【正文】 也可 鉆進軟 中硬巖石； （ 2） 鉆進 效率高； （ 3） 鉆 孔 質 量好； （ 4）施工 勞動 強 度比 較輕 ； （ 5）鉆探成本比較低，因此得到越來越廣泛的應用。 金剛石復合片： 綜合了金剛石的耐磨性和硬質合金的抗沖擊韌性，且在鉆進中金剛石層保持了銳利的切削角，所以，在軟 中硬地層能取得較好的效果。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過程 鉆探用金剛石的粒度和品級 （ 1）金 剛 石的粒度 通用的計量單位是克拉（ carat）。 晶體 長軸 與短 軸 之比不超 過 ﹕ 1的稱 為 等 積 形。 ⑤ 聚晶體。當金剛石被磨鈍時， 在 Py、Px的作用下，產生壓縮應變和拉伸應，巖石中出現一些微小的裂紋， 裂紋的數量及深度取決于軸載和轉速。 當唇面金剛石出露較好時，在磨削的同時，也存在孔底的微剪切和微壓碎作用。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴 孔器 二、金剛石鉆頭的規(guī)格和標準 金 剛 石 鉆頭 的 規(guī) 格尺寸是很 嚴 格的 ，我國的金 剛 石 鉆頭規(guī) 格系列 為 ： ， ， 59． 5， 75（ 76）， 91mm等。孕鑲鉆頭對這些性能要求更加嚴格。Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴 孔器 金剛石在胎體中濃度 孕 鑲鉆頭 使用 濃 度 來表示 金 剛 石在胎體中的含量 ，鉆頭胎體工作層中金剛石體積的百分含量 。 孕 鑲鉆頭 的金 剛 石出刃 孕鑲鉆頭金剛石的出刃自銳的過程，設計金剛石出刃值的實質是設計好胎體的性能。 如果堅硬、弱研磨性的巖石或鉆頭壁較厚，可把鉆頭唇面做成 同心環(huán)槽、鋸齒狀或階梯形 ，以形成較多的破巖自由面。減少新鉆頭下孔的擴孔量，防止鉆頭早期磨損。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 鋼粒鉆進的特點 （ 1）作 為 碎巖磨料的 鋼 粒，并不固定在 鉆頭 體上，而是自由地 壓 在 鉆頭 底面和兩 側 ； （ 2） 鋼 粒碎巖的 過 程是一個 對 孔底巖石碾 壓 的 過 程； （ 3）回 轉 的離心力和沖洗液的沖刷力使 鋼 粒在孔底的分布： 鉆頭 外 側 多于內 側 ； （ 4）沖洗液的循環(huán)對孔底的鋼粒能起到分選作用，磨損變小的和失去工作能力的鋼粒懸浮于外側間隙中，未被磨損的或磨損少的在孔底工作。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 （一）鋼粒 鋼粒的粒度 （ 2）鋼粒的粒度與鉆進質量的關系 鉆粒粒度還直接影響到鉆進質量， 鋼粒過大會產生下列危害： ① 內環(huán)狀間隙增大， 使巖心變細，容易發(fā)生巖心堵塞、巖心脫落、殘留巖心等問題，巖心采取率低。材料一般為 45號中炭 鋼 ，硬度低于 鋼 粒，以保 證 與 鋼 粒間 有一定的 連 系力， 牽動鋼 粒 滾動 。 單 斜 邊 和單弧形加工 較簡單 ，但底開口 較 大， 鉆頭 工作端面 較 小，且沿高度磨損時 ，水口面 積變 化 較 大；雙弧形水口效果最好。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 疲勞破碎 疲勞破碎 是由鋼粒的碾壓作用而產生的碎巖方式， 鉆進中被成球形或橢球形的鋼粒，以一定的壓力壓于巖石表面，當壓力未達到巖石壓入硬度時，不會壓入巖石，但其下部 巖石中存在著兩個危險極值帶，壓力邊緣處存在拉伸應力， 這種壓應力和拉伸應力的作用，加上鉆粒的變形、與巖石的摩擦力，將巖石壓裂和撕裂成一定深度的許多裂紋， 稱之為碾壓作用。 牙輪鉆頭的類型： 有銑齒式、鑲齒式；有體式、無體式；單牙輪、雙牙輪和三牙輪等。 低硬度、高塑性的巖層，偏移值較大；高硬度、低塑性的巖層，偏移值較?。谎心バ缘挠驳貙雍蛨杂驳貙?，偏移值為零。牙輪在孔底有滑動，齒圈嚙合，可自洗。牙齒的抗沖擊韌性較好，主要用于軟地層、中硬地層。