第五章-岩矿心采取

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1、岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学第五章岩矿心采取第五章岩矿心采取第一节概述第一节概述岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学地球地球5000米米深处深处的岩心的岩心 岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学地质钻探工程的六项质量指标是：岩矿心的采取地质钻探工程的六项质量指标是：岩矿心的采取与整理、钻孔弯曲、校正孔深、简易水文观测、原始与整理、钻孔弯曲、校正孔深、简易水文观测、原始报表和封孔。报表和封孔。一、岩矿心采取的基本要求一、岩矿心采取的基本要求 1 1、岩矿心采取率、岩矿心采取率 岩矿心采取率即实际自孔内取上的岩矿心长度与岩矿心采取率即实际自孔内取上的岩矿心长

2、度与实际钻进进尺之比值。对于岩矿心一般要求：岩心不实际钻进进尺之比值。对于岩矿心一般要求：岩心不低于低于65%65%，矿心不低于，矿心不低于75%75%，如果不足，应进行补取。，如果不足，应进行补取。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学2 2、完整性、完整性 要求取上的岩矿心保持原生结构和原有品位，以便要求取上的岩矿心保持原生结构和原有品位，以便划分矿石类型，观察矿物原生结构和共生关系；尽量划分矿石类型，观察矿物原生结构和共生关系；尽量避免人为破碎、颠倒和扰动。避免人为破碎、颠倒和扰动。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学3 3、纯洁性、纯洁性 要求取上的岩矿心不受外物的浸蚀、污染和渗进，要求取上的岩矿心不受

3、外物的浸蚀、污染和渗进，以免影响矿石的品位、品级和物理性质。如煤心里混以免影响矿石的品位、品级和物理性质。如煤心里混入粘土将使样品的灰分增加，滑石里混入泥浆将使二入粘土将使样品的灰分增加，滑石里混入泥浆将使二氧化硅含量提高等。氧化硅含量提高等。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学4 4、避免选择性磨损、避免选择性磨损 矿心的选择性磨损，会使其内在物质成分发生变化，矿心的选择性磨损，会使其内在物质成分发生变化，造成矿物人为贫化和富集，歪曲原品位和品级。造成矿物人为贫化和富集，歪曲原品位和品级。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学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要求

4、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、以准确地计算矿产储量和确的埋藏深度、厚度和产状、以准确地计算矿产储量和确定其地质构造。定其地质构造。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学二、影响岩矿心采取率与品质的因素二、影响岩矿心采取率与品质的因素1 1、自然因素、自然因素 影响取心数量和质量的自然因素主要是所钻岩石的影响取心数量和质量的自然因素主要是所钻岩石的物理力学性质和岩矿层的结构、构造物理力学性质和岩矿层的结构、构造。钻进坚硬、致。钻进坚硬、致密、均质完整的岩矿层时采取率高，岩矿心不怕冲刷、密、均质完整的岩矿层时采取率高，岩矿心不怕冲刷、不怕振动，易于得到完整的能保持原生结构的

5、岩矿心；不怕振动，易于得到完整的能保持原生结构的岩矿心；钻进松散、破碎、节理发育、胶结性差和软硬夹层的钻进松散、破碎、节理发育、胶结性差和软硬夹层的岩矿层时，取出的岩矿心多成块状、粒状、片状，不岩矿层时，取出的岩矿心多成块状、粒状、片状，不仅原生结构遭到破坏，而且采取率低，甚至取不出岩仅原生结构遭到破坏，而且采取率低，甚至取不出岩矿心。矿心。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学2 2、人为因素、人为因素2.1 2.1 钻进方法选择不合理钻进方法选择不合理 钢粒钻进时振动大、孔壁间隙大、钻出的岩矿心细，钢粒钻进时振动大、孔壁间隙大、钻出的岩矿心细，对岩矿心的磨损作用最大；硬质合金钻进时磨损轻微；对岩矿心

6、的磨损作用最大；硬质合金钻进时磨损轻微；金刚石钻进时最小。金刚石钻进时最小。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学2.2 2.2 钻具结构选用不合理钻具结构选用不合理 钻进中使用弯曲或偏心的岩心管、钻杆或钻头时，钻进中使用弯曲或偏心的岩心管、钻杆或钻头时，钻进中钻具回转运动，产生离心力和水平振动，使岩钻进中钻具回转运动，产生离心力和水平振动，使岩心受到冲撞、磨损而破坏。此外，若能根据所钻岩矿心受到冲撞、磨损而破坏。此外，若能根据所钻岩矿层性质选择合适的取心工具，就可能取得采取率高和层性质选择合适的取心工具，就可能取得采取率高和代表性好的岩矿心。代表性好的岩矿心。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学2.3 2.3

7、 钻进规程不当钻进规程不当 (1)(1)压力：压力过大将加剧孔底钻具的弯曲和振动，压力：压力过大将加剧孔底钻具的弯曲和振动，使岩矿心受到强烈的机械破坏；压力不足则进尺慢，延使岩矿心受到强烈的机械破坏；压力不足则进尺慢，延长了岩矿心在孔底岩心管内受破坏作用的时间。长了岩矿心在孔底岩心管内受破坏作用的时间。(2)(2)转速：转速过高，钻具振动幅度增大，对岩矿转速：转速过高，钻具振动幅度增大，对岩矿心的破坏加剧；转速过低则钻速低，延长了岩矿心受破心的破坏加剧；转速过低则钻速低，延长了岩矿心受破坏作用的时间。坏作用的时间。(3)(3)泵量：冲洗液量过大则冲刷力也大，加剧了岩泵量：冲洗液量过大则冲刷力也

8、大，加剧了岩矿心被冲毁和磨耗的破坏作用。循环方式的不合理，也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。会造成岩矿心被冲刷破坏和重复磨损。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学2.4 2.4 操作方法不正确操作方法不正确 钻进中盲目追求进尺，回次时间过长，提钻不及时，钻进中盲目追求进尺，回次时间过长，提钻不及时，都会增加岩矿心在孔底被破坏的可能性；都会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，则易造成岩矿心脱提动钻具过猛或采心方法不当，则易造成岩矿心脱落；落；退心时过分敲打易造成岩矿心的人为破碎和上下顺退心时过分敲打易造成岩矿心的人为破碎和上下顺序

9、颠倒，影响岩矿心的完整性，歪曲岩矿心的层次。序颠倒，影响岩矿心的完整性，歪曲岩矿心的层次。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学三、岩矿层取心难度分类三、岩矿层取心难度分类 岩矿层类别岩矿层类别可钻性可钻性等等 级级岩矿层主要物理岩矿层主要物理力学性质力学性质适用取心方法适用取心方法和取心钻具和取心钻具一类完整、致密、少裂隙、不怕冲刷的岩矿层板岩、灰质页岩、致密石灰岩、砂岩、花岗岩、致密铁矿、铜矿等412不易破碎，耐磨性高，不怕冲刷，取心容易，采取率高。普通单管合金钻进，卡料取心；金刚石双管钻进，卡簧取心。二类(1)节理、片理、裂隙发育的破碎的岩矿层中硬、碎、脆岩矿层（矽卡岩、辉绿岩、千枚岩、轻硅化灰岩

