【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 常重要的。它是制定鉆探生產(chǎn)定額和編制鉆探生產(chǎn)計(jì)劃的依據(jù)，同時(shí)也是對(duì)生產(chǎn)機(jī)臺(tái)評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)。巖石可鉆性級(jí)別也是合理選擇鉆進(jìn)方法及相應(yīng)的鉆進(jìn)工具和鉆進(jìn)規(guī)程的依據(jù)。 ? 目前，巖石的可鉆性分級(jí)的方法也不統(tǒng)一。常用壓入硬度、微鉆鉆速和聲波穿透速度為指標(biāo)進(jìn)行分級(jí) (參見(jiàn)教材附錄一 ~附錄三 )，分為 12級(jí)。 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 70 二、巖石可鉆性分級(jí) 巖石的堅(jiān)固性系數(shù) 由俄羅斯學(xué)者于 1926年提出的巖石堅(jiān)固性系數(shù)（又稱普氏系數(shù)）至今仍在礦山開(kāi)采業(yè)和勘探掘進(jìn)中得到廣泛應(yīng)用。巖石的堅(jiān)固性區(qū)別于巖石的強(qiáng)度，強(qiáng)度值必定與某種變形方式（單軸壓縮、拉伸、剪切）相聯(lián)系，而堅(jiān)固性反映的是巖石在幾種變形方式的組合作用下抵抗破壞的能力。因?yàn)樵阢@掘施工中往往不是采用純壓入或純回轉(zhuǎn)的方法破碎巖石，因此這種反映在組合作用下巖石破碎難易程度的指標(biāo)比較貼近生產(chǎn)實(shí)際情況。巖石堅(jiān)固性系數(shù) f表征的是巖石抵抗破碎的相對(duì)值。因?yàn)閹r石的抗壓能力最強(qiáng)，故把巖石單軸抗壓強(qiáng)度極限的 1/10作為巖石的堅(jiān)固性系數(shù)，即 f=σc/10 式中： σc——巖石的單軸抗壓強(qiáng)度， MPa。 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 71 二、巖石可鉆性分級(jí) 巖石的堅(jiān)固性系數(shù) f是個(gè)無(wú)量綱的值，它表明某種巖石的堅(jiān)固性比致密的粘土堅(jiān)固多少倍，因?yàn)橹旅苷惩恋目箟簭?qiáng)度為 10MPa。巖石堅(jiān)固性系數(shù)的計(jì)算公式簡(jiǎn)潔明了， f值可用于預(yù)計(jì)巖石抵抗破碎的能力及其鉆掘以后的穩(wěn)定性。 根據(jù)巖石的堅(jiān)固性系數(shù)（ f）可把巖石分成 10級(jí) (表 41)，等級(jí)越高的巖石越容易破碎。為了方便使用又在第 Ⅲ ，Ⅳ ， Ⅴ ， Ⅵ ， Ⅶ 級(jí)的中間加了半級(jí)?？紤]到生產(chǎn)中不會(huì)大量遇到抗壓強(qiáng)度大于 200MPa的巖石，故把凡是抗壓強(qiáng)度大于 200MPa的巖石都?xì)w人 I級(jí)。 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 72 堅(jiān)固程度 代表性巖石 f 最堅(jiān)固 最堅(jiān)固、致密、有韌性的石英巖、玄武巖和其他各種特別堅(jiān)固的巖石 20 很堅(jiān)固 很堅(jiān)固的花崗巖、石英斑巖、硅質(zhì)片巖，較堅(jiān)固的石英巖，最堅(jiān)固的砂巖和石灰?guī)r 15 堅(jiān)固 致密的花崗巖，很堅(jiān)固的砂巖和石灰?guī)r，石英礦脈，堅(jiān)固的礫巖，很堅(jiān)固的鐵礦石 10 堅(jiān)固 堅(jiān)固的砂巖、石灰?guī)r、大理巖、白云巖、黃鐵礦，不堅(jiān)固的花崗巖 8 比較堅(jiān)固 一般的砂巖、鐵礦石 6 比較堅(jiān)固 砂質(zhì)頁(yè)巖，頁(yè)巖質(zhì)砂巖 5 中等堅(jiān)固 堅(jiān)固的泥質(zhì)頁(yè)巖，不堅(jiān)固的砂巖和石灰?guī)r，軟礫石 4 中等堅(jiān)固 各種不堅(jiān)固的頁(yè)巖，致密的泥灰?guī)r 3 比較軟 軟弱頁(yè)巖，很軟的石灰?guī)r，白堊，鹽巖，石膏，無(wú)煙煤，破碎的砂巖和石質(zhì)土壤 2 比較軟 碎石質(zhì)土壤，破碎的頁(yè)巖，粘結(jié)成塊的礫石、碎石，堅(jiān)固的煤，硬化的粘土 軟 致密粘土，較軟的煙煤，堅(jiān)固的沖擊土層，粘土質(zhì)土壤 l 軟 軟砂質(zhì)粘土、礫石，黃土 土狀 腐殖土，泥煤，軟砂質(zhì)土壤，濕砂 松散狀 砂，山礫堆積，細(xì)礫石，松土，開(kāi)采下來(lái)的煤 流沙狀 流沙，沼澤土壤，含水黃土及其他含水土壤 表 41 按堅(jiān)固性系數(shù)對(duì)巖石可鉆性分級(jí)表 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 73 二、巖石可鉆性分級(jí) 巖石的堅(jiān)固性系數(shù) 上述方法比較簡(jiǎn)單，而且在一定程度上反映了巖石的客觀性質(zhì)。