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 沖擊動載碎巖 由于牙輪的滾動，牙輪齒與孔底巖石呈單齒、雙齒交替接觸。 （ 2）由 ω c引起的速度 vcx也是呈直線分布的，方向向后， 在 b點 vcb=0。滑動速度隨超頂距 c的增大而增大。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第七節(jié) 全面鉆頭 本章內容自習： 全面鉆進的基本概念翼片式全面鉆頭 的基本結構 單腰鉆頭和雙腰鉆頭 的基本結構與特點 螺旋鉆進與螺旋鉆頭 的結構金剛石全面鉆頭工作剖面形式與水力結構特點Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第七節(jié) 全面鉆頭 u 全面鉆進與全面鉆頭： 鉆進中不采取巖心，對孔底巖石進行全面破碎的鉆進方法稱之為全面鉆進，全面鉆進所使用的鉆頭稱為全面鉆頭。牙 輪 移 軸 后 產 生的滑 動 是 軸 向滑 動 。同時，在靠近 o的部分產生一個與 Ms（ ） 方向相同的滑動阻力矩 M′ s（ ），在靠近 a的部分產生一個與 Ms（ ） 方向相反的滑動阻力矩 Ms（ +）。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 （三）牙齒對地層的剪切作用 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 生的， 產 生滑 動 的原因在于牙 輪 的超 頂 、復 錐 和移軸三種 結 構。 牙 輪 的自 轉 在牙 輪 隨 鉆 柱公 轉 的同 時 ，由于與地 層間 的相互作用，牙輪還繞 自身 軸線 作反 時針 方向旋 轉 ， 這 種旋 轉 稱 為 “ 自 轉 ” 。適用于軟及中硬地層鉆進。齒圈不嚙合。外錐面有 1—3 種錐度。會 產 生 較 大的體 積 破碎， 同 時 ，也會促 進 碾壓裂隙的 發(fā) 展。由于接觸面本身甚小，所以每次碎巖的量也不大。Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 （二）鋼粒鉆頭 鋼 粒 鉆頭 的水口 （ 1）水口的功用 ① 提供比 較穩(wěn) 定的 過 水斷面，保 證 沖洗液流通； ② 良好的導砂作用，把鋼粒導入鉆頭底唇之下，保證鉆頭唇部有足夠的鋼粒在井底工作。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 （二）鋼粒鉆頭 鋼粒鉆頭的功用和結構 （ 1）鋼粒鉆頭的功用與性能：鋼粒鉆頭的功用 是將鉆桿傳來的軸向壓力及回轉力傳遞給鋼粒。其抗壓強度可達到 1000 kg/粒，硬度 HRC（洛氏硬度） ≥ 50?？椎淄队幸欢康?“ 自由 ” 的鋼粒，受周圍巖石的限制，鋼粒壓在鉆頭的底唇之下和兩側。在鉆頭唇面與孔底巖石之間只存在漫流（或濕潤）區(qū)，用于冷卻和排粉的水流主要通過水口和水槽。螺旋排列一般用于軟巖鉆進，其排粉效果最好。Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴 孔器 （三）金剛石的出刃 表 鑲鉆頭 金 剛 石出刃原 則 ： （ 1）正常的 泵壓 條件下巖粉能從 鉆頭 端面 順 利通 過 ； （ 2）金 剛 石出刃在 鉆進時 不易被折斷； （ 3）金 剛 石在胎體中包 鑲 牢固 。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。Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴 孔器 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴 孔器 三、金剛石鉆頭胎體和胎體中的金剛石參數 (一 )金 剛 石 鉆頭 胎體 金 剛 石 鉆頭 胎體用于包裹金 剛 石，并與 鉆頭鋼 體牢固 連 接。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第四 節(jié) 金 剛 石 鉆頭 和 擴 孔器 一、金剛石鉆頭的種類 金 剛 石 鉆頭 、金 剛 石 擴 孔器 組 成一套 鉆 具。 