【正文】 te 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 減輕切削具磨損的措施 (1) 避免切削具在表面破碎狀態(tài)下工作。平均鉆速和進尺 H 在鉆進很容易測得， 可以用一元回歸分析的方法 ， 在若干觀測計算值的基礎(chǔ)上求出 k0 和 v0 ， 從而利用（ 47）式來預(yù)測切削具磨損對鉆速的影響。 鉆頭在 t時間內(nèi)總進尺為 ， 代入 vm得到 。 切削具的磨損面積與鉆進時間成正比，而機械鉆速與切削具接觸面積的平方成反比。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 四、硬質(zhì)合金切削具的磨損 切削具的磨損與鉆進時間、鉆進速度的關(guān)系 費得洛夫提出，在一定條件下切削具的磨鈍面積 S 和機械鉆速 vm分別為： S（ t） =S0 +θ t ； 式中： S0—— 切削具的初始面積， mm2； t—— 磨損時間， min； θ —— 取決于巖石性質(zhì)的磨損系數(shù)， mm2/min。隨著切削具上的比壓 σ 增大， W不僅未增加，反而出現(xiàn)下降的趨勢。此時切削具單位時間的磨損量 W正比于切削具上的比壓 σ 。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 四、硬質(zhì)合金切削具的磨損 切削具磨 損 和 鉆壓 的關(guān)系 費得洛夫等研究了單位時間磨損量與刃端面積上比壓的關(guān)系。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 四、硬質(zhì)合金切削具的磨損 硬合金鉆進時，隨著切削具破碎孔底巖石，切削具本身不斷被磨損，對機械鉆速產(chǎn)生影響。 切槽寬度有規(guī)律地變化， B1為大剪切時的切槽寬。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 （二）彈塑性巖石的孔底破碎過程 切削具不斷向前推進，重復(fù)著壓碎、小剪切、大剪切的循環(huán)過程。 當 刃前接觸面 較大時，前進受阻。 刃前接觸面很小， 擠壓 力 較 大，小剪切破碎 。 其碎巖的顯著特點 則是在切削具的作用下以跳躍式的剪切破碎為主。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 三、硬合金鉆進的孔底碎巖過程 （二）彈塑性巖石的孔底破碎過程 彈塑性巖石是硬質(zhì)合金鉆頭的主要鉆進對象。因此，其 切屑 應(yīng)該 是連續(xù)的、平穩(wěn)的，其切削槽寬與切削具刃寬是相同的。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 （一）塑性巖石的碎巖情況 回轉(zhuǎn)切削過程 切削具切入巖石并回轉(zhuǎn)時，在水平力 Px作用下，壓迫其前面的巖石，使之發(fā)生塑性變形并不斷地向自由面滑移，稱為 切削作用 。 ～ 50176。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)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 上式表明： 塑性巖石切削具的切入深度 h0與軸向力 Py成正比，而與切削具的刃角 β 、 刃寬 b、 巖石的壓入硬度 Hy成反比。即： Py≥ Hy F0 式中： Hy—— 巖石的 壓 入硬度； F0—— 切削具刃尖處與巖石的接觸面積。 根據(jù)所鉆巖石的不同，其破碎方式也不相同，可分為 塑性巖石的碎巖 和 彈 塑性巖石的碎巖 兩種情況。Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 二、鉆探用硬質(zhì)合金 選擇切削具形狀的一般原則是： （ 1）片狀硬 質(zhì) 合金 ： 刃薄易于 壓 入和切削巖石，但抗彎能力差，適用于 Ⅰ ～ Ⅴ 級軟 巖； （ 2）柱狀硬 質(zhì) 合金 ： 抗彎能力 較 強 ， 壓 入阻力也 較 小，主要適用于 Ⅳ ～ Ⅶ 級 中硬巖石 ； 八角柱狀 合金的 抗崩能力 強 ，利于排粉和破巖，易于 焊 牢，在裂隙 發(fā) 育 和 較 硬地 層 中 應(yīng) 用廣泛； （ 3） 針 狀和薄片狀硬 質(zhì) 合金 ： 主要用于 鑲焊 自磨式 鉆頭 ，在硬地 層 或研磨性巖石中使用。 （ 3）硬質(zhì)合金的特性： 合金中含鈷量增加，相對密度下降，硬度、耐磨性降低，而抗彎強度、沖擊韌性增高； WC的顆粒越細，硬度越大、耐磨性越強；反之，則抗彎強度、韌性增強。這類硬質(zhì)合金稱為 YG類硬質(zhì)合金。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 二、鉆探用硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金的特性 （ 1）鉆探用的鎢 — 鈷合金： 主要是碳化鎢（ WC） — 鈷 (Co)系硬質(zhì)合金。不受孔向、孔徑和孔深的限制 ； （ 2） 鉆 出的孔壁及巖心直徑比 較 一致，表面比 較 光滑，有利 于 安全 鉆進 和保 證 取心 ； （ 3）可以根據(jù)不同的巖性和要求，合理地 設(shè)計 和 選擇鉆頭的 結(jié) 構(gòu)，以便在不同的巖 層 中取得 較優(yōu) 的效果 ； （ 4）鉆進中操作簡便，容易掌握。 硬合金 鉆進 是巖土 鉆 掘工程中的一種主要 鉆進 方法，它用于 軟 巖 層 及中硬巖 層 的 鉆進 （ 1— 4級軟 的沉積巖、中硬的 5— 7級 及部分 8級 巖 漿 巖和 變質(zhì) 巖）。 鋼粒鉆頭主要用于 91mm以上的口徑； ⑦ 硬質(zhì)合金和牙輪鉆頭則既可鉆進小口徑，又可鉆進大口徑水井、工程施工孔和淺井。 金剛石鉆頭主要用于 5 76（ 75）、 91 mm的小口徑； ⑥ ⑤ 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進是在回轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上增加孔底沖擊載荷；鋼絲繩沖擊鉆進主要用于水井施工；振動鉆進、長螺旋干式回轉(zhuǎn)鉆進主要用于在土壤和軟巖中打淺孔（工程施工）。