煤礦井下取心鉆進(jìn)技術(shù)與裝備研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

楊冬冬，趙江鵬，王四一

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

煤礦井下鉆孔取心技術(shù)是獲取煤層、巖層地質(zhì)信息的主要技術(shù)手段[1，2]。目前煤礦井下取心鉆進(jìn)技術(shù)主要為定點(diǎn)取心、密閉取心、繩索取心及水力反循環(huán)取心技術(shù)。煤層與巖層中取心目的不同，煤層取心鉆進(jìn)施工的主要目的是為了測(cè)定煤層瓦斯含量，瓦斯含量測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性對(duì)煤礦井下瓦斯災(zāi)害防治、煤礦的安全生產(chǎn)、瓦斯資源開(kāi)發(fā)利用等方面有重要意義[2-5]；而巖層取心鉆進(jìn)施工的主要目的是查明地層賦存條件、巖性特征、水文地質(zhì)條件及地質(zhì)異常體發(fā)育程度等[6，7]。

針對(duì)煤層取心，目前煤礦井下多采用常規(guī)定點(diǎn)取心鉆進(jìn)技術(shù)鉆取煤心，但是由于取心到送檢過(guò)程中煤心暴露時(shí)間較長(zhǎng)導(dǎo)致瓦斯含量測(cè)定值偏低，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯初始含量[8，9]，因此對(duì)煤礦井下取心鉆進(jìn)技術(shù)與裝備提出了更高的要求，為此諸多學(xué)者開(kāi)展了大量工作，袁亮等[10]研制出一種利用粘液密封取樣器來(lái)提高瓦斯含量的測(cè)定方法；陳紹杰[11]設(shè)計(jì)了一種能夠提高直接法測(cè)定煤層瓦斯含量準(zhǔn)確性的反轉(zhuǎn)密封取樣裝置；景興鵬[12]研制了一種能夠提高煤礦瓦斯含量測(cè)定精度的直接式機(jī)械密閉取心測(cè)試裝置；龍威成[13]研制了一種高壓水驅(qū)動(dòng)的密閉取心裝置，相較常規(guī)取心測(cè)值高19%～44.5%。

針對(duì)巖層取心，目前煤礦井下多采用繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)鉆取巖心，具有取心率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、地層適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[14，15]，但淺孔取心優(yōu)勢(shì)不明顯，適合長(zhǎng)鉆孔取心施工。水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)曾經(jīng)作為繼金剛石繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)之后的又一重大創(chuàng)新性技術(shù)在地質(zhì)資源勘查、地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[16，17]，與常規(guī)取心技術(shù)相比，該工藝方法可大約較少20%～30%的輔助時(shí)間，具有效率高、純鉆進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)、鉆探成本低、巖礦心采取率高、品質(zhì)好、勞動(dòng)強(qiáng)度小等諸多優(yōu)點(diǎn)[18，19]。

1 密閉取心鉆進(jìn)技術(shù)與裝備

1.1 技術(shù)原理

常規(guī)鉆進(jìn)或定向鉆進(jìn)至采樣點(diǎn)后，退出孔內(nèi)鉆具下入密閉取心裝置至采樣點(diǎn)開(kāi)始取心施工，裝置外筒帶動(dòng)頂部取心鉆頭回轉(zhuǎn)，并在鉆機(jī)給進(jìn)力作用下鉆取煤樣直至填滿裝置內(nèi)筒，而后在鉆孔孔口向鉆桿內(nèi)投放橡膠球，連接外部壓水管路，采用泥漿泵向鉆桿內(nèi)部壓水，橡膠球在水壓作用下被推送至密閉取心裝置上部的球座分水接頭，從而堵住分水接頭下部的泄流孔，裝置內(nèi)部壓力不斷升高，迫使液壓推動(dòng)機(jī)構(gòu)剪斷銷釘繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)直至到達(dá)下部的密閉球閥上的半滑環(huán)，從而帶動(dòng)密閉球閥旋轉(zhuǎn)剪斷煤心并密閉裝置內(nèi)筒，將整套密閉取心裝置提出孔外，取出裝置內(nèi)筒并連接瓦斯解析裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)解析測(cè)試。此外，考慮取樣煤體堅(jiān)硬程度、煤心直徑的不同，調(diào)整剪切銷釘類型、尺寸和數(shù)量來(lái)改變整體的剪切強(qiáng)度，提高泥漿泵注水壓力，間接改變密閉球閥切割力。

