1、2022-5-301當(dāng)下鉆 探 技 術(shù)。授課教師：唐勝利教授參考教材：馬值侃.鉆探工程學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1998.鄢泰寧.巖土鉆掘工程學(xué).中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2001.張組培.巖土鉆掘工程新技術(shù).地質(zhì)出版社，2003.韓廣德.中國煤炭工業(yè)鉆探工程學(xué).煤炭工業(yè)出版社，2000.劉廣志.金剛石鉆探手冊.地質(zhì)出版社，1991.2022-5-302目 錄u第一章 概述u第二章 巖心鉆探設(shè)備u第三章 鉆探管材及常用工具u第四章 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及其碎巖的關(guān)系u第五章 設(shè)備的安裝與開孔u(yù)第六章 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)u第七章 鉆粒鉆進(jìn)u第八章 金剛石鉆進(jìn)u第九章沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)u第十章巖煤心的采取u第十一章 鉆

2、孔彎曲u第十二章 鉆孔沖洗和護(hù)壁堵漏u第十三章 工程鉆探u第十四章 巖土鉆掘工程新技術(shù)2022-5-303第一章概述一、鉆探工程的定義二、鉆探工程的簡單發(fā)展史三、鉆探施工過程四、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類2022-5-304課 時(shí)：2本章目的：了解鉆探工程的定義、簡單發(fā)展史、鉆探施工過程以及鉆探方法分類教學(xué)難點(diǎn)：鉆探工程定義及施工過程教學(xué)方法：課堂教授2022-5-305一、鉆探工程的定義一、鉆探工程的定義鉆探工程是用一定的工具，在地殼內(nèi)按著一定的工藝破碎巖石的整個(gè)過程，這項(xiàng)工程的結(jié)果即地殼內(nèi)的鉆孔。2022-5-306二、鉆探工程的簡單發(fā)展史1 、 中 國 古 代 鹽 井 鉆 鑿 技 術(shù) 發(fā)

3、展 時(shí) 期、 中 國 古 代 鹽 井 鉆 鑿 技 術(shù) 發(fā) 展 時(shí) 期第一階段第一階段大口徑淺井時(shí)期：從公元前255年至公元1040年(自秦至宋初)。李冰任蜀郡太守后，率領(lǐng)人民興修都江堰工程的過程中，發(fā)現(xiàn)了多處鹽泉，通過認(rèn)真考察，初步掌握了水文地質(zhì)條件，并創(chuàng)造性地運(yùn)用大口徑水井開鑿方法，成為了開鑿我國第一口鹽井的開拓者。第二階段第二階段小口徑深井發(fā)明與推廣時(shí)期：公元10411048年(北宋慶歷年間)。 第三階段第三階段小口徑深井鉆鑿工藝的完善和提高時(shí)期(明清)。2022-5-307二、鉆探工程的簡單發(fā)展史 2、近代與現(xiàn)代鉆探發(fā)展過程、近代與現(xiàn)代鉆探發(fā)展過程鉆探工程用途越來越廣，鉆探工程量逐年上升

4、(局部時(shí)期徘徊或下降)；鉆探設(shè)備種類越來越多，功能更多，性能更佳；鉆頭等鉆具品種種類越來越全，性能越來越優(yōu)； 鉆 進(jìn) 方 法 越 來 越 多 ， 越 來 越 先 進(jìn) ；中國與發(fā)達(dá)國家在鉆探領(lǐng)域的技術(shù)差距較大。2022-5-308三、鉆探施工過程1、鉆孔的概念、鉆孔的概念鉆孔是從地表地表( (或坑道中或坑道中) )向巖石中開鑿的圓形斷圓形斷面的空間面的空間，一般具有較小的直徑和較大的深度。直徑在25500mm之間，稱為鉆孔。鉆孔的深度從數(shù)厘米到數(shù)千米，目前的鉆孔深度已超過10000m。 鉆孔包括孔口孔口、孔底孔底、孔壁孔壁。2022-5-309三、鉆探施工過程2、鉆探施工的主要工序、鉆探施工的主

