【正文】 大影響，而礦物顆粒的硬度，對(duì)鉆進(jìn)過程中工具的磨損有顯著的影響。 影響巖石硬度的因素有： 巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造 。 當(dāng)膠結(jié)物成分相同時(shí)，巖石中石英及其它礦物或碎屑的含量越多時(shí)，則巖石的硬度也就越大；當(dāng)組成巖石的碎屑或礦物成分相同時(shí)，膠結(jié)物的硬度越大，則巖石的硬度也就越大； 對(duì)于碎屑巖，當(dāng)膠結(jié)物成分相同時(shí)，膠結(jié)形式不同時(shí)，巖石的硬度也不相同，一般基底膠結(jié)的巖石最硬，接觸膠結(jié)的巖石次之，充填膠結(jié)的巖石最軟。 當(dāng)巖石的顆粒越小時(shí)，巖石的結(jié)構(gòu)越致密，其硬度也就越高；巖石的孔隙率增高、裂隙發(fā)育時(shí)，巖石的密實(shí)度降低，其硬度也隨著降低。 層理對(duì)巖石的硬度的影響恰恰與對(duì)強(qiáng)度的影響相反，在垂直于層理方向上的硬度最小，而平行于層理方向上的硬度最大。這是因?yàn)檠貙永矸较驇r石顆粒的定向排列而使硬度升高。這說明了在垂直于巖石層理方向上鉆進(jìn)比較容易。巖石硬度的這種各向異性現(xiàn)象，可以很好地解釋孔斜的原因和規(guī)律性，并利用這一現(xiàn)象來實(shí)施定向 鉆進(jìn)。 巖石受到的應(yīng)力狀態(tài) 。 巖石中各向均勻壓縮時(shí)，其硬度增高。 外加載荷的作用速度 。 與對(duì)巖石施加靜載荷相比，對(duì)巖石施加動(dòng)載荷時(shí)，巖石的塑性降低，而硬度增高，屈服極限增高。 動(dòng)載荷一般用于破碎強(qiáng)度大、硬度大的和低塑性的巖石 巖石的研磨性 ： 巖石磨損切削具的能力稱為巖石的研磨性 影響巖石研磨性的因素 ： 一般隨著巖石中的造巖礦物的顯微硬度、堅(jiān)硬礦物碎屑和顆粒的含量與粒度、巖石的壓入硬度、孔隙率、非均質(zhì)性等指標(biāo)的增高，巖石的研磨性增高。 對(duì)于晶質(zhì)巖石，研磨性與其礦物組分的硬度成正比，礦物顆粒硬度越大時(shí)巖石的研磨性就越強(qiáng)，該類巖石的研磨性由小到大的順序是：硫酸鹽類巖石 (石膏、重晶石 )，碳酸鹽類巖石 (石灰石、白云巖 )，硅質(zhì)巖石 (玉髓、燧石 )，鐵－鎂長石巖，石英巖。 對(duì)于碎屑巖來講，它與晶質(zhì)巖石的主要區(qū)別在于它的膠結(jié)物的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)對(duì)研磨性有顯著的影響，尤其是石英砂巖和粉砂巖。 如果組成巖石碎屑的成分是石英，則巖石的研磨性隨巖石中石英的含量與粒度的增加而增高。 一般碎屑巖石的膠結(jié)物愈弱、孔隙率愈大、顆粒愈粗、棱角愈尖銳則其表面愈粗糙，巖石的研磨性增強(qiáng)。 砂巖的研磨性與其壓入硬度成反比，即隨砂巖膠結(jié)強(qiáng)度的降低，顆粒越容易從巖石上剝落而形成新的磨擦表面并造成表面粗糙度增高，而增強(qiáng)了研磨性。粉砂巖的粒度比砂巖小得多，因而其研磨性也小于砂巖。 切削具的磨損程度與動(dòng)摩擦系數(shù)成正比 。 只有在單位面積上的正壓力達(dá)到巖石的硬度時(shí)動(dòng)摩擦系數(shù)才穩(wěn)定或略有降低。 滑動(dòng)速度即工具與巖石的摩擦速度增大時(shí)，工具的磨損增加，但增加幅度不大，當(dāng)摩擦速度增大到某一數(shù)值時(shí)，工具的磨損率急劇增大。說明工具的滑動(dòng)速度有一極限，而不同的巖石的極限值有所不同，工具的磨損率急劇增加主要是由于工具在摩擦力作用下，其溫度急劇升高達(dá)到臨界值而造成的。 介質(zhì)可以改變工具和巖石之間的摩擦特性。一般情況下，巖石的表面干燥時(shí)，摩擦系數(shù)大；表面濕潤時(shí)，摩擦系數(shù)??；當(dāng)有表面活性劑或乳化液時(shí)，因其潤滑作用強(qiáng)而使摩擦系數(shù)變小。 巖石的可鉆性及分級(jí) 巖石的可鉆性是指在一定的條件下鉆進(jìn)巖石的難易程度。