1.2 配套裝備

煤層密閉取心施工配套裝備具體包括鉆機(jī)、常規(guī)鉆桿、密閉取心裝置、橡膠球、瓦斯解析儀等。其中煤層密閉取心瓦斯含量測(cè)試技術(shù)的核心在于密閉取心裝置的應(yīng)用，密閉取心裝置主要由鉆桿接頭、懸掛總成、液壓推動(dòng)機(jī)構(gòu)、球座分水接頭、外筒、液壓推動(dòng)筒、內(nèi)筒、半滑環(huán)、球閥、取心鉆頭[13]等構(gòu)件組成，如圖1所示。

1.3 技術(shù)難點(diǎn)

針對(duì)煤礦井下密閉取心施工的技術(shù)難點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

1)煤礦井下煤層硬度變化較大，當(dāng)取樣煤層硬度較大時(shí)，需要更大的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)球閥轉(zhuǎn)動(dòng)，球閥剪切煤心難度較大。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)實(shí)測(cè)，煤層硬度系數(shù)在1.5以下，進(jìn)行密閉取心施工難度系數(shù)較低，而硬度系數(shù)在1.5以上時(shí)需要調(diào)整銷釘?shù)牟牧稀⒁?guī)格及數(shù)量來(lái)獲取更大的驅(qū)動(dòng)壓力，同時(shí)需要配備滿足相應(yīng)壓力要求的泥漿泵。

2)密閉取心器密閉性檢查。獲得準(zhǔn)確的瓦斯含量測(cè)值的關(guān)鍵就是要對(duì)密閉取心內(nèi)筒的煤心進(jìn)行保壓，由于密閉取心器通過(guò)球閥同時(shí)進(jìn)行煤心的剪切及內(nèi)筒的密封，仍有一定的概率發(fā)生密閉失效，所以退出取心器后需要檢查取心器密閉性，密閉性正?？梢赃M(jìn)行下一工序，如果密閉失效需要對(duì)球閥部位進(jìn)行檢查、清理后再次進(jìn)行取心施工。

3)針對(duì)大仰角、長(zhǎng)距離取心鉆孔，尤其在定向鉆孔軌跡不平順時(shí)，橡膠球的輸送難度較大，橡膠球一定概率不能到達(dá)密閉取心器下部球座分水接頭，不能對(duì)泄流孔進(jìn)行有效封堵，導(dǎo)致鉆具內(nèi)部無(wú)法實(shí)現(xiàn)憋壓，液壓推動(dòng)筒無(wú)法剪斷銷釘，無(wú)法進(jìn)行密閉取心施工。

1.4 應(yīng)用情況

1)在彬長(zhǎng)礦業(yè)胡家河煤礦采用機(jī)械式密閉取心器對(duì)4#煤層進(jìn)行近水平孔取心測(cè)試，共施工一個(gè)密閉取心試驗(yàn)鉆孔，該鉆孔包括3個(gè)普通取心測(cè)點(diǎn)及一個(gè)密閉取心測(cè)點(diǎn)，其中3個(gè)普通測(cè)點(diǎn)的平均瓦斯含量為3.58cm3/g，密閉取心測(cè)點(diǎn)瓦斯含量為4.32cm3/g，提高了20%左右，取心率接近80%，取心及密閉效果均較好。