5、要工序鉆進(jìn)現(xiàn)場布置圖見圖1.1所示。鉆進(jìn)按下列工序進(jìn)行：u用升降機(jī)把鉆具下入孔內(nèi)；u連接好所有接頭，開泵；u給鉆具加壓，并帶動(dòng)其回轉(zhuǎn)，破碎巖石；u提鉆取心或更換鉆具；u下鉆繼續(xù)鉆進(jìn)；u鉆進(jìn)一段時(shí)間后及時(shí)測斜；u提出全套鉆具，停鉆；u封孔。2022-5-3010圖1.1 鉆探現(xiàn)場布置全貌圖1-鉆頭；2-巖心；3-巖心管；4-異徑接頭；5-鉆桿柱；6-固定空口管；7-鉆機(jī)；8-回轉(zhuǎn)器；9-卡盤；10-提引水龍頭；11-游動(dòng)滑車；12-游動(dòng)鋼繩；13-天車；14-鉆塔；15-鉆機(jī)房；16-升降機(jī)；17-高壓膠管；18-泵；19-電動(dòng)機(jī)；20-循環(huán)槽；21-沉淀池；22-泥漿池；23-吸水管；24-拉

6、力表；25-出水管2022-5-3011四、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類( (一一) )應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍1、地質(zhì)勘探地質(zhì)勘探：普查找礦鉆探；礦產(chǎn)勘探鉆探；水文地質(zhì)鉆探；工程地質(zhì)鉆探。2、開采礦產(chǎn)資源鉆探開采礦產(chǎn)資源鉆探：打水井；石油(天然氣)鉆探；鹽井鉆探。3、煤礦井下鉆探煤礦井下鉆探：地質(zhì)勘探鉆探；瓦斯抽放鉆探；排放水鉆探；錨桿錨索鉆探；救援鉆探。4、工業(yè)鉆探工業(yè)鉆探：加固建筑物的基樁孔；建大橋的大直徑(橋墩施工用空間)鉆孔；以測量地面沉降精確變比資料的標(biāo)孔；加固水壩、防漏水的防滲漏墻；利用鉆孔灌注水泥防治地質(zhì)災(zāi)害(地面錨索、桿孔)；鋪設(shè)管道、電纜的技術(shù)孔；礦山的豎井、通風(fēng)井及多種輔助井；代替開

7、挖隧道打大斷面的地下坑道；用于軍事，如導(dǎo)彈的發(fā)射井。2022-5-3012四、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類( (二二) )鉆探方法的分類鉆探方法的分類1、根據(jù)鉆進(jìn)時(shí)取心的特點(diǎn)分類巖心鉆探巖心鉆探和不取心不取心( (無巖心、無心、全面無巖心、無心、全面) )鉆探鉆探。2、根據(jù)鉆孔用途分類按鉆探的應(yīng)用范圍分出相應(yīng)類型。3、根據(jù)鉆孔中心線的傾角和方位角分類垂直孔垂直孔(上、下垂)、下斜孔下斜孔、上仰孔上仰孔、水平孔水平孔。4、根據(jù)鉆孔位置的分類地表鉆探地表鉆探、水上水上( (河、湖、河、湖、海海) )鉆探鉆探、地下坑道鉆探地下坑道鉆探。2022-5-3013四、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類( (二二) )鉆

8、探方法的分類鉆探方法的分類5、根據(jù)鉆孔布置方法分類叢狀鉆探叢狀鉆探 (圖1.2)、多井多井筒鉆探筒鉆探(圖1.3)、多孔底鉆探多孔底鉆探 (圖1.4)。圖1.2 叢狀布孔圖1.3 多井筒布孔圖1.4 多孔底布孔2022-5-3014四、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類( (二二) )鉆探方法的分類鉆探方法的分類6、根據(jù)破巖形式分類(1)物理方法破巖物理方法破巖：高溫（14003500）、高壓（200250MP）破巖；用超聲波和低聲波破巖； 用爆破、高壓水射流等方法破巖。 (2)化學(xué)方法破巖化學(xué)方法破巖：此法使用較少，如溶解、軟化巖石等。(3)機(jī)械方法破巖機(jī)械方法破巖：使用最為廣泛，其分類如圖1.5所示

