3冲击回转-岩矿心采取 -
岩心采取方法
岩矿心采取方法
岩土钻掘工程学
Deflection&Logging
一、提高岩矿心采取质量的途径 限制钻进过程中破坏因素作用的时间； 保全岩心管内的破碎岩矿心； 防止钻进过程中破坏因素的作用或减弱其烈度。 对于每种取心方法和工具，可能是以一种途径为主，其他 途径为辅；也可能是几种途径兼而有之。提高岩矿心采取质 量最简单的工艺措施是限制回次进尺长度。在勘探埋藏较深 的矿床时，采用绳索取心钻进有利于提高取心质量。 保全破碎的岩矿心主要是借助于冲洗液的孔底反循环。 防止钻进过程中破坏因素的作用或减弱其烈度为主要途径、 获得高质量岩矿心的技术手段是结构多样的双层岩心管。
2015/10/2
胡郁乐编写
岩矿层取心难度分类
岩土钻掘工程学
Deflection&Logging
对岩矿层取心的难易程度分类，有利于根据不同的岩矿层类型选择适 应的取心工具和取心措施。我国目前按取心难易程度不同，把岩矿层 分为五类。
2015/10/2
胡郁乐编写
岩土钻掘工程学
Deflection&Logging
2015/10/2
胡郁乐编写
岩矿心采取的影响因素
(二)工艺技术因素
岩土钻掘工程学
Deflection&Logging
岩心管的回转和振动。岩心管的转动带动岩心转动，岩心 质量不同,岩心块之间、岩心与岩心管间可能产生相对运 动而相互磨损。 冲洗液的冲蚀、淋蚀与种类。冲洗液量过大对岩心有较强 的冲蚀作用，正确选择冲洗液在孔底的循环方式有助于减 少岩心的损失。泥浆的成分！ 碎岩方法和钻进规程参数。钻压过大时，在松软岩层钻进 造成岩心堵塞，在坚硬岩层导致钻头变形和孔底钻具弯曲， 加速岩矿心破坏；钻压不足和转速过低则机械钻速过慢， 延长岩矿心经受破坏的时间。
矿心采取率
矿心采取率不同矿的矿心采取率如下：一、铁、锰、铬1、探矿孔的矿心采取率(包括顶、底板上和下5 m范围内的岩石)不得低于80 %，当矿心采取率连续5 m低于80%时，要查明原因，并采取补救措施。
围岩岩心的分层采取率不得低于65 %。
2、使用的钻探工艺应能保持矿石原有结构特点和完整性，避免矿心粉碎、贫化。
在复脉型和多脉型矿床中要严格控制钻进回次长度及回次采取率，防止钻进中漏矿。
采用金刚石绳索取心钻探工艺时，穿矿孔径要满足取样要求。
3、认真测量钻孔顶角和方位角，做好孔深校正、原始记录、简易水文观测、封孔和矿、岩心保管工作。
钻孔弯曲度应符合规程和地质设计要求，钻孔偏斜超差时要及时设法补救。
见矿点和厚度大于30 m的矿体的出矿点均应测定钻孔弯曲度。
封孔质量不符合规程或设计要求时应返工重封。
二、铜、铅、锌、银、镍、钼1、矿体及其顶底板3 m—5 m内的矿心、岩心平均采取率不低于80%，厚大矿体内部矿心采取率低于80%的连续长度不能超过5 m，否则应采取补救措施。
围岩岩心的分层平均采取率一般不低于65%。
2、使用的钻探工艺应能保持矿石原有结构特点和完整性，避免矿心粉碎贫化。
在复脉型和多脉带型矿床中要严格控制钻进回次长度及回次采取率，防止钻进中漏矿。
采用金刚石钻探工艺时，穿矿孔径要满足取样要求。
加密取样钻孔，允许采用空气反循环(CSR)钻探工艺。
3、认真测量钻孔顶角和方位角，做好孔深校正、原始记录、简易水文观测、封孔和岩心保管等工作。
钻孔弯曲度应符合规程和地质设计要求，钻孔偏斜超差时要及时设法补救。
见矿点(及厚度大于30 m的矿体出矿点)应测量钻孔顶角和方位角。
封孔质量不符合规程或设计要求时需返工重封。
三、钨、锡、汞、锑1、岩心平均采取率不低于70%;2、矿体及其顶底板3 m—5 m的围岩、近矿围岩蚀变带、控矿构造标志层的采取率不低于80%;若连续有两个回次(或厚大矿体中连续5 m以上)采取率低于80%时，必须采取补救措施;3、矿心应尽可能保持原状，特别注意矿心被粉碎后可能造成的贫化或富集的假像，为此，对多脉带矿体及破碎带控制的矿体，应严格控制钻探回次进尺的长度与钻进时间;采用金刚石钻探工艺时，穿矿孔径要满足取样要求;4、必须按有关规程的质量要求，认真测量钻孔顶角和方位角，做好钻孔测斜、孔深校正、简易水文地质观测、原始记录、封孔及岩心保管等工作。
岩、矿芯采取率统计表
岩、矿芯采取率统计表孔号终孔孔深施工日期矿区名称设计孔深施工单位说明：《岩芯钻探规程》要求岩芯采取》65%、矿芯采取率》80%。
钻孔弯曲度测量登记表设计方位角直孔开孔50m 测一次，以后每100m 及终孔各测一次，每100m倾角允许偏差：W 20 （可以累计计算）；斜孔开孔 25m 测一次，以 后每50m 及终孔各测一次，每100m 倾角允许偏差w 3o （可以累计计 算）、方位角偏差w 40 （可以累计计算）。