2)在山西寺河煤礦采用密閉取心鉆具進(jìn)行密閉取心功能性試驗(yàn)，采用定向鉆進(jìn)裝備由煤層底抽巷向待測(cè)煤層施工近水平定向鉆孔，定向鉆孔深度每增加100m，密閉取心采樣一次，本次試驗(yàn)密閉采樣點(diǎn)為4個(gè)，并在鉆進(jìn)至取樣點(diǎn)之前收集相應(yīng)位置的煤屑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，因此一共有樣品8個(gè)，采用常規(guī)取心方法測(cè)得瓦斯含量平均值為6.65cm3/g，密閉取心方法測(cè)得瓦斯含量平均值為8.25cm3/g，含量提高了24%。

但是，一條精子所含的酶量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有在許多精子的共同努力下，才能殺出一條血路，讓幸運(yùn)的那個(gè)英雄攻破卵細(xì)胞最后的壁壘。

3)在山西成莊礦某采動(dòng)影響區(qū)選取試驗(yàn)點(diǎn)，再次對(duì)密閉取心鉆具進(jìn)行功能性試驗(yàn)，本次試驗(yàn)采用常規(guī)取心方法及密閉取心方法各施工一個(gè)傾角為21°的上仰試驗(yàn)鉆孔，分別采集樣品6個(gè)，采用常規(guī)取心方法測(cè)得瓦斯含量平均值為6.11cm3/g，密閉取心測(cè)試方法測(cè)得瓦斯含量平均值為7.44cm3/g，含量提高了22%。

2 繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)與裝備

2.1 技術(shù)原理

下入繩索取心鉆具進(jìn)行取心施工直至巖心管填滿，巖心滿管報(bào)信機(jī)構(gòu)報(bào)信，巖心卡斷機(jī)構(gòu)將巖心卡斷，更換通纜水接頭，沿著鉆桿內(nèi)部下入打撈器開(kāi)始打撈內(nèi)管，到位后提升內(nèi)管總成，提至孔外收集巖心管內(nèi)巖心，再次投放內(nèi)管總成直至內(nèi)管總成到位后，到位報(bào)信機(jī)構(gòu)向施工人員發(fā)送信號(hào)，這時(shí)更換常規(guī)送水器繼續(xù)進(jìn)行取心鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中如發(fā)生巖心卡堵情況，堵心報(bào)信機(jī)構(gòu)向施工人員發(fā)送堵塞信號(hào)停止鉆進(jìn)，并及時(shí)打撈內(nèi)管，防止巖心管內(nèi)巖心過(guò)渡磨損。重復(fù)上述步驟可以實(shí)現(xiàn)不提鉆連續(xù)取心直至終孔。

2.2 配套裝備

煤礦井下試驗(yàn)配套的鉆探裝備主要有全液壓坑道鉆機(jī)、泥漿泵、提升架、液壓絞車及鋼絲繩、繩索取心鉆具等，其中型繩索取心鉆具由外管總成、內(nèi)管總成、打撈器、孕鑲金剛石鉆頭等組成，核心部件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

繩索取心鉆具的核心部件即為內(nèi)、外管總成和打撈器[14，15]。內(nèi)管總成包括打撈機(jī)構(gòu)、彈卡機(jī)構(gòu)、懸掛機(jī)構(gòu)、到位報(bào)信機(jī)構(gòu)、巖心滿管或堵塞報(bào)警機(jī)構(gòu)、調(diào)解機(jī)構(gòu)、緩沖機(jī)構(gòu)、單動(dòng)機(jī)構(gòu)、容納與卡取巖心結(jié)構(gòu)和扶正機(jī)構(gòu)，其作用主要是單動(dòng)通水、容納和提取巖心；外管總成由彈卡擋頭、彈卡室、擴(kuò)孔器、外管、扶正環(huán)、鉆頭等部件組成，其作用是傳遞鉆壓和扭矩、帶動(dòng)鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)；打撈器是繩索取心鉆具的必不可少的組成部分，具有打撈、送入內(nèi)管和脫卡等功能，包括打撈機(jī)構(gòu)、繩卡機(jī)構(gòu)、送入機(jī)構(gòu)和安全脫卡機(jī)構(gòu)。