9、。2022-5-3015沖擊鉆進(jìn)手動(dòng)沖擊鉆進(jìn)機(jī)械沖擊鉆進(jìn)沖擊器鉆進(jìn)鉆機(jī)鉆進(jìn)液動(dòng)沖擊器鉆進(jìn)風(fēng)動(dòng)沖擊器鉆進(jìn)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)手動(dòng)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)機(jī)械回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)深井回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)硬質(zhì)合金鉆進(jìn)鉆粒鉆進(jìn)金剛石鉆進(jìn)螺旋鉆進(jìn)震動(dòng)鉆進(jìn)轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)井底發(fā)動(dòng)機(jī)鉆進(jìn)渦輪鉆進(jìn)螺桿鉆進(jìn)電鉆進(jìn)其它沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)圖1.5 機(jī)械破碎巖石的鉆探方法分類2022-5-3016四、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類( (二二) )鉆探方法的分類鉆探方法的分類7、根據(jù)鉆進(jìn)使用的沖洗液分類u清水清水鉆進(jìn)；u乳化液乳化液鉆進(jìn)；u泥漿泥漿鉆進(jìn)(含加重泥漿)；u飽和鹽溶液飽和鹽溶液鉆進(jìn)(鉆鹽井，以防溶解巖心和孔壁)；u空氣空氣鉆進(jìn)；u泡沫泡沫鉆進(jìn)；u霧化霧化鉆進(jìn)；u充氣泥漿充氣泥漿

10、鉆進(jìn)(降低泥漿比重，以防漏失)。2022-5-3017四、鉆探工程的應(yīng)用范圍 和分類( (二二) )鉆探方法的分類鉆探方法的分類8、根據(jù)沖洗液循環(huán)方式分類 鉆孔沖洗液的循環(huán)方式示意圖如圖1.5所示。沖洗液正循環(huán)鉆進(jìn)沖洗液反循環(huán)鉆進(jìn)全孔反循環(huán)鉆進(jìn)孔底局部反循環(huán)鉆進(jìn)圖1.5 鉆孔沖洗液的循環(huán)方式a-全孔正循環(huán)；b-全孔反循環(huán)；c-孔底局部反循環(huán).1-來自泵；2-往沖洗液沉淀系統(tǒng)2022-5-3018本章思考題：本章思考題：1、簡述鉆探工程的定義及鉆探施工過程。2、簡答鉆探方法的分類。2022-5-3019第二章巖心鉆探設(shè)備第一節(jié) 鉆機(jī)第二節(jié) 泥漿泵第三節(jié) 動(dòng)力機(jī)第四節(jié) 鉆塔及其附屬設(shè)備2022-5

11、-3020課 時(shí)：4本章目的：掌握鉆探設(shè)備的種類，鉆機(jī)的類型、主要參數(shù)，鉆機(jī)的主要構(gòu)成部件，并了解其它設(shè)備的工作原理教學(xué)重點(diǎn)：鉆機(jī)的類型及組成教學(xué)方法：課堂教授、現(xiàn)場參觀2022-5-3021第一節(jié)鉆機(jī)一、鉆探工藝對鉆機(jī)功能的基本要求一、鉆探工藝對鉆機(jī)功能的基本要求1、提供使鉆桿柱及碎巖鉆具(鉆頭)破巖所需的回轉(zhuǎn)動(dòng)力；2、提供鉆具克入巖石的壓力，并能調(diào)節(jié)；3、具有起下鉆具的能力。二、鉆機(jī)的類型二、鉆機(jī)的類型 用于巖心鉆探的鉆機(jī)分為：機(jī)械式鉆機(jī)機(jī)械式鉆機(jī)(包括立軸式鉆立軸式鉆機(jī)機(jī)和轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤鉆機(jī))、全液壓鉆機(jī)全液壓鉆機(jī)。 當(dāng)然還有旋挖鉆機(jī)旋挖鉆機(jī)、車裝鉆機(jī)車裝鉆機(jī)、履帶式鉆機(jī)履帶式鉆機(jī)。202

