【正文】 頭的結(jié)構(gòu) ① 鋼 粒 鉆頭 的 結(jié) 構(gòu)呈 圓 筒狀。 弧形 邊 比直斜 邊 的 導(dǎo) 砂性能要好，但加工 較 困 難 。 至于靠 分布不勻壓力集中以達(dá)到壓碎巖石的情況，產(chǎn)生的機(jī)會也較少。 牙輪鉆進(jìn)的應(yīng)用： 牙輪鉆進(jìn)一般是不取心的全面鉆進(jìn)，廣泛應(yīng)用于油氣鉆井和大口徑施工鉆進(jìn)，適用于 Ⅰ ～ Ⅻ 級的巖石，在 Ⅵ ～ Ⅹ 級的巖石中效果最好。 牙輪軸線的偏移值，應(yīng)根據(jù)巖層的特性來定。 軸線交于鉆頭軸線，主錐超頂。為了提高牙齒的耐磨性，在齒面上敷焊硬合金粉。 靜 載壓 入碎巖 鉆進(jìn)時，鉆頭上的鉆壓經(jīng)牙齒作用在巖石上，這是靜載尖楔壓頭壓入碎巖的過程。 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 超 頂 引起的滑 動 （ 1）在牙輪與地層接觸母線上任一點 x，由 ω b引起的的速度 Vbx是呈直線分布的，在 oa段方向向前，在 ob段向后，在鉆頭中心 o處速度 vbO=0。 （ 6） vsx= vbx+vcx即牙輪相對于巖石的滑動速度，呈直線分布，它與 ab 線交于 M點， vsM=0為純滾動點， bM 段向后滑動， aM 段向前滑動。軟 中硬地層的鉆頭一般兼有移軸、超頂和復(fù)錐；部分中硬或硬地層的鉆頭有超頂和復(fù)錐；用于堅硬和強(qiáng)研磨性地層的牙輪鉆頭是純滾動的（單錐，不超頂，也不移軸）。 綜 上所述，超 頂 和復(fù) 錐 引起的切 線 方向滑 動 ，可以剪切掉同一 齒 圈相 鄰 牙 齒 破碎坑之 間 的巖脊；移 軸產(chǎn) 生的 軸 向滑 動 ，可以剪切掉 齒 圈之 間 的巖脊。 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 超 頂 引起的滑 動 （ 5） Ms（ ）、 M′ s（ ）及 Ms（ +） 達(dá)到平衡，使 Σ Ms=0。 超 頂 引起的滑 動 如 圖 ，牙 輪錐頂 超 過鉆頭軸 心的 結(jié)構(gòu)稱 為 超 頂 ，超 過 的距離 ob為 超 頂 距 c。 在孔底無滑動的情況下，牙輪自轉(zhuǎn)速度與鉆頭旋轉(zhuǎn)速度之比等于鉆頭直徑與牙輪直徑之比。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) 牙輪鉆頭的牙齒 牙齒可分為銑齒和鑲齒兩大類。適用于鉆硬地層。單錐牙輪由主錐和背錐組成；復(fù)錐牙輪由主錐、副錐和背錐組成。 正是 由于碾壓疲勞碎巖和脈動沖擊碎巖，所以，鋼粒鉆進(jìn)可以破碎比鋼粒和鉆頭體本身還要硬的巖石。同時在鉆進(jìn)中 以棱角壓巖石的機(jī)會也比較少 。 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 （ 2）水口的形式 鋼 粒 鉆頭 的水口一般只有一個，水口不宜 過寬 ，通常不大于 鉆頭 周 長 的 1／ 4。鉆頭唇面把鉆粒壓在孔底巖面上，并依靠其本身的彈塑性變形及摩擦力帶動鋼粒在孔底巖石上滾動，破碎巖石，鉆頭本身不直接破碎巖石，但受鋼粒及巖屑的作用，不斷被磨損。 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) 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 （一）鋼粒 鋼粒的粒度 通常，鋼粒的粒度按 、 、 4mm分成四個粒度級別。鉆進(jìn)中，鉆頭向下施加一定的軸向壓力，并作回轉(zhuǎn)運動。因此，孕鑲鉆頭往往設(shè)計成多水口、小水口，這樣對防止燒鉆有利。 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 四、鉆頭的唇面形狀 （一）表鑲金剛石鉆頭的唇面形狀 圓 弧形唇面（ 圓 弧直徑 ≥ 胎體厚度） —— 規(guī) 徑 處 可布置較 多的金 剛 石，保徑效果好，適用于中硬和硬巖 層 ； 多 階 梯形唇面 —— 多用于壁厚大的 鉆頭 ，適用于中硬和硬巖 層 ，有利于破巖和 導(dǎo) 向； 內(nèi) 錐 形唇面 —— 鉆頭 內(nèi) 邊 刃保 強(qiáng) ；適用于研磨性 強(qiáng) 、破碎的巖 層 。 出刃 值 取決于金 剛 石粒度和所 鉆 巖石的物理力學(xué)性 質(zhì) 。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）金剛石在胎體中密度（濃度） 金剛石在胎體中的密度 金 剛 石在胎體中的 密度 是表 鑲鉆頭 金 剛 石含量的表示方法，其含 義為 ： 胎體表面 單 位面 積 金 剛 石的 顆 粒數(shù)。 對鉆頭 胎體性能的要求是： 胎體 能 牢固地包 鑲 金 剛 石。 金 剛 石 鉆頭 的種類有： 天然、人造； 電鍍、熱壓；單 管 、 雙管； 繩 索取心、定向鉆進(jìn) ；取心、全面； 礦 山、油井；等等。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) 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過程 多刃研磨切削 孕 鑲鉆頭 金 剛 石 顆 粒小，且埋藏于胎體之中， 鉆進(jìn) 中必須自磨出刃才能 維 持 鉆 速恒定而不衰減。 用于鉆探的人造金剛石強(qiáng)度一般在 2500Mpa以上，即： 60（ 60目）單晶單粒的抗壓值在 85N以上。 ④ 連 晶。 人造 單 晶晶形分 為 5種 ： ① 完整晶體。耐磨性是 鋼 的 2022~5000倍。 聚晶是由 細(xì) 小的金 剛 石 顆 粒、粘合 劑燒結(jié) 成 較 大 顆粒的多晶金 剛 石； 金 剛 石復(fù)合片（ PDC）是由一 層金 剛 石多晶薄 層 、一 層較 厚的硬 質(zhì) 合金 層 復(fù)合而成。