【文章內(nèi)容簡介】 (515) 1102001001 )1())(1( tttktktvtttktvttHvR ??????????)1( 00tktvH??工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝 （ 五 ） 最優(yōu)回次鉆程時(shí)間的確定 確定最優(yōu)回次鉆程時(shí)間理論基礎(chǔ) (515) 令 ， 可求出最優(yōu)回次鉆程時(shí)間： ， 代入上式 ， 得到 最優(yōu)回次鉆速為： (516) 1102001001 )1())(1( tttktktvtttktvttHvR ??????????0??Rv010 / ktt ?1001021 tkktvvR ???工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝 （ 五 ） 最優(yōu)回次鉆程時(shí)間的確定 確定最優(yōu)回次鉆程時(shí)間理論基礎(chǔ) 最優(yōu)回次鉆速為： (516) 據(jù)瞬時(shí)鉆速 vm與進(jìn)尺 H 的關(guān)系 ( )， 代入 t0， 可求 出此時(shí)的 瞬時(shí)鉆速為： (517) 在 t0時(shí)刻 ， 瞬時(shí)鉆速與回次鉆速正好相等 。 這便為在現(xiàn)場(chǎng)用 繪圖法確定最佳鉆程時(shí)間 t0提供了理論依據(jù) 。 1001021 tkktvvR ???1001021ddtkktvtHvm ????)1( 00tktvH??工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝 （ 五 ） 最優(yōu)回次鉆程時(shí)間的確定 作圖法確定最優(yōu)回次鉆程時(shí)間 （ 1） 利用瞬時(shí)鉆速 vm— t 和 vR— t 兩曲線的交點(diǎn)來確定 t0 。 如圖所示 。 在鉆進(jìn)過程中 ， 隨時(shí) 計(jì)算 vm＝ △ H/△ t ， vR=H/（ t+T） 。 當(dāng)兩者相等時(shí) ， 即結(jié)束鉆程而起鉆 。 此時(shí)的時(shí)間即為最優(yōu)鉆程時(shí)間 t0 。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝 作圖法確定最優(yōu)回次鉆程時(shí)間 （ 2） 利用回次進(jìn)尺曲線的相應(yīng)切點(diǎn)來確定 t0 。 如圖示 ， 橫坐標(biāo)為時(shí)間 t， 縱坐標(biāo)為 進(jìn)尺 H， 起下鉆時(shí)間為 T， 在橫坐標(biāo) 0 點(diǎn)的左邊定 A點(diǎn) ， OA＝ T。 由圖可得： 當(dāng)斜率直線 AB與 H— t（ 隨鉆進(jìn)測(cè)繪 ） 相切時(shí) ， tgθ 為最大值 ， 即 vR為最大值 。 切點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間為 t0 。 ?tgTt Hv R ???0工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝 （ 五 ） 最優(yōu)回次鉆程時(shí)間的確定 自動(dòng)檢測(cè)確定 最優(yōu)回次鉆程時(shí)間 （ 1） 采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)確定最佳鉆程時(shí)間的原理是： 在鉆進(jìn)過程中定期檢測(cè)進(jìn)尺量 ， 每 7s時(shí)間由微機(jī)計(jì)算一次瞬 時(shí)鉆速 vm和回次鉆速 vR并存儲(chǔ)起來 ， 同時(shí)按不等式 ＜ Cm （ Cm的取值為 ～ ） 判斷是否需要終止回次鉆程 。 如果不等式能滿足 ， 則表明鉆 進(jìn)過程處于圖 56中 t0點(diǎn)的左邊或剛過 t0點(diǎn) ， 可繼續(xù)鉆進(jìn) 。 如果 不滿足 ， 說明已穩(wěn)定地超過 t0點(diǎn) 。 mRvv工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝 （ 五 ） 最優(yōu)回次鉆程時(shí)間的確定 自動(dòng)檢測(cè)確定 最優(yōu)回次鉆程時(shí)間 （ 2） 當(dāng)不等式不滿足時(shí) ， 還需繼續(xù)觀察 5min， 防止因偶然 因素或規(guī)程變化造成的虛假現(xiàn)象 。 這時(shí)微機(jī)系統(tǒng)給鉆壓一個(gè) 增量 Δ P， 以便觀察瞬時(shí)鉆速 vm是否會(huì)繼續(xù)增大而重新滿足不 等式 ， 同時(shí)每秒測(cè)算一次 Cm值 ， 如果不滿足的次數(shù)達(dá) 60% ， 則發(fā)出 “ 起鉆 ” 的命令 。