10、、汞矿、黄铁矿、磷矿、石墨、滑石等。）47粘性低或无粘性，抗磨性低，回转振动易破碎，或酥脆，怕冲刷、易磨损流失或污染。无泵钻进，双动双层岩心管、隔水单动、活塞式单动、爪簧式单动双层岩心管、喷射式孔底反循环钻具二类(2)硬、脆、碎岩矿层石英二长斑岩、粗面岩、变质安山岩、花岗斑岩、强硅代灰岩，钼矿、铅锌矿等。791011(部分)无粘性，易受钻具振动和冲洗液冲刷而破碎成块状，易磨损、流失，不易取出完整岩矿心。喷射式反循环钻具，金刚石双管钻具，无泵双动双管钻具三类软硬不均、变化频繁极不稳定的岩矿层不稳定的煤层、氧化矿床，破碎带、砾石层等。可钻性相差悬殊围岩与矿体间可钻性悬殊,易碎,易磨,粘性差,怕冲刷

11、,煤层怕烧灼变质,不易钻进和取心。爪簧式单动双管隔水式单动双管等。四类软、松散破碎的岩矿层表土、粘土层、煤层、软钴矿、铁帽、铝钒土、褐铁矿、断层带、氧化破碎带。15胶结性差，松散易破碎，易烧灼变质，易坍塌。无泵反循环钻具，双层双动岩心管，阿氏双管，喷射式孔底反循环等。五类易被冲洗液融蚀、溶化的岩矿层如岩快、钾块、石膏、芒硝、冻土层等。25易溶解、溶蚀，怕冲刷用不同介质的饱和冲洗液，进行无泵钻进岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学在第一类岩矿层中可采用单管硬质合金、钢粒、在第一类岩矿层中可采用单管硬质合金、钢粒、金刚石钻进，用卡料或卡簧取心都能达到满意的效果。金刚石钻进，用卡料或卡簧取心都能达到满意的效

12、果。而在二五类岩矿层中，如何采用适当的取心工具和而在二五类岩矿层中，如何采用适当的取心工具和方法来达到取心质量要求是必须重视的问题。方法来达到取心质量要求是必须重视的问题。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学第二节常用取心工具及方法第二节常用取心工具及方法一、卡取岩心的方法一、卡取岩心的方法在钻进回次结束前，特别是在完整岩矿层中必须先在钻进回次结束前，特别是在完整岩矿层中必须先将岩矿心卡断，然后再将岩心管提至地表。将岩矿心卡断，然后再将岩心管提至地表。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学1 1、卡料卡取法、卡料卡取法方法：在钻进回次终了时，从钻杆内向孔底投入卡料方法：在钻进回次终了时，从钻杆内向孔底投入卡料（

13、小碎石、铁丝、钢粒等小碎石、铁丝、钢粒等）卡紧并扭断岩心。）卡紧并扭断岩心。适用：硬质合金或钢粒钻进中硬及中硬以上、完整的适用：硬质合金或钢粒钻进中硬及中硬以上、完整的岩矿层时。岩矿层时。用卡料卡心时，要注意卡料的粒度、长度、粗细、硬用卡料卡心时，要注意卡料的粒度、长度、粗细、硬度和投入量，卡料的粒度和粗细应与岩心和岩心管之间度和投入量，卡料的粒度和粗细应与岩心和岩心管之间的间隙相适应。的间隙相适应。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学2 2、卡簧卡取法、卡簧卡取法 方法：利用装于钻头体的内锥面（或卡簧座）上的方法：利用装于钻头体的内锥面（或卡簧座）上的卡簧（也称提断器），在回次终了时稍上提钻具，即可

14、卡簧（也称提断器），在回次终了时稍上提钻具，即可把岩心卡住并拉断。把岩心卡住并拉断。适用：金刚石钻头、针状硬质合金钻头上使用，适用适用：金刚石钻头、针状硬质合金钻头上使用，适用于岩心完整、直径均匀的中硬及中硬以上地层。于岩心完整、直径均匀的中硬及中硬以上地层。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学卡簧一般用卡簧一般用4040#铬钢或铬钢或6565#锰钢加工，并经淬火处理。应锰钢加工，并经淬火处理。应注意卡簧与卡簧座、卡簧与岩心之间隙必须很好配合。常注意卡簧与卡簧座、卡簧与岩心之间隙必须很好配合。常用的卡簧结构有三种形式：内槽式、外槽式、切槽式。用的卡簧结构有三种形式：内槽式、外槽式、切槽式。图图 岩心卡

15、簧岩心卡簧(a)-(a)-内槽式；内槽式；（b b）-外槽式；（外槽式；（c c）-切槽式切槽式 岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学3 3、干钻卡取法、干钻卡取法 方法：在回次终了停止送水，干钻进尺一小段方法：在回次终了停止送水，干钻进尺一小段（202030cm30cm），），利用未排除的岩粉来挤塞住岩矿心，利用未排除的岩粉来挤塞住岩矿心，再通过回转将其扭断提出。再通过回转将其扭断提出。适用：硬质合金钻进，用卡料和卡簧都卡不住的松适用：硬质合金钻进，用卡料和卡簧都卡不住的松散、软质和塑性岩矿层。散、软质和塑性岩矿层。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学4 4、沉淀卡取法、沉淀卡取

16、法 方法：在回次终了停止冲洗液循环，利用岩心管内方法：在回次终了停止冲洗液循环，利用岩心管内悬浮岩粉的沉淀，挤塞卡牢岩矿心。悬浮岩粉的沉淀，挤塞卡牢岩矿心。适用：反循环钻进和在松软、脆、碎的岩矿层，常与适用：反循环钻进和在松软、脆、碎的岩矿层，常与干钻法结合使用。干钻法结合使用。通常沉淀通常沉淀101020min20min。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学5 5、楔断器卡取法、楔断器卡取法 方法：在钻进回次终了将钻具提出孔外，下入楔断方法：在钻进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，再下入夹具将岩心器，利用吊锤冲击楔子将岩心楔断，再下入夹具将岩心提出。提出。适用：大直径和

17、岩石比较坚硬、完整的岩矿层钻进。适用：大直径和岩石比较坚硬、完整的岩矿层钻进。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学二、单层岩心管钻具二、单层岩心管钻具 简称单管钻具，它是最简单的取心钻具。简称单管钻具，它是最简单的取心钻具。为提高岩矿心采取率，防止提钻过程中岩为提高岩矿心采取率，防止提钻过程中岩矿心脱落，常在单管钻具中增加分水投球矿心脱落，常在单管钻具中增加分水投球接头和活动分水帽。接头和活动分水帽。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学 活动分水投球钻具活动分水投球钻具 1-1-导向管；导向管；2-2-分水投球接头；分水投球接头；3-3-取球孔螺塞；取球孔螺塞；4-4-小卡螺塞；小卡螺塞；5-5-小卡及弹簧；