12、2-5-3022uXY-4型立軸式巖心鉆機(jī)型立軸式巖心鉆機(jī)uGPS15型轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)型轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)2022-5-3023u G-3型全液壓鉆機(jī)型全液壓鉆機(jī)u全液壓坑道鉆機(jī)全液壓坑道鉆機(jī)2022-5-3024u旋挖鉆機(jī)旋挖鉆機(jī)旋挖鉆機(jī)旋挖鉆機(jī)2022-5-3025u車裝鉆機(jī)車裝鉆機(jī)u履帶式跟管鉆機(jī)履帶式跟管鉆機(jī)2022-5-3026三、選用、評價(jià)鉆機(jī)的主要參數(shù)鉆機(jī)的技術(shù)參數(shù)有以下三種：1、基本參數(shù)基本參數(shù)：是反映鉆機(jī)鉆進(jìn)能力最穩(wěn)定的參數(shù)。一般用鉆進(jìn)深度和使用鉆桿的直徑聯(lián)合表示。2、主要參數(shù)主要參數(shù)：它取決于基本參數(shù)。主要有回轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)速、上頂力和鉆進(jìn)力、給進(jìn)速度和行程、提升能力和提升速度、鉆進(jìn)的重量與

13、外廓尺寸、動(dòng)力機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速等參數(shù)。3、一般參數(shù)一般參數(shù)：從屬于基本參數(shù)和主要參數(shù)，如鋼絲繩直徑、卷筒直徑等，反映次要技術(shù)參數(shù)。2022-5-3027四、機(jī)械傳動(dòng)式鉆機(jī)的構(gòu)成部件( (一一) )回轉(zhuǎn)器與卡盤回轉(zhuǎn)器與卡盤回轉(zhuǎn)器的功用是傳遞回轉(zhuǎn)動(dòng)力，提供鉆速和轉(zhuǎn)矩，能正反轉(zhuǎn)。卡盤(轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)無此件，主軸式鉆機(jī)的卡盤常與回轉(zhuǎn)器連為一個(gè)部件)的任務(wù)也是傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和扭矩(它起加緊鉆桿的作用)，同時(shí)還傳遞軸向運(yùn)動(dòng)和鉆進(jìn)(上頂)力。( (二二) )給進(jìn)機(jī)構(gòu)給進(jìn)機(jī)構(gòu)給進(jìn)機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，其任務(wù)是：稱量鉆頭質(zhì)量；進(jìn)行加壓或減壓鉆進(jìn)；提供一定的軸向壓力和鉆進(jìn)速度；倒桿、提動(dòng)和懸掛鉆具；強(qiáng)力起拔鉆

14、具等。給進(jìn)機(jī)構(gòu)有以下兩種：液壓給進(jìn)通過油缸給進(jìn)；手動(dòng)機(jī)械給進(jìn)邊回轉(zhuǎn)邊通過機(jī)械手動(dòng)給進(jìn)。2022-5-3028四、機(jī)械傳動(dòng)式鉆機(jī)的構(gòu)成部件( (三三) )升降機(jī)升降機(jī)又稱卷揚(yáng)機(jī)或絞車。在鉆進(jìn)過程中升降鉆具和套管。進(jìn)行減壓鉆進(jìn)，處理孔內(nèi)事故時(shí)，配合給進(jìn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)力起拔。( (四四) )變速箱和分動(dòng)箱變速箱和分動(dòng)箱變速箱用來變更回轉(zhuǎn)器和升降機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩；分動(dòng)箱的作用是將動(dòng)力傳送分配給回轉(zhuǎn)器和升降機(jī)，或聯(lián)動(dòng)兩者同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。( (五五) )摩擦離合器摩擦離合器摩擦離合器是用來切斷或接通動(dòng)力機(jī)傳來的動(dòng)力；完成鉆機(jī)換檔和孔內(nèi)特殊工序操作(如套巖心、扭斷巖心)；起過載保護(hù)作用。2022-5-3029四、機(jī)械傳

