱离，从而把内管总总成提升上来。成提升上来。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第二十六页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程(2)弹卡定位机构：弹卡6、张簧5和弹卡座10。内管总成在钻杆内下放时 弹卡外张，一旦到达外管的弹卡室 7，弹卡两翼贴附在弹卡室内壁。弹卡室挡头即可防止内管向上串动，又可带动内管总成轴承上部与外管一起旋转(xunzhun)，以免因相对运动造成弹卡磨损。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/

34、8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第二十七页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程(3)悬悬挂机构：内管挂机构：内管悬悬挂挂环环21与外管座与外管座环环22的直径相差的直径相差0.51.0mm。内管。内管总总成下降到外管成下降到外管弹弹卡室卡室时时，悬悬挂挂环环座座在座在座环环上，使内管上，使内管总总成下端卡簧座成下端卡簧座51与与钻头钻头(zun tu)52内台内台阶阶24mm的的间间隙，保隙，保证证内管内管单动单动。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研

35、室第二十八页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程(4)到位到位报报信机构：冲信机构：冲洗洗(chngx)液下送液下送内管内管总总成成时时，冲洗，冲洗(chngx)液由内管液由内管外外环间环间隙通隙通过过；内；内管坐在管坐在悬悬挂机构上挂机构上时时，冲洗，冲洗(chngx)液通道被堵液通道被堵泵压泵压明明显显升高升高(0.51MPa)，表明内管已到位。，表明内管已到位。此此时阀时阀堵堵39打开，打开，泵压泵压恢复正常，可恢复正常，可以正常以正常钻进钻进。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘

36、查(kn ch)教研室第二十九页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程(5)岩心堵塞岩心堵塞报报警机构：警机构：钻进钻进中中发发生岩心生岩心堵塞或装堵塞或装满满内管内管时时，岩心，岩心对对内内(du ni)管管产产生的生的顶顶推推力力压缩压缩碟簧，使碟簧，使滑套滑套24上移堵塞上移堵塞接接头头38的通水孔，的通水孔，造成造成泵压泵压升高，升高，告告诫诫操作者操作者应应停停止止钻进钻进，捞捞取岩取岩心心。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第三十页，共44页。岩土钻掘工

37、程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程(6)单动单动机构：两副推力机构：两副推力轴轴承承29、31使内管不随外管使内管不随外管转动转动(zhun dng)。(7)内管保内管保护护（缓缓冲机构）：拉断岩冲机构）：拉断岩心心时时内管及卡簧座下移至内管及卡簧座下移至钻头钻头内内台台阶阶上，拉力由上，拉力由钻头传钻头传至外管，至外管，内管不受内管不受损损坏。坏。(8)调节调节机构：内外管机构：内外管组组装装时时，调节调节卡簧座与卡簧座与钻头钻头内台内台阶阶之之间间隙隙（030mm）。）。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大

38、学勘查(kn ch)教研室第三十一页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程二、打捞器二、打捞器由打捞和安全脱卡机构组成由打捞和安全脱卡机构组成打捞机构：打捞钩打捞机构：打捞钩1 1、打捞钩架、打捞钩架3 3、重锤、重锤7 7和钢和钢丝绳接头。取心时，用钢丝绳把打捞器放丝绳接头。取心时，用钢丝绳把打捞器放入钻杆内靠重锤以入钻杆内靠重锤以1.52.0 m/s1.52.0 m/s的速度下的速度下降，当它到达内管总成上端时，能准确钩降，当它到达内管总成上端时，能准确钩住捞矛头，把内管总成提升上来。住捞矛头，把内管总成提升上来。(2)(2)安全脱卡机构：需脱卡时

39、将内径比重锤安全脱卡机构：需脱卡时将内径比重锤稍大的稍大的1m1m长套管长套管(壁上开有斜口壁上开有斜口)套入钢丝套入钢丝绳绳,靠自重下降，撞击并罩住打捞钩尾部靠自重下降，撞击并罩住打捞钩尾部(wi b)(wi b)，迫使其向内收缩，端部张开，迫使其向内收缩，端部张开，从而使打捞从而使打捞 器与内管总成脱离。器与内管总成脱离。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第三十二页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程 三、绳索三、绳索(shn su)取心附属工具取心附属工具1