18、小卡及弹簧；6-6-带阀座的活塞；带阀座的活塞；7-7-弹簧；弹簧；8-8-弹簧座；弹簧座；9-9-活动分水帽；活动分水帽；10-10-硬质合金钻头；硬质合金钻头；11-11-通水孔通水孔 岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学 工作原理：工作原理：正常钻进时，冲洗液通过分水接头正常钻进时，冲洗液通过分水接头2 2的中心孔直接进入岩心管内，边缘开有若干水的中心孔直接进入岩心管内，边缘开有若干水口的活动分水帽口的活动分水帽9 9呈伞形保护岩心不受冲洗液直呈伞形保护岩心不受冲洗液直接冲刷，且分水帽随岩心一起上移。提钻前由接冲刷，且分水帽随岩心一起上移。提钻前由钻杆柱内投入球阀落于球座活塞钻杆柱内投入球阀落于

19、球座活塞6 6上，将中心水上，将中心水道封闭，在水压作用下球阀活塞向下移动，当道封闭，在水压作用下球阀活塞向下移动，当超过管壁小卡超过管壁小卡5 5的位置时，小卡在弹簧作用下伸的位置时，小卡在弹簧作用下伸出将活塞挡住，这时通水孔出将活塞挡住，这时通水孔1111被打开，冲洗液被打开，冲洗液由此孔排出，使孔底形成干钻条件。由此孔排出，使孔底形成干钻条件。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学三、双管钻具三、双管钻具双层岩心管钻具是提高岩矿心采取率和采样质量双层岩心管钻具是提高岩矿心采取率和采样质量的重要工具，在复杂地层和金刚石钻进中应用较为普的重要工具，在复杂地层和金刚石钻进中应用较为普遍。为了适应各类不同

20、特点的岩矿层，双管钻具的结遍。为了适应各类不同特点的岩矿层，双管钻具的结构又分为构又分为双动双管钻具双动双管钻具和和单动双管钻具单动双管钻具。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学1 1、双动双管、双动双管 双动双管是双动双管是内、外两层岩心管同时回转内、外两层岩心管同时回转的钻具，主的钻具，主要由双管接头，内、外岩心管，内、外钻头和止逆阀组要由双管接头，内、外岩心管，内、外钻头和止逆阀组成。一般用于钻进成。一般用于钻进级的松散、易坍塌和怕冲刷的级的松散、易坍塌和怕冲刷的岩矿层，多用于硬质合金钻进。岩矿层，多用于硬质合金钻进。特点：结构简单，加工容易。可避免冲洗液对岩矿特点：结构简单，加工容易。可避免冲

21、洗液对岩矿心的直接冲刷和钻杆内水柱压力的作用。但由于心的直接冲刷和钻杆内水柱压力的作用。但由于钻进时钻进时内管同时回转内管同时回转，未能避免机械力对岩矿心的破坏作用。，未能避免机械力对岩矿心的破坏作用。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学双层双动岩心管钻具双层双动岩心管钻具 1-1-回水孔；回水孔；2-2-双管接头；双管接头；3-3-球阀；球阀；5-5-外管；外管；6-6-内管；内管；7 7、8-8-外、内硬质合金钻头外、内硬质合金钻头;9-9-送水孔送水孔 岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学钻进时，内外管带动内外钻头同时回转并钻进时，内外管带动内外钻头同时回转并破碎岩石，冲洗液经双管接头进入内、外管间破碎

22、岩石，冲洗液经双管接头进入内、外管间的环状间隙，冲洗孔底后再沿外管与孔壁的间的环状间隙，冲洗孔底后再沿外管与孔壁的间隙返至地面，避免了对岩矿心直接冲刷。内管隙返至地面，避免了对岩矿心直接冲刷。内管中的冲洗液，随岩矿心的进入冲开止逆阀中的冲洗液，随岩矿心的进入冲开止逆阀3 3，经回水孔经回水孔1 1排至外环间隙，同时球阀排至外环间隙，同时球阀3 3隔离了钻隔离了钻杆内冲洗液液柱的压力对岩矿心的相互挤压和杆内冲洗液液柱的压力对岩矿心的相互挤压和磨损的影响。磨损的影响。为了保护岩矿心根部不被冲刷，双动双管为了保护岩矿心根部不被冲刷，双动双管钻具的内钻头大都超前于外钻头，一般为钻具的内钻头大都超前于外

23、钻头，一般为202050mm50mm，岩层越松散，胶结性越差，超前距离就，岩层越松散，胶结性越差，超前距离就越大。越大。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学2 2、单动双管钻具、单动双管钻具钻进过程中，钻进过程中，外管转动而内管不转动外管转动而内管不转动的双管钻具的双管钻具称为单动双管钻具。称为单动双管钻具。它比双动双管钻具优越，它比双动双管钻具优越，主要表主要表现为钻进中不仅避免了冲洗液直接冲刷岩矿心，更重现为钻进中不仅避免了冲洗液直接冲刷岩矿心，更重要的是避免了振动、摆动和摩擦力对岩矿心的破坏作要的是避免了振动、摆动和摩擦力对岩矿心的破坏作用。另外，有些单动双管还设有防振、防污、防脱及用。另外，有

24、些单动双管还设有防振、防污、防脱及退心的装置。因此，岩矿心的采取率、完整度、纯洁退心的装置。因此，岩矿心的采取率、完整度、纯洁性等均有较大提高，代表性更好。性等均有较大提高，代表性更好。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学图单动双管钻具总体结构图单动双管钻具总体结构1-1-上接头上接头;2-;2-耐磨稳定环耐磨稳定环;3-;3-外管接头外管接头;4-;4-单动部分单动部分;5-;5-心轴心轴(调调节螺杆节螺杆);6-);6-锁紧螺母锁紧螺母;7-;7-内管接头内管接头;8-;8-外管外管;9-;9-内管内管;10-;10-扩孔器扩孔器;11-11-短节短节;12-;12-卡簧卡簧;13-;13-卡簧座

25、卡簧座;14-;14-钻头钻头 岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学单动双管钻具种类繁多（隔水式、阿式、压卡式、单动双管钻具种类繁多（隔水式、阿式、压卡式、活塞式），可适应不同类型岩矿层取心的需要。典型活塞式），可适应不同类型岩矿层取心的需要。典型的金刚石钻进单动双管钻具主要由上接头，单动部分，的金刚石钻进单动双管钻具主要由上接头，单动部分，调节心轴，内、外管，卡心装置和钻头组成。其中单调节心轴，内、外管，卡心装置和钻头组成。其中单动部分常用下述三种形式：球单盘推力球轴承式（代动部分常用下述三种形式：球单盘推力球轴承式（代号号Q Q）；单盘推力球轴承式（代号）；单盘推力球轴承式（代号D D）；双盘推力

