【正文】 鉆具的穩(wěn)定性，使鉆具在高轉速下保持動平衡狀態(tài)； 四、金剛石鉆頭及 擴孔器制造 ? 無壓浸漬法 ? 熱壓法 ? 電鑄法 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 ? 用未鑲焊切削具的鉆頭壓住自由狀態(tài)的鋼粒，并帶動它們在孔底滾動而破碎巖石的鉆進方法稱為鋼粒鉆進。 ? 為保證鋼粒在孔底容易翻滾， 鋼粒的形狀：高等于直徑，~4mm的圓柱體。 ? 整套鉆具由鉆頭、巖心管、異徑接頭、取 粉管和鉆桿柱組成。 ? 由于孔 底不平，可能軸載瞬時集中在少數(shù)鋼粒上，更加強了這種動壓入體積破碎。這就是鋼粒鉆進的主要破巖方式 ——動疲勞破碎。 ? 牙輪鉆進一般不取心， 廣泛用于 油 氣和大口徑施工鉆進，適應性廣，在 Ⅵ ～ Ⅹ 級的巖石中效果最好。 ? 硬和堅硬巖石：鑲齒式牙輪鉆頭。 一、牙輪鉆頭的結構 由 鉆頭體、牙輪爪、牙輪、軸承、水眼和儲油密封補償系統(tǒng) 等組成。 ? 牙輪自轉是破巖時牙齒與地層巖石之間相互作用的結果。 鉆頭的縱向振動及對地層的沖擊、壓碎作用 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 剪切作用主要是由于牙輪在滾動的同時還伴有牙齒對孔底的 滑動而產(chǎn)生的，產(chǎn)生滑動的原因在于牙輪的超頂、復錐和移軸 三種結構。 ? 由 ωc引起的速度 vcx也呈直線分布方向向后，在 b點 vcb=0。 ? 近 o處產(chǎn)生與 Ms()同向的滑動阻力矩 M’s()，在近 a處產(chǎn)生一個 Ms()反向的滑動阻力矩Ms(+) 。 ? 滑動速度隨超頂距 c的增大而增大。 ?移軸后將產(chǎn)生牙輪的軸向滑動。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 ? 牙齒鉆頭在軟地層鉆進時，牙齒間易積存巖屑產(chǎn)生泥包，影響鉆進效率。全面鉆進所使用的鉆頭 —— 全面鉆頭。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 一、硬質合金全面鉆頭 1. 翼片式全面鉆頭 翼片式全面鉆頭主要包括刮刀鉆頭和翼片鉆頭。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 （ 2）切削角 α： α角越大，吃入深度越深，但 α角過大時，剪切破碎困難，鉆進阻力大。必須大于孔底碎巖傾角 。軟巖層 —— 8~10176。 ? 反階梯鉆頭可防縮徑 ， 但外側底刃既掏槽又保徑 ， 蹩鉆嚴重 。側部鑲焊 YG8硬質合金保徑。階梯翼片直焊。適宜在 Ⅴ ～ Ⅶ 級的研磨性巖層中鉆進。翼板按一定的角度焊在下導正圈的內壁上，合金切削具鑲焊在翼板上（或螺栓固定）。 （ 3）鉆頭底部呈錐形、階梯狀，端部有小鉆頭超前鉆進，故 孔底破巖自由面大，鉆效高。 ? 短螺旋只靠鉆頭部分螺旋葉片把巖屑積聚在有限幾個螺旋面上，然后提至地表清除，短螺旋鉆對地層的適應性更廣。 切削刀齒上鑲焊硬質合金 ， 適用于含有大量磚頭 、 瓦塊的雜填土層及松 軟巖層鉆進 。內錐 60~70176。 結構特點是頂部較寬也較平緩，可均勻布置較多金剛石，防止局部金剛石早期損壞。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 水力結構 ? 金剛石全面鉆頭采用水孔、水槽式水力結構，保證金剛石的冷卻、潤滑和清洗。 （ 2）輻射型水槽：多水槽呈放射形均勻分布，金剛石工作面很窄，沖洗液能很好地沖洗巖屑，冷卻金剛石。適用于高轉速金剛石鉆頭。 ? 鉆頭工作面形狀包括內錐、頂部、側面、肩部及保徑五個基本要素。 （ 3）組合式布齒方式：具有上述兩種的優(yōu)點，用于中硬地層。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 三、其他鉆頭圖例 。 的負斜鑲，并有一定的側傾角。 （ 1）刮刀式布齒方式 ： 用于粘性的或軟地層鉆進。 ? 鋼體鉆頭用合金鋼加工而成，復合片鑲焊在鋼體上。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 （ 3）輻射型逼壓式水槽： 是上述兩種水槽結構的組合，適用 于中硬 ~硬地層鉆頭和渦輪鉆金剛石鉆頭。兩者間形成一定壓差，使部分沖洗液漫過金剛石進入低壓水槽，清洗冷卻和潤滑金剛石。 （ 4）帶波紋的 B型剖面： 內錐和圓弧面上帶有螺旋形波紋槽。 無階梯，適于較硬和致密巖石。適用于軟 ~中硬的地層。適用于一般的土層。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 3. 螺旋鉆頭 —— 長螺旋鉆、短螺旋鉆 ? 