40、、钻杆、钻杆内外平（包括接头）、强度、同心、垂直。内外平（包括接头）、强度、同心、垂直。2、绳索、绳索(shn su)取心绞车：专用于下放打捞器和打捞岩心管。取心绞车：专用于下放打捞器和打捞岩心管。3、钻杆夹持器：用于夹持外平的绳索、钻杆夹持器：用于夹持外平的绳索(shn su)取心钻杆取心钻杆 的夹持器有脚踏夹持器的夹持器有脚踏夹持器(木马夹持器木马夹持器)和球卡和球卡 夹持器两种型式。夹持器两种型式。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第三十三页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻

41、掘工程学国家精品课程四、工艺过程注意事项四、工艺过程注意事项打捞器到底可缓慢提动钢丝绳。若有冲洗液由钻杆中溢出说明打打捞器到底可缓慢提动钢丝绳。若有冲洗液由钻杆中溢出说明打捞可能成功，否则需再次下打捞器。捞可能成功，否则需再次下打捞器。当判明外管和钻杆内无岩心时，将备用内管从孔口下入钻杆内。当判明外管和钻杆内无岩心时，将备用内管从孔口下入钻杆内。此时可开机缓慢转动并开泵冲送，加快内管下降速度。此时可开机缓慢转动并开泵冲送，加快内管下降速度。若打捞不成功，则应提钻处理。若打捞不成功，则应提钻处理。干孔中不能直接投内管，在钻杆柱内注入冲洗液，然后迅速干孔中不能直接投内管，在钻杆柱内注入冲洗液，然后

42、迅速(xn(xn s)s)投入内管。投入内管。确认内管已经到位才开始扫孔钻进。确认内管已经到位才开始扫孔钻进。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第三十四页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程第五节第五节 反循环钻进取心反循环钻进取心 一、孔底局部一、孔底局部(jb)(jb)反循环取心反循环取心1.1.无泵反循环钻具无泵反循环钻具在钻进中关水泵利用孔内的静水柱压在钻进中关水泵利用孔内的静水柱压力和上下提动钻具在孔底形成局部力和上下提动钻具在孔底形成局部(jb)(jb

43、)反循环冲洗孔底钻进。反循环冲洗孔底钻进。2.2.喷射式孔底反循环钻具喷射式孔底反循环钻具喷射式孔底反循环钻具（喷反钻具）不必频繁提动钻具，而是利用射流喷射式孔底反循环钻具（喷反钻具）不必频繁提动钻具，而是利用射流泵工作原理形成孔底反循环。泵工作原理形成孔底反循环。喷反钻具是在一般钻具上增设喷反元件喷反钻具是在一般钻具上增设喷反元件(yunjin)(yunjin)，喷反元件，喷反元件(yunjin)(yunjin)由喷嘴、混合室、喉管、扩散管、分水接头等组成。由喷嘴、混合室、喉管、扩散管、分水接头等组成。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国

44、地质大学勘查教研室第三十五页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程q工作原理：高压冲洗液沿钻杆进入喷嘴工作原理：高压冲洗液沿钻杆进入喷嘴4 4，高速，高速315m/s315m/s射入扩散管射入扩散管5 5。喷嘴与扩散管周围的液体。喷嘴与扩散管周围的液体被射流带走一部分而形成负压区。被射流带走一部分而形成负压区。q在压差在压差(y ch)(y ch)作用下，下部岩心管作用下，下部岩心管8 8中液体被中液体被抽吸到喷射器里，高速液流和吸入的液体在混合抽吸到喷射器里，高速液流和吸入的液体在混合室室1 21 2内混合，进行能量传递和交换后流入喉管内混合，进行能