但它也還存在著一些缺點(diǎn)： (1)巖石的堅(jiān)固性雖概括了巖石的各種屬性 (如鑿巖性、爆破性、穩(wěn)定性等 )，但有些情況下這些屬性并不是完全一致的。 (2)普氏分級(jí)法采用實(shí)驗(yàn)室測(cè)定來(lái)代替現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，這就不可避免地帶來(lái)因應(yīng)力狀態(tài)的改變而造成的堅(jiān)固程度上的誤差。 礦山常用巖石的堅(jiān)固性系數(shù) (即 f系數(shù) )對(duì)巖石的可鉆性進(jìn)行分級(jí)。兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系為： 軟巖 中硬巖 較硬巖 硬巖 堅(jiān)硬巖 可鉆性級(jí)別 Ⅰ Ⅲ Ⅳ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ Ⅻ f系數(shù) 1~3 4~8 9~12 13~20 20 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 74 本章思考題： 巖石的力學(xué)性質(zhì)有那些？ 試回答可鉆性定義，并寫(xiě)出可鉆性的分 級(jí)表。 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 75 第五章 設(shè)備安裝與開(kāi)孔 ? 第一節(jié) 設(shè)備的安裝 ? 第二節(jié) 開(kāi)孔工作 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 76 ? 課 時(shí)： 1 ? 本章目的：了解設(shè)備的安裝準(zhǔn)備工作機(jī)開(kāi)孔程序 ? 教學(xué)重點(diǎn)：熟悉設(shè)備的安裝要求及開(kāi)孔準(zhǔn)備工作 ? 教學(xué)方法：課堂講授 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 77 第一節(jié) 設(shè)備的安裝 一、 修筑地盤(pán) (平整場(chǎng)地 ) 應(yīng)注意的事項(xiàng)如下： ①地盤(pán)的位置由設(shè)計(jì)位置確定。 ②地面應(yīng)平整，且有一定的抗壓強(qiáng)度。 ③在山坡修筑地盤(pán)時(shí)，應(yīng)注意靠山坡一面的坡度，對(duì)于堅(jiān)硬穩(wěn)固巖石，一般不超過(guò) 60176。 ；對(duì)于松軟巖石坡度應(yīng)小于 45176。 。 ④填方面積不得超過(guò)地盤(pán)面積的四分之一；填方必須夯實(shí)。 ⑤需進(jìn)行鑿巖爆破時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按安全規(guī)程進(jìn)行。 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 78 二、修建地基 ? 修建地基的主要目的是為了能承受鉆探設(shè)備等的荷重。 ? 常見(jiàn)的地基類型如下 : ? 淺槽地基 ——適合較實(shí)的土壤地面，基臺(tái)槽底墊石、土，夯實(shí)。如圖 51(a)所示。 ? 臥枕地基 ——在比較松軟或填方部分不夠堅(jiān)實(shí)時(shí)使用。如圖 51(b)所示。 ? 豎樁地基 ——適用于承受性較差的潮濕地面或山坡地基的填方一側(cè)。如圖 51(c)所示。 ? 深坑地基 ——一般用于較堅(jiān)實(shí)的土壤上，作柴油機(jī)底的基礎(chǔ)。 ? 混凝土地基 ——表土軟硬不均或鉆進(jìn)深孔時(shí)采用。 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 79 二、修建地基 （ a） （ b） （ c） 圖 51 地基的形式 a:淺槽地基 1基臺(tái)木； 2基臺(tái)枕。 b：臥枕地基 1臥枕地基； 2上、下基臺(tái)木；3扒釘。 c：豎樁地基 1上基臺(tái)木； 2下基臺(tái)木； 3扒釘； 4涂瀝青或柏油處； 5豎樁； 6螺絲桿 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 80 三、鉆塔安裝 在鉆孔位布置好的基臺(tái)上將使用的鉆塔豎起稱為鉆塔安裝。