15、動(dòng)式鉆機(jī)的構(gòu)成部件( (六六) )機(jī)座機(jī)座可分為兩種類型：開合式讓開孔口機(jī)座(為整合式)、后移式讓開孔口機(jī)座。立軸式鉆機(jī)部件構(gòu)成簡圖1-電動(dòng)機(jī)；2-油泵；3-摩擦離合器；4-變速箱；5-分動(dòng)箱；6-回轉(zhuǎn)器；7-升降機(jī)2022-5-3030五、全液壓鉆機(jī) 全液壓鉆機(jī)是指鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)、鉆進(jìn)和升降鉆具等機(jī)構(gòu)均用液壓驅(qū)動(dòng)完成。全液壓鉆機(jī)一般是由主機(jī)、泵站、操主機(jī)、泵站、操作臺(tái)作臺(tái)三部分組成，中間用高壓油管高壓油管連接。如圖所示：全液壓鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意簡圖全液壓鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意簡圖2022-5-3031五、全液壓鉆機(jī)全液壓鉆機(jī)的特點(diǎn)：u外形和結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)機(jī)械式鉆機(jī)完全不同，由三部分組成，結(jié)構(gòu)簡單；u可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；

16、u實(shí)現(xiàn)無塔升降，能機(jī)械自動(dòng)擰卸鉆具；u操作方便，使用工人少；u可實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離操作，操作更加安全，甚至可實(shí)現(xiàn)遙控操作；u但也存在不足：u 、消耗功率大，機(jī)械效率低；u 、液壓原件精度要求高，對液壓油的質(zhì)量、過濾精度要求也很嚴(yán)格，因此維護(hù)保養(yǎng)較困難。2022-5-3032第二節(jié)泥漿泵一、泥漿泵在鉆探工作中的作用一、泥漿泵在鉆探工作中的作用 泵是通過一定的方式將動(dòng)力機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w壓力能的設(shè)備。泥漿泵是泵在鉆探中應(yīng)用的設(shè)備。有以下用途：u提供沖洗液以清除巖屑；u向孔底鉆具供給能量如給渦輪鉆具、螺桿鉆頭、液動(dòng)沖擊鉆具及其它水力沖擊鉆具提供動(dòng)力；u輸送特種物質(zhì)如堵漏、封孔時(shí)，利用泵向孔內(nèi)灌注水泥漿或

17、其它堵漏物質(zhì)；u判斷孔內(nèi)情況利用水泵的儀表在地面及時(shí)了解孔內(nèi)的一些情況。2022-5-3033二、泵的分類泵由于其能量轉(zhuǎn)換的方式不同，可分為不同的類型:容積式泵 動(dòng)力式泵 離心泵、軸流泵等 靠旋轉(zhuǎn)葉輪進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換往復(fù)式泵 活塞泵、柱塞泵等回轉(zhuǎn)式泵 螺桿泵、齒輪泵等其它泵 電磁泵、水錘泵、噴射泵等 靠其它方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換靠密閉腔容積變化進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換鉆場上常用容積式活塞泵作為沖洗液循環(huán)泵。2022-5-3034uNBQ25-380電驅(qū)電驅(qū)動(dòng)泥漿泵動(dòng)泥漿泵uNBQ25-380型柴型柴油驅(qū)動(dòng)泥漿泵油驅(qū)動(dòng)泥漿泵2022-5-3035三、鉆探工作對泥漿泵的要求流量均勻且能在較大的范圍內(nèi)調(diào)整流量具有一定的強(qiáng)

