【正文】 牙齒的滑動雖然可以提高破巖效率，但也造成牙齒的劇烈磨損。 于是牙 輪 的角速度便 穩(wěn) 定在一個新數(shù)值 下，不再減慢。 設(shè)工作時牙輪上每一點的公轉(zhuǎn)為 ω b，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 ω c。 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) 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 二、牙輪鉆頭的孔底碎巖過程 （二）牙輪鉆頭的縱向振動及對地層的沖擊、壓碎作用 牙輪鉆頭鉆進(jìn)是沖擊動載與靜載壓入一起形成了鉆頭對地層的沖擊、壓碎作用。 （ 1）銑齒： 由牙輪毛坯經(jīng)過銑削加工而成。 （ 2）超頂不移軸布置。 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) 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 （二）牙輪鉆頭的基本參數(shù) 牙輪軸線偏移（移軸） 為了使牙輪產(chǎn)生滑動，常使 牙輪軸線沿鉆頭旋轉(zhuǎn)方向平移一段距離（或使牙輪軸相對于鉆頭徑向偏轉(zhuǎn)一個角度） 。 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) 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 牙輪鉆進(jìn)的概念： 牙輪鉆進(jìn)是利用牙輪鉆頭在井底回轉(zhuǎn)，使鉆頭上的牙輪在井底滾動，以滾動沖擊和壓碎剪切方式破碎巖石的一種鉆進(jìn)方法。還有鋼粒上的這些棱角在發(fā)生壓碎巖石的同時， 鋼粒本身不斷地被磨損。否 則 ，將減少 鉆頭 “ 壓 砂 ” 工作端面，其形式如圖 。 良好的鋼粒鉆頭應(yīng)具有以下的性能： ① 能很好地 壓 住 鋼 粒，并能 帶動鋼 粒沿孔底 滾動 ； ② 能 順 利地流通沖洗液，排除 鉆 粉； ③ 鉆頭應(yīng)耐磨，并能保持良好的導(dǎo)砂性能和補(bǔ)砂性能。（ 1）粒度與鉆進(jìn)速度的關(guān)系 根據(jù)實驗，隨著鋼粒粒度的增大，鉆速與功耗增大；鋼粒和鉆頭磨耗減小。隨著鉆頭的轉(zhuǎn)動，鋼粒在鉆頭與巖石之間不斷滾動，對孔底巖石進(jìn)行碾壓，達(dá)到破碎巖石的目的。 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) 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴(kuò) 孔器 六、金剛石擴(kuò)孔器 金剛石擴(kuò)孔器安裝于鉆頭和巖心管之間，是金剛石鉆進(jìn)不可缺少的組成部分。 外 錐 形唇面 —— 鉆頭 外 邊 刃保 強(qiáng) ；適用于 較軟 、易碎地層 ，多用于雙管和 繩 索取心 鉆頭 。一般，以不超 過 金 剛 石直徑的 25％一 30％ 為 宜。 其范圍 一般 為 16~41粒 /cm2， 根據(jù)金 剛 石 顆 粒大小和所 鉆 地 層適當(dāng) 調(diào)節(jié) 。 胎體 應(yīng) 有足 夠 的 強(qiáng) 度和抗沖 擊 性能。 根據(jù)碎巖特點，可分 為 表 鑲金 剛 石 鉆頭 、孕 鑲 金 剛 石 鉆頭 和聚晶 燒結(jié) 體 (包括復(fù)合片 )金 剛 石鉆頭 。 其碎巖機(jī)理類似于砂輪磨削工件 。 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 三、金剛石鉆進(jìn)的孔底碎巖過程 表鑲鉆頭 （鉆頭胎體上的金剛石顆粒較大） 與孕鑲鉆頭（胎體上的金剛石顆粒較小） 的碎巖機(jī)理有著顯著的不同。 共晶面或晶棱的晶體、非完整晶體的 連 生體。 晶形好、 強(qiáng) 度高、耐沖 擊 ，是理想 的 切磨耗材。 （ 4）它的脆性 較 大，遇到?jīng)_ 擊載 荷會出 現(xiàn) 碎裂； （ 5）熱穩(wěn)定性較差，在高溫下遇氧便氧化并被轉(zhuǎn)化為石墨（ “石墨化 ” ）。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 鉆探用金剛石的分類 金剛石單晶： 強(qiáng)度高、耐磨性好，在硬 堅硬地層中鉆進(jìn)能取得良好的效果；但由于其粒度小，在軟 中硬地層中難以取得較高的鉆速，且由于出刃量小，容易發(fā)生糊鉆事故。地 質(zhì)鉆 探用金 剛 石 約 占世界工 業(yè) 金剛 石用量的五分之一，主要用于金 剛 石 鉆進(jìn) 的鉆頭、擴(kuò)孔器和其他金 剛 石切削工具 一、金 剛 石 鉆進(jìn) 的概念與特點 金 剛 石 鉆進(jìn) 的概念 金剛石鉆進(jìn)是一種比較先進(jìn)的鉆進(jìn)方法。