每次测量必须使用双仪器。
施工单位施工日期说明:矿区名称设计倾角钻孔孔深校正登记表矿区名称施工单位施工日期说明:每100m及下套管后、见矿前（后）、终孔均须校正孔深，孔深误差W 1 %。
时不改报表，孔深误差＞1 %。
时须修正报表。
钻孔简易水文观测记录表矿区名称施工单位施工日期每班接班下钻前、交班起钻后各测水位一次；终孔稳定水位每30分钟测量一次，当连续4次测得水位变化不超过2cm时停止观测。
岩芯钻探归档资料之表矿区名称施工单位圭寸孔设计钻孔封孔登记表封孔日期孔深（米）柱状图""2-封闭位置地质简述及封孔要求4圭寸闭位置木塞位置直径及长度6封孔材料用量及配方7封孔方法8—备注地质员 _____________水文地质组长（员）技术负责记录机探矿技术员填表说明:1、2、3、封闭的钻孔均须登记本表。
封孔设计人员填写1、2、3、4栏，封孔当班记录员将封孔结果填入7、8 栏。
封孔、透孔检查、孔口标记等情况填入备注栏。
5、6、岩芯钻探归档资料之表矿区名称孔号发包单位施工单位施工日期验收日期原始记录岩、矿芯米取率钻孔弯曲度测量结果续下页:直孔开孔50m 、每 100m 及终孔各测一 次，允许误差：倾角 2o / 100m 、方位角 4o / 100m （可以累计 计算）。
斜孔开孔25m 、每 50m 及终孔各测一 次，允许误差：：倾 角的30/ 100m 、方 位角40/100（可以 累计计算）。
钻探六大质量指标
钻探工程质量六项指标一、岩矿心采取率与岩矿心整理1、要求取心的岩层，全孔平均采取率一般不得低于65%。
矿化带、重要标志层以及矿层与顶板交界处以上和矿层与底板交界处以下5米范围内的岩层，平均采取率一般不得低于80%。
2、某些情况下，岩层、矿层的平均采取率需要高于或低于上述规定以及某些孔段的岩层需要分层计算采取率时，按需要和可能的原则，可在设计中提出具体指标。
3、岩（矿）心采取率按下列公式计算：岩（矿）心采取率=各回次岩矿心长度的累计/各回次岩矿心进尺长度累计×100%，式中的进尺和岩矿心长度，系指在固体岩矿层中的实际进尺和取出的岩矿心长度。
4、由机台负责将岩心清洗干净，自上而下按次序装箱在岩心上用漆或油染色笔写明回次数、总块数和块号（松软、破碎、粉状及易溶的岩矿心应装入布袋或塑料袋中），用铅笔填写岩心牌，放好岩心隔板，并妥善保管。
（一）钻孔弯曲度与测量间距1.一般钻孔不同孔深的各测点实测顶角与开孔设计差不得超过下表范围：2.定向钻孔不同孔深各测点的实测顶角与该点设计顶角之差的范围，可根据具体情况由地质与探矿部门共同确定。
3.某些易斜地层中，虽经采取多种防、纠斜措施，钻孔弯曲度仍达不到上述规定时，可根据需要与可能的原则，由探矿与地质部门协商，另行确定指标。
4.关于测量间距。
应依据地质设计或实测钻孔顶角≤5°时，每钻进100米测一次顶角（不测方位角）；＞5°时，每钻进50米测一次顶角或方位角。
定向钻孔和在易斜地层中钻进的钻孔，根据施工需要，应适当缩短测量间距。
（二）简易水文地质观测1、在以清水为冲洗液的钻孔中，每班至少测量水位1-2回次。
每观测回次中，提钻后、下钻前各测量一次水文，间隔时间应大于5分钟。
2、钻进过程中遇到涌水、漏水、涌砂、掉块、坍塌、缩径、逸气、裂隙、溶洞及钻具掉落等异常现象时，应及时记录其深度。
3、在地下水自流钻孔中，可根据水文地质的要求接高孔口管或安装水压表测量水头高度和涌水量。
岩心采取方法
岩心钻取工具
• 常用的岩心钻取工具有旋转岩心钻具、往复岩心钻具、岩石自攻钻等。它们通过旋 转或冲击来实现岩心的采取。
• 旋转岩心钻具 旋转岩心钻具一般由钻杆、钻管、钻头、岩心套管等组成，通过转动钻头切削岩石 ，将岩心带到地面。适用于较软的岩石层。
• 往复岩心钻具 往复岩心钻具利用冲击力将岩心带到地面。它由钻杆、钻具、杆鞋等组成，通过杆 鞋与钻具的往复运动，将岩心锁定在杆鞋中。
岩心取样工具
• 常用的岩心取样工具有岩心取心器、岩心提取等。它们通过夹取、切割等方式，将 岩心样本带到地面。
• 岩心取心器 岩心取心器通过插入地下岩石层，利用切割刃取心，然后将取心体收回地面。通常 用于较硬的岩石层。
• 岩心提取 岩心提取是将已钻取好的岩心样本从岩心筒中取出的工作。常用的方法有折拗、剪 切等方式。
岩心采取方法
2023-08-22
CONTENTS
• 岩心采取方法 • 接下来的章节...