其安裝方法為： ? 整體安裝 ——適合“ A”字形鉆塔和三腳鉆塔。在地形平坦廣闊處四腳鉆塔安裝也可采用此法。 ? 分節(jié)安裝 ——多用于四腳鉆頭的安裝。 四、機(jī)械安裝 根據(jù)不同的機(jī)型，按照要求，依次將鉆機(jī)、中間軸、動(dòng)力機(jī)、水泵等用螺桿固定在基臺(tái)上。 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 81 第二節(jié) 開(kāi)孔工作 一、鉆孔的結(jié)構(gòu)及其選擇 鉆孔結(jié)構(gòu)是由 孔口、孔深、孔壁 等要素組成。 在實(shí)際鉆進(jìn)中遇特殊情況，可適當(dāng)調(diào)整鉆孔的結(jié)構(gòu)，但應(yīng)滿足地質(zhì)或工程要求。右圖 52為常見(jiàn)的鉆孔結(jié)構(gòu)圖，有的僅下孔口管，有的可能還下幾層套管。 圖 52 鉆孔結(jié)構(gòu)圖 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 82 二、開(kāi)孔 開(kāi)孔前及開(kāi)孔過(guò)程中的注意事項(xiàng) : ? 準(zhǔn)備好所有鉆進(jìn)用器材； ? 對(duì)鉆探設(shè)備及安裝質(zhì)量進(jìn)行全面的檢查； ? 制定鉆孔的施工方案和技術(shù)措施； ? 要防止孔斜； ? 應(yīng)注意護(hù)壁； ? 鉆進(jìn)規(guī)程應(yīng)該輕壓慢轉(zhuǎn)。 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 83 第六章 硬質(zhì)合金鉆進(jìn) ? 第一節(jié) 概述 ? 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的碎巖過(guò)程與磨損 ? 第三節(jié) 硬質(zhì)合金切削具 ? 第四節(jié) 硬質(zhì)合金鉆頭 ? 第五節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)規(guī)程 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 84 ? 課 時(shí)： 2 ? 本章目的：了解硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的特點(diǎn)，掌握其破巖機(jī)理、切削具材料、鉆頭特點(diǎn)及鉆進(jìn)規(guī)程。 ? 教學(xué)重點(diǎn)：硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的碎巖過(guò)程、硬質(zhì)合金鉆頭及其鉆進(jìn)規(guī)程 ? 教學(xué)方法：課堂講授、習(xí)題課討論 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 85 第一節(jié) 概 述 一、硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的定義 利用鑲焊在鉆頭上的硬質(zhì)合金切削具，作為破碎巖石的工具，這種鉆進(jìn)方法通稱為 硬質(zhì)合金鉆進(jìn) 。 二、硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的特點(diǎn) ? 硬質(zhì)合金鑲焊在鉆頭體上比較堅(jiān)固、方便； ? 可以靈活改變鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)； ? 操作簡(jiǎn)單方便； ? 易保證鉆孔質(zhì)量； ? 成本低； ? 但受硬質(zhì)合金本身強(qiáng)度和耐磨性限制，此法不能鉆進(jìn)堅(jiān)硬、強(qiáng)研磨性巖石。 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 86 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的碎巖過(guò)程與磨損 一、孔底碎巖過(guò)程 塑性巖石中的碎巖過(guò)程 切削具在 Py作用下切入巖石，在 Px作用下作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，切削具前面的巖石不斷塑性流動(dòng)，并自由滑移，這種現(xiàn)象為切削。如圖 61所示。 