【正文】 鉆探與取樣技術(shù) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 四、硬質(zhì)合金切削具的磨損 硬質(zhì)合金切削具在孔底磨損的實際狀況 前述理論分析的基礎(chǔ)是假定切削具刃部為均勻磨損，實際鉆進中， 切削具出刃的內(nèi)、外側(cè)磨損量是不均勻的， 即： y外 ＞ y內(nèi) ＞ y， t外 ＞ t內(nèi) ＞ t 切削具底端也不是被磨損成平面，而是呈圓弧形，刃前緣和后緣磨損更厲害（圖 47）。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 減輕切削具磨損的措施 (1) 避免切削具在表面破碎狀態(tài)下工作。 尤其在高轉(zhuǎn)速、低鉆壓的條件下鉆進研磨性巖石時，切削具磨損更快。 (2) 切削具的磨損速度取決于切削具的硬度與所鉆巖石的硬度之比、巖石的研磨性、裂隙性等性質(zhì)，還取決于切削具在鉆頭唇面的布置。 應(yīng)根據(jù)巖性選用合適的硬質(zhì)合金牌號和型號，采用合理的鉆頭唇面結(jié)構(gòu)。 (3) 及時修磨切削具， 減小初始接觸面積，降低其磨損率。 (4) 采取等強度磨損的原則， 對磨損嚴重的側(cè)面進行補強。 (5) 采用有潤滑作用的乳化液或泥漿洗孔， 減輕磨損。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 一、取心式硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu)要素 一定數(shù)量的硬質(zhì)合金切削具，按一定的形式排布在鉆頭體上，形成鉆進不同地層的鉆頭結(jié)構(gòu)。這些決定鉆頭結(jié)構(gòu)的因素稱為硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素。 硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素主要包括： 切削具出刃 、切削具的鑲焊角度、切削具在鉆頭體上的數(shù)目及布置方式等。Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 一、取心式硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu)要素 鉆頭 體 鉆頭體是硬質(zhì)合金切削具的支撐體，傳遞軸載和扭矩給切削具，承受切削具破巖的反作用力、孔底的動載和摩擦。鉆頭體是 DZ40無縫鋼管制成。上端車有外螺紋與巖心管連接，內(nèi)壁上設(shè)計有內(nèi)錐，便于卡取巖心 。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 一、取心式硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu)要素 切削具出刃 鑲焊在鉆頭體上的切削具必須突出鉆頭體一定的量，此突出部分稱為 切削具的出刃 。 切削具出刃有： 內(nèi)出刃、外出刃和底出刃。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 切削具出刃 （ 1） 內(nèi)、外出刃 作用： 保 證鉆頭 體與孔壁、巖心之 間 有一定的 間 隙，避免 鉆頭 體摩擦孔壁和巖心， 為 循 環(huán) 沖洗提供通道。 設(shè) 置不合理的危害： 出刃 過 大，合金抗外力的能力降低、碎巖 斷面和功耗增大， 鉆 孔 易 彎曲。出刃 過 小，流阻 增 大，容易堵塞巖心、沖 毀 孔壁、漂浮 鉆 具。 合理選擇： 主要取決于巖層，一般為 1~3 mm。 巖層較硬、孔壁穩(wěn)固、鉆速較低，取小值；反之，取較大的值。在遇水膨脹或有大量巖粉的軟地層鉆進時，必須加焊肋骨，增大內(nèi)、外環(huán)狀空間，一般取內(nèi)、外出刃 3～ 6mm ， 底出刃 4～ 5mm 。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 （ 2） 底出刃 作用： 保證切削具能順利地切入巖石，并為沖洗液冷卻切削具和排除孔底巖粉提供通道。 底出刃大小： 由切入深度和過水間隙兩部分組成 。 H值過大，在硬巖和裂隙性巖層中容易造成崩刃，應(yīng)補強。