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝 二 、 自磨式硬合金鉆頭的規(guī)程特點(diǎn) 自磨式鉆頭與磨銳式鉆頭的主要區(qū)別 （ 1） 自磨式鉆頭切削具與孔底接觸面積恒定 ， 機(jī)械鉆速穩(wěn) 定 ， 回次進(jìn)尺也較長 ， 不受瞬時(shí)鉆速不斷下降的影響； （ 2） 自磨式鉆頭的碎巖是以磨削和微剪切為主 ， 要求硬質(zhì) 合金切削具隨著磨耗能適量地從胎塊中出露； （ 3） 鉆進(jìn)以 6~8級(jí)中硬以上的巖層為主 ， 鉆速較低 ， 巖粉較細(xì) 。 以上區(qū)別是確定自磨式硬合金鉆進(jìn)規(guī)程的依據(jù) 。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝 二 、 自磨式硬合金鉆頭的規(guī)程特點(diǎn) 自磨式硬合金鉆頭的規(guī)程特點(diǎn) （ 1） 鉆壓： 自磨式鉆頭與巖石的接觸面積大 ， 總的鉆壓 應(yīng)大于磨銳式鉆頭 。 一般鉆壓比磨銳式大 20%～ 25%； （ 2） 轉(zhuǎn)速： 由破巖機(jī)理可知 ， 自磨式鉆頭必須采用比磨 銳式更高的轉(zhuǎn)速 ， 以提高單位時(shí)間的破巖次數(shù)； （ 3） 泵量： 自磨式硬合金鉆進(jìn)可以采用比磨銳式略小的 泵量 ， 但為了充分冷卻 （ 轉(zhuǎn)速較高 ） 和避免重復(fù)破碎 ， 應(yīng)盡 量采用大的泵量 。 且初始泵量大 ， 隨著胎塊的磨耗 ， 過水?dāng)? 面減小需及時(shí)調(diào)小泵量 ， 以防蹩泵 。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第三節(jié) 金剛石鉆進(jìn)工藝 金剛石鉆進(jìn)工藝包括合理的 選擇金剛石鉆頭 和 確定金剛 石鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù) 兩個(gè)方面 。 一 、 合理選擇金剛石鉆頭 理論上金剛石鉆頭可以鉆進(jìn)各類巖石 ， 但在實(shí)踐中往往出 現(xiàn)一些反?，F(xiàn)象：如在某些地層中 ， 鉆頭金剛石耗量大而進(jìn) 尺少；在另一些地層中 ， 鉆頭的鉆速很低 ， 甚至出現(xiàn)鉆頭 “ 打 滑 ” 不進(jìn)尺的情況；一種鉆頭在這個(gè)地區(qū)鉆效很高 ， 而在另一 個(gè)地區(qū)卻效果很差 。 這些現(xiàn)象歸結(jié)起來說明一個(gè)問題 ， 金剛 石鉆進(jìn)中所選用的鉆頭必須和所鉆的巖性相適應(yīng) 。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第三節(jié) 金剛石鉆進(jìn)工藝 一 、 合理選擇金剛石鉆頭 選擇金剛石鉆頭 其原則為： （ 1） 軟至中硬和完整均質(zhì)巖層 ， 一般宜用天然表鑲鉆頭 、 復(fù)合片鉆頭 、 聚晶鉆頭 。 （ 2） 硬至堅(jiān)硬致密的巖層 （ 7~12級(jí) ） ， 一般宜用孕鑲鉆 頭 ， 尖環(huán)槽鉆頭 ， 或細(xì)粒表鑲金剛石鉆頭 。 （ 3） 在破碎 、 軟硬互層 、 裂隙發(fā)育或強(qiáng)研磨性巖層 ， 宜 用尖齒型廣譜鉆頭或耐磨性好的 、 補(bǔ)強(qiáng)的電鍍?cè)需傘@頭 。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第三節(jié) 金剛石鉆進(jìn)工藝 選擇金剛石鉆頭 其原則為： （ 4） 胎體耐磨性 的原則：強(qiáng)研磨性巖層 ， 選用高耐磨性胎體； 中等研磨性巖層 ， 選用中等耐磨性的胎體；弱研磨性巖層 ， 選 用低耐磨性的胎體 。 （ 5） 復(fù)雜巖層 ， 研磨性越強(qiáng) 、 越硬 ， 選用 金剛石晶級(jí) 好 、 粒 度 相對(duì)細(xì)的鉆頭 。 （ 6） 強(qiáng)研磨性 、 破碎的巖層 ， 選用 金剛石濃度 較高的鉆頭 。 反之 ， 均質(zhì)致密 、 弱研磨性的巖層 ， 選用濃度較低的鉆頭 。 （ 7） 巖層軟 ， 排粉多 ， 選用 復(fù)合片鉆頭或聚晶鉆頭 ， 易沖蝕 的巖礦層取心 ， 應(yīng)采用 底噴式鉆頭 。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第三節(jié) 金剛石鉆進(jìn)工藝 二 、 金剛石鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù) 金剛石鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)包括： 鉆壓 、 轉(zhuǎn)速 、 沖洗液量 。 