01 岩心采取方法
岩心采取方法
• 概述 • 岩心采取方法及工具 • 数据处理与分析
概述
• 岩心采取方法是指通过岩心钻取或取样等技术手段，将地下岩石的样本带到地面， 以进行地质、岩性、岩相等方面的研究。岩心样本是研究地下地质构造、岩石性质 与油气藏特征的重要依据。
岩心物性测试
• 岩心物性测试是指对采取到的岩心样本进行物理性质测试，包括密度、孔隙度、渗 透性等方面的研究。
THE END
THANKS
数据处理与分析
• 岩心采取之后，需要对采集到的岩心样本进行处理与分析，常见的方法有： • 岩心描述与标识
对采取到的岩心样本进行外观描述，包括颜色、岩性、结构等方面的特征，并进行 标识，方便后续的分析与研究。 • 岩心切片制备与观察 切片制备是将岩心样本切割成薄片，并通过显微镜观察岩石的细微结构、组成及岩 相特征。 • 岩心物性测试
水文地质钻探地质编录要求
水文地质钻探地质编录要求钻孔水文地质、工程地质编录内容一般包括:除描述岩芯的岩性、结构、构造外，应重点描述岩芯的块度、坚硬程度、风化程度、裂隙发育程度，岩石的风化程度及发育深度。
1.岩心编录1.岩心编录程序：2.抄录班报表的回次进尺、施工方法（钻探方法、扩孔孔径、变径及其深度）有关的水文地质现象记载。
3.校正回次位置及填写岩心标签。
4.整理岩心，检查上下顺序，校正岩心长度。
5.鉴定岩性，确定分层位置,填写分层标签，并分层取代表性鉴样及分析样品（注明取样深度）。
6.终孔后，在完成上述工作的基础上，将岩心按顺序装箱保存。
2.岩心描述的顺序及内容1.基岩的描述内容大致为:定名、颜色、结构、矿物成分、岩心破碎情况（岩心形状）、岩心采取率、节理、裂隙和岩溶的发育程度、充填情况及充填物、断层擦痕、断层泥及其充填物、风化程度、化石、层与层的相互关系及层理性质、矿化特征、蚀变现象、构造破碎情况及次生变化等。
2.测量岩心标志面（层面、片理面、断裂面、接触界线等）与岩心轴夹角。
3.岩层、矿化、蚀变在小范围内有所变化时应丈量出具体深度并注明。
4.选择有地质意义且具有代表性的岩（矿）心,作大比例尺素描图并进行照象，以增强文字的说服力。
5.钻孔内岩性分层时应注明上下两层岩石的接触关系。
如渐变关系、侵入关系等。
6.记录内容要求繁简适度，重点突出，针对性强。
对矿心及顶底板，矿化蚀变带和构造部位等应详细描述。
7.岩心块度的划分:大于20厘米为长柱状；10-20厘米为短柱状;小于10厘米为扁柱状;大于5厘米为块状；2-5厘米为碎块状；小于2厘米为碎屑状、粉末状。
若为块状，需对块体形态做大致描述，如楔块状、菱块状、团块状等。
8.松散岩层的描述内容大致为:定名、颜色、湿度、成分（粒度成分及百分含量）、磨圆度、分选性、结核、包裹体、结构层的相互关系及层理特征、胶结程度及胶结类型、化石等。
8.松散岩层的描述内容大致为:定名、颜色、湿度、成分（粒度成分及百分含量）、磨圆度、分选性、结核、包裹体、结构层的相互关系及层理特征、胶结程度及胶结类型、化石等。
金属矿山坑内钻探技术问题的探讨
187金属矿山坑内钻探技术问题的探讨李厚荣，李文成，张飞龙（云南省有色地质局三０八队，云南 个旧 ６６１０００）摘 要：目前，在金属矿山开展地质探矿工作的过程中，技术人员必须要合理应用坑内钻探技术以及坑道技术以充分达成降低成本、提高工作效率的核心目标。
为进一步提高坑内钻探技术应用的效果，技术人员必须要根据实际情况的不同，选择合适的钻机设备以及科学严谨的技术方法，只有这样才能够进一步提高岩矿心的采取率。
除此之外，还要尽可能的规避钻孔安全事件的发生，制定各类事件发生的应急处置方案，尽可能的提高钻探效率和质量。
关键词：金属矿山；坑内钻探技术；地质探矿中图分类号：Ｐ６３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）２１－０１８７－３Exploration of Drilling Technology in Metal MinesLI Hou-rong, LI Wen-cheng, ZHANG Fei-long（Ｙｕｎｎａｎ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｂｕｒｅａｕ ３０８ Ｔｅａｍ，Ｇｅｊｉｕ ６６１０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｏｕｔ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｗｏｒｋ ｉｎ ｍｅｔａｌ ｍｉｎｅｓ， ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ｍｕｓｔ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ａｐｐｌｙ ｉｎ ｐｉｔ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｆｕｌｌｙ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｇｏａｌ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｃｏｓｔｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｗｏｒｋ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｐｉｔｓ， ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎｓ ｍｕｓｔ ｃｈｏｏｓｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ ｒｉｇｏｒｏｕｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ． Ｏｎｌｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｗａｙ ｃａｎ ｔｈｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｒａｔｅ ｏｆ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｏｒｅ ｃｏｒｅｓ ｂｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｉｎｃｉｄｅｎｔｓ ａｓ ｍｕｃｈ ａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ， ｄｅｖｅｌｏｐ ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐｌａｎｓ ｆｏｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｉｎｃｉｄｅｎｔｓ， ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ａｓ ｍｕｃｈ ａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ．Keywords: ｍｅｔａｌ ｍｉｎｅｓ； Ｐｉｔ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ收稿日期：２０２３－０９作者简介：李厚荣，男，生于１９８９年，彝族，云南个旧人，中专，助理工程师，研究方向：钻探工程。
第七章岩矿心采取
第七章 岩矿心采取 第一节 岩矿心采取的要求和影响因素
一、对钻探采集岩矿心的要求
钻孔施工过程中获得岩矿样品是钻探的主要任务之一。
钻探采集的有用矿物和围岩样品一般有岩心、岩粉以及专门 密封的样品。这些样品用来进行地球化学分析和矿物岩石鉴 定，岩矿物理力学性质测定，煤的含气性评价和岩土承载性 能试验。在有些情况下还利用大量岩心样品进行选冶工艺试 验。
第七章 岩矿心采取 第一节 岩矿心采取的要求和影响因素
二、影响岩矿心采取的因素 影响因素可分为地质因素和人为因素两大方面。
地质因素：其中主要包括：强度、裂隙性、矿物组成的均匀 性、各向异性、层理、片理、软硬互层、产状条件以及层面 与钻孔轴线的交角等。对岩心采取率影响最大的是岩石强度， 层面与钻孔斜交和裂隙性。
第七章 岩矿心采取 第一节 岩矿心采取的要求和影响因素
一、对钻探采集岩矿心的要求 对钻探采集岩矿心样品有要求：
(4）尽量避免选择性磨损岩矿心，选择性磨损会使其内在物 质成分发生变化，影响整个矿区矿的储量的计算和评价。
（5）采心部位取出的岩矿心孔深部位必须准确，上下顺序 不能颠倒，否则易歪曲岩层所在层位的深度和厚度。
第七章 岩矿心采取 第一节 岩矿心采取的要求和影响因素
三、岩矿心按采取难易的分类
4．软，松散，破碎，胶结性差的岩矿层 这类岩矿层可钻性为1一4级。松散易塌，胶结不良，钻进 中易被冲蚀，岩矿心呈细粒、粉末状，也易烧灼变质。一 般采用带半合管的单动双管取心。
第七章 岩矿心采取 第一节 岩矿心采取的要求和影响因素
对钻探采集岩矿心样品有要求： (1)采取率： 岩矿心采取率反映了岩矿心数量的多少因此岩矿心采取率越 高越好。但是，根据勘探程度和施工目的不同，对岩矿心采 取率要求也不尽相同，其目的是为得到足够重量的岩、矿样， 满足分析、鉴定和研究的需要。对岩矿心的一般要求是：可 采矿层矿心采取率不低于75%，岩心不低于60%
岩芯钻探技术要求
岩芯钻探技术要求
1、岩矿心采取率：要求岩芯采取率不低于75%，矿芯及3-5m内围岩采取率≥80%。
进出矿体应测顶角、方位角、和丈量孔深。
其中回次采取率低于75%的连续长度不能超过5m，否则，需及时采取补救措施。
2、钻孔弯曲度测量：每钻进50m要求测量弯曲度一次，下套管后和终孔时各加测一次。
测量结果应及时通知编录人员，要求孔斜每100m钻孔倾角误差不超过5°。
随孔深增加，误差可累计计算。
钻孔方位的最大误差，在矿层部位和终孔时，偏离勘探线的距离不超过20m。
3、孔深校正：要求每100m校正一次，穿过主矿体、下套管和终孔时也要校正孔深。
允许误差为千分之一。
若超差，应查明原因及时消除。
查不出原因时，误差在超差孔段内进行配赋，报表在配赋后的孔深加以改动。
4、封孔：要求用浓泥浆灌封。
孔口竖立水泥作固定标志，注明线、孔号。
以砂砾、水泥加以固定。