26、球轴）；双盘推力球轴承式（代号承式（代号S S）。）。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学外管接头连着外管和轴承外壳，内管连同其下部的卡外管接头连着外管和轴承外壳，内管连同其下部的卡簧提断器通过内管接头连接在轴承的心轴上。钻进时，钻簧提断器通过内管接头连接在轴承的心轴上。钻进时，钻头和外管随钻杆一起回转。头和外管随钻杆一起回转。当内管中有岩心时，在摩擦力当内管中有岩心时，在摩擦力作用下内管及其卡簧不回转。作用下内管及其卡簧不回转。冲洗液由上接头进入，通过冲洗液由上接头进入，通过外管接头上的斜孔进入内外管的环状间隙冲洗孔底，由外外管接头上的斜孔进入内外管的环状间隙冲洗孔底，由外管与孔壁间隙上返，内管中的

27、冲洗液，随岩矿心的进入，管与孔壁间隙上返，内管中的冲洗液，随岩矿心的进入，经内管接头上的排水孔也流入内外管间隙。回次终了，上经内管接头上的排水孔也流入内外管间隙。回次终了，上提钻具，卡簧提断器卡断岩心。提钻具，卡簧提断器卡断岩心。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学四、孔底局部反循环取心四、孔底局部反循环取心反循环钻进反循环钻进全孔反循环钻进全孔反循环钻进孔底局部反循环孔底局部反循环无泵反循环无泵反循环喷射式孔底反循环喷射式孔底反循环岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学1 1、无泵反循环钻具、无泵反循环钻具 概念：概念：所谓无泵反循环，是指在钻进中不用所谓无泵反循环，是指在钻进中不用水泵冲洗钻孔，而是水泵冲洗

28、钻孔，而是利用孔内的静水柱压力和上利用孔内的静水柱压力和上下提动钻具在孔底形成局部反循环下提动钻具在孔底形成局部反循环而实现冲洗孔而实现冲洗孔底的钻进。底的钻进。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学工作原理：工作原理：回转钻进的同时，每分钟数十次地上下提动钻回转钻进的同时，每分钟数十次地上下提动钻具数十厘米。上提时球阀具数十厘米。上提时球阀3 3关闭，则粗径钻具在孔关闭，则粗径钻具在孔中有类似活塞的抽吸作用，将混有岩粉的冲洗液中有类似活塞的抽吸作用，将混有岩粉的冲洗液吸入岩心管吸入岩心管6 6中；迅速下落时，被吸进来的冲洗液中；迅速下落时，被吸进来的冲洗液在压力作用下冲开球阀，并从其上的回水口在压力作

29、用下冲开球阀，并从其上的回水口2 2流出，流出，岩粉即沉淀于取粉管中。由于反复提动钻具，使岩粉即沉淀于取粉管中。由于反复提动钻具，使冲洗液在孔底形成局部反循环，从而达到清除岩冲洗液在孔底形成局部反循环，从而达到清除岩粉、冷却钻头和提高采心质量的目的。其卡取岩粉、冷却钻头和提高采心质量的目的。其卡取岩心是采用干钻和沉淀相结合的方法。心是采用干钻和沉淀相结合的方法。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学2 2、喷射式孔底反循环钻具（喷反钻具）、喷射式孔底反循环钻具（喷反钻具）它不必频繁地上下提动钻具，而是它不必频繁地上下提动钻具，而是利用射流泵利用射流泵的工作原理形成孔底反循环的工作原理形成孔底反循环。岩土

30、钻凿工艺学岩土钻凿工艺学1-1-钻杆钻杆;2-2-变径接头变径接头;3-3-喷嘴接头喷嘴接头;4-4-喷嘴喷嘴;5-5-扩散器扩散器;6-6-分水接头分水接头;7-7-返水眼返水眼;8-8-岩心管岩心管;9-9-岩心岩心;10-10-钻头钻头;11-11-出水眼出水眼;12-12-混合室混合室;13-13-喉管喉管 岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学工作原理：工作原理：当水泵送来的高压冲洗液沿钻杆当水泵送来的高压冲洗液沿钻杆1经接头经接头2、3进入进入喷嘴喷嘴4，由于喷嘴内腔为锥形，且喷嘴口断面较小，因此，冲洗液，由于喷嘴内腔为锥形，且喷嘴口断面较小，因此，冲洗液以高速（达以高速（达1315m/s）

31、射入扩散管）射入扩散管5中。在此高速射流的作用下，中。在此高速射流的作用下，喷嘴与扩散管所组成的喷射器周围的液体，被射流带走一部分而形喷嘴与扩散管所组成的喷射器周围的液体，被射流带走一部分而形成负压区，在压力差的作用下，下部岩心管成负压区，在压力差的作用下，下部岩心管8中液体被抽吸到喷射中液体被抽吸到喷射器里，高速液流和吸入的液体便在混合室器里，高速液流和吸入的液体便在混合室12内混合，进行能量传递内混合，进行能量传递和交换（高速液流的动能变为压力能，被吸液体的压力能变为动能）和交换（高速液流的动能变为压力能，被吸液体的压力能变为动能）后流入喉管后流入喉管13；再经扩散管和出水孔；再经扩散管和

32、出水孔11或弯管排出。排出的冲洗液或弯管排出。排出的冲洗液一部分在剩余压力作用下，沿钻杆与孔壁的环状间隙返回地面；一一部分在剩余压力作用下，沿钻杆与孔壁的环状间隙返回地面；一部分在负压作用下流向孔底，进入岩心管内形成孔底反循环，而冲部分在负压作用下流向孔底，进入岩心管内形成孔底反循环，而冲洗孔底。洗孔底。改变冲洗液量或调节喷射器元件的参数，就能控制孔底反循环改变冲洗液量或调节喷射器元件的参数，就能控制孔底反循环冲洗的强弱。冲洗的强弱。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学五、全孔反循环取心（反循环连续取心）五、全孔反循环取心（反循环连续取心）概念：概念：它是一种不提钻，利用循环介质把岩心（或岩屑）经钻它

33、是一种不提钻，利用循环介质把岩心（或岩屑）经钻杆的中心通道连续不断地输送到地表的取心方法。杆的中心通道连续不断地输送到地表的取心方法。1 1、全孔反循环取心的分类、全孔反循环取心的分类根据所形成反循环的钻管系统不同：单管反循环、双管反循环、根据所形成反循环的钻管系统不同：单管反循环、双管反循环、三管反循环；三管反循环；根据输送岩心（或岩屑）的原理不同可分为：气举反循环、泵根据输送岩心（或岩屑）的原理不同可分为：气举反循环、泵吸反循环、泵压反循环。吸反循环、泵压反循环。根据反循环的冲洗介质的不同可分为：空气反循环，清水（泥根据反循环的冲洗介质的不同可分为：空气反循环，清水（泥浆）反循环。浆）反循

34、环。根据所排出的样品不同可分为：反循环取心，反循环取屑。根据所排出的样品不同可分为：反循环取心，反循环取屑。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学2 2、全孔反循环取心的工作原理、全孔反循环取心的工作原理 1-双管水龙头双管水龙头;2-双管钻杆柱双管钻杆柱;3-岩心和岩屑回流岩心和岩屑回流软管软管;4-软管阀门软管阀门;5-返井软管阀门返井软管阀门;6-筛网筛网;7-水池水池;8-洗井液洗井液;9-接立管的软管接立管的软管;10-立管阀门立管阀门;11-泥浆泵或空压机泥浆泵或空压机 水力反循环连续取心方法示意图水力反循环连续取心方法示意图岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学工作原理：工作原理：冲洗液由水泵压入，