45、量传递和交换后流入喉管1313；再经扩散管和出水孔；再经扩散管和出水孔1111或弯管排出。或弯管排出。q排出的冲洗液一部分沿钻杆外环返回地面；一部排出的冲洗液一部分沿钻杆外环返回地面；一部分在负压下流向孔底，冲洗孔底。分在负压下流向孔底，冲洗孔底。q改变冲洗液量或调节喷射器元件参数，就能控制改变冲洗液量或调节喷射器元件参数，就能控制孔底反循环冲洗的强弱。孔底反循环冲洗的强弱。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第三十六页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程二、全孔反

46、循环取心二、全孔反循环取心 1.1.全孔反循环分类：气举反循环、泵吸反循环、泵压反循环。全孔反循环分类：气举反循环、泵吸反循环、泵压反循环。2.2.全孔反循环工作原理全孔反循环工作原理冲洗液经双管水龙头进入双层钻杆内外管环隙，到达孔底分流，冲洗液经双管水龙头进入双层钻杆内外管环隙，到达孔底分流，大部分进入内管中，以反循环方式向上流动把岩心及岩屑携大部分进入内管中，以反循环方式向上流动把岩心及岩屑携带到水龙头处，通过软管将岩心排至岩心收集器内；带到水龙头处，通过软管将岩心排至岩心收集器内；另一小部冲洗液从钻杆外环以正循环方式缓慢向上流，稳定孔壁另一小部冲洗液从钻杆外环以正循环方式缓慢向上流，稳定

47、孔壁和润滑钻具用。和润滑钻具用。改变所用改变所用(su yn)(su yn)钻头形式可分别得到岩心和岩屑。取心钻头钻头形式可分别得到岩心和岩屑。取心钻头在钻具内管下部装有岩心切断器，岩心成段地连续从孔底输在钻具内管下部装有岩心切断器，岩心成段地连续从孔底输至地表。若采用牙轮钻头，那么得到的就是岩屑被输至地表。至地表。若采用牙轮钻头，那么得到的就是岩屑被输至地表。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第三十七页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程第七章第七章 土样及岩矿

48、心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)全孔反循环连续取心的优点全孔反循环连续取心的优点无需提钻减少了辅助时间，钻效高。无需提钻减少了辅助时间，钻效高。岩心采取率达岩心采取率达95以上，取心质量好。以上，取心质量好。岩粉及时被排出孔底干净，减少孔底重复岩粉及时被排出孔底干净，减少孔底重复破碎大幅度提高时效，延长钻头寿命。破碎大幅度提高时效，延长钻头寿命。易于穿过坍、漏、破碎等复杂地层。易于穿过坍、漏、破碎等复杂地层。单位成本单位成本(chngbn)低。相同地层条件下，低。相同地层条件下，反循环连续取心钻进的成本反循环连续取心钻进的成本(chngbn)，仅为普通取心钻进的仅为普通取心钻进的

49、1/51/3。2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第三十八页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程u目前存在的问题目前存在的问题(wnt)(wnt)u （1 1）钻进深度和岩层有一定的局限性，远不能完全取代）钻进深度和岩层有一定的局限性，远不能完全取代u普通岩心钻探；普通岩心钻探；u （2 2）碎屑状的岩样破坏了地层的原状结构，难以直接获）碎屑状的岩样破坏了地层的原状结构，难以直接获u得所钻地层的真实属性；得所钻地层的真实属性；u （3 3）坚硬岩层，岩心难以切断或岩心切断器磨损严重；）坚硬岩层，岩心难以切断或岩心切断器磨损严重；u （

50、4 4）另外钻探设备和附属工具过于笨重，一次性投资大。）另外钻探设备和附属工具过于笨重，一次性投资大。u 这些问题这些问题(wnt)(wnt)严重影响了它的推广。严重影响了它的推广。第七章第七章 土样及岩矿心的采取土样及岩矿心的采取(ciq)(ciq)2/8/2023中国地质大学勘查(kn ch)教研室第三十九页，共44页。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程第六节第六节 采集岩粉和补取岩样采集岩粉和补取岩样 一、采集岩粉一、采集岩粉 正循环钻进时采集的岩粉只作为辅助样品；孔底局部反循环岩粉收集装正循环钻进时采集的岩粉只作为辅助样品；孔底局部反循环岩粉收集装置置