2.3 技術(shù)難點(diǎn)

煤礦井下進(jìn)行繩索取心施工大多施工近水平鉆孔或小傾角鉆孔，垂直鉆孔施工較少。水平孔與垂直孔鉆進(jìn)時(shí)存在明顯的差別，主要存在以下幾個(gè)方面：

1)繩索取心鉆具適合長(zhǎng)孔取心，而煤礦井下鉆場(chǎng)空間狹小，一定程度上限制可繩索取心鉆具內(nèi)、外管總成的長(zhǎng)度，巖心管的長(zhǎng)度較短會(huì)增加打撈次數(shù)，增加勞動(dòng)強(qiáng)度，影響鉆進(jìn)效率。

2)針對(duì)垂直鉆孔下放繩索取心鉆具內(nèi)管總成及打撈器時(shí)依靠其自重，而近水平鉆孔需要借助外力將內(nèi)管總成及打撈器下入。并且鉆進(jìn)過(guò)程中需要對(duì)內(nèi)管進(jìn)行扶正來(lái)保證同心度，對(duì)鉆具加工精度、動(dòng)力供應(yīng)、鉆進(jìn)工藝均提出了更高的要求。

3)施工近水平鉆孔時(shí)，由于受到鉆具自重的影響，鉆具與鉆孔孔壁之間的摩擦力較大，需要鉆機(jī)提供更大的扭矩，對(duì)鉆桿強(qiáng)度提出了更高要求。

4)彈卡定位機(jī)構(gòu)在垂直鉆孔或者下斜鉆孔其工作穩(wěn)定可靠，對(duì)于施工近水平取心鉆孔時(shí)由于彈卡自重并受加工精度的影響，彈卡定位機(jī)構(gòu)失效情況頻繁發(fā)生。

2.4 應(yīng)用情況

1)采用NQEU75繩索取心鉆具在新集二礦區(qū)進(jìn)行功能性試驗(yàn)，本次試驗(yàn)共施工兩個(gè)取心鉆孔，鉆孔布置在1—10號(hào)灰?guī)r層，旨在查清煤層底板太原組灰?guī)r分布及富水情況。采用鉆具組合為“NQEU75繩索取心鉆具+?70.1mm直連式鉆桿”。1號(hào)試驗(yàn)鉆孔實(shí)際孔深151.5m，其中取心孔段長(zhǎng)124.8m，巖心累計(jì)取心長(zhǎng)度92.9m，其中灰?guī)r孔段取心率較高，可達(dá)90%以上，平均鉆進(jìn)效率為2.1m/s；2號(hào)試驗(yàn)鉆孔實(shí)際孔深194.5m，其中取心孔段長(zhǎng)144.4m，該孔灰?guī)r孔段接近全孔取心，平均鉆進(jìn)效率為3.6m/s，取心效果較好。

2)采用JS75型繩索取心鉆具在黃陵二號(hào)煤礦進(jìn)行功能性試驗(yàn)，主要是為了掌握2#煤下覆地層巖性及油型氣賦存情況，現(xiàn)場(chǎng)施工完成孔徑為?75mm取心鉆孔一個(gè)，鉆孔傾角為-48°，深孔67.15m，所取巖心長(zhǎng)度65.4m，巖心采取率可達(dá)97%，鉆進(jìn)效率最大為1.83m/h，平均鉆進(jìn)效率0.85m/h，相較常規(guī)取心方法取心效率大幅度提高。