35、经双管水龙头冲洗液由水泵压入，经双管水龙头1进入双层钻杆进入双层钻杆内外管的环状间隙，到达孔底而开始分流，其中大部分进入内管中，内外管的环状间隙，到达孔底而开始分流，其中大部分进入内管中，以反循环方式向上流动（水的上升速度约以反循环方式向上流动（水的上升速度约3m/s，空气一般为，空气一般为25m/s或更大），把岩心及岩屑携带到水龙头处，再通过岩心回流软管或更大），把岩心及岩屑携带到水龙头处，再通过岩心回流软管3将岩心排至岩心收集器内；另一小部冲洗液从钻杆与孔壁之间狭小将岩心排至岩心收集器内；另一小部冲洗液从钻杆与孔壁之间狭小的环状间隙，接正循环方式缓慢地向上流动，起到稳定孔壁和润滑的环状间隙

36、，接正循环方式缓慢地向上流动，起到稳定孔壁和润滑钻具的作用。改变所用碎岩钻头形式，可分别得到岩心和岩屑，若钻具的作用。改变所用碎岩钻头形式，可分别得到岩心和岩屑，若采用取心钻头，在钻具的内管下部装有岩心切断器（图中未画出），采用取心钻头，在钻具的内管下部装有岩心切断器（图中未画出），当钻成的岩心达到一定长度时（直径的当钻成的岩心达到一定长度时（直径的2倍），即被岩心切断器所倍），即被岩心切断器所切断，这样，岩心就被成段地连续不断地从孔底输至地表。若采用切断，这样，岩心就被成段地连续不断地从孔底输至地表。若采用牙轮钻头，那么得到的就是岩屑被输至地表。牙轮钻头，那么得到的就是岩屑被输至地表。岩土钻

37、凿工艺学岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学3 3、全孔反循环连续取心的优缺点、全孔反循环连续取心的优缺点(1)(1)钻进效率高：钻进效率高：由于无需提钻取心，减少了升降钻由于无需提钻取心，减少了升降钻具及其他辅助时间，和绳索取心相比，还减少了打捞具及其他辅助时间，和绳索取心相比，还减少了打捞内管总成的时间，时间利用率高，台月效率也高，前内管总成的时间，时间利用率高，台月效率也高，前苏联在苏联在级地层中最高台月率超过万米。级地层中最高台月率超过万米。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学 (2)(2)岩心采取率高，取心质量好：岩心采取率高，取心质量好：由于冲洗液的反向由于冲洗液的反向循环，它与岩心

38、进入岩心管的方向一致，避免了冲洗循环，它与岩心进入岩心管的方向一致，避免了冲洗液对岩矿心的正面冲刷和液柱压力对岩（矿）心进入液对岩矿心的正面冲刷和液柱压力对岩（矿）心进入岩心管的阻力，减少其流失和重复破碎；同时，还能岩心管的阻力，减少其流失和重复破碎；同时，还能使岩（矿）心在岩心管内呈悬浮状态，减轻了选择性使岩（矿）心在岩心管内呈悬浮状态，减轻了选择性磨损。这些，有利于提高松散破碎和怕冲刷的复杂地磨损。这些，有利于提高松散破碎和怕冲刷的复杂地层的取心质量。采取率一般可达层的取心质量。采取率一般可达95%95%以上。由于样品从以上。由于样品从内管中心被输到地表，样品上返速度快，可及时判断内管中心

39、被输到地表，样品上返速度快，可及时判断样品深度，具有真实性。样品深度，具有真实性。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学(3)(3)孔底干净：孔底干净：由于岩粉及时被排出，减少孔底重复由于岩粉及时被排出，减少孔底重复破碎，避免了钻头唇面由于岩粉不能及时排出而形成破碎，避免了钻头唇面由于岩粉不能及时排出而形成的的“缓冲垫缓冲垫”，因此，可大幅度提高时效，且延长了，因此，可大幅度提高时效，且延长了钻头的寿命。钻头的寿命。(4)(4)易于穿过复杂地层：易于穿过复杂地层：对于易坍塌、漏失、掉块、对于易坍塌、漏失、掉块、破碎等复杂地层，钻孔可以不下套管，外管就等于跟破碎等复杂地层，钻孔可以不下套管，外管就等于跟管

40、钻进的套管。管钻进的套管。(5)(5)单位成本低：单位成本低：国外资料统计表明，相同地层条件国外资料统计表明，相同地层条件下，反循环连续取屑钻进的成本，仅为普通取心钻进下，反循环连续取屑钻进的成本，仅为普通取心钻进的的1/51/51/31/3。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学存在问题存在问题：（1 1）钻进深度和岩层有一定的局限性钻进深度和岩层有一定的局限性，远不能完全取，远不能完全取代普通岩心钻探，如钻进石棉、水银等矿层时，碎屑代普通岩心钻探，如钻进石棉、水银等矿层时，碎屑状的岩样破坏了地层的原状结构，难以直接获得所钻状的岩样破坏了地层的原状结构，难以直接获得所钻地层的真实属性；地层的真实属性；

41、（2 2）遇到坚硬岩层时，岩心难以切断或岩心切断器磨）遇到坚硬岩层时，岩心难以切断或岩心切断器磨损严重；损严重；（3 3）钻探设备和附属工具过于笨重，一次性投资大，）钻探设备和附属工具过于笨重，一次性投资大，这些都严重影响了它的推广速度。这些都严重影响了它的推广速度。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学六、岩矿心的补取六、岩矿心的补取1 1、侧壁取样、侧壁取样 侧壁取样器的类型很多，有弹簧压筒取样器、水力侧壁取样器的类型很多，有弹簧压筒取样器、水力刮刀取样器、水力冲射取样器和放炮取样器，下面仅刮刀取样器、水力冲射取样器和放炮取样器，下面仅介绍弹簧压筒取样器。介绍弹簧压筒取样器。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工

42、艺学 弹簧压筒取样器如图的外弹簧压筒取样器如图的外壳侧面开有切槽，内藏弹簧壳侧面开有切槽，内藏弹簧1 1和取样压筒和取样压筒3 3，压筒可围绕轴，压筒可围绕轴销销4 4转动。补取岩样时，用钻转动。补取岩样时，用钻杆或钢绳下入孔内补取岩样处，杆或钢绳下入孔内补取岩样处，压筒靠弹簧拉力紧贴于孔壁，压筒靠弹簧拉力紧贴于孔壁，上提取样器，压筒压进孔壁岩上提取样器，压筒压进孔壁岩矿层，装满样品并转动大约矿层，装满样品并转动大约180180，压筒朝下，卡簧，压筒朝下，卡簧2 2将岩将岩样保持在压筒内，万一岩样从样保持在压筒内，万一岩样从压筒中脱落，也会掉在取样器压筒中脱落，也会掉在取样器的底座的底座5 5