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) 。 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(jìn)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 。 ① 螺旋肋骨 鉆頭 特點： 流通 載 面大，孔底干 凈 ， 鉆進(jìn) 效率 較高。 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。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?！?80176。 切削具在鉆頭唇面 上有 三種鑲焊方式： 正斜鑲， 直鑲， 負(fù)斜鑲。在遇水膨脹或有大量巖粉的軟地層鉆進(jìn)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 。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 。 (3) 及時修磨切削具， 減小初始接觸面積，降低其磨損率。 鉆頭在 t時間內(nèi)總進(jìn)尺為 ， 代入 vm得到 。此時切削具單位時間的磨損量 W正比于切削具上的比壓 σ 。 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）彈塑性巖石的孔底破碎過程 切削具不斷向前推進(jìn)，重復(fù)著壓碎、小剪切、大剪切的循環(huán)過程。 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 三、硬合金鉆進(jìn)的孔底碎巖過程 （二）彈塑性巖石的孔底破碎過程 彈塑性巖石是硬質(zhì)合金鉆頭的主要鉆進(jìn)對象。 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）塑性巖石的碎巖情況 切 入 巖石的 過 程 上式表明： 塑性巖石切削具的切入深度 h0與軸向力 Py成正比，而與切削具的刃角 β 、 刃寬 b、 巖石的壓入硬度 Hy成反比。 （ 3）硬質(zhì)合金的特性： 合金中含鈷量增加，相對密度下降，硬度、耐磨性降低，而抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性增高； WC的顆粒越細(xì)，硬度越大、耐磨性越強(qiáng)；反之，則抗彎強(qiáng)度、韌性增強(qiáng)。 硬合金 鉆進(jìn) 是巖土 鉆 掘工程中的一種主要 鉆進(jìn) 方法，它用于 軟 巖 層 及中硬巖 層 的 鉆進(jìn) （ 1— 4級軟 的沉積巖、中硬的 5— 7級 及部分 8級 巖 漿 巖和 變質(zhì) 巖）。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)是在回轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上增加孔底沖擊載荷；鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)主要用于水井施工；振動鉆進(jìn)、長螺旋干式回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)主要用于在土壤和軟巖中打淺孔（工程施工）。 在軟巖和中硬巖層中用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆頭； ② （ 5）鉆孔質(zhì)量容易保證，巖心采取率較高，孔斜較小。 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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)孔底碎巖過程 三、硬合金鉆進(jìn)的孔底碎巖過程 硬合金鉆進(jìn)的過程，實際上是切削具在軸向力的作用下，壓入巖石 ；在回轉(zhuǎn)水平力的作用下，沿孔底 切削碎巖 ； 在軸向力和水平力的共同作用下，孔底巖石 以薄的螺旋層形式連續(xù)被破碎 。 。巖石破碎大體分三個階段： 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）彈塑性巖石的孔底破碎過程 切入巖石，巖石剪切破碎，前移碰撞刃前巖石 ?？椎椎钠扑檫^程沿著 傾角為 γ 的螺旋面進(jìn)行 。即 在體積破碎條件下，切削具的磨損主要不取決于軸向壓力，而取決于巖石的硬度、切削具的材質(zhì)及切削具的磨鈍面積。 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 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(jìn)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(jìn)不同地層的鉆頭結(jié)構(gòu)。 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。 H值過大，在硬巖和裂隙性巖層中容易造成崩刃，應(yīng)補強(qiáng)。 ， 用于 Ⅰ ～ Ⅳ 級 非裂隙性巖石； ② β =65176。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。一般適用于研磨性小的軟及中硬巖石。 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。 其特點： 單粒掏槽，雙粒擴(kuò)槽。 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 一、金 剛 石 鉆進(jìn) 的概念與特點 金剛石鉆進(jìn)的特點 （ 1）主要用于硬巖和 堅 硬巖石，