應 力 超 過 巖石 強 度 時 ，首先在金 剛 石的 正前方出 現 溝槽形的破碎，在其兩 側 也將沿薄弱面 產 生破碎 。 按強度區(qū)分是金剛石的品級： 工業(yè)上衡量人造單晶金剛石質量的可計量指標是 單軸抗壓強度。質 量差，形狀不好， 強 度很低，在 鉆 探中不宜采用。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過程 （ 2）金剛石的品級： 主要根據晶形和 強 度來判定。其莫氏硬度 為 10級 ，是石英的 1000倍；天然金 剛 石的抗 壓 強度 約為 8 600MPa， 是 鋼 的 9倍。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過程 二、鉆探用金剛石 鉆探用金剛石的分類 （ 2） 人造金 剛 石 包括 單 晶、聚晶和金 剛 石復合片等 。 這 種 鉆頭 可用于 鉆進 5~7級 中等研磨性的巖石。因此，在這類巖層中鉆進，主要的問題是碎巖和磨損。依 鉆頭結 構不同，分 為 螺旋肋骨 鉆頭 和 階 梯式肋骨 鉆頭 ?？偯娣e應大于或等于鉆頭外環(huán)空間（包括回水槽）的面積。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第二節(jié) 取心式硬質合金鉆頭 切削具在鉆頭體上的數目 鉆頭 上切削具數目越多，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 。 ① 鉆進軟 巖， 選擇 切削性能 較 好的正斜 鑲 ， α=70176。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第二節(jié) 取心式硬質合金鉆頭 一、取心式硬質合金鉆頭結構要素 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。 巖層較硬、孔壁穩(wěn)固、鉆速較低，取小值；反之，取較大的值。鉆頭體是 DZ40無縫鋼管制成。 應根據巖性選用合適的硬質合金牌號和型號，采用合理的鉆頭唇面結構。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第一節(jié) 硬質合金鉆進孔底碎巖過程 四、硬質合金切削具的磨損 關于切削具的磨損問題的研究 設鉆進的初始鉆速為 v0=A/S02， 上式可寫成：式中： k0—— 鉆速下降的特征系數 ， k0=θ /S0。 （ 1） 曲線 Ⅰσ ＜ σ 0， 切削具未能有效吃入巖石，鉆進處于表面破碎。繼續(xù)擠壓 刃前 巖石（部分被壓成粉狀）；同時， Px 力 急劇增大，當 Px 力 達到極限值時，產生大的剪切破碎，然后 Px力突然減小。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第一節(jié) 硬質合金鉆進孔底碎巖過程 （一）塑性巖石的碎巖情況 回轉切削過程 實際上，由于鉆具的振動、沖洗液的沖刷，切削的 巖屑是碎裂成巖粉被沖洗液帶至地表； 在 Py 和 Px 共同作用下 的切入比 Py單獨作用下 切入更容易 ，也 切入的更深 。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第一節(jié) 硬質合金鉆進孔底碎巖過程 （一）塑性巖石的碎巖情況 切 入 巖石的 過 程 塑性巖石中，切削具切入巖石如 圖 示（切削具未磨 鈍 ） ， 根據各力的平衡關系，可推 導 出切入深度的關系式： 式中： Py—— 切削具上的 軸載 力， N； b—— 切削具的刃 寬 ， mm； β—— 切削具的刃角，度； Hy—— 巖石的 壓 入硬度； η —— 摩擦力影響系數（ η 小于 1）。 （ 2）牌號的意義： 合金牌號如 YG8c的意義為： YG— 鎢 鈷系硬質合金； 8— 鈷的百分含量為 8%； c（ x） — 粗（細）粒合金。 Date 中國地質大學勘查教研室工程鉆探與取樣技術工程鉆探與取樣技術 第一節(jié) 硬質合金鉆進孔底碎巖過程