一般為 2~5 mm。 底出刃有平底式、階梯式。 階梯式可 增加切削具破碎巖石的自由面，容易產(chǎn) 生體積破碎。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 一、取心式硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu)要素 切削具的鑲焊角度 具有一定 刃角 β 的切削具以不同的 前角 （ 亦稱鑲焊角）鑲焊在鉆頭體上，形成不同的 切削角 α ， 從而獲得不同的鉆進效果。 切削具在鉆頭唇面 上有 三種鑲焊方式： 正斜鑲， 直鑲， 負斜鑲。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 切削具的鑲焊角度 （ 1）刃角 β 的 選擇 ： ① β =45176。 ～ 50176。 ， 用于 Ⅰ ～ Ⅳ 級 非裂隙性巖石； ② β =65176。 ， 用于 Ⅴ ～ Ⅶ 級 巖石； ③ β =90176。 的小切削具，用于自磨式 鉆頭 。 （ 2）切削角 α 的 選擇 ： 根據(jù)所 鉆 巖性來 選擇 。 ① 鉆進軟 巖， 選擇 切削性能 較 好的正斜 鑲 ， α=70176?！?80176。； ② 脆性和 較 硬巖石，切削具主要按 壓 碎和剪切作用碎巖，切削具易磨 鈍 ， 應(yīng)選擇 入巖 較鋒 利的直 鑲 、 負 斜 鑲 ， α =90176。 ～ 105176。Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 硬質(zhì)合金切削具在鉆頭體上的布置方式 切削具的排列方式有：單（雙）環(huán)排列、多環(huán)排列、密集排列等。 （ 1）確定切削具布置方式的原則： ① 能保證鉆頭在孔底工作平穩(wěn)； ② 多環(huán)排列時，每個切削具只破碎孔底的一部分，疊加完成整個唇面的切削，若各環(huán)之間能相互造成自由面，則破巖效果更佳； ③ 盡量使每個切削具負擔的破巖量接近，避免局部磨損過甚； ④ 切削具之間應(yīng)保持一定的距離，以利于排粉； ⑤ 對切削具的鑲焊和修磨方便。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 硬質(zhì)合金切削具在鉆頭體上的布置方式 （ 2）切削具布置方式 ① 單 （雙） 環(huán) 排列： 一個或二個切削具覆蓋唇面，加工 簡單 ； ② 多 環(huán) 排列： 多個切削具分 環(huán) 覆蓋唇面，造成多的碎巖自由面 ； ③ 密集排列： 多個切削具集中為一組排列，前刃掏槽，后刃擴槽，相互支撐，承載大，抗彎、抗磨損好。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 切削具在鉆頭體上的數(shù)目 鉆頭 上切削具數(shù)目越多，切削點就多， 單 位 時間 完成的切削量就大， 鉆 速也越高， 鉆頭 壽命 較長 。但是，由于 軸 向 載 荷有限， 單 個切削具上的 載 荷不足，只能形成表面破碎；同 時 ，切削具數(shù)目太多，使剪切體 變 小，孔底冷卻效果 變 差。 切削具數(shù)目取決于巖性、 鉆頭 直徑和切削具形狀。 對軟 巖取較 少的數(shù)量， 對較 硬和非均 質(zhì) 及研磨性巖石， 為 保 證鉆頭 壽命，一般 應(yīng) 取密集式排列。Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 鉆頭的水口和水槽 （ 1）作用： 是沖洗液流經(jīng)鉆頭、沖洗孔底并返回鉆柱外環(huán)空間的通道。保證切削具的冷卻和孔底及時排粉。（ 2）水口形狀： 矩形、半圓形、梯形和三角形，三角弧形水口效果最好。（ 3）水口的數(shù)目： 等于切削具的數(shù)目或組數(shù)?？偯娣e應(yīng)大于或等于鉆頭外環(huán)空間（包括回水槽）的面積。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 二、取心式硬 質(zhì) 合金 鉆頭（一）取心式硬質(zhì)合金鉆頭分類 按切削具的磨損形態(tài)，硬合金鉆頭分為 磨銳式 和 自磨式。 磨銳式硬質(zhì)合金鉆頭 鉆頭上的合金切削具磨鈍后須用用砂輪修磨銳利的鉆頭。 切削具一般是單斜面銳角，鉆進中，隨切削具磨損，機械鉆速逐漸下降。