巖石的可鉆性及其分級(jí)在鉆進(jìn)生產(chǎn)中極為重要，它是合理選擇鉆進(jìn)方法、鉆頭結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)工藝參數(shù)的依據(jù)，同時(shí)也是制定鉆進(jìn)生產(chǎn)定額和編制生產(chǎn)計(jì)劃的基礎(chǔ)。 還是考核機(jī)臺(tái)生產(chǎn)效率的依據(jù)。 影響巖石可鉆性的因素主要有 ： 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)： 巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造、巖石的密度、孔隙度、含水性及透水性、巖石的硬度、彈塑性及研磨性。一般的說，造巖礦物中石英多、膠結(jié)牢固、顆粒細(xì)小、結(jié)構(gòu)致密、未經(jīng)風(fēng)化和蝕變時(shí)，巖石的可鉆性差；而巖石的硬度影響著巖石的初始破碎程度，即初始鉆進(jìn)速度，巖石的研磨性影響著碎巖工具的持久性 (壽命、磨損 )與鉆速的遞減速率。巖石的彈塑性影響著碎巖工具下的巖石變形及裂紋發(fā)展導(dǎo)致破碎的特征。因而巖石的硬度和強(qiáng)度高、研磨性強(qiáng)，巖石破碎就比較困難，巖石的可鉆性差；而巖石的彈塑性增大，可鉆性增大。破碎、裂隙發(fā)育的地層，孔壁不穩(wěn)定地層，巖石的可鉆性都差，即難以鉆進(jìn)或者說鉆進(jìn)效率低。 鉆進(jìn)巖石的技術(shù)條件： 鉆探設(shè)備的類型、鉆孔的直徑和深度、鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)方法以及碎巖工具的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量、工具對(duì)巖石的作用方式、載荷性質(zhì)、破碎巖石的能量消耗，決定了巖石的破碎效果。如脈動(dòng)載荷（比如沖擊鉆進(jìn)）破碎堅(jiān)硬的脆性巖石的效率高而能量消耗大；靜載荷（比如回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)）破碎軟的塑性巖石的效率高而能量消耗小。 鉆進(jìn)的工藝因素： 加在鉆頭上的壓力、鉆頭的回轉(zhuǎn)速度、沖洗液的類型和孔底的清潔程度等。在使用一定類型的鉆頭破碎某種巖石時(shí)，如果鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)選擇適當(dāng)， 孔底清潔適宜，就能實(shí)現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)鉆進(jìn)，取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。 巖石的可鉆性分級(jí)的觀點(diǎn) ： 力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)法 就是利用巖石的壓入硬度、沖擊回彈硬度劃分巖石的可鉆性指標(biāo)。研究認(rèn)為，在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，對(duì)巖石可鉆性起決定作用的巖石的研磨硬度和抗剪強(qiáng)度，所以，有研究人員提出用巖石的抗壓入硬度、研磨性和塑性系數(shù)來綜合反映巖石的可鉆性。 在鉆探施工現(xiàn)場，技術(shù)人員一般通過實(shí)際鉆進(jìn)的巖石的強(qiáng)度、硬度大概判斷巖石的軟硬，通過觀察破碎下來的巖石碎屑的顆粒度（巖石的膠結(jié)程度、顆粒度）大概判斷巖石的研磨性，結(jié)合鉆進(jìn)方法、鉆孔結(jié)構(gòu)、使用的設(shè)備和鉆進(jìn)地層的完整程度（破碎還是完整）、裂隙是否發(fā)育等因素判斷巖石的可鉆性，從而在鉆進(jìn)不同巖石 時(shí)采用不同的工藝參數(shù)及碎巖工具（鉆頭）。 刻劃對(duì)比法 ： 是一種通過工具刻劃巖石的表面來粗略判別巖石的可鉆性的方法。實(shí)際是利用巖石的硬度來測定巖石的可鉆性，這種方法盡管不太準(zhǔn)確，但是操作簡單，在機(jī)臺(tái)廣泛應(yīng)用。 大拇指刻劃 l一 3級(jí)． 鐵刀刻劃 3— 4級(jí)． 普通鋼刀刻劃 4一 5級(jí)． 銼刀刻劃 5— 6級(jí)， 合金刀刻劃 7— 8級(jí)． 