【正文】 碎， 鉆 速很低，甚至不 進(jìn) 尺； 濃 度 過(guò) 低，在端面上出露的金 剛 石太少，不能 滿 足全斷面切削孔底巖石，同 時(shí)還 造成 單 粒金 剛 石上的 壓 強(qiáng) 太大，出露的金 剛 石就 過(guò) 早地磨 鈍 或崩刃、脫粒 。 “ 400%濃 度制 ” 。大 顆 粒的、 軟 地 層 的 選 用低密度，小 顆 粒的、硬地 層 的 選 用高密度。Date 中國(guó)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)。反之，如果胎體磨損太快，則造成金剛石過(guò)早的崩刃或脫粒，從而失去鉆進(jìn)能力、鉆頭壽命縮短。 Date 中國(guó)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 (一 )金 剛 石 鉆頭 胎體 孕鑲鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，胎體的磨損速度應(yīng)適當(dāng)超前于金剛石的磨損速度，使金剛石不斷出刃。 胎體的硬度、耐磨性要與所鉆巖石的硬度、研磨性相適應(yīng)。 對(duì)鉆頭 胎體性能的要求是： 胎體 能 牢固地包 鑲 金 剛 石。 (3)巖心管的外徑與孔壁應(yīng)有足夠的間隙以便沖洗液暢通，其內(nèi)徑應(yīng)該能容納巖心。 鉆頭、擴(kuò)孔器、巖心管與套管之間有嚴(yán)密的級(jí)配關(guān)系。Date 中國(guó)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 一、金剛石鉆頭的種類 Date 中國(guó)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 一、金剛石鉆頭的種類 我國(guó)在鉆探生產(chǎn)中主要采用的是孕鑲金剛石鉆頭，與表鑲鉆頭相比孕鑲鉆頭的優(yōu)越性表現(xiàn)在： (1) 對(duì)金剛石品級(jí)的要求低于表鑲鉆頭； (2) 孕鑲鉆頭抗沖擊載荷的能力較好，對(duì)鉆進(jìn)效果的影響小于表鑲鉆頭，對(duì)違反操作規(guī)程的敏感程度也小于表鑲鉆頭； (3) 制造過(guò)程簡(jiǎn)單，不必按規(guī)定布置擺放金剛石顆粒。 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。 在軸向壓力（鉆壓）下，鉆頭被緊壓在孔底巖石表面，鉆具的回轉(zhuǎn)振動(dòng)和鉆柱彈性變形對(duì)孔底鉆壓的加強(qiáng)或減弱、泵送流體的壓力脈動(dòng)，對(duì)孔底巖石的破碎起到了積極的促進(jìn)作用。 如果孕鑲金剛石鉆頭的胎體性能與所鉆巖石不適應(yīng)或沒(méi)有足夠的鉆壓，胎體不能超前磨耗，鉆進(jìn)中表現(xiàn)為 鉆頭 “ 打滑 ”，鉆速迅速下降。以唇面上多而小的硬質(zhì)點(diǎn)（金剛石）對(duì)加工件（孔底巖石）進(jìn)行 刻劃、磨削 ，隨著硬質(zhì)點(diǎn)的逐漸磨損和粘結(jié)胎體的不斷磨耗，新的硬質(zhì)點(diǎn)又裸露出來(lái)參加工作。Date 中國(guó)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(guò)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。 當(dāng)以塑性破碎 為 主 時(shí) ，將 發(fā) 生明 顯 的犁掘作用 過(guò) 程， 即： 鉆頭 唇面上出露的金 剛 石， 在 軸 向 壓 力作用下侵入巖石表面 ， 在切向力作用下沿橫向滑移 時(shí) ， 滑移前方的 壓縮應(yīng) 力區(qū) 產(chǎn) 生 張應(yīng) 力滑移區(qū)，在滑移區(qū)內(nèi) 產(chǎn) 生向前、向左、向右、向下的裂 紋 ， 當(dāng) 應(yīng) 力增加時(shí) ， 裂 紋擴(kuò) 展 ?？椎啄骋稽c(diǎn)經(jīng)多次重復(fù)加載，產(chǎn)生破碎，碎巖過(guò)程 具有疲勞破碎的性質(zhì) 。 國(guó)內(nèi)外研究表明，金剛石鉆進(jìn)的孔底碎巖過(guò)程存在有以下幾種機(jī)理 壓碎剪切與疲勞破碎 犁掘作用原理 多刃研磨切削 微動(dòng)載碎巖 Date 中國(guó)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(guò)程 壓碎剪切與疲勞破碎 表鑲鉆頭 上的單粒金剛石在 Py、 Px聯(lián)合作用下， 類似球體壓入巖石 （彈脆性巖石）產(chǎn)生大、小剪切體破碎，切槽寬度＞金剛石顆粒直徑。 