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岩心管在煤矿勘探中起着关键作用,以下是其具体的勘探使用步骤及相关要点:
一、施工前准备
设备与工具准备
岩心管选择:根据勘探目的、预计的岩层情况等因素,挑选合适规格(如直径、长度等)的岩心管。常见的岩心管直径有多种,例如75mm、108mm等,要依据钻孔设计要求选用。岩心管材质通常需具备较高的强度和耐磨性,以适应井下复杂的岩石环境。
配套钻具准备:准备好与岩心管相匹配的钻头、钻杆等钻具。钻头类型要根据岩石硬度等特性来确定,像在较软岩石中可选用刮刀钻头,在坚硬岩石中则可能需用金刚石钻头。同时,准备好连接岩心管与钻杆的接头,确保连接牢固且密封良好,防止在钻进过程中出现脱节、漏水等问题。
钻机选择与调试:选择适合煤矿井下作业环境的钻机,例如液压钻机等,其应具备合适的钻进能力、扭矩等参数,能满足勘探钻孔的深度和直径要求。在使用前,要对钻机进行全面调试,检查各部件运转是否正常,液压系统有无泄漏,操作手柄是否灵活等。
场地准备
确定钻孔位置:由专业的地质技术人员依据煤矿的地质构造资料、已有的勘探成果以及开采规划等,在井下选定合理的钻孔位置。钻孔位置要准确标记,且要考虑到周边巷道支护情况、通风条件以及对后续开采作业的影响等因素。
场地清理与支护加固:对钻孔施工场地进行清理,移除杂物、浮煤等,确保施工空间充足、安全。若钻孔位置周边的巷道或硐室支护存在薄弱环节,要提前进行加固处理,防止在钻进过程中因震动等原因引发冒顶、片帮等事故。
二、钻进施工
开孔钻进
安装岩心管与钻头:将选择好的岩心管一端通过接头牢固连接上合适的钻头,然后将其与钻机的钻杆进行连接,连接过程中要用管钳等工具拧紧,保证连接的可靠性。
启动钻机开孔:开启钻机,以较低的转速和较小的钻进压力进行开孔操作,这样做是为了使钻头能平稳地切入岩层,防止因初始钻进速度过快、压力过大导致钻头偏斜或损坏岩心管等情况发生。在开孔阶段,要密切关注钻进情况,及时调整钻进参数,确保钻孔的垂直度符合要求。
正常钻进
参数调整:开孔达到一定深度(一般几十厘米到一米左右,具体根据实际情况确定)且钻孔稳定后,可适当增加钻进转速和压力,转入正常钻进阶段。但钻进参数的调整要依据所钻岩层的硬度、完整性等特性来灵活掌握,例如在钻进较硬的砂岩时,转速可适当降低、压力适当增大;而在钻进较软的页岩时,则可适当提高转速、减小压力。
岩心采取:随着钻进的推进,岩心会逐渐进入岩心管内。要确保岩心能完整地进入岩心管并被有效保护,这就要求钻进过程中保持稳定,避免过大的震动和冲击破坏岩心结构。同时,根据岩心管的长度和钻进进度,适时停钻,通过专门的取心装置(如岩心卡簧等)将岩心从岩心管内取出,做好标记并妥善保存,以便后续的地质分析。
排渣与冷却:在钻进过程中,钻头切削岩石会产生大量的岩屑,需要通过冲洗介质(如清水、泥浆等)将岩屑及时排出钻孔外,防止岩屑堆积影响钻进效率和钻头寿命。冲洗介质同时还能起到冷却钻头的作用,避免钻头因过热而磨损加剧甚至损坏。要合理控制冲洗介质的流量和压力,使其既能有效排渣和冷却,又不会因压力过大导致钻孔坍塌等问题。
三、钻进过程中的监测与维护
钻孔轨迹监测
使用测斜仪等仪器定期对钻孔的轨迹进行测量,监测钻孔是否出现偏斜情况。若发现钻孔偏斜超出允许范围(不同勘探要求有不同的偏斜标准,一般每百米钻孔偏斜角度有相应限定),要及时分析原因,可能是由于岩层软硬不均、钻机安装不平或者钻进参数不合理等因素导致,然后采取相应的纠偏措施,如调整钻进方向、改变钻进参数等。
记录每次测斜的数据,绘制钻孔轨迹图,以便直观了解钻孔在岩层中的走向,为后续的地质分析和勘探结果解读提供准确依据。
设备维护
密切关注钻机、岩心管以及其他钻具的运行情况,在钻进过程中若听到异常的声响,如撞击声、摩擦声等,要立即停钻检查,查看是否存在岩心管变形、钻具磨损严重或者部件松动等问题。
定期检查岩心管的磨损程度,若岩心管外壁磨损严重,可能影响其强度和在钻孔内的稳定性,应及时更换;同时检查岩心管的连接部位是否有松动、泄漏等情况,如有问题要及时紧固或修复。
四、钻孔完成与后续工作
终孔操作
当钻进达到预定的勘探深度后,要进行终孔操作。逐渐减小钻进压力和转速,缓慢将岩心管和钻具从钻孔内提出,提钻过程要平稳,防止因突然提拉导致岩心管内的岩心掉落或者损坏钻孔孔壁。
在提钻后,要对钻孔进行清理,清除孔内残留的岩屑等杂物,然后使用专门的孔口装置对钻孔进行临时封堵,防止杂物掉入、地下水流入等情况发生,同时也为后续可能的进一步观测或测试做好准备。
岩心分析与勘探成果整理
将取出的岩心送至专业的地质实验室,由地质技术人员对岩心进行详细的分析,包括岩石的种类、结构、构造、含煤情况、裂隙发育程度等方面的研究,通过显微镜观察、化学分析等多种手段获取相关地质信息。
根据岩心分析结果以及钻孔施工过程中记录的各项数据(如钻进参数、钻孔轨迹、测斜数据等),整理形成完整的勘探报告,绘制相应的地质剖面图、煤层分布图等图纸,为煤矿的后续开采设计、资源储量评估以及地质灾害预测等提供科学依据。
总之,在煤矿中利用岩心管进行勘探是一个系统性的工作,需要严格按照相关的技术规程和操作要求执行,确保勘探工作的准确性和安全性。