實(shí)際鉆進(jìn)速度法 就是在規(guī)定的設(shè)備工具和技術(shù)規(guī)范條件下進(jìn)行實(shí)際鉆進(jìn)，以得到的純鉆進(jìn)速度 (機(jī)械鉆速 )作為巖石的可鉆性分級(jí)的指標(biāo)。由于工藝技術(shù)水平的不斷提高，各級(jí)巖石的可鉆性等級(jí)間的絕對(duì)和相對(duì)關(guān)系隨之變動(dòng)，因此每隔幾年就需要重新修訂。 巖石級(jí)別 鉆進(jìn)時(shí)效指標(biāo) 代 表 性 巖 石 舉 例 統(tǒng)計(jì)效率， m／ h 金剛石 硬合金 鋼粒 1～ 4 粉砂質(zhì)泥巖 ， 碳質(zhì)頁巖 ， 粉砂巖 ， 中粒砂巖 ， 透閃巖 ， 煌斑巖 5 ～ 硅化粉砂巖 ， 滑石透閃巖 ， 橄欖大理巖 ， 白色大埋巖 ， 石英閃長玢巖 ， 黑色片巖 ， 透輝石大理巖 ， 大理巖 6 ～ 黑色角閃斜長片麻巖 ， 白云斜長片麻巖 ， 石英白云石大理巖 ， 黑云母大理巖 ， 白云巖 ， 蝕變角閃閃長巖 ， 角閃交粒巖 ， 角閃巖 ，黑云石英片巖 ， 角巖 ， 透輝石榴石矽卡巖 ， 黑云白云石大理巖 7 ～ 白云斜長片麻巖 ， 石英白云石大理巖 ， 透輝石化閃長玢巖 ， 混合巖化淺粒巖 ， 黑云角閃斜長巖 ， 透輝石巖 ， 白云石大理巖 ， 蝕變石英閃長玢巖 ， 石英閃長玢巖 ， 黑云母石英片巖 8 ～ 花崗巖 ， 矽卡巖化閃長玢巖 ， 石榴石矽卡巖 ， 石英閃長斑巖 ， 石英角閃巖 ， 黑云母斜長角閃巖 ， 混合偉晶巖 ， 黑云母花崗巖 ， 斜長閃長巖 ， 斜長角閃巖 ， 混合片麻巖 ， 凝灰?guī)r ， 混合淺粒巖 9 ～ 混合巖化淺粒巖 ， 花崗巖 ， 斜長角閃巖 ， 混合閃長巖 ， 斜長角閃巖 ， 鉀長偉晶巖 ， 橄欖巖 ， 斜長混合巖 ， 閃長玢巖 ， 石英閃長玢巖 ， 似斑狀花崗巖 ， 斑狀花崗閃長巖 10 ～ 硅化大理巖 ， 矽卡巖 ， 混合斜長片麻巖 ， 鈉長斑巖 ， 鉀長偉晶巖 ，斜長角閃巖 ， 長英質(zhì)混合巖化角閃巖 ， 斜長巖 ， 花崗巖 ， 石英巖 ，硅質(zhì)凝灰砂礫巖 ， 英安質(zhì)角礫熔巖 11 ～ 凝灰?guī)r ， 熔凝灰?guī)r ， 石英角巖 ， 英安巖 12 石英角巖 ， 玉髓 ， 熔凝灰?guī)r ， 純石英巖 巖土破碎的基本理論 對(duì)于巖石破碎過程的解釋，概括起來可以得出以下的基本概念， (1)巖石破碎過程的發(fā)展，不是隨載荷的增加而平穩(wěn)地進(jìn)行的，而是當(dāng)載荷達(dá)到某一值后，發(fā)生突然的侵入破碎。 (2)只有當(dāng)載荷達(dá)某一定值時(shí)，才能產(chǎn)生大體積崩落破碎，這時(shí)破碎效果最好。 (3)當(dāng)載荷不足以產(chǎn)生大剪切時(shí)，則只能在巖石中產(chǎn)生壓裂作用，形成一些裂隙 (4)載荷過小時(shí)，只是在巖石表面形成一些微小裂紋，甚至只發(fā)生彈性變形．因此 破碎效果極差 。 常見的幾種鉆進(jìn)破碎巖石的方式 切削破碎 ： 對(duì)于切削型鉆頭如硬質(zhì)合金鉆頭，通常認(rèn)為在鉆進(jìn)過程中，主要是鉆頭在軸向力 PY作用下壓入巖石一定深度，巖石受壓而產(chǎn)生擠破。與此同時(shí)在鉆頭回轉(zhuǎn)力 PX地作用下，使切削具前面的巖石產(chǎn)生破碎。剪切時(shí)小體積與大體積破碎同期地循環(huán)進(jìn)行，因而回轉(zhuǎn)力 PX以跳躍方式變化。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)以這種方式為主 。 壓皺與壓裂破碎 ： 這種破碎方式主要是靠切削具在軸向壓力下，使巖石產(chǎn)生主壓力體即壓皺破碎；當(dāng)軸向壓力繼續(xù)增大時(shí)，則巖石產(chǎn)生主壓力體破碎 (剪切體破碎 )，即壓裂破碎。鋼粒鉆進(jìn)和金剛石鉆進(jìn)的碎巖方式可視為此種方式。 沖擊破碎 ： 這種碎巖方式多以楔形切削具沖擊巖石，在接觸面上產(chǎn)生主壓力體。由于壓實(shí)的主壓力體的繼續(xù)發(fā)展，使巖石向自由面方向剪切而產(chǎn)生較大顆粒的剪切體。 山東冶金技師（技術(shù)）學(xué)院 濟(jì)南市歷城區(qū)郭店 郵編： 250109 辦公電話： 053188992709 13969099629 電子郵箱：