3 水力反循環(huán)取心鉆進(jìn)技術(shù)與裝備

3.1 技術(shù)原理

近水平鉆孔水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)技術(shù)原理如圖3所示。在近水平鉆孔內(nèi)，泥漿泵將沖洗液首先壓送至雙壁送水器，雙壁送水器與雙壁鉆桿內(nèi)環(huán)空相連通，使得沖洗液沿著雙壁鉆桿內(nèi)環(huán)空進(jìn)入取心鉆頭并從鉆頭水眼噴出，大部分沖洗液攜帶巖心及破碎的巖屑沿著鉆具中心通道上返至孔外巖心箱，少量沖洗液進(jìn)入鉆孔環(huán)空正循環(huán)通道攜帶環(huán)空沉渣上返，施工過(guò)程中巖心持續(xù)卡斷并上返從而實(shí)現(xiàn)不提鉆連續(xù)取心?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)利用鉆機(jī)提供孔內(nèi)鉆具給進(jìn)力及回轉(zhuǎn)力，利用泥漿泵提供巖心上返動(dòng)力，同時(shí)起到鉆頭冷卻及攜粉排渣的作用。

圖3 水力反循環(huán)連續(xù)取心原理圖

3.2 配套裝備

煤礦井下試驗(yàn)配套的鉆探裝備主要有全液壓鉆機(jī)、泥漿泵、雙壁鉆桿、反循環(huán)取心鉆頭、雙壁送水器、孔口密封器、鉆孔成像儀、水箱、外部管匯等，其中水力反循環(huán)取心鉆具組合為雙壁送水器、雙壁鉆桿與反循環(huán)取心鉆頭。

3.2.1 雙壁鉆桿

雙壁鉆桿為沖洗液的輸送、煤巖心、煤巖屑的返回提供通道，是順利實(shí)施水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)的關(guān)鍵鉆具之一。本次試驗(yàn)研制了?89/42mm雙壁鉆桿，如圖4所示，它總體結(jié)構(gòu)由外管與內(nèi)管兩部分組成。內(nèi)管由內(nèi)管公接頭、內(nèi)管桿體、內(nèi)管母接頭等依次螺紋連接組成；外管由外管母接頭、外管桿體、外管公接頭等依次摩擦焊接而成；內(nèi)管與外管由焊接在內(nèi)管母接頭和內(nèi)管公接頭上的支撐定位塊連接。外管外徑為?89mm，內(nèi)管內(nèi)徑為?42mm。

圖4 ?89/42 mm雙壁鉆桿(mm)

3.2.2 反循環(huán)取心鉆頭

反循環(huán)取心鉆頭與正循環(huán)鉆頭的區(qū)別在于結(jié)構(gòu)、功能及介質(zhì)流向的不同。反循環(huán)取心鉆頭內(nèi)部設(shè)有內(nèi)管，沖洗液從取心鉆頭水眼噴出后，大部分液流分流至鉆頭中心部分?jǐn)y帶煤巖心、煤巖屑上返。同時(shí)，為了將沖洗液大部分分流至雙壁鉆桿的內(nèi)部，在反循環(huán)取心鉆頭內(nèi)管上設(shè)有上斜分水孔。本試驗(yàn)選用了?98/38mm、?113/38mm四翼反循環(huán)取心鉆頭及?98/38mm、?105/38mm三翼反循環(huán)取心鉆頭，其取心直徑均為38mm，卡斷器復(fù)合片距離鉆頭頂端80mm。四翼反循環(huán)取心鉆頭、三翼反循環(huán)取心鉆頭如圖5所示。

圖5 反循環(huán)取心鉆頭

3.2.3 雙壁送水器

雙壁送水器是將沖洗液導(dǎo)入至雙壁鉆桿內(nèi)外管環(huán)隙，煤巖心、煤巖屑自雙壁鉆桿內(nèi)管中心通道導(dǎo)出的專用工具，是成功實(shí)施水力反循環(huán)連續(xù)取心的關(guān)鍵鉆具之一，主要由返心口、后端蓋、注水口、外殼、前端蓋、軸心及內(nèi)管組成，工作狀態(tài)下內(nèi)管與心軸可以同步回轉(zhuǎn)，其他部件不轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.3 技術(shù)難點(diǎn)