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。 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。 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。 切削具數(shù)目取決于巖性、 鉆頭 直徑和切削具形狀。； 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(fù) 斜 鑲 ， α =90176。 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。 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。 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 。 (4) 采取等強(qiáng)度磨損的原則， 對磨損嚴(yán)重的側(cè)面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。因此，平均鉆速為 ，通過變換可寫成 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(jìn)孔底碎巖過程 四、硬質(zhì)合金切削具的磨損 關(guān)于切削具的磨損問題的研究 （ 47） （ 47）式表明， 平均鉆速是進(jìn)尺 H 的一元線性方程 ，其中，v0 是縱坐標(biāo)上的截距， k0 為直線的斜率。 （ 2） 曲線 Ⅱσ ＞ σ 0 ， 巖石呈體積破碎。 切槽斷面近似于梯形 。理論上，按切削具的切入條件，需要很大的軸向力，而實際的 Py力要小得多（ 1/6~1/3），究其原因，主要是切削具并非以靜壓入的方式破巖，而 是在雙向力的同時作用下破碎巖石。 雖然 β 角越小切削具刃尖切入巖石越容易，但如果 β 很小則切削具會很快崩裂，實際上 β 角的最小值為 45176。 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(jìn)孔底碎巖過程 二、鉆探用硬質(zhì)合金 選 用硬 質(zhì) 合金切削具的基本原 則 合金切削具形狀主要有： 薄片狀、方柱狀、八角柱狀和針狀等。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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)孔底碎巖過程 一、 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的基本概念與特點 硬 質(zhì) 合金 鉆進(jìn) 的特點 （ 1）切削具固定在 鉆頭 體上，它可以 鉆進(jìn) 任意 傾 角的 鉆 孔。 在硬脆巖層中采用鑲齒牙輪鉆頭。 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) 第四章 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭 u 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)選擇鉆頭的一般原則是： ① ⑤ 不受孔向、孔徑和孔深的限制 ； （ 2） 鉆 出的孔壁及巖心直徑比 較 一致，表面比 較 光滑，有利 于 安全 鉆進(jìn) 和保 證 取心 ； （ 3）可以根據(jù)不同的巖性和要求，合理地 設(shè)計 和 選擇鉆頭的 結(jié) 構(gòu)，以便在不同的巖 層 中取得 較優(yōu) 的效果 ； （ 4）鉆進(jìn)中操作簡便，容易掌握。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(jìn)孔底碎巖過程 二、鉆探用硬質(zhì)合金 選擇切削具形狀的一般原則是： （ 1）片狀硬 質(zhì) 合金 ： 刃薄易于 壓 入和切削巖石，但抗彎能力差，適用于 Ⅰ ～ Ⅴ 級軟 巖； （ 2）柱狀硬 質(zhì) 合金 ： 抗彎能力 較 強(qiáng) ， 壓 入阻力也 較 小，主要適用于 Ⅳ ～ Ⅶ 級 中硬巖石 ； 八角柱狀 合金的 抗崩能力 強(qiáng) ，利于排粉和破巖，易于 焊 牢，在裂隙 發(fā) 育 和 較 硬地 層 中 應(yīng) 用廣泛； （ 3） 針 狀和薄片狀硬 質(zhì) 合金 ： 主要用于 鑲焊 自磨式 鉆頭 ，在硬地 層 或研磨性巖石中使用。 ～ 50176。 其碎巖的顯著特點 則是在切削具的作用下以跳躍式的剪切破碎為主。 切槽寬度有規(guī)律地變化， B1為大剪切時的切槽寬。隨著切削具上的比壓 σ 增大， W不僅未增加，反而出現(xiàn)下降的趨勢。