43、内。内。图弹簧压筒取样器图弹簧压筒取样器 1-1-弹簧弹簧;2-;2-岩心卡簧岩心卡簧;3-;3-取样压筒取样压筒;4-;4-轴销轴销;5-;5-取样器底座取样器底座;6-;6-取样器外壳取样器外壳 岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学2 2、偏斜补心、偏斜补心 偏斜补心是借助于导斜楔使取样筒沿楔面压入孔偏斜补心是借助于导斜楔使取样筒沿楔面压入孔壁岩矿层取心，壁岩矿层取心，或者打分支孔钻取岩矿层取心。这或者打分支孔钻取岩矿层取心。这两种方法都类似于定向钻进，将在后续课程中讲述，两种方法都类似于定向钻进，将在后续课程中讲述，不再赘述。不再赘述。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学第三节绳索取心钻进第三节绳索取心

44、钻进一、绳索取心钻进的优缺点及应用范围一、绳索取心钻进的优缺点及应用范围概念：概念：绳索取心钻进是指在钻进过程中，当岩心充满岩心管后，绳索取心钻进是指在钻进过程中，当岩心充满岩心管后，不需提钻取岩心，而是以钻杆为通道，借助于绳索和专用打捞工具，不需提钻取岩心，而是以钻杆为通道，借助于绳索和专用打捞工具，把钻进过程中贮存于内岩心管中的岩心提升到孔外的取心钻进方法。把钻进过程中贮存于内岩心管中的岩心提升到孔外的取心钻进方法。由于这种方法不需要将钻杆提升到孔外，所以极大地减少了起由于这种方法不需要将钻杆提升到孔外，所以极大地减少了起下钻具的时间。下钻具的时间。据统计，在金刚石岩心钻进过程中，据统计，

45、在金刚石岩心钻进过程中，升降钻具工序约占全部生升降钻具工序约占全部生产时间的产时间的30%40%，而且机械化程度低，劳动强度大。，而且机械化程度低，劳动强度大。为了增加为了增加纯钻进时间，提高钻进效率，采用绳索取心钻进是最有效的途径之纯钻进时间，提高钻进效率，采用绳索取心钻进是最有效的途径之一。一。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学1、优点、优点（1）钻进效率高）钻进效率高 绳索取心钻头的壁厚比普通取心钻头厚，钻进时的机械钻速略低绳索取心钻头的壁厚比普通取心钻头厚，钻进时的机械钻速略低于普通钻头。但由于减少了辅助作业时间，增大了纯钻进时间，所于普通钻头。但由于减少了辅助作业时间，增大了纯钻进时间，所

46、以总的钻进效率仍比普通钻头高，且这种趋势随孔深的增大而增大。以总的钻进效率仍比普通钻头高，且这种趋势随孔深的增大而增大。（2）地质效果好）地质效果好 绳索取心钻具具有打捞速度快，提升平稳以及岩心堵塞后能即时绳索取心钻具具有打捞速度快，提升平稳以及岩心堵塞后能即时报警等特点。因此，当岩心堵塞时，便于立即处理，可以减少岩矿报警等特点。因此，当岩心堵塞时，便于立即处理，可以减少岩矿心的损耗。所以绳索取心钻进岩心采取率高，完整度和纯洁性好。心的损耗。所以绳索取心钻进岩心采取率高，完整度和纯洁性好。（3）钻头寿命长）钻头寿命长 由于减少了提钻次数，因此钻头在升降过程中的拧卸、碰撞的机由于减少了提钻次数，

47、因此钻头在升降过程中的拧卸、碰撞的机会及扫孔时的磨损减少。同时，钻杆与孔壁间隙小，钻头在孔内工会及扫孔时的磨损减少。同时，钻杆与孔壁间隙小，钻头在孔内工作平稳，也可以提高钻头寿命。作平稳，也可以提高钻头寿命。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学（4）有利于复杂地层钻进、孔内安全和便于测斜工作）有利于复杂地层钻进、孔内安全和便于测斜工作 由于减少了提钻次数，因而缩短了孔壁的裸露时间，也减少了升由于减少了提钻次数，因而缩短了孔壁的裸露时间，也减少了升降钻具时对孔壁的破坏。同时钻杆还可以起到套管的作用，有利于降钻具时对孔壁的破坏。同时钻杆还可以起到套管的作用，有利于护壁，也使下放测斜仪器更加方便敏捷。护壁，

48、也使下放测斜仪器更加方便敏捷。（5）减轻劳动强度）减轻劳动强度 由于起下钻具次数少，因此减轻了劳动强度。孔越深，钻具越长，由于起下钻具次数少，因此减轻了劳动强度。孔越深，钻具越长，这个优点越明显。这个优点越明显。（6）降低钻探成本）降低钻探成本 由于绳索取心钻进效率高、钻头管材以及动力消耗比较小，因此，由于绳索取心钻进效率高、钻头管材以及动力消耗比较小，因此，钻进成本可大幅度下降。据有关资料统计，使用绳索取心钻进成本钻进成本可大幅度下降。据有关资料统计，使用绳索取心钻进成本降低降低30%一一40%。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学2、缺点、缺点（1）钻杆质量要求高：钻杆的内径大而管壁薄，连接强度要

49、求高，）钻杆质量要求高：钻杆的内径大而管壁薄，连接强度要求高，因此要求钻杆的材质好，加工精度高，使得钻杆昂贵。因此要求钻杆的材质好，加工精度高，使得钻杆昂贵。（2）钻杆柱与孔壁间隙小：增加了钻杆柱的磨损，也使冲洗液循）钻杆柱与孔壁间隙小：增加了钻杆柱的磨损，也使冲洗液循环阻力增大；环阻力增大；（3）钻头壁较厚：钻进坚硬岩石时效果差些；）钻头壁较厚：钻进坚硬岩石时效果差些；（4）回转粗径的钻杆柱阻力大：功率消耗较大，在深孔中影响开）回转粗径的钻杆柱阻力大：功率消耗较大，在深孔中影响开高转速。高转速。3、应用范围、应用范围 绳索取心钻进方法已广泛应用于地质勘探、水文地质和工程勘察绳索取心钻进方法已

50、广泛应用于地质勘探、水文地质和工程勘察等多种钻进工程中。然而，在一个具体的工程中是否采取绳索取心，等多种钻进工程中。然而，在一个具体的工程中是否采取绳索取心，还必须考虑地层条件、钻孔深度、钻头寿命以及绳索取心钻具配套还必须考虑地层条件、钻孔深度、钻头寿命以及绳索取心钻具配套设备较多，一次性投资较大等因素，以便综合权衡其使用的合理性。设备较多，一次性投资较大等因素，以便综合权衡其使用的合理性。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学（1）地质条件）地质条件 绳索取心钻进可用于钻进各种地层，在绳索取心钻进可用于钻进各种地层，在69级中硬岩层中级中硬岩层中效果最好。效果最好。（2）钻孔深度）钻孔深度 绳索取心一

