煤田地質勘探中的繩索取心技術探討

常委

（黑龍江省煤田地質二○四勘探隊，黑龍江 七臺河 154600）

繩索取心技術是用一種不提鉆取心的鉆進裝置，在鉆進過程中，當內(nèi)巖心管裝滿巖心或巖心堵塞時，不需要把孔內(nèi)全部鉆桿柱提升至地表，而是借用專用的打撈工具和鋼絲繩把內(nèi)巖心管從鉆桿柱內(nèi)撈取上來，只有當鉆頭被磨損需要檢查或更換時，才提升全部鉆桿柱。我國于1975年研制成功繩索取心鉆具，現(xiàn)已廣泛推廣使用，在煤田地質勘查、勘探等領域已成體系。單動雙管繩索取心鉆具由內(nèi)管總成和外管總成組成。

1 繩索取心器的基本結構

1.1 取心器結構

如圖1，取心器分外管和內(nèi)管兩部分。外管上部與鉆桿相連，下部與擴孔器和鉆頭連接，是鉆具的鉆進部分；內(nèi)管儲放巖（煤）心，可被打撈器撈取并提至地面。

1-筒式矛頭凸緣；2-導向管連接器；3-彈卡；4-彈簧；5-彈卡導管；6-調整螺母；7-1-懸吊環(huán)；7-2-座環(huán)；8-調整螺母；9-信號裝置；10-防震墊圈；11-外管；12-內(nèi)管；13-扶正環(huán)；14-擴孔器；15-卡簧座；16-卡簧；17-鉆頭

1.2 打撈器結構

如圖2，打撈器的升降由專用絞車和鋼絲繩帶動。在大斜度鉆孔和水平孔下放打撈器時，它需通過泵送才能到達孔內(nèi)的預定位置。打撈器由打撈矛、脫鉤裝置、解卡裝置和保險裝置等幾部分組成，用于干孔和水平孔時還要附加裝置。

1-打撈器；2、8-彈簧銷；3-撈鉤架；4-彈簧；5-鉚釘；6-脫卡管；7-重錘；9-安全銷；10、20-定位銷；11-接頭12-油杯；13-開口銷；14-螺母；15-墊圈；16-軸承；17-壓蓋18-連桿；19-套環(huán)；21-定位銷套

2 繩索取心技術的特點

其一，在巖心鉆探過程中，升降鉆具是一項費時、費力的輔助工序。在不深的鉆孔中一般純鉆進時間和升降鉆具各占30%～40%。鉆孔越深，升降鉆具所占的時間比例越大。所以，繩索取心鉆進是巖心鉆探領域重大技術革命。因減少了升降鉆具的輔助時間，提高了時間利用率，使回次鉆速、技術鉆速能提高20%以上。

其二，巖、煤心采取率高。由于繩索取心在鉆進中遇到巖心堵塞時機構會報信，應馬上起鉆提取巖心，減少巖心在巖心管內(nèi)的磨損時間，有助于提高巖、煤心采取率和質量。

其三，鉆頭壽命長。由于提鉆次數(shù)減少，對金剛石鉆頭損壞的機會也相應減少，繩索取心鉆桿與孔壁間隙小，鉆頭運行穩(wěn)定，可以相對延長鉆頭壽命。

其四，在復雜地層中鉆進適應性強，有助于快速穿過復雜地層。

其五，工人勞動強度低。繩索取心鉆進能使勞動強度大幅度降低。

其六，鉆桿柱與孔壁間隙小，會增加鉆桿柱的磨損，使沖洗液循環(huán)阻力增大。

其七，此鉆進要求鉆桿的材質好，加工精度高。

3 繩索取心鉆進技術的改進與發(fā)展

3.1 完善與改進鉆具結構

其一，現(xiàn)有的煤田繩索取心鉆具的型式單一，必須擴大規(guī)格品種，以適應取煤的需要。例如，將內(nèi)管換成帶半合管或三層管的煤心容納管，以鉆取松軟煤層；打撈器增加鉸鏈機構；提高到位報警機構和巖、煤心堵塞報警機構的靈敏性可靠性等。

其二，開發(fā)大口徑繩索取心系列，內(nèi)管改換成薄壁壓入式取樣管或在內(nèi)管下部連掛超前壓入取樣管，以適應復雜巖層或松散的非膠結砂土層鉆進的需要。

其三，擴大繩索取心鉆具的使用范圍。研制適合礦井坑道鉆進水平孔和仰孔的繩索取心鉆具等。

3.2 加強長壽命鉆頭的研究

其一，發(fā)展人造金剛石鉆頭，降低鉆探成本。加快大顆粒、高強度人造金剛石的研制。

其二，幾年來，盡管研制了多種適應煤田鉆探的繩索取心鉆頭，但品種仍不能滿足需要。要加強不同唇面形狀、胎體性能和薄壁鉆頭的研究，特別是要加強適應軟硬互層地層高效長壽鉆頭的研究。

其三，加強繩索取心孔底不提鉆換鉆頭技術的研究，以減少機械的磨損，減輕工人的體力勞動。

3.3 提高鉆桿的強度和耐磨性

提高焊接質量，延長鉆桿的使用壽命。同時，嚴格把住鉆桿加工質量關。研發(fā)能滿足深孔繩索取心鉆進需要的加強鉆桿。

3.4 努力實現(xiàn)附屬設備液壓化

加強深孔液壓驅動鉆機（動力頭鉆機）的試驗研制和努力實現(xiàn)夾持器、擰卸管裝置及繩索取心絞車的液壓化。

3.5 繩索取心與空氣鉆進和泡沫泥漿鉆進相結合

空氣鉆進和泡沫泥漿鉆進在煤田松散巖層鉆進中已取得較好的效果。在繩索取心鉆進巖層時，要結合應用，不斷改善沖洗液的質量。

［1］ 周代慶.S75繩索取芯鉆具的結構原理及使用［J］.黑龍江科技信息，2012，（05）：23-24.

［2］ 郝永生.單動雙管取芯技術在松散、破碎地層中的應用［J］.鐵道工程學報，2010，（01）：57-58.

［3］ 徐小兵.國產(chǎn)NQ繩索取心鉆具的特點及應用分析［J］.湖南有色金屬，2011，（08）：90-91.

［4］ 王定緒，李英杰，熊曉英.煤炭地質勘查技術［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

［5］ 王定武，王運泉.煤田地質與勘探方法［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2005.