5、简易水文观测：要求施工的钻孔都要作水位观测和冲洗液消耗量观测。
每次提钻后，下钻前各测一次水位，每班至少观测一次。
停钻超过4小时，每小时观测一次，直至稳定为止；下钻到底和提钻关水泵时，各测一次冲洗液消耗量。
钻进过程中遇到涌水、漏水坍塌、掉块溶洞、钻具陷落等现象应准确记录其位置。
6、原始报表：原始报表包括班报表、岩心牌、岩心整理及装箱编号等，要求真实反映生产情况，做到及时、准确、详细、整洁。
钻孔竣工后，在未搬迁前，地质分队和施工单位应及时做出质量鉴定和验收。
《钻探工艺学》课程教学大纲
《钻探工艺学》教学大纲课程编号：632019课程名称：钻探工艺学课程英文名称：Drlling Technology课程类别：专业教育课程课程性质：必修学时（理论+实践）：48学时（40+8）学分：3开课学期：第五学期选用教材：鄢泰宁主编，《岩土钻掘工艺学》，中南大学出版社，2013.4主要参考书：1、汤凤林主编，《岩心钻探学》，中国地质大学出版社，2009.102、屠厚泽主编，《钻探工程学（上册）》，中国地质大学出版社，1988.13、李世忠主编，《钻探工艺学（上册）》，地质出版社，1992一、中英文课程简介：钻探工艺学课程系统介绍了岩心钻探所用的钻进方法、钻进工艺及钻探工程质量，主要内容包括：岩石性质及其破碎机理、岩心钻探钻具、硬质合金钻进、金刚石钻进、钢粒钻进、冲击回转钻进、岩矿心采取、钻孔弯曲及定向钻进。
The curriculum of Drilling Technology introduces the drilling methods, drilling technique and drilling engineering quality used for rock core drilling.The main content includes rock properties and fragmentation mechanism, drilling tools for coring, hard metal drilling method, diamond drilling method, steel shot drilling method, rotary percussive drilling method, rock and mineral core drilling, borehole deviation and directional drilling, etc.二、课程目的、性质与任务钻探工艺学是地质工程专业本科生必修的一门专业主干课。
岩土钻掘工程学课程教学大纲
岩土钻掘工程学课程教学大纲《岩土钻掘工程学》课程教学大纲(60学时)一、课程的性质与任务1. 性质:专业课2. 任务:本课程主要讲述钻探过程中的的基本工艺原理、各主要钻进方法的工艺技术及保证钻探质量的各种工艺原理及方法。
通过本课程教学，使学生全面掌握钻探过程中的基本工艺原理，基本掌握各种工艺方法。
通过实践教学环节使学生掌握一个机台的基本组成情况(人员及技术力量、设备、钻具、仪器、材料等)。
从生产技能上讲应具有能组织一个机台生产的能力，具有一个熟练班长的基本技能。
从技术水平上讲，应对一个矿区的钻探生产起到一个工程师的作用，应能根据地质、岩层等情况和地质要求进行整个矿区的钻探工艺设计和钻探施工管理，保证钻探六大质量指标全面完成。
二、课程的基本内容:第一章绪论 (2学时)1 地质勘探工作的阶段2 钻探过程的分类(按服务内容)3 钻探工程的基本过程第二章岩土的物理力学性质及其破碎机理(8学时)1 岩石的物理力学性质概述2 土的物理力学性质特征3 岩石在外载作用下的破碎机理4 岩石的可钻性指标及坚固性系数第三章设备与钻具(4学时)1 钻杆柱2 钻塔3 各类钻机4 钻探用泵第四章回转钻进钻头与工艺(10学时)1 硬质合金钻进的孔底碎岩过程2 硬质合金钻头3 钻探用金刚石及其孔底碎岩过程4 金刚石钻头与扩孔器5 钢粒钻头及其孔底碎岩过程6 牙轮钻头及其孔底碎岩过程7 全面钻头8 钻进效果指标及钻进规程参数间的关系9 硬质合金钻进工艺10 金刚石钻进工艺11 钢粒钻进工艺12 牙轮钻进工艺13 全面钻头钻进工艺第五章冲击钻进钻头与工艺(6学时) ?1 概述2 液动与气动冲击器3 冲击回转钻进用钻头4 冲击回转钻进工艺5 钢丝绳冲击钻进与振动钻进工艺第六章钻孔冲洗介质(10学时) ?1 钻井泥浆的分类与造浆粘土 ?2 粘土水化分散与泥浆体系稳定原理 ?3 泥浆性能及其测试方法 ?4 泥浆的设计与配制5 砂、砾层中使用的泥浆 ?6 节溶蚀性地层泥浆7 硬岩钻进用泥浆8 耐高温泥浆和高、低重度泥浆第七章护壁堵漏(6学时) ?1 复杂地层分类2 井壁稳定力学分析3 井眼漏涌水的研究、测试 ?4 遇水不稳定地层的研究 ?5 水泥护壁堵漏6 化学浆液与惰性材料护壁堵漏第八章钻孔弯曲(8学时) ?1概述2钻孔空间位置要素3钻孔弯曲的原因与规律4钻孔弯曲的测量及仪器5 钻孔弯曲的预防与纠正第九章钻探取样(4学时) ?1岩矿心采取的要求及影响因素 ?2 单层岩心管取心工具3 双层岩心管钻具取心4绳索取心钻进的优缺点及应用范围 ?5绳索取心钻具6冲洗液孔底反循环钻进取心 ?7 冲洗液全孔反循环钻进取心第十章岩土掘进概论(2学时)三、课程的基本要求注重基础性、系统性和实用性，突出理论联系实际和工程理念。