水力反循環(huán)取心技術(shù)的難點(diǎn)主要是解決巖心卡堵問(wèn)題。根據(jù)堵塞原因的不同主要分為4類：滯留堵塞、失穩(wěn)堵塞、斷流堵塞、直接卡塞。根據(jù)煤礦井下試驗(yàn)，通過(guò)提鉆檢查卡堵位置、卡堵巖心的規(guī)格尺寸，分析發(fā)現(xiàn)，煤礦井下近水平鉆孔主要的卡堵形式是滯留卡堵與失穩(wěn)卡堵。

1)當(dāng)煤層頂?shù)装宓貙虞^破碎或者鉆遇斷層時(shí)，鉆至該處的巖心會(huì)比較破碎，巖心多層片狀、不規(guī)則碎塊狀、短柱狀，導(dǎo)致巖心在上返過(guò)程中與巖屑具有不同的運(yùn)移速度，使得某一瞬間巖屑進(jìn)入巖心與內(nèi)管的環(huán)狀間隙中使得巖心制動(dòng)，從而發(fā)生滯留卡堵；

2)局部地層破碎、層理發(fā)育且鉆孔方向與層理方向接近垂直、鉆具振動(dòng)較嚴(yán)重導(dǎo)致巖心斷裂長(zhǎng)度較短時(shí)，這類巖心會(huì)在內(nèi)管運(yùn)移過(guò)程中發(fā)生翻轉(zhuǎn)而發(fā)生失穩(wěn)卡堵。

3.4 應(yīng)用情況

采用上述鉆具首次在寺河煤礦進(jìn)行井下工業(yè)性試驗(yàn)，寺河礦地處山西省晉城市沁水煤田東南邊緣，寺河礦分東、西兩個(gè)井區(qū)，均屬煤與瓦斯突出礦井[16]，寺河礦總共含煤11層，煤層總厚在13.87 m左右，其中主采3#煤層，平均厚度在6 m左右。煤礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層及上覆巖層斷層發(fā)育，局部存在巖溶陷落柱及諸多導(dǎo)水構(gòu)造，其中制約3#煤層帶壓開(kāi)采安全生產(chǎn)的主要因素就是斷層及陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造。本次試驗(yàn)選址在寺河礦西區(qū)W33013巷13#橫川，本次試驗(yàn)共施工了7個(gè)反循環(huán)取心試驗(yàn)鉆孔均通過(guò)預(yù)知斷層，分別是1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#反循環(huán)試驗(yàn)鉆孔，其主要目的是為了探查水力反循環(huán)取心鉆具在地質(zhì)異常體等破碎復(fù)雜地層中應(yīng)用的取心效果。該7個(gè)反循環(huán)試驗(yàn)鉆孔設(shè)計(jì)的方位、傾角、開(kāi)孔高度、孔深見(jiàn)表1。

表1 1#—7#試驗(yàn)鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

本次試驗(yàn)累計(jì)進(jìn)尺1033.5m，取心孔段長(zhǎng)616.5m，取心累計(jì)長(zhǎng)度486.01m，其中巖心長(zhǎng)度280.43m，煤心長(zhǎng)度205.58m，巖心取心率72.7%，煤心取心率89%，綜合取心率為78.83%，單孔最高取心率為90.68%，最大回次進(jìn)尺97.5m，巖層中取心平均鉆進(jìn)效率7.5～9m/h，煤層中取心平均鉆進(jìn)效率較高，可達(dá)9～18m/h。經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)，巖心長(zhǎng)度超過(guò)50mm的巖心數(shù)量超過(guò)80%，大部分巖心長(zhǎng)度在85mm左右，巖心直徑在37.5～39.5mm左右，巖心完整度較高，反循環(huán)取心效果較好，達(dá)到了預(yù)期效果。完整煤心較少，大部分呈塊狀、片狀、屑狀煤心，其中塊狀煤心長(zhǎng)度在20～30mm左右，部分煤心長(zhǎng)度可達(dá)85mm左右，煤心直徑在36.5～38.5mm左右，其煤心長(zhǎng)度主要取決于煤層的破碎程度，7個(gè)反循環(huán)試驗(yàn)鉆孔煤、巖心實(shí)物圖如圖6所示。

圖6 水力反循環(huán)取心煤、巖心實(shí)物

4 研究前景及發(fā)展趨勢(shì)

煤礦井下取心鉆進(jìn)技術(shù)及裝備經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，在瓦斯含量測(cè)定、地質(zhì)構(gòu)造探查、水害防治等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用效果較好，有效的保障煤礦安全生產(chǎn)。取心鉆探作為獲取地質(zhì)信息最直觀準(zhǔn)確的方法之一，在煤田地質(zhì)勘探領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用，隨著各企業(yè)著重推動(dòng)“透明礦井、智慧礦山”的建設(shè)[20]，對(duì)煤礦井下取心技術(shù)及裝備提出了更高的要求，主要體現(xiàn)如下幾個(gè)方面：

1)目前煤層取心鉆具無(wú)定向功能，需要采用“定向鉆具+保壓取心鉆具”交替使用對(duì)特定位置的煤層進(jìn)行取樣，工序復(fù)雜，耗時(shí)較多，因此開(kāi)發(fā)具有定向功能的保壓取心鉆具將是今后研究的重點(diǎn)；

2)巖心管內(nèi)的煤心需要在孔外進(jìn)行瓦斯解析測(cè)量，可以將瓦斯解析儀集成到取心鉆具上部，通過(guò)纜線將瓦斯數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇卓谟?jì)算機(jī)。并且輔助配合開(kāi)閉式取心鉆頭，可以實(shí)現(xiàn)一趟鉆對(duì)多個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行瓦斯測(cè)量，減少了諸多工序；

3)查明地質(zhì)構(gòu)造及煤層頂?shù)装甯凰闆r需要進(jìn)行全孔取心，目前繩索取心鉆具及水力反循環(huán)取心鉆具雖然具有明顯的優(yōu)勢(shì)但是也存在一定的問(wèn)題。針對(duì)煤礦井下繩索取心鉆具，需要優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高近水平鉆孔取心的適應(yīng)能力；針對(duì)水力反循環(huán)取心鉆具，需要優(yōu)化鉆頭結(jié)構(gòu)、雙壁鉆桿之間的連接結(jié)構(gòu)，最主要是需要開(kāi)發(fā)一套成功率高的巖心解卡工藝方法，提高回次進(jìn)尺。

5 結(jié)論及建議

1)為了滿足煤礦安全高效生產(chǎn)的需要，經(jīng)過(guò)多年的探索和研究，煤礦井下取心鉆進(jìn)技術(shù)及裝備在不斷的發(fā)展和完善，研究出適應(yīng)煤礦井下工況的新型取心技術(shù)，取得了較好的應(yīng)用效果，但是依然存在諸多技術(shù)難點(diǎn)有待攻克。

2)目前密閉取心技術(shù)、繩索取心技術(shù)及水力反循環(huán)取芯技術(shù)作為煤礦井下地質(zhì)信息獲取的重要技術(shù)手段，得到廣泛的應(yīng)用，并且都取得了較好的應(yīng)用效果，但現(xiàn)場(chǎng)要根據(jù)實(shí)際需求、地層情況、鉆孔設(shè)計(jì)等方面來(lái)選擇合適的取心鉆具及工藝技術(shù)。

3)本文通過(guò)對(duì)煤礦井下現(xiàn)有取心技術(shù)及裝備的技術(shù)原理、技術(shù)難點(diǎn)、應(yīng)用情況進(jìn)行歸納分析，指出了取心技術(shù)與裝備未來(lái)的發(fā)展方向。新時(shí)期內(nèi)，為提升坑道取心鉆探施工的技術(shù)及裝備水平，降低鉆探施工風(fēng)險(xiǎn)、減輕礦工勞動(dòng)強(qiáng)度，逐步推動(dòng)煤礦井下取心鉆探技術(shù)與裝備向高精尖邁進(jìn)。