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岩土钻掘工程学
钻探工程是获得实物地质资料的唯一手段， 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 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。 提交地质调查及矿产储量有重要意义； 确性与可靠性。 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孔时， 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。 获取比全面钻进更高的钻进效率。 因此，如何从钻孔中取出、取全、 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。 是钻探工作的关键技术之一。
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第二节 单层岩心管取心工具
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图1 常用卡芯工具的结构简图
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俄罗斯专用卡心工具-1 图2.俄罗斯专用卡心工具 俄罗斯专用卡心工具
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第七章 土样及岩矿心的采取
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第七章 土样与岩矿心的采取
1、土样的采取 2、岩矿心采取 3、常用取心工具及方法 4、绳索取心工具 5、反循环钻进取心 6、采集岩粉和补取岩样
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第七章 土样及岩矿心的采取
土样的采取（另一门课程将展开，自习） 第一节 土样的采取（另一门课程将展开，自习） 第二节 岩矿心采取
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第七章 土样及岩矿心的采取
3.干钻卡取法
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回次终了停水干钻一段， 回次终了停水干钻一段，让岩粉聚集孔底塞住岩心即可提 但有埋、烧钻的危险，适用于硬合金钻软或粘性岩层。 钻。但有埋、烧钻的危险，适用于硬合金钻软或粘性岩层。 4.沉淀卡取法 回次终了停止循环让管内岩屑碎渣沉淀挤塞卡牢岩心。适 回次终了停止循环让管内岩屑碎渣沉淀挤塞卡牢岩心。 用软、 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.楔断器卡取法 回次终了将钻具提出孔外，下入楔断器， 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。 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、完整的岩矿层钻进。 和岩石比较坚硬、完整的岩矿层钻进。
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， 根据我国目前钻探工作所遇到的岩矿层，可大致分为五 研究选用取心方法和工具的依据（ 类。是研究选用取心方法和工具的依据（表7-2）。
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第七章 土样及岩矿心的采取
第三节 常用取心工具及方法
一、卡取岩心的方法 1.卡料卡取法 卡料卡取法
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第七章 土样及岩矿心的采取
二、影响岩矿心采取率与品质的因素
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1. 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 磨性和易溶度等。钻进坚硬、致密、完整的岩矿时， 磨性和易溶度等。钻进坚硬、致密、完整的岩矿时，岩矿心 不怕冲刷、振动，取出的岩矿心完整，采心率高， 不怕冲刷、振动，取出的岩矿心完整，采心率高，能保持其 原生结构。钻进松散、破碎、节理发育的岩矿时， 原生结构。钻进松散、破碎、节理发育的岩矿时，取出的岩 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 岩矿心的采取率也低，甚至取不上岩矿心； 岩矿心的采取率也低，甚至取不上岩矿心；钻进强研磨性地 切削具易磨钝，钻进效率低，回次时间长， 层，切削具易磨钝，钻进效率低，回次时间长，岩矿心受外 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。
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双管钻具结构特点 为减弱机械力对岩 心破坏， 心破坏，钻具中设 置避振缓冲装置. 置避振缓冲装置. 为减轻对岩心冲刷 作用， 作用，钻具中设置 隔水和分流装置. 隔水和分流装置. 为防止或缓解岩矿心互磨，双管钻具中增加减磨防磨装置. 为防止或缓解岩矿心互磨，双管钻具中增加减磨防磨装置. 为防止岩矿心污染，设置隔浆活塞、压入式内管钻头、 为防止岩矿心污染，设置隔浆活塞、压入式内管钻头、密封 装置等. 装置等. 为防止岩矿心脱落，设置爪簧、压卡装置、隔水球阀等. 为防止岩矿心脱落，设置爪簧、压卡装置、隔水球阀等.
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第七章 土样及岩矿心的采取 三、双管钻具
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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 为克服单管钻进时冲洗液对岩矿心的冲蚀。 内管容纳岩心，冲洗液从二管之间流动， 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。 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 钻进时双管若同步转动，内管仍可能与岩心相对转动， 心造成的损害。 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， 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。 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。 高速回转的金刚石钻进中，往往能取得较高的取心质量。
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第七章 土样及岩矿心的采取
3、纯洁性
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取上的岩矿心不受外污的浸蚀，以免影响矿石的品位、 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。 性能等。 4、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 选择性磨损会使其内在物质成分发生变化， 贫化和富集。歪曲原来的品位和品级，丧失其代表性。 贫化和富集。歪曲原来的品位和品级，丧失其代表性。 取心部位准确 5. 取心部位准确 要求取上岩矿心的位置准确， 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 厚度和产状、 度、厚度和产状、以准确地计算 矿产储量和确定其地质构 造。
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第七章 土样及岩矿心的采取
2. 人为因素 2.1 钻进方法选择不合理 钻进方法选择不合理 钢粒钻进→岩矿心细→对岩矿心的磨损作用； 钢粒钻进→岩矿心细→对岩矿心的磨损作用；
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硬合金钻进→磨损轻微；金刚石钻进→磨损最小。 硬合金钻进→磨损轻微；金刚石钻进→磨损最小。 2.2 钻具结构选用不合理 钻具结构选用不合理 离心力和水平振动，使岩心受损破坏。 不合理的具组合→离心力和水平振动，使岩心受损破坏。 2.3 钻进规程不当 钻进规程不当 压力↑→钻具弯曲振动→破坏岩心；压力↓ 压力↑→钻具弯曲振动→破坏岩心；压力↓······。 ↑→钻具弯曲振动 。 转速↑→钻具振动↑→岩心破坏加剧；转速↓ 转速↑→钻具振动↑→岩心破坏加剧；转速↓······ ↑→钻具振动↑→岩心破坏加剧 泵量↑冲刷力↑冲毁和磨耗岩心。循环方式不当······。 泵量↑冲刷力↑冲毁和磨耗岩心。循环方式不当 。
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第七章 土样及岩矿心的采取
1、双动双管
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由双管接头， 由双管接头，内、外岩心管、钻头和止逆阀组成。一般 外岩心管、钻头和止逆阀组成。 用于钻进I 级的松散、易坍塌和怕冲刷的岩矿层。 用于钻进I一Ⅶ级的松散、易坍塌和怕冲刷的岩矿层。
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20~50mm，岩层越松散，胶结性越差，超前 距离就越大。
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第七章 土样及岩矿心的采取
一 、岩矿心采取的基本要求 1、岩(矿)心的采取率
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岩(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， 心长度与实际钻进进尺的比值。 (矿)心长度与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65％，矿心 对岩矿心采取率要求也不同，一般：岩心不低于65％，矿心 65％， 不低于75％，如果不足应进行补取 75％，如果不足应进行补取。 不低于75％，如果不足应进行补取。 2、完整性 取出的岩心、矿心要保持其天然的结构和构造。 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。 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、颠倒和扰动。 避免人为的破碎、颠倒和扰动。
2011-8的采取
二、单层岩心管钻具——最简单的取心钻具 单层岩心管钻具
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为↑采取率在单管钻具中增加分水投球接头和分 水帽。 水帽。钻进时冲洗液通过分水接头中心孔直接进 入岩心管内， 入岩心管内，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。 洗液直接冲刷，且随岩心一起上移。 提钻前投入球阀封闭中心水道， 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， 阀下移超过小卡时通水孔被打开，使孔底形成干 钻条件。 钻条件。