土層中成孔速度快，無沖洗液，不污染環(huán)境，在工程施工中應用廣泛。翼板的數(shù)量視鉆頭直徑而定。 鉆頭的結構 ? 中心管、 “ 腰帶 ” 、立柱、橫支桿、斜支桿、翼板和超前小鉆頭等組成。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 （ 3）針狀自磨式全面鉆頭： 可做成三翼、四翼或六翼。三翼鉆頭在大口徑鉆進中應用廣泛，它的鋼體上裝有可更換噴嘴的水眼，使水流加速，提高機械鉆速。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 1. 4 提高刀翼的耐磨性 ? 為保證足夠的強度，刀翼一般用高強度合金鋼鍛制而成。 ；夾層多， 孔較深時 β角也適當增大。 刀翼的結構角 （ 1）刃尖角 β：表示刀刃的尖銳程度。 ，軟地層 α角應小一些，硬地層 α角大一些。 一般按翼片數(shù)量命名 。 ? 全面鉆頭 包括硬質合金全面鉆頭、金剛石全面鉆頭、鋼粒全面鉆頭、牙輪鉆頭和螺旋鉆頭等。 ? 這類鉆頭各牙輪的牙齒互相嚙合，一個牙輪的牙齒間積存的巖屑由另一個牙輪的牙齒剔除。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 綜上所述： ? 超頂和復錐引起切線方向滑動，除沖擊、壓碎方式碎巖外，還可剪掉同一齒圈相鄰牙齒破碎坑之間的巖脊； ? 移軸的軸向滑動，可剪掉齒圈之間的巖脊，軸向滑動雖可提高破巖效率但牙齒也磨損劇烈，因此須銑齒加固。 cxbxsx vvv ??巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 ? 復錐牙輪線速度不作直線而是折線分布，所以產(chǎn)生滑動。于是牙輪的角速度穩(wěn)定 , 不再減慢。使牙輪的角速度 ωc降低。 設工作時牙輪上每一點的公轉為 ω b， 自轉轉速為 ω c。 ? 還由于孔底不平疊加了振幅較大的低頻振動。外齒公轉線速度最大。帶噴嘴的水力噴射式鉆頭更有利于提高軟巖的破巖效果。生產(chǎn)中以三牙輪鉆頭應用最多。 ? 在實際生產(chǎn)過程中，上述兩種破巖方式往往是同時發(fā)生的，只是新鮮的圓柱形鋼粒以第一種為主，被磨圓的鋼粒以第二種為主。 ? 以一定的壓力壓于巖石表面時，類 似于球形壓模動壓入巖石的情況，下部巖石存在著兩個危險極值帶，壓力邊緣存在拉伸應力，有助于產(chǎn)生一定深度的表面裂紋。 1. ? 圓柱形鋼粒在孔底每翻滾一次都會給巖石一個微動載作用。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 ? 鋼粒鉆頭的功能是將軸向載荷和水平回轉力傳遞給鋼粒，帶動其在孔底翻滾。但在大口徑硬巖鉆進中仍有一席之地。 ? 孕鑲鉆頭往往設計成多水口、小水口，這樣對防止燒鉆有利。 ? 堅硬、弱研磨性的巖石或鉆頭壁較厚，唇面做成同心環(huán)槽、鋸齒狀或階梯形，使比壓集中并在孔底形成破巖自由面。合適的胎體耐磨性應能 使唇面金剛石正常出刃，且在每粒 金剛石的后面形成蝌蚪狀支撐。常用濃度 70%~120%，過高了將影響胎體的包鑲能力和鉆速。 第四節(jié) 金剛石鉆頭和擴孔器 粒度 (目 ) 人造 ＞ 46 46~60 60~80 80~100 天然 20~30 30~40 40~60 60~80 巖層 中硬 — 硬 硬 — 堅硬 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 2. 金剛石在胎體中的含量 ? 濃度表示金剛石在胎體中的含量，是影響孕鑲鉆頭性能的重要參數(shù)。 4. 鉆頭的水口與水槽 ? 鉆頭的水路直接影響著孔底沖洗及鉆進效果。 表鑲鉆頭用的金剛石粒度 粒度 粗粒 中粒 細粒 粒 /克拉 15~25 25~40 40~60 巖層 中硬 硬 堅硬 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質大學勘查教研室 第四節(jié) 金剛石鉆頭和擴孔器 2. 金剛石在唇面的排列 ? 鉆進過程中，鉆頭外側的規(guī)徑刃和內邊棱部的金剛石負擔最重，其次為底刃，再次為側刃。 ? 微動載碎巖 有學者認為，無論表鑲或孕鑲鉆頭在孔底的碎巖過程中，孔底還存在著微動載的碎巖過程。 ? 其碎巖機理類似于砂輪磨削工件。 ? 金剛石被磨鈍時，在 Py,Px作用下巖石中出現(xiàn)一些微小的裂紋，巖石的致密結構被改變。 鉆探用的金剛石粒度： ? 粗粒 —— 5～ 20粒 /克拉； ? 中粒 —— 20～ 40粒 /克拉； ? 細粒 —— 40～ 100粒 /克拉； ? 粉粒 —— 100～ 400粒 /克拉 。 ? 金剛石容易受熱損傷，雖然溫度低于燃燒溫度，但金剛石的強度、耐磨性已受到嚴重影響。用于鉆探的人造金剛石一般要求強度達 2500MPa以