中国地质调查局地质钻探钻孔质量暂行要求
中国地质调查局地质钻探钻孔质量暂行要求中国地质调查局地质钻探钻孔质量暂行要求凡承担中国地质调查局水文地质钻探和固体矿产岩心钻探工作的地质调查项目，编写设计应遵守本要求。
一、水文地质钻探钻孔直径、岩土心（样）采取率、孔深与孔斜、简易水文观测、成井工艺、抽水试验、固井与封孔、原始记录与技术档案等质量要求执行《水文地质钻探规程》（DZ/T 0148-94）有关规定。
二、固体矿产岩心钻探（一）岩矿心采取率与整理1、地质要求取心的岩层、钻孔平均岩心采取率不得低于65％；2、矿化带重要标志层以及矿层与矿层顶板各3-5m范围内不得低于75％（岩金矿80％）；3、可采的薄矿层（厚度不小于4-5m），每层平均采取率不低于75％，厚度较大的矿层从矿层顶板开始每5m或10m的平均采取率不低于75％（岩金矿80％）；4、取出的岩矿心，应洗净后自上而下按次序装箱，不得颠倒或任意拉长，岩心应按规定编号，每回次应填放岩心票（包括没有岩心的回次），岩心箱应进行编号，箱子规格要符合要求且结实。
（二）钻孔弯曲与测量间距1、垂直孔允许顶角每100m弯曲2度，斜孔每100m弯曲3度，按孔深累计计算；2、方位角偏差，在设计时与地质商定，一般不超过勘探网1/3-1/4;3、测量间距，实测顶角小于5度时，每钻进50M测一次顶角和方位；4、磁性矿区要用防磁测斜方法；5、终孔测斜地质编录员应在现场监测。
（三）简易水文观测1、在以清水为冲洗液的钻孔每班至少要测1-2次孔内水位，未下好井口管的孔段和泥浆钻进的钻孔可以不测；2、每次观测应在提钻后、下钻前各测量一次，其间隔时间应大于5MIN；3、钻进时遇有涌水、漏水、溶洞等现象应及时记录其孔深。
(四)孔深误差的测量与校正1、每钻进100m、进出含矿层（矿层小于5m只测一次）、终孔后均要进行一次孔深测量，误差小于千分之一者可不修正孔深；2、测量要使用经过校正的钢尺；3、见矿与终孔校正，地质编录员应在现场监测。
第5章 岩心的采取
第七章 土样及岩矿心的采取
三、绳索取心附属工具
1、钻杆——内外平（包括接头）、强度、同心、垂直。 2、绳索取心绞车：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取心钻杆
为克服单管钻进时冲洗液对岩矿心的冲蚀。在岩心管内设置 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，保护岩矿心。
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。
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成的不良影响。在难取心地层或 高速回转的金刚石钻进中，往往能取得较高的取心质量。
第七章 土样及岩矿心的采取
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。 岩心采取率达95％以上，取心质量好。 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。 易于穿过坍、漏、破碎等复杂地层。 单位成本低。相同地层条件下，反循环 连续取心钻进的成本，仅为普通取心钻进 的1/5~1/3。
混合室、喉管、扩散管、分水接头等组成。
第七章 土样及岩矿心的采取
工作原理：高压冲洗液沿钻杆进入喷嘴4，高 速3~15m/s射入扩散管5。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。
在压差作用下，下部岩心管8中液体被抽吸到 喷射器里，高速液流和吸入的液体在混合室1 2 内混合，进行能量传递和交换后流入喉管13； 再经扩散管和出水孔11或弯管排出。
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。 对提交地质调查及矿产储量有重要意义；
地质岩心钻探.
地质岩心钻探钻探工程质量有六项指标：岩矿心采取率、钻孔弯曲度、简易水文地质观测、孔深误差测量与校正、原始报表填写、钻孔的封闭。
为了保证达到这六项指标的要求，我们就必须采取必要的方法与措施来提高钻探质量。
一、提高岩矿心采取率的措施1. 根据各矿区地质条件、岩矿层的物理机械性质和技术因素，正确地选择取心方法和工具。
2. 取心困难的岩矿层中，应尽可能选用金刚石或硬质合金钻进。
3. 在取心困难的矿层中钻进时，应限制转速、压力和泵量，适当控制回次进尺长度和时间。
4. 钻进时回次进尺不得超过岩心管长度。
5. 在矿层、矿层顶底板和重要标志层中，岩、矿心没有采取上来时，须专程捞取，不应继续钻进，必需钻时不得超过0.5米。
捞取岩、矿心时应尽量采用喷反、无泵或钢丝钻头等有效方法。
6. 退取岩心时要细心，尽可能地避免人为地破碎，并严格防止岩、矿心上、下顺序颠倒。
二、预防钻孔弯曲的措施1. 确保安装质量，保证“天车、回转器、孔口”三点一线。
不准使用旷动的立轴(导管。
2. 开孔时，应选用锋利的钻头，主动钻杆不得有偏摆，轴心压力要均匀，要随钻孔加深而加长岩心管。
3. 在易斜岩层地区施工，应根据地层、见矿深度等条件合理设计开孔角度和弯曲强度。