51、般在大于绳索取心一般在大于300m深孔中采用。通常，钻孔越深深孔中采用。通常，钻孔越深其经济技术效果越好。然而，绳索取心钻进的最大深度受钻其经济技术效果越好。然而，绳索取心钻进的最大深度受钻杆强度的制约，应进行校核。杆强度的制约，应进行校核。（3）钻头寿命）钻头寿命 采用绳索取心钻进，如果钻头寿命短，钻进过程中经常提采用绳索取心钻进，如果钻头寿命短，钻进过程中经常提钻更换钻头，那么便失去了采用绳索取心钻进的意义。钻更换钻头，那么便失去了采用绳索取心钻进的意义。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学二、绳索取心钻具二、绳索取心钻具绳索取心钻具绳索取心钻具单动双管单动双管打捞器打捞器内管总成：容纳岩心，能内

52、管总成：容纳岩心，能够在钻杆柱内升降够在钻杆柱内升降外管总成外管总成打捞机构打捞机构安全脱卡机构安全脱卡机构岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学1、技术要求、技术要求（1）当内管总成下到外管总成预定位置时，能即时发出到位信号，）当内管总成下到外管总成预定位置时，能即时发出到位信号，且内、外管之间的相对位置能够确定。在钻进过程中内管不上窜、且内、外管之间的相对位置能够确定。在钻进过程中内管不上窜、下滑；内、外管之间能保证有良好的通水性。下滑；内、外管之间能保证有良好的通水性。（2）钻进过程中岩心充满内管时，能及时向地表发出堵塞信号。）钻进过程中岩心充满内管时，能及时向地表发出堵塞信号。（3）由于是双管结

53、构，因此应保持内、外管的同心度，以便使岩）由于是双管结构，因此应保持内、外管的同心度，以便使岩心顺利进入内管。在提取岩心时能防止内管因受力过大而损坏。心顺利进入内管。在提取岩心时能防止内管因受力过大而损坏。（4）应保证打捞器顺利下入，并将内管总成安全抓提到地面。）应保证打捞器顺利下入，并将内管总成安全抓提到地面。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学2、结构和工作原理、结构和工作原理 以我国最常用的以我国最常用的S-75型钻具为例，其结构如下：型钻具为例，其结构如下：整套绳索取心钻具分为单动双层岩心管和打捞器两大部分。双整套绳索取心钻具分为单动双层岩心管和打捞器两大部分。双层岩心管部分由外管总成和内管总

54、成组成。层岩心管部分由外管总成和内管总成组成。外管总成包括弹卡挡头外管总成包括弹卡挡头1、弹卡室、弹卡室7、稳定接头、稳定接头23(上扩孔器上扩孔器)、外管外管46、下扩孔器和钻头、下扩孔器和钻头52组成；组成；内管总成由捞矛头内管总成由捞矛头2、弹卡、弹卡6、悬挂环、悬挂环21、到位报讯、岩心堵塞、到位报讯、岩心堵塞报警、单动、内管保护、调节、扶正、内管、岩心卡取等机构组成。报警、单动、内管保护、调节、扶正、内管、岩心卡取等机构组成。打捞器一般由打捞机构和安全脱卡机构组成。打捞器一般由打捞机构和安全脱卡机构组成。打捞机构、安全脱卡机构打捞机构、安全脱卡机构 岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学3、结

55、构和工作原理、结构和工作原理 以我国最常用的以我国最常用的S-75型钻具为例：型钻具为例：整套绳索取心钻具分为单动双层岩心管和打捞器两大部分。整套绳索取心钻具分为单动双层岩心管和打捞器两大部分。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学外管总成包括弹卡挡头、稳定接头外管总成包括弹卡挡头、稳定接头(上扩孔器上扩孔器)、外管、外管、下扩孔器和钻头组成；下扩孔器和钻头组成；内管总成由捞矛头、弹卡、悬挂环、到位报讯、岩心内管总成由捞矛头、弹卡、悬挂环、到位报讯、岩心堵塞报警、单动、内管、岩心卡取等机构组成。堵塞报警、单动、内管、岩心卡取等机构组成。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学机构：机构：绞链式矛头机构、绞链式矛头机

56、构、弹卡定位机构、悬挂弹卡定位机构、悬挂机构、到位报信机构、机构、到位报信机构、岩心堵塞报警机构、岩心堵塞报警机构、单动机构、内管保护单动机构、内管保护机构、调节机构。机构、调节机构。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学（1）绞链式矛头机构）绞链式矛头机构 该机构由捞矛头该机构由捞矛头2、回收管、回收管4等组等组成。由于捞矛头可在其转动平面内成。由于捞矛头可在其转动平面内转动转动180，因此在提捞内管总成，因此在提捞内管总成到地表后，打捞器与内管总成可在到地表后，打捞器与内管总成可在090 内转动、变换位置，防内转动、变换位置，防止捞矛头从打捞器的捞钩中脱出。止捞矛头从打捞器的捞钩中脱出。岩土钻凿工艺

57、学岩土钻凿工艺学（2）弹卡定位机构）弹卡定位机构 它是由弹卡它是由弹卡6、张簧、张簧5、弹卡室、弹卡室10等零件组等零件组成。当内管总成在钻杆柱内下降时，张簧成。当内管总成在钻杆柱内下降时，张簧5使使弹卡板弹卡板6向外张开一定角度，并沿钻杆内壁向向外张开一定角度，并沿钻杆内壁向下滑动。当内管总成到达外管总成中的弹卡室下滑动。当内管总成到达外管总成中的弹卡室7部位时，弹卡在张簧的作用下继续向外张开，部位时，弹卡在张簧的作用下继续向外张开，使两翼贴附在弹卡室的内壁上。由于弹卡室内使两翼贴附在弹卡室的内壁上。由于弹卡室内径较大，而其上端的弹卡挡头内径较小，所以径较大，而其上端的弹卡挡头内径较小，所以

58、在钻进过程中可防止内管总成上串，达到定位在钻进过程中可防止内管总成上串，达到定位作用。作用。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学（3）悬挂机构）悬挂机构 由内管总成中的悬挂环由内管总成中的悬挂环21和外管总成中的和外管总成中的座环座环22组成。悬挂环的外径稍大于座环的内组成。悬挂环的外径稍大于座环的内径径(一般相差一般相差0.51.0mm)。当内管总成下降。当内管总成下降到外管总成的弹卡室位置时，悬挂环到外管总成的弹卡室位置时，悬挂环21座落座落在座环上，使内管总成下端的卡簧座在座环上，使内管总成下端的卡簧座51与钻与钻头头52内台阶保持内台阶保持24mm的间隙，以防止损的间隙，以防止损坏卡簧座和钻头

59、，并保证内管的单动性能和坏卡簧座和钻头，并保证内管的单动性能和通水性能。通水性能。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学（4）到位报信机构）到位报信机构 由复位簧由复位簧12、阀体、阀体13、定位簧、定位簧14、弹簧、弹簧19、调节、调节螺堵螺堵20、阀堵、阀堵39、调节圈等零件组成。当内管总成、调节圈等零件组成。当内管总成在钻杆柱内由冲洗液向下压送时，阀体的粗径台阶在钻杆柱内由冲洗液向下压送时，阀体的粗径台阶位于定位簧位于定位簧14内，弹簧处于正常状态，阀体在关闭内，弹簧处于正常状态，阀体在关闭位置，冲洗液由内管总成和钻杆柱的环状间隙流通，位置，冲洗液由内管总成和钻杆柱的环状间隙流通，如果内管到达外管