第四章 回轉(zhuǎn)鉆進用鉆頭 一、 硬質(zhì)合金鉆頭及其孔底的碎巖過程 二、 金剛石鉆頭及其孔底碎巖過程 三、 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 四、 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 五、 全面鉆進與鉆頭 工程鉆探與取樣技術(shù)工程鉆探與取樣技術(shù) 第四章 回轉(zhuǎn)鉆進用鉆頭 u 巖土 鉆進 （井）方法 絕 大多數(shù)是機械方式，主要有：u 伴有循環(huán)沖洗介質(zhì)的 硬質(zhì)合金、金剛石、鋼粒、牙輪鉆 頭回轉(zhuǎn)鉆進和長螺旋干式回轉(zhuǎn)鉆進；② 采用液動、氣動孔底沖擊器的 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進；③ 鋼絲繩沖擊鉆進；④ 振動鉆進。 上述方法中，使用最廣泛的是回轉(zhuǎn)鉆進。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第四章 回轉(zhuǎn)鉆進用鉆頭 u 回轉(zhuǎn)鉆進選擇鉆頭的一般原則是： ① 在軟巖和中硬巖層中用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆頭； ② 在中硬及部分中硬以上巖層中采用銑齒牙輪鉆頭； ③ 在硬巖中采用金剛石鉆頭或鋼粒鉆頭； ④ 在硬脆巖層中采用鑲齒牙輪鉆頭。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 一、 硬質(zhì)合金鉆進的基本概念與特點 硬質(zhì)合金鉆進的基本概念 利用 鑲焊 在 鉆頭鋼 體上的硬 質(zhì) 合金切削具作 為 碎巖的工具， 這 種 鉆進 方法稱 為 硬合金 鉆進 。Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 一、 硬質(zhì)合金鉆進的基本概念與特點 硬 質(zhì) 合金 鉆進 的特點 （ 1）切削具固定在 鉆頭 體上，它可以 鉆進 任意 傾 角的 鉆 孔。 （ 5）鉆孔質(zhì)量容易保證，巖心采取率較高，孔斜較小。它以碳化鎢粉末為骨架金屬，鈷粉末為粘結(jié)劑，用粉末冶金方法制成。 （ 2）牌號的意義： 合金牌號如 YG8c的意義為： YG— 鎢 鈷系硬質(zhì)合金； 8— 鈷的百分含量為 8%； c（ x） — 粗（細）粒合金。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 二、鉆探用硬質(zhì)合金 選 用硬 質(zhì) 合金切削具的基本原 則 合金切削具形狀主要有： 薄片狀、方柱狀、八角柱狀和針狀等。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 三、硬合金鉆進的孔底碎巖過程 硬合金鉆進的過程，實際上是切削具在軸向力的作用下，壓入巖石 ；在回轉(zhuǎn)水平力的作用下，沿孔底 切削碎巖 ； 在軸向力和水平力的共同作用下，孔底巖石 以薄的螺旋層形式連續(xù)被破碎 。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)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 鉆頭上切削具切入巖石的必要條件是： 切削具與巖石接觸面上的單位壓力必須大于或至少等于巖石的抗壓入硬度。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)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(jù)各力的平衡關(guān)系，可推 導 出切入深度的關(guān)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(shù)（ η 小于 1）。 雖然 β 角越小切削具刃尖切入巖石越容易，但如果 β 很小則切削具會很快崩裂，實際上 β 角的最小值為 45176。 。在切屑的裂隙尚未發(fā)展到全段面斷裂之前，下一部分切屑又發(fā)生滑移。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 （一）塑性巖石的碎巖情況 回轉(zhuǎn)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 。理論上，按切削具的切入條件，需要很大的軸向力，而實際的 Py力要小得多（ 1/6~1/3），究其原因，主要是切削具并非以靜壓入的方式破巖，而 是在雙向力的同時作用下破碎巖石。巖石破碎大體分三個階段： Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 （二）彈塑性巖石的孔底破碎過程 切入巖石，巖石剪切破碎，前移碰撞刃前巖石 。 繼續(xù) 前 移 產(chǎn)生若干次小剪切 。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(chǎn)生大的剪切破碎，然后 Px力突然減小。 切槽斷面近似于梯形 ?？椎椎钠扑檫^程沿著 傾角為 γ 的螺旋面進行 。 機械鉆速 vm取決于切削具切入巖石的深度 h 和鉆頭轉(zhuǎn)速 n ， 其表達式為 vm= 60n? m? h ， 鉆進中，由于切削具被磨損， h 減小，鉆速將逐漸衰減。 （ 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。 （ 2） 曲線 Ⅱσ ＞ σ 0 ， 巖石呈體積破碎。即 在體積破碎條件下，切削具的磨損主要不取決于軸向壓力，而取決于巖石的硬度、切削具的材質(zhì)及切削具的磨鈍面積。 A—— 系數(shù)，當巖性、鉆進規(guī)程及鉆頭一定時它為常量。 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 四、硬質(zhì)合金切削具的磨損 關(guān)于切削具的磨損問題的研究 設(shè)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(shù) ， k0=θ /S0。因此，平均鉆速為 ，通過變換可寫成 Date 中國地質(zhì)大學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) 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進孔底碎巖過程 四、硬質(zhì)合金切削具的磨損 關(guān)于切削具的磨損問題的研究 （ 47） （ 47）式表明， 平均鉆速是進尺 H 的一元線性方程 ，其中，v0