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。 Date 中國(guó)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(guò)程 二、鉆探用金剛石 鉆探用金剛石的粒度和品級(jí)（ 2）金剛石的品級(jí)： 主要根據(jù)晶形和 強(qiáng) 度來(lái)判定。 許多小的晶體無(wú)規(guī)則地聚合叢生稱為聚晶體。將 連 晶破碎 為單 晶， 經(jīng) 整形分 選 ，得到 質(zhì) 量 較 好的金 剛 石在 鉆 探上使用。 ④ 連 晶。 晶體長(zhǎng)軸與短軸之比超過(guò) ﹕1 者為非等積形。強(qiáng) 度 較 高，但形狀尚好，在 鉆 探中的 應(yīng) 用占有一定比例。 ② 等 積 形。 人造 單 晶晶形分 為 5種 ： ① 完整晶體。 其中，粗、中粒多用于表鑲鉆頭和表鑲擴(kuò)孔器，細(xì)、粉粒多用于孕鑲鉆頭和孕鑲擴(kuò)孔器。 鉆探用金剛石常用一克拉（ ） 多少?；蜻^(guò)篩網(wǎng)目數(shù)（每平方英寸的網(wǎng)格數(shù)）來(lái)衡量。因此，在金剛石工具的制造過(guò)程中，須隔氧，避免長(zhǎng)時(shí)間受高溫；在使用中，須及時(shí)冷卻切削刃。耐磨性是 鋼 的 2022~5000倍。 （ 3）金 剛 石是世界上最硬、抗 壓 強(qiáng) 度最大、抗磨 損 能力最 強(qiáng) 的材料。Date 中國(guó)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(guò)程 金剛石的特性 （ 1）金剛石為碳的結(jié)晶體，晶體結(jié)構(gòu)為正四面體，碳原子之間以共價(jià) 鍵 相 連 ， 結(jié) 構(gòu)非常 穩(wěn) 定。 金剛石聚晶： 高溫穩(wěn)定性好，強(qiáng)度較高，耐磨性好，能直接合成所需的形狀，在中硬地層中能取得較好的鉆進(jìn)效果，但其強(qiáng)度較單晶小，所以不適用于大部分硬 堅(jiān)硬的巖層鉆進(jìn)。 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。其中， “ 包布茲 ”主要用于制造表鑲鉆頭， “ 剛果 ” 主要用于孕鑲鉆頭， “卡邦納多 ” 和 “ 巴拉斯 ” 現(xiàn)已很少用于做鉆頭， “ 雅庫(kù)特 ” 產(chǎn)于俄羅斯，主要在前蘇聯(lián)境內(nèi)使用。 Date 中國(guó)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(guò)程 二、鉆探用金剛石 鉆探用金剛石的分類 鉆探用金剛石按成因分為天然的、人造的兩大類。 它是將金剛石材料采用一定的方法包裹于基體（胎體）中，并與鉆頭鋼體固結(jié)為一體形成金剛石鉆頭，用于回轉(zhuǎn)碎巖的一種方法。Date 中國(guó)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(guò)程 金 剛 石是迄今 為 止人 類發(fā)現(xiàn) 的最 堅(jiān) 硬的研磨切削材料，已廣泛的 應(yīng) 用于 現(xiàn) 代工 業(yè) 。胎 塊內(nèi)按一定原 則 包裹 針 狀硬 質(zhì) 合金，支撐體的胎體硬度要合適，保 證 超前磨耗，以利于 針 狀硬 質(zhì) 合金自磨出刃。單雙粒硬合金鉆頭可鉆進(jìn) 4~5級(jí)巖石，品字形硬合金鉆頭可鉆進(jìn) 4~6級(jí)巖石。Date 中國(guó)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 中硬及較硬巖層用的鉆頭 （ 2）單雙粒硬合金鉆頭和品字形硬合金鉆頭： 把 3顆硬合金切削具焊成一組呈品字形，可分散排列（單雙粒硬合金鉆頭），也可集中排列（品字形硬合金鉆頭）。 Date 中國(guó)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 。