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一、提高岩芯采取率以获得实际的RQD值
M.Rocha提出的整体取芯法是采用百分之百优质岩芯的有效方法。其操作步骤是:先用N级钻头钻进至需要整体取芯的深度,改用26mm小口径钻头继续钻进,深度与N级岩芯管长度相当,最多可达1.5m。钻完后掺入一根钢杆,并用水泥浆或环氧树脂浇注固定,做好方位标记。待凝固后,仍用标准岩芯管钻进取芯。取出的岩芯是由预埋钢杆串联起来的环状岩芯,岩体中不连续面的宽度、方位均能从岩芯上准确地反映出来。此法已经实践证明有效,主要缺点是进度慢,成本高,难以普遍使用。在现有实际钻探工艺中,绳索取芯法能够大大地提高岩芯采取率,但实际施工证明绳索取芯法在松软地层施工对工人的技术水平要求非常高,2013年伊犁州尼勒克县喀拉图拜某绳索取芯钻机在13.50m厚(伪厚)煤层中连续多次折断钻杆,前后事故处理长达93天,造成巨大的经济损失,因此在煤田地质钻探施工中多采用普钻取芯,其提高岩芯采取率的方法有限,主要以缩短进尺长度、增加提钻次数为主,以投放石子等卡住岩芯为辅,这样以牺牲钻探效率有限地提高岩芯采取率的方法并不值得提倡。
二、岩芯采取率对RQD值的实际影响
因为要达到百分之百的采取率存在技术上的困难,因此有必要探讨在达到规范规定的采取率的情况下,对RQD值的实际影响。如下表,伊犁某地区某钻机在侏罗纪地层施工5个孔岩芯采取率(达到规范要求标准)与RQD值对照表。由上表可知,在岩芯采取率达到规范规定的要求时,在没有构造的情况下,同一钻机施工的岩芯的采取率对RQD值的影响在一个很小的范围,经过分析认为这是因为岩芯在损失不大的情况下(岩芯采取率达到规范要求),损失的岩芯主要为易破碎岩芯,其对RQD值的影响不显著。
三、非标准钻探与标准钻探对RQD值的影响
在煤田地质钻探施工中普钻一般通过双套DMD(钻头内径:58mm)采取煤芯提高煤样采取率,单套采取岩芯提高进尺效率,但这样对提高岩芯的采取率和准确测量岩芯的RQD值不利,我们在同一单斜构造(地质条件相似)施工场地分别找到3个钻井队(河南四队,钻机型号:TX-1000,钻头种类:复合片钻头,钻头规格:直径98mm;陕煤194队,钻机型号:XY-6,钻头种类:合金钻头,钻头规格:直径98mm;东北107队,钻机型号:1600,钻头种类:复合片钻头,钻头规格:直径98mm),进行了非标准钻具和规范规定的标准钻具对砂砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩和粉砂岩层进行了钻进对比实验,实验内容是在钻机施工钻进过程中分别在三个钻孔钻探施工到达某岩性稳定层时,先用普通单套岩芯管钻探取芯10m,然后换上双套DMD岩芯管、金刚石钻头取芯10m,得到相应的RQD值,实验数据如下:通过数据我们得出以下结论:
1.用非标准单套方式取芯与采用规范规定的标准取芯方式相比,总体上RQD值偏低,以三个施工单位各岩性RQD平均值如下图:
2.岩性的不同会较大地影响到非标准单套方式取芯测得的RQD值准确度,以三个施工单位各岩性RQD平均值来看,不同岩性测得的RQD值非标准单套方式取芯相比标准方式取芯损失的比例是不一样的。其中粗砂岩RQD值损失率达到73%(损失率=(标准RQD值-非标准RQD值)/标准RQD值),研究其原因是因为该地区粗砂岩胶接松散,在外力的作用下容易破碎。如果引入一个修正参数λ来表达标准RQD值(X)与非标准RQD值(Y)的关系,那么X=λY就有这样的规律,λ>1,且Y值越小,则λ越大,因此岩性的软硬、胶接程度会很大程度上影响非标准取芯方式获得的RQD值准确度。
3.各个钻机取芯工艺的不一致,回次取芯长度的不同,泥浆的使用不一样,因此,各钻机获得的RQD值损失率差异较大,以砂砾岩为例,河南四队RQD值损失率为22.72%,陕煤194队RQD值损失率为34.36%,东北107队RQD值的损失率为39.21%,通过现场分析得知,除开钻探设备和取芯工艺不一致外,东北107队在做本次实验时回次取芯长度较大也是其RQD值损失率较大的一个重要原因。
四、结论
通过以上实验和分析,我们可以得出以下结论:岩芯采取率在达到规范要求的情况下,对RQD值的影响是有限的,而不同的钻探设备、施工工艺和岩性的坚硬程度、胶接好坏都会极大地影响测得RQD值的准确性,因此在煤田地质钻探施工过程中,应通过上述实验找出标准RQD值(X)与非标准RQD值(Y)的关系X=λY中λ的值,特别是有构造的破碎地层,以便能更加准确掌握工程地质情况,为后续矿产资源开采施工建设提供科学的参考依据。
作者:胡振鹏寇云玲单位:新疆煤田地质局一五六煤田地质勘探队新疆煤田地质局综合化验室