影響鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的因素： 巖層性質(zhì) 、 鉆頭類型等 。 評(píng)定金剛石鉆進(jìn)規(guī)程的主要依據(jù)是： 鉆速 、 鉆頭總進(jìn)尺 和單位進(jìn)尺的金剛石耗量三個(gè)指標(biāo) 。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第三節(jié) 金剛石鉆進(jìn)工藝 二 、 金剛石鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù) （ 一 ） 鉆壓 金剛石鉆進(jìn) ， 根據(jù)鉆壓的不同 ， 同 樣分三個(gè)破碎階段：表面研磨破碎 、 疲勞破碎 、 體積破碎 。 隨鉆壓的增加 ， 單位進(jìn)尺的金剛石耗量也增長很快 。 過大的鉆壓使金剛石耗量急劇增大 ， 并導(dǎo)致鉆速下降 ， 因此 ， 鉆壓值應(yīng)選 擇在圖中的最優(yōu)區(qū)內(nèi) 。 具體選擇鉆壓 ， 可根據(jù)巖石硬度 、 金剛石的抗壓強(qiáng)度和鉆頭的類型等因素確定 。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第三節(jié) 金剛石鉆進(jìn)工藝 表鑲金剛石鉆頭的鉆壓 P 根據(jù)巖石硬度 、 金剛石的抗壓強(qiáng)度確定鉆壓： 鉆壓 P 應(yīng)使每粒 工作金剛石與巖石接觸應(yīng)力大于巖石的抗壓入硬度 σ C ,小于金剛 石的強(qiáng)度 σ D 。 上式確定鉆壓應(yīng)以后者為基本原則 ， 因此 ， 表鑲金剛石鉆頭的 鉆壓 P： P = m p （ N） 式中： m—— 鉆頭上工作金剛石的粒數(shù) ， 一般為總粒數(shù)的 2/3~3/4； p—— 單粒金剛石允許的壓力 （ 與粒度 、 品級(jí)有關(guān) ） ， N/粒 F—— 單粒金剛石與巖石接觸面積 ， （ mm2） DC mFP ?? ??工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第三節(jié) 金剛石鉆進(jìn)工藝 （ 一 ） 鉆壓 孕鑲金剛石鉆頭的鉆壓 W 孕鑲鉆頭上的金剛石顆粒多 、 出刃量小 ， 可以認(rèn)為是胎體 唇面與巖石全斷面接觸 ， 鉆壓對(duì)金剛石的抗壓強(qiáng)度的影響降為 次要因素 ， 主要應(yīng)根據(jù)巖石的性質(zhì)確定鉆壓 W W=Fq （ N） 式中： F—— 鉆頭實(shí)際工作唇面面積 ， mm2； q—— 單位唇面面積推薦的壓力 。 中硬巖石取 4～ 5 N/mm2； 堅(jiān)硬巖石或金剛石質(zhì)量高取 6～ 7 N/mm2。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第三節(jié) 金剛石鉆進(jìn)工藝 選擇和施加鉆壓時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （ 1） 巖石性質(zhì) 。 軟 巖層或破碎 、 非均質(zhì)巖層宜選下限鉆壓； （ 2） 金剛石 。 金剛石質(zhì)量好 、 數(shù)量多 、 粒度大時(shí) ， 宜選用上 限鉆壓 ， 反之 ， 則取下限鉆壓； （ 3） 鉆頭類型 。 鉆頭直徑大 、 壁厚 、 巖石接觸面積大時(shí) ， 宜 選用上限鉆壓 。 （ 4） 注意新鉆頭與孔底的磨合 。 在磨合階段應(yīng)使用低鉆壓 、 低轉(zhuǎn)速 ， 使鉆頭唇面形狀與孔底及巖心根部逐漸相吻合 。 （ 5） 孔底實(shí)際鉆壓 。 鉆孔彎曲 、 泵壓的脈動(dòng)和巖性不均質(zhì)造 成 鉆具振動(dòng) ， 使孔底實(shí)際的瞬時(shí)動(dòng)載可能是地表儀表指示鉆壓的 0～ 3倍 。 因此 ， 對(duì)于深孔 、 斜孔和非均質(zhì)巖層應(yīng)取較小的鉆壓 。 工程鉆探與取樣技術(shù) 2022/6/4 中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系 第三節(jié) 金剛石鉆進(jìn)工藝 二、金剛石鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù) （二）轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速與機(jī)械鉆速 、 鉆頭磨損間 的關(guān)系 （ 1）金剛石鉆頭與硬質(zhì)合金鉆頭不 同，金剛石出刃小