18、制壓力及較大的調(diào)壓范圍排量要穩(wěn)定具有超載承受能力和保護(hù)措施要適應(yīng)野外施工的惡劣環(huán)境運(yùn)移性要好2022-5-3036四、往復(fù)式泵的工作原理單作用泵工作原理示意圖雙作用泵工作原理示意圖1-活塞；2-排水活門；3-吸水活門；4-活塞桿；5-排水管；6-吸水管；7-水源箱2022-5-3037五、煤田鉆探常用泥漿泵 煤田鉆探常用的泥漿泵為幾個(gè)泵(常說幾缸)組成的泥漿泵。 如NBB系列是由三個(gè)單作用活塞泵組成，而TBW系列是由兩個(gè)雙作用活塞泵組成。TBW 系列泥漿泵系列泥漿泵2022-5-3038uNBQ35600W型五缸泥漿泵型五缸泥漿泵2022-5-3039第三節(jié) 動(dòng) 力 機(jī) 現(xiàn)代巖心鉆探設(shè)備中，主

19、要使用以下類型的動(dòng)力機(jī)(動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置)：u 電力驅(qū)動(dòng)裝置電力驅(qū)動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)u 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)汽油機(jī)、柴油機(jī)(常用)、用原油為燃料的燃燒室式內(nèi)燃機(jī)u 氣動(dòng)動(dòng)力機(jī)氣動(dòng)動(dòng)力機(jī)u 液動(dòng)動(dòng)力機(jī)液動(dòng)動(dòng)力機(jī)在井下，尤其是在粉塵爆炸危險(xiǎn)的礦井內(nèi)常用2022-5-3040第四節(jié) 鉆塔及其附屬設(shè)備一、鉆塔一、鉆塔1、鉆塔的作用、鉆塔的作用鉆塔是安裝鉆探設(shè)備和操作工人活動(dòng)的場所。鉆塔在鉆進(jìn)工程中主要用于起下鉆具；在處理事故時(shí)，用來處理井內(nèi)事故及起下套管。2、鉆探工作對鉆塔的要求、鉆探工作對鉆塔的要求u要求鉆塔有足夠的承載能力及足夠的剛度；u要求鉆塔有合理的高度及足夠的上下頂面積；u此外，要求鉆塔自重輕，運(yùn)移性好，拆卸

20、、安裝、操作方便，安全可靠，制造成本低廉。2022-5-3041一、鉆塔一、鉆塔3、鉆探的類型、鉆探的類型u按制造鉆塔的材質(zhì)分類u 金屬鉆塔u 木質(zhì)鉆塔u按鉆塔的構(gòu)造分類u 三角鉆塔u 四角鉆塔u 兩腳輕便鉆塔u 桅桿式鉆塔二、鉆塔的附屬設(shè)備二、鉆塔的附屬設(shè)備u天車u游動(dòng)滑車u提引鋼絲繩u梯道u安全欄桿或土電梯u簡易場房u防雨天棚蓋u避雷針2022-5-3042帶普通手搖轆的三腳架2022-5-3043兩腳輕便鉆塔1-下主腿；2-中主腿；3-上主腿；4-副腿；5-天車帽；6-天輪；7-天輪軸；8-繃?yán)K；9-塔衣繃?yán)K；10-活動(dòng)工作臺(tái)四角鉆塔1-上部工作面活動(dòng)棚頂；2-上部工作面；3-活動(dòng)棚頂；

21、4-玻璃窗；5-塔外安全掛梯2022-5-3044桅桿的結(jié)構(gòu)及豎立形式a-整體豎立式；b-折疊式；c-伸縮式角鋼四腳斜塔結(jié)構(gòu)示意圖2022-5-3045第五節(jié) 其它設(shè)備u空壓機(jī)空壓機(jī)提供高壓風(fēng)，供空氣、泡沫風(fēng)動(dòng)沖擊鉆進(jìn)使用。u泡沫發(fā)生器、泡沫注入泵泡沫發(fā)生器、泡沫注入泵這兩種設(shè)備是泡沫鉆進(jìn)的專用設(shè)備。u擰管器擰管器立軸式、轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)配套擰卸鉆桿用。u除砂除砂( (泥泥) )器、振動(dòng)篩器、振動(dòng)篩供除去泥漿中的巖屑使用。u柴油發(fā)電機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)組提供無電工區(qū)動(dòng)力和照明電。2022-5-3046u空壓機(jī)空壓機(jī)u泡沫發(fā)生器泡沫發(fā)生器u擰管器擰管器u泡沫注入泵泡沫注入泵2022-5-3047u除砂器除砂