Date 中國(guó)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 這類巖層中鉆進(jìn)的特點(diǎn)是： ① 巖石的壓入硬度較大，為了保證切削具切入巖石，需有大的軸向壓力，因此，要求切削具有承受較大的抗彎能力； ② 切削具切入深度較小，鉆速相對(duì)較低，單位時(shí)間產(chǎn)生的巖粉量也較軟巖要少； ③ 巖石脆性較大、粘性小，排粉問(wèn)題不很突出。有菱形與斜角薄片等形式?？摄@進(jìn) 3~5級(jí)巖石。 ① 螺旋肋骨 鉆頭 特點(diǎn)： 流通 載 面大，孔底干 凈 ， 鉆進(jìn) 效率 較高。Date 中國(guó)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 松 軟 及中 軟 巖 層 所用的 鉆頭 （ 1）肋骨式 鉆頭 ： 主要用于 鉆進(jìn) 遇水膨 脹 、粘性 較 大的 軟 巖。 自磨式硬 質(zhì) 合金 鉆頭 采用小斷面切削刃，磨損后，接觸面積不變，無(wú)變鈍的弱點(diǎn)，機(jī)械鉆速基本平穩(wěn)。 切削具一般是單斜面銳角，鉆進(jìn)中，隨切削具磨損，機(jī)械鉆速逐漸下降。 Date 中國(guó)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。（ 3）水口的數(shù)目： 等于切削具的數(shù)目或組數(shù)。保證切削具的冷卻和孔底及時(shí)排粉。 對(duì)軟 巖取較 少的數(shù)量， 對(duì)較 硬和非均 質(zhì) 及研磨性巖石， 為 保 證鉆頭 壽命，一般 應(yīng) 取密集式排列。但是，由于 軸 向 載 荷有限， 單 個(gè)切削具上的 載 荷不足，只能形成表面破碎；同 時(shí) ，切削具數(shù)目太多，使剪切體 變 小，孔底冷卻效果 變 差。 Date 中國(guó)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 硬質(zhì)合金切削具在鉆頭體上的布置方式 （ 2）切削具布置方式 ① 單 （雙） 環(huán) 排列： 一個(gè)或二個(gè)切削具覆蓋唇面，加工 簡(jiǎn)單 ； ② 多 環(huán) 排列： 多個(gè)切削具分 環(huán) 覆蓋唇面，造成多的碎巖自由面 ； ③ 密集排列： 多個(gè)切削具集中為一組排列，前刃掏槽，后刃擴(kuò)槽，相互支撐，承載大，抗彎、抗磨損好。Date 中國(guó)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 硬質(zhì)合金切削具在鉆頭體上的布置方式 切削具的排列方式有：?jiǎn)危p）環(huán)排列、多環(huán)排列、密集排列等。 ～ 105176?！?80176。 （ 2）切削角 α 的 選擇 ： 根據(jù)所 鉆 巖性來(lái) 選擇 。 ， 用于 Ⅴ ～ Ⅶ 級(jí) 巖石； ③ β =90176。 ～ 50176。 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。 階梯式可 增加切削具破碎巖石的自由面，容易產(chǎn) 生體積破碎。一般為 2~5 mm。 底出刃大?。?由切入深度和過(guò)水間隙兩部分組成 。在遇水膨脹或有大量巖粉的軟地層鉆進(jìn)時(shí)，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 。 合理選擇： 主要取決于巖層，一般為 1~3 mm。 設(shè) 置不合理的危害： 出刃 過(guò) 大，合金抗外力的能力降低、碎巖 斷面和功耗增大， 鉆 孔 易 彎曲。 切削具出刃有： 內(nèi)出刃、外出刃和底出刃。上端車有外螺紋與巖心管連接，內(nèi)壁上設(shè)計(jì)有內(nèi)錐，便于卡取巖心 。Date 中國(guó)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 鉆頭 體 鉆頭體是硬質(zhì)合金切削具的支撐體，傳遞軸載和扭矩給切削具，承受切削具破巖的反作用力、孔底的動(dòng)載和摩擦。這些決定鉆頭結(jié)構(gòu)的因素稱為硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素。 (5) 采用有潤(rùn)滑作用的乳化液或泥漿洗孔， 減輕磨損。 (3) 及時(shí)修磨切削具， 減小初始接觸面積，降低其磨損率。 (2) 切削具的磨損速度取決于切削具的硬度與所鉆巖石的硬度之比、巖石的研磨性、裂隙性等性質(zhì)，還取決于切削具在鉆頭唇面的布置。 Da