圖 61 切削具在雙向力作用下 切入塑性巖石 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 87 一、孔底碎巖過(guò)程 塑脆性巖石中的碎巖過(guò)程 在塑脆性巖石中，巖石破碎大體分為三個(gè)過(guò)程，即吃入 、 小剪切 、 大剪切 ，如圖 62所示。 （ a） （ b） （ c） 圖 62 切削具破碎塑脆性巖石的過(guò)程 （ a） 切入；（ b） 小剪切；（ c） 大剪切 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 88 二、切削具的磨損 在實(shí)際的鉆進(jìn)過(guò)程中，切削具的不同部位磨損程度有很大差異，切削具出刃的內(nèi)、外磨損量是不均勻的，如圖 63所示。 y外 y內(nèi) y t外 t內(nèi) t 隨著切削具的磨損，與巖石接觸面積加大，因而，引起單位面積上的比壓下降，機(jī)械鉆速減小。 y——切削刃磨損高度； y內(nèi) ——切削刃內(nèi)側(cè)磨損高度； y外 ——切削刃外側(cè)磨損高度； t——刃端磨損寬度； t內(nèi) ——刃端內(nèi)側(cè)磨損寬度； t外 ——刃端外側(cè)磨損寬度； b——環(huán)槽寬度（切削寬度）； r——環(huán)槽內(nèi)徑； R——環(huán)槽外徑 圖 63 切削具的實(shí)際磨損情況 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 89 第三節(jié) 硬質(zhì)合金切削具 一、材質(zhì) 鉆探用硬質(zhì)合金主要是碳化鎢（ WC） 鈷（ Co）硬質(zhì)合金，常稱為 YG類硬質(zhì)合金，它以碳化鎢為骨架金屬，鈷粉粘結(jié)劑燒結(jié)而成。鉆探用 YG類硬質(zhì)合金性能如表 61所示。 表 61 鉆探用 YG類硬質(zhì)合金性能 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 90 一、材質(zhì) 上頁(yè)表中，硬質(zhì)合金牌號(hào)的意義： YG3X YG4C YG8 注意： 含 Co量越高，韌性就越好 (即抗剪強(qiáng)度越高 )，但耐磨性會(huì)越低，成本更高。 細(xì)粒度 Co占 3% Co WC（碳化鎢） 粗粒度 標(biāo)準(zhǔn)粒度 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 91 二、硬質(zhì)合金切削具形狀 片狀合金 ? 矩形薄片 ? 直角薄片 ? 菱形薄片 柱狀合金 ? 八角柱 ? 四方柱 針狀合金 排狀合金 ? 單排 —圓形、橢圓形、菱形 ? 多排 —圓形、橢圓形、菱形 球齒狀合金 ：用于風(fēng)動(dòng)沖擊鉆頭及牙輪鉆頭 表 62 鉆探常用硬質(zhì)合金切削具形狀和規(guī)格表 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 92 第四節(jié) 硬質(zhì)合金鉆頭 一、硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素 切削具的出刃 ? 切削具必須突出于鉆頭體一定高度，突出的部分稱為 出刃 。包括內(nèi)出刃 、 外出刃 、和 底出刃 。 ? 內(nèi)外出刃 ——解決沖洗液的暢通，攜帶排除巖粉和降低回轉(zhuǎn)阻力，一般取 ~2mm。 ? 底出刃 ——主要用于切削巖石，一般軟巖選 4~5mm，中硬巖選3~4mm，硬巖選 2~3mm。 圖 64 切削具出刃示意圖 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 93 一、硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素 切削具的鑲焊角度 切削具鑲焊在鉆頭體上，其鑲焊角度如圖 65 所示。 ? 刃尖角 β——軟巖選小，硬巖選大。 ? 鑲焊角 φ——φ0正斜鑲，軟巖；φ0負(fù)斜鑲，脆性硬巖。 ? 切削角 α——與 φ 互余。 ? 后角 e——φ與 β確定后， e也確定，注意要考慮切削具與巖石表面不接觸和少磨損。 圖 65 切削具的各種角度 α切削角； β刃尖角； φ鑲焊角； e后角 2022/6/2 現(xiàn)代鉆探技術(shù) 94 一、硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素 切削具的排列和布置 常用的有 單環(huán)排列 、 雙環(huán)排列 、 多環(huán)排列 和 密集排列 等形式（圖 66）。單環(huán)排列主要用于軟巖；多環(huán)排列適用于中硬以上巖石；密集排列起到相互支撐和增加破碎自由面的作用；肋骨式排列增加孔底環(huán)