22、器u振動(dòng)篩振動(dòng)篩2022-5-3048本章思考題：本章思考題：1、簡答巖心鉆探用鉆機(jī)的類型。2、簡答機(jī)械傳動(dòng)鉆機(jī)的主要構(gòu)成部件。3、試問全液壓鉆機(jī)有那些特點(diǎn)？2022-5-3049第三章 鉆探管材及常用工具u 一、鉆進(jìn)工具u 二、附屬工具2022-5-3050課 時(shí)：2本章目的：了解鉆進(jìn)工具和附屬工具的類型和用途教學(xué)重點(diǎn)：鉆探工具的種類及用途教學(xué)方式：課堂講授2022-5-3051一、鉆進(jìn)工具 鉆進(jìn)工具常指水接頭、主動(dòng)鉆桿、鉆桿、鉆鋌、液動(dòng)(風(fēng)動(dòng))沖擊器、巖心管、擴(kuò)孔器、異徑接頭、取粉管、套管、鉆頭等。右圖為鉆具在孔底的連接情況。 u孔內(nèi)鉆具連接情況示意圖孔內(nèi)鉆具連接情況示意圖2022-5-3

23、052金剛石鉆進(jìn)用的巖心鉆具 鉆粒鉆進(jìn)用的巖心鉆具1-鉆頭；2-提斷外殼；3-提斷彈簧；4-巖心管；5-異徑接頭；6-鉆桿1-鉆粒鉆頭；2-巖心管；3-異徑接頭；4-巖粉管；5-鉆桿2022-5-3053二、附屬工具u提引類提引類主要有滑車、提引器、提引鉤、鋼絲繩等。u夾持類夾持類主要有墊叉、鉆桿夾持器、套管夾板等。u擰卸類擰卸類主要有管鉗、自由鉗、鏈鉗、各種扳手等。u打撈類打撈類主要有絲錐、割管器。u修理類修理類2022-5-3054本章思考題：本章思考題：鉆探工具主要包括那些？2022-5-3055第四章 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及其與碎巖的關(guān)系第一節(jié) 巖石的物理性質(zhì)第二節(jié) 巖石的力學(xué)性質(zhì)第三節(jié)

24、 巖石的可鉆性級別及其分類2022-5-3056課 時(shí)：2本章目的：了解巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，掌握巖石可鉆性級別教學(xué)重點(diǎn)：巖石的力學(xué)性質(zhì)及可鉆性教學(xué)方法：課堂講授2022-5-3057第一節(jié) 巖石的物理性質(zhì) 從影響機(jī)械破巖效果的角度看，巖石最重要的地質(zhì)特征是礦物成分礦物成分、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、和構(gòu)造構(gòu)造。一、巖石的礦物成分一、巖石的礦物成分u單礦物巖石由一種礦物組成，如石英巖。u多礦物巖石由兩種及以上礦物組成，如花崗巖、砂巖等。u由硬度較高的礦物組成的巖石，其強(qiáng)度和硬度也較高。u巖漿巖的強(qiáng)度和硬度較高；沉積巖的強(qiáng)度和硬度較低。u造巖礦物中石英的含量越多，膠結(jié)物的強(qiáng)度越大，礦物的顆粒越細(xì)。2022-5-3