60、中的预定位置，内管总成的悬挂如果内管到达外管中的预定位置，内管总成的悬挂环座落在外管中的座环上，把冲洗液的通道完全堵环座落在外管中的座环上，把冲洗液的通道完全堵塞，迫使冲洗液改变流向，压缩弹簧，向下推动阀塞，迫使冲洗液改变流向，压缩弹簧，向下推动阀堵堵39，直至阀体的粗径台阶移出定位簧，使阀堵打，直至阀体的粗径台阶移出定位簧，使阀堵打开，此时，泵压表的压力明显升高开，此时，泵压表的压力明显升高(约升高约升高5-10atm)，即表明内管总成已到达预定位置，可以开始扫孔钻即表明内管总成已到达预定位置，可以开始扫孔钻进。进。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学（5）岩心堵塞报警机构）岩心堵塞报警机构 该机构

61、由滑套该机构由滑套25、轴、轴26、蝶簧、蝶簧27等零件等零件组成。钻进过程中，当发生岩组成。钻进过程中，当发生岩(矿矿)心堵塞或心堵塞或岩岩(矿矿)心装满内管时，岩心装满内管时，岩(矿矿)心对内管产生心对内管产生的顶推力压缩蝶簧，使滑套向上移动到悬的顶推力压缩蝶簧，使滑套向上移动到悬挂接头挂接头38的台阶处，将通水孔堵塞，从而的台阶处，将通水孔堵塞，从而造成泵压升高，告诫操作者应停止钻进、造成泵压升高，告诫操作者应停止钻进、捞取岩心。捞取岩心。（6）单动机构）单动机构它由它由2付推力轴承付推力轴承29、31实现钻具单动实现钻具单动内管。内管。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学（7）内管保护机构）内

62、管保护机构 它是由弹簧它是由弹簧32、螺母、螺母35、弹簧销、弹簧销41等组成。拉等组成。拉断岩心时，压缩弹簧断岩心时，压缩弹簧32，内管及卡簧座随之下移，内管及卡簧座随之下移至钻头台阶上，从而拔断岩心的力由钻头传递到至钻头台阶上，从而拔断岩心的力由钻头传递到外管，以保护内管不受损坏。外管，以保护内管不受损坏。（8）调节机构）调节机构 由调节螺母由调节螺母44、调节接头、调节接头45等组成此机构。内等组成此机构。内外管组装在一起时，如果卡簧座与钻头内台阶之外管组装在一起时，如果卡簧座与钻头内台阶之间的间隙不合适，则可以通过调节接头进行调节间的间隙不合适，则可以通过调节接头进行调节(调节范围调节

63、范围030mm)，满足要求后，用调节螺母，满足要求后，用调节螺母锁紧，以防松动。锁紧，以防松动。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学打捞器一般由打捞机构和安全脱卡机构组成。打捞器一般由打捞机构和安全脱卡机构组成。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学（1）打捞机构）打捞机构 由打捞钩由打捞钩1、捞钩架、捞钩架3、重锤、重锤7和钢丝绳接头组成。取心时，钢丝和钢丝绳接头组成。取心时，钢丝绳悬吊打捞器放入钻杆柱内，打捞钩靠重锤以绳悬吊打捞器放入钻杆柱内，打捞钩靠重锤以1.52.0m/s的速度快的速度快速下降。由于捞钩架为圆筒状，故导向性好，当它达到内管总成上速下降。由于捞钩架为圆筒状，故导向性好，当它达到内管总成上端

64、时，能准确钩住捞矛头，把内管总成提升上来。端时，能准确钩住捞矛头，把内管总成提升上来。（2）安全脱卡机构）安全脱卡机构 采用一根长为采用一根长为lm、内径比重锤稍大的套管进行安全脱卡。套管、内径比重锤稍大的套管进行安全脱卡。套管壁上开有一斜口。当需要安全脱卡时，将此套管从斜口处套人钢丝壁上开有一斜口。当需要安全脱卡时，将此套管从斜口处套人钢丝绳上，然后下放，套管靠自重下降；行至打捞器穿过钢丝绳接头和绳上，然后下放，套管靠自重下降；行至打捞器穿过钢丝绳接头和重锤，撞击和罩住打捞钩尾部，使其张开脱离。重锤，撞击和罩住打捞钩尾部，使其张开脱离。岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学三、钻杆、附属设备及工具三、

65、钻杆、附属设备及工具1、钻杆、钻杆 绳索取心钻进用的钻杆，不仅可以传递动力，而且还是输送绳索取心钻进用的钻杆，不仅可以传递动力，而且还是输送内管和打捞器的通道。为适应多功能的要求，钻杆内管和打捞器的通道。为适应多功能的要求，钻杆应具有质优、应具有质优、壁薄和内平连接的特点壁薄和内平连接的特点。为此，应选用高强度优质管材，选择。为此，应选用高强度优质管材，选择合理的连接方式和螺纹类型并重视螺纹连接部位的加工与处理。合理的连接方式和螺纹类型并重视螺纹连接部位的加工与处理。目前国内外所采用的绳索取心钻杆有目前国内外所采用的绳索取心钻杆有3种基本结构：种基本结构：岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学（1）钻杆

66、两端直接加工成公、母螺纹，钻杆与钻杆直接连接。这）钻杆两端直接加工成公、母螺纹，钻杆与钻杆直接连接。这种钻杆的螺纹加工量小且同心度好。种钻杆的螺纹加工量小且同心度好。（2）螺纹粘接公母接头钻杆）螺纹粘接公母接头钻杆(见图见图14-7)，即钻杆的两端车成公螺纹，即钻杆的两端车成公螺纹，其中一端粘接一个一端为母螺纹、一端为公螺纹的接头，另一端粘其中一端粘接一个一端为母螺纹、一端为公螺纹的接头，另一端粘接一个两端为母螺纹的接头。粘接剂可采用有机粘接剂接一个两端为母螺纹的接头。粘接剂可采用有机粘接剂(环氧树脂环氧树脂)或无机粘接剂。或无机粘接剂。图图147 螺纹粘接公母接头螺纹粘接公母接头1公接头；公接头；2、4粘接；粘接；3钻杆体；钻杆体；5母接头母接头 岩土钻凿工艺学岩土钻凿工艺学图图148螺纹焊接公母接头螺纹焊接公母接头1公接头；公接头；2焊缝；焊缝；3钻钻杆体；杆体；4母接头母接头（3）等离子弧焊接公母接头钻杆）等离子弧焊接公母接头钻杆(见图见图14-8)，在钻杆两端采用等离，在钻杆两端采用等离子弧焊接两个公母接头。由于等离子弧焊具有焊接温度高，焊接速子弧焊接两个公母接头。由于等离子弧