一般適用于研磨性小的軟及中硬巖石。 自磨式硬 質(zhì) 合金 鉆頭 采用小斷面切削刃，磨損后，接觸面積不變，無變鈍的弱點，機械鉆速基本平穩(wěn)。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 二、取心式硬 質(zhì) 合金 鉆頭（二）取心式硬質(zhì)合金鉆頭 松 軟 及中 軟 巖 層 所用的 鉆頭 在中軟巖層中鉆進的特點是： ① 巖石壓入硬度較小，可在較小的軸向壓力下切入巖石； ② 切入深度較大，巖屑的顆粒也較大； ③ 鉆速高，單位時間產(chǎn)生的巖屑量大，要求鉆頭易于排粉； ④ 該類巖層粘結(jié)性大，容易發(fā)生糊鉆和遇水膨脹等問題，因此，鉆具和孔壁間、巖心管和巖心間要有較大的間隙； ⑤ 巖層的研磨性較小，可以選用鋒利的切削刃。Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 松 軟 及中 軟 巖 層 所用的 鉆頭 （ 1）肋骨式 鉆頭 ： 主要用于 鉆進 遇水膨 脹 、粘性 較 大的 軟 巖。依 鉆頭結(jié) 構(gòu)不同，分 為 螺旋肋骨 鉆頭 和 階 梯式肋骨 鉆頭 。 ① 螺旋肋骨 鉆頭 特點： 流通 載 面大，孔底干 凈 ， 鉆進 效率 較高。 ② 階梯式肋骨鉆頭的特點： 肋骨片較厚，水口寬，孔底呈階梯狀?？摄@進 3~5級巖石。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 （二）取心式硬質(zhì)合金鉆頭 松 軟 及中 軟 巖 層 所用的 鉆頭 （ 2）薄片硬合金鉆頭： 特點是：底出刃和內(nèi)、外出刃較大，沖洗巖屑的間隙較大，切削刃尖銳鋒利。有菱形與斜角薄片等形式。主要用以鉆進粘結(jié)性較小的軟巖 。Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 （二）取心式硬質(zhì)合金鉆頭 中硬及較硬巖層用的鉆頭 這類巖層中鉆進的特點是： ① 巖石的壓入硬度較大，為了保證切削具切入巖石，需有大的軸向壓力，因此，要求切削具有承受較大的抗彎能力； ② 切削具切入深度較小，鉆速相對較低，單位時間產(chǎn)生的巖粉量也較軟巖要少； ③ 巖石脆性較大、粘性小，排粉問題不很突出。因此，在這類巖層中鉆進，主要的問題是碎巖和磨損。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 （二）取心式硬質(zhì)合金鉆頭 中硬及較硬巖層用的鉆頭 鉆進該類 巖 層鉆頭 形式很多，主要有： （ 1）內(nèi)外 鑲 硬 質(zhì) 合金 鉆頭 ：將四方柱或大八角硬 質(zhì) 合金在鉆頭 底唇面分內(nèi)外出刃分 環(huán) 排列，斜 鑲 或直 鑲 。四方柱內(nèi)外鑲鉆頭 適用于 3~5級 巖石，大八角內(nèi)外 鑲鉆頭 適用于 5~7級 巖石。Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 中硬及較硬巖層用的鉆頭 （ 2）單雙粒硬合金鉆頭和品字形硬合金鉆頭： 把 3顆硬合金切削具焊成一組呈品字形，可分散排列（單雙粒硬合金鉆頭），也可集中排列（品字形硬合金鉆頭）。 其特點： 單粒掏槽，雙粒擴槽。單雙粒硬合金鉆頭可鉆進 4~5級巖石，品字形硬合金鉆頭可鉆進 4~6級巖石。 Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第二節(jié) 取心式硬質(zhì)合金鉆頭 二、取心式硬 質(zhì) 合金 鉆頭 （二）取心式硬質(zhì)合金鉆頭 針 狀自磨式 鉆頭 把 預(yù) 制好的胎 塊焊 在 鉆頭 體上。胎 塊內(nèi)按一定原 則 包裹 針 狀硬 質(zhì) 合金，支撐體的胎體硬度要合適，保 證 超前磨耗，以利于 針 狀硬 質(zhì) 合金自磨出刃。 這 種 鉆頭 可用于 鉆進 5~7級 中等研磨性的巖石。Date 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過程 金 剛 石是迄今 為 止人 類發(fā)現(xiàn) 的最 堅 硬的研磨切削材料，已廣泛的 應(yīng) 用于 現(xiàn) 代工 業(yè) 。地 質(zhì)鉆 探用金 剛 石 約 占世界工 業(yè) 金剛 石