25、058二、巖石的結(jié)構(gòu) 巖石的結(jié)構(gòu)是指組成巖石的礦物成分、粒度、形狀和礦物顆粒之間的連接方式。巖石的結(jié)構(gòu)不同，其堅(jiān)固程度不同。1、影響沉積巖堅(jiān)固性的因素：u 礦物的成分、顆粒與形狀u 膠結(jié)物的成分和顆粒間膠結(jié)的強(qiáng)度u硅質(zhì)成分最為堅(jiān)固；u鐵質(zhì)成分次之；u鈣質(zhì)和泥質(zhì)成分最差；u致密、膠結(jié)牢固、孔隙少，堅(jiān)固性好；反之，堅(jiān)固性差。2、對于變質(zhì)巖，變質(zhì)程度越高，堅(jiān)固性越強(qiáng)。3、顯然，巖石的堅(jiān)固性越高，鉆進(jìn)的效率越低，而對保護(hù)井壁穩(wěn)定性越有利。2022-5-3059三、巖石的構(gòu)造及各向異性1、巖石的構(gòu)造、巖石的構(gòu)造 巖石的構(gòu)造屬于巖石組織的宏觀特征。屬于構(gòu)造特征的有層理、片理和裂隙。 層理層理是指在垂直方向

26、上巖石成分變化的情況。某些鉆孔中出現(xiàn)軟硬互層也可以看成是層理變化的反應(yīng)。層理形成的幾種主要情況如右圖所示。沉積巖的層理類型1-成分相同顆粒大小在垂直方向上呈現(xiàn)規(guī)律性變化；2-不同礦物成分的互相交替；3-顆粒按一定方向排列；4-某種顆粒呈規(guī)律分布2022-5-3060三、巖石的構(gòu)造和各向異性1、巖石的構(gòu)造、巖石的構(gòu)造 片理片理是巖石沿平行的平面分裂為薄片的能力。 裂隙性裂隙性它對巖石的強(qiáng)度、鉆進(jìn)的難易程度和孔壁的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，也可導(dǎo)致沖洗液的漏失。2、巖石的各向異性、巖石的各向異性 原因：層理面之間的聯(lián)結(jié)力較弱，在沿平行于層理方向加壓時(shí)，巖石首先從層理面裂開。下圖表現(xiàn)為巖石強(qiáng)度的各向異性

27、。巖石強(qiáng)度的各向異性2022-5-3061第二節(jié) 巖石的力學(xué)性質(zhì) 與機(jī)械方式破碎巖石有關(guān)的巖石力學(xué)性質(zhì)主要有巖巖石的強(qiáng)度、硬度、彈性、脆性石的強(qiáng)度、硬度、彈性、脆性和塑性塑性，以及巖石的研磨巖石的研磨性性。一、巖石的強(qiáng)度一、巖石的強(qiáng)度 巖石的強(qiáng)度一般理解為固體抵抗機(jī)械破壞的能力。 強(qiáng)度依外載作用性質(zhì)的不同，可以有抗壓、抗拉、抗剪和抗彎強(qiáng)度等。 強(qiáng)度的單位為kgf/cm2，或MPa。 巖石強(qiáng)度的大小取決于巖石的內(nèi)聚力和巖石顆粒間的內(nèi)摩擦力。2022-5-3062二、巖石的硬度 巖石的硬度通常被認(rèn)為是巖石表面對工具壓入時(shí)的反抗性，單位為kgf/cm2，或MPa。注意：u 硬度硬度只是固體表面的局部

28、對另一物體壓入的阻力；u 強(qiáng)度強(qiáng)度是固體整體被破壞時(shí)的阻力。對于鉆進(jìn)巖樣來講，巖石的壓入硬度比巖石的單軸抗壓強(qiáng)度更具有實(shí)際意義。因?yàn)楣ぞ邔椎讕r石的破碎方式，在大多數(shù)情況下是局部破碎。 常用壓入硬度壓入硬度、擺球硬度擺球硬度、刻痕硬度刻痕硬度(現(xiàn)場常用)表示。壓入硬度與擺球硬度的測定裝置示意圖見下頁。2022-5-3063二、巖石的硬度壓模示意圖a-圓柱壓模；b-硬質(zhì)合金圓錐壓模(a)(b)測試壓入巖石硬度的裝置1-液壓缸；2-液壓柱塞；3-巖樣；4-壓頭；5-壓力機(jī)上壓板；6-千分表；7-柱塞導(dǎo)向桿2022-5-3064二、巖石的硬度擺球硬度計(jì)示意圖1-底盤；2-巖樣固