要尽量选用金刚石或硬质合金钻进。
4. 深孔钻进时，应尽量采用钻铤加压。
5. 遇到片岩地层、倾斜岩层、破碎带、软硬互层时，应使用锋利的钻头和长、直、重、厚、刚的钻具，有条件时也可试用冲击回转钻进。
6. 扩孔时要带内导正器，换径时要带外导正器。
粗径钻具要用综合式异径接头连结，其中心线必须一致。
换径时导正管要长于4米，第一回次的小径岩心管长度要短于1米。
三、做好简易水文地质观测的措施要及时观测水位及其他应测项目；水位观测的基准点必须一致，读数要准确，测绳不得任意割接。
四、降低孔深误差的措施1. 机场使用的木尺或铁尺必须保持两端平齐，刻度准确、清楚，并注意经常校正。
2. 丈量机上就时应停止立轴回转，基准点必须一致，并应准确丈量，及时记录。
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2）射吸式冲击器
利用高压液流喷射时的卷吸作用，使活塞冲锤的上下腔产 生交变压力差，推动活塞往复运动。
射吸式冲击器工作原理：
① 启动前，阀3、冲锤6处于下限。启动时，液体从喷嘴1以大于
40m/s的速度喷出，射流的卷吸作用将活塞上腔介质抽往下腔， 上腔迅速降压；进入下腔的液流，由于通道扩大，流速降低和 砧子9节流孔的增压作用，下腔压力升高 ② 在上、下腔压差作用下，冲锤活塞与阀3同时上行。阀3的质量
2）孔底反循环液动冲击器
既可以实现局部反循环，又具有冲击作用的孔底钻具。
二、气动潜孔锤的结构与工作原理
一、有阀潜孔锤
工作原理： 1.上接头 2.摆动阀 ① 压缩空气使摆动阀左翼打开，进入活 3.阀杆 塞下腔，活塞上行，覆盖a口。 4.阀体 5.配气管 ② b口打开，下腔压力下降，上腔压力 6.缸体 升高，摆动阀翻转，压缩空气进入上 7.活塞 腔，活塞下行。 8.下衬套 9.尾杆 ③ 防空打机构：悬挂钻具，尾杆下移， 10.花键套 下腔通道打开排气，冲击器停止工作。 11.联轴节 特点：结构简单、加工方便，耗风量大， 12.下接头 13.外壳 阀片、阀座易损坏。
反作用冲击器特点：
① 压缩弹簧释放出的能量与冲锤活塞自重同时作用，可 获得较大的单次冲击功； ② 冲击器内部压力损失小，能量利用率高。
③ 对冲洗液的适应能力较强。
④ 要求弹簧刚度大。弹簧的工作寿命短，只有40～100 小时。 ⑤ 冲锤上升时，消耗大量冲洗液。 应用不多。
3）双作用冲击器
冲锤活塞的正冲程和反冲程均由液 体压力推动－双作用。 整个结构中弹簧易损件很少（或者 没有）。
在致密弱研磨性的“打滑”地层则可提高50～100％或更高。
2、钻孔质量好 冲击回转钻进的钻压小，转速低，同时进尺又快，故不易发生 孔斜。
3、孔内事故少，回次进尺长，纯钻进时间利用率高
冲击回转钻进的钻压小、转速低、冲洗液量大，孔内
干净，管材磨损少，大大减少钻具折断、烧钻、埋钻、卡
钻等孔内事故。另外，轻微的卡钻还可以利用冲击器的震 击作用自行排除，故纯钻进时间可提高20～25%. 4、钻探成本低 液动冲击回转钻进由于效率高，材料消耗少，纯钻进 时间利用率高，故钻探成本可下降15～20％。
潜孔式冲击回转钻进
冲击能量直接（或通过岩心 管）作用于钻头。冲击能的 损失少，对钻杆的损伤少。
冲击回转钻进发展概况：
19世纪60年代，法国研制过低频流动冲击器，苏联、美 国研究过“涡轮锤”、“涡轮振动钻”。 1900—1905年，俄国工程师B.沃尔斯基设计了石油钻井 用流动冲击器。为第一位冲击器工作原理的研究者。 20世纪40年代，苏联、美国研制了滑阀式、活塞式正作 用冲击器。 国外发达国家已把液动冲击器钻进法作为地质勘探常规 的钻进方法。 我国1958年开始研制液动冲击回转钻具，中断10年后， 71年开始研究。目前已研制成射流式、射吸式、正作 用式、双作用式、绳索取心液动冲击器等五类20余种 冲击器。
正作用冲击器工作原理：
① 闭阀启动加速运行阶段：活塞上位，中心 孔被活阀4盖住，液流受阻，液压急增产 生水锤（也称水击）效应，冲锤活塞和活 阀下行，压缩阀簧3和锤簧6； ② 自由行程阶段：活阀下到位，活阀被阀座 9限制，与活塞脱开，液流经活塞中心孔 流向孔底，液压下降，活阀在阀簧作用下 返回；活塞在惯性下压缩弹簧向下运行； ③ 冲击阶段：冲锤冲程末了，冲锤冲击铁砧 7，经铁砧-岩心管等传至钻头， ④ 回程阶段：活塞在锤簧力作用下弹回；再 次与活阀接触，完成一个冲击周期。
轻，先抵达行程上限，随后冲锤活塞也抵达行程上限。
③ 冲锤活塞与阀3下端闭合,液流切断产生水击，上腔压力猛增； 冲锤活塞下腔压力急剧下降，冲锤活塞和阀3向下运动。 ④ 阀3抵达行程下限后，冲锤活塞因惯性继续向下运动，直至冲击 砧子为止。此时，通道完全打开，液流畅通，阀3与冲锤活塞又 进入下一循环的回程，如此周而复始地产生冲击。
对钢体材料的要求：
①高的抗挤压、抗弯、抗扭强度； ②高的抗冲击韧性； ③对焊料有良好的润湿性； ④有足够的抗压皱能力； ⑤能进行热处理。 钻头的壁厚及长度，比普通回转钻头大。
增大壁厚：增加合金片在钢体内的接触面积，增大抗挤压、抗
射流式冲击器特点：