平均鉆速和進(jìn)尺 H 在鉆進(jìn)很容易測得， 可以用一元回歸分析的方法 ， 在若干觀測計算值的基礎(chǔ)上求出 k0 和 v0 ， 從而利用（ 47）式來預(yù)測切削具磨損對鉆速的影響。 (5) 采用有潤滑作用的乳化液或泥漿洗孔， 減輕磨損。 切削具出刃有： 內(nèi)出刃、外出刃和底出刃。 底出刃大?。?由切入深度和過水間隙兩部分組成 。 ～ 50176。 ～ 105176。 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。 切削具一般是單斜面銳角，鉆進(jìn)中，隨切削具磨損，機(jī)械鉆速逐漸下降。可鉆進(jìn) 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 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）。 它是將金剛石材料采用一定的方法包裹于基體（胎體）中，并與鉆頭鋼體固結(jié)為一體形成金剛石鉆頭，用于回轉(zhuǎn)碎巖的一種方法。 金剛石聚晶： 高溫穩(wěn)定性好，強(qiáng)度較高，耐磨性好，能直接合成所需的形狀，在中硬地層中能取得較好的鉆進(jìn)效果，但其強(qiáng)度較單晶小，所以不適用于大部分硬 堅硬的巖層鉆進(jìn)。因此，在金剛石工具的制造過程中，須隔氧，避免長時間受高溫；在使用中，須及時冷卻切削刃。 ② 等 積 形。將 連 晶破碎 為單 晶， 經(jīng) 整形分 選 ，得到 質(zhì) 量 較 好的金 剛 石在 鉆 探上使用。 國內(nèi)外研究表明，金剛石鉆進(jìn)的孔底碎巖過程存在有以下幾種機(jī)理 壓碎剪切與疲勞破碎 犁掘作用原理 多刃研磨切削 微動載碎巖 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) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過程 壓碎剪切與疲勞破碎 表鑲鉆頭 上的單粒金剛石在 Py、 Px聯(lián)合作用下， 類似球體壓入巖石 （彈脆性巖石）產(chǎn)生大、小剪切體破碎，切槽寬度＞金剛石顆粒直徑。以唇面上多而小的硬質(zhì)點（金剛石）對加工件（孔底巖石）進(jìn)行 刻劃、磨削 ，隨著硬質(zhì)點的逐漸磨損和粘結(jié)胎體的不斷磨耗，新的硬質(zhì)點又裸露出來參加工作。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) 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴(kuò) 孔器 一、金剛石鉆頭的種類 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) 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴(kuò) 孔器 一、金剛石鉆頭的種類 我國在鉆探生產(chǎn)中主要采用的是孕鑲金剛石鉆頭，與表鑲鉆頭相比孕鑲鉆頭的優(yōu)越性表現(xiàn)在： (1) 對金剛石品級的要求低于表鑲鉆頭； (2) 孕鑲鉆頭抗沖擊載荷的能力較好，對鉆進(jìn)效果的影響小于表鑲鉆頭，對違反操作規(guī)程的敏感程度也小于表鑲鉆頭； (3) 制造過程簡單，不必按規(guī)定布置擺放金剛石顆粒。 胎體的硬度、耐磨性要與所鉆巖石的硬度、研磨性相適應(yīng)。大 顆 粒的、 軟 地 層 的 選 用低密度，小 顆 粒的、硬地 層 的 選 用高密度。 軟 、粗粒巖石中，出刃值應(yīng)較 大；硬巖及破碎巖 層 中，出刃 值應(yīng)較 小。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) 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴(kuò) 孔器 （二）孕鑲金剛石鉆頭的唇面形狀 孕鑲金剛石鉆頭的唇面形狀比較簡單，多為平底形，在孔內(nèi)磨合一段時間后便自然形成圓弧形。 （一）擴(kuò)孔器的作用 修 擴(kuò) 孔壁，保 證鉆 孔直徑符合要求； 保持孔內(nèi) 鉆 具的 穩(wěn) 定性，使 鉆 具在高 轉(zhuǎn) 速回 轉(zhuǎn) 條件下保持良好的 動 平衡狀 態(tài) ； 延長鉆頭壽命。同時，泵送的沖洗液由鉆頭內(nèi)間隙流經(jīng)孔底，再由鉆頭外間隙上返流出，沖排巖屑和磨損失去工作能力的鋼粒屑。從這種意義上講，增大鋼粒的粒度是有益的。 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) 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 鋼粒鉆頭的功用和結(jié)構(gòu) （ 2）鋼粒鉆