① 除活塞与冲锤外无其他运动件，也无弹簧、配水活阀 等易损件，因而钻具工作可靠、寿命较长； ② 冲锤向下冲击砧子时，没有自由行程阶段和弹簧对冲 击力的抵消作用，因而冲击器能量利用率高； ③ 可适用于高温高压条件下的深井作业 ； ④ 钻进中产生的高压水锤波比阀式小，钻具工作平稳。 ⑤ 射流元件内部易发生冲蚀磨损，寿命短。
1-上接头; 2-射流元件; 3-缸体; 4-活塞; 5-冲锤; 6-外缸; 7-砧子; 8-花键套; 9-下接头
射流的卷吸现象
射流的附壁及切换
射流式冲击器工作原理
1-射流元件; 2-缸体; 3-活塞; 4-冲锤; 5-砧子; 6-岩心管; 7-钻头; D、F-信号孔; C、E-输出道; A、B-排空孔
射吸式冲击器特点：
① 结构简单，无弹簧装置，运动部件及易损零件少； ② 泵量越大，冲击功越大；
③ 启动容易，流量稳定时，冲击功稳定
④ 对密封性能要求较低；
⑤ 适于小口径钻进；
其他型式的液动冲击器：
1）绳索取心式液动冲击器
不仅具有绳索取心钻进的各种优点，同时冲击载荷可克服绳索取 心钻进钻头唇部较厚，钻头比压较小在坚硬致密岩石中钻速较低的 缺点。
射流元件（部分被冲蚀）
射流式冲击器工作原理
（1）高压液流从射流元件的喷嘴喷出，产 生附壁作用，假如先附壁于右侧，高压液 流便由E输出，进入缸体3的上部，推动活 塞4下行。活塞连接的冲锤4冲击砧子5。 （2）活塞冲程末了，上缸液压升高，反馈 讯号回到F控制孔，促使射流由E切换到C输 出，液流经C进入缸体下缸，推动活塞上行 ，做返回动作。 （3）回程末了，反馈讯号又回到D，将射 流切换到开始位置，液流又从E输出，进入 上缸，如此往返，实现冲击作用。上、下 缸的回水，通过E、C输出道返到排空孔， 流入岩心管。
1-带孔的活阀座; 2-活阀; 3-外套; 4-支撑座; 5-导向密封件; 6-塔形冲锤活塞; 7-导向密封 件; 8-节流环; 9-砧子
双作用冲击器工作原理：
钻具落到孔底，液流作用在活阀2和塔形冲锤活 塞6上，由于活阀2上下两端的压差，迫使活阀上 移到最上位置；由于冲锤活塞上下两端面积差， 迫使其也向上移动； 冲锤活塞上行到与活阀接合，通道d1关闭，冲 锤活塞与活阀便一起急速下行；下行h时，活阀 被支撑座4限止，冲锤活塞与活阀分离，借助惯 性继续下行，下行到s时，冲击砧子9；由于冲锤 活塞中心通道被打开，液流又恢复循环，在液流 压力作用下，活阀急剧上升，冲锤活塞也急剧上 行，如此运行，周而复始。
由于风动冲击器单次冲击功大、上返岩屑风速高，钻进 效率可比液动冲击器高2～3倍。
近年新进展：贯通式气动冲击器、潜孔锤偏心扩孔钻头 跟管钻进；将3～8个单体潜孔锤组成集束式潜孔锤；潜孔 锤解卡、起拔套管和泡沫钻进等。
用于：破碎地层钻进 问题：偏心钻头不收缩， 钻进深度有限。
潜孔锤跟管钻具
用于：进行大直径全面钻进或取 心钻进 问题：破碎地层会由于个别冲击 器排风导致所有冲击器不工作
1-工作弹簧； 2-外壳； 3-冲锤活塞； 4-铁砧
反作用冲击器工作原理：
① 高压液流对活塞3产生作用（活塞与铁砧接 触，水路封闭），活塞压缩弹簧1上行，并 储存能量；铁砧4的水路被逐渐打开，液压 下降，活塞利用惯性继续上行。 ② 冲锤3上行到上死点时，冲锤下部的液流畅 通，工作室压力降低。在活塞自身质量和 工作弹簧力下，活塞急速行冲击铁砧； ③ 冲击作用的同时，活塞与铁砧接触又封闭 液流，液压上升，再次使活塞上行，开始 第二个工作周期。
Multi Hammer
Step Augur Hammer made by Chang Shin International Co. Ltd., Korea
1. 阀式冲击器
1）正作用冲击器 以高压液体推动冲锤下行 冲击
以弹簧力使冲锤恢复原位
1-外壳； 2-活阀座垫 圈； 3-阀簧； 4-活阀； 5-冲锤活塞； 6-锤簧； 7-铁砧； 8-缓冲垫圈； 9-阀座
冲击回转钻进的核心部件是冲击器（潜孔锤） 液动冲击器 气动冲击器（泡沫） 按驱动介质分类 油压冲击器 机械作用式冲击器 电动冲击器
液动冲击器：以高压水或泥浆为驱动介质。 可与绳索取心和水力反循环连续取心相结合，广泛应用于 地质岩心钻探、水文水井钻探、工程施工钻井、石油钻井 等领域。
气动冲击器（也称为风动潜孔锤）：用压缩空气 4.弹簧 5.调节垫 7.进气座 9.内缸 10.喷嘴 11.活塞 14.外缸 16.钻头
6.3 冲击回转钻进用钻头
一、液动冲击回转钻进用钻头
两大类：硬质合金钻头、金刚石钻头。
1. 硬质合金钻头 （不对称双面刃）
：10 °-15° ：70 °-105 °
1）钻头钢体
6.2 液动冲击器和气动潜孔锤
一、液动冲击器的结构与工作原理
正作用冲击器
有阀冲击器
液动冲击器
反作用冲击器 双作用冲击器
无阀冲击器
射流式冲击器 射吸式冲击器
SYZX273液动锤
Percussive DTH Hammer for Quarrying, underground production drilling, exploration and civil engineering applications...
以液力或气力驱动靠近孔底的冲 击器，产生冲击载荷，同时由地 面机构施加轴向压力和回转扭矩 冲击能直接传给钻头，能量利用 率高
潜孔式
潜孔式机构比顶驱式机构的能量利用率高
顶驱式
潜孔式
回转钻进：钻压、回转扭
矩及冲洗液均通过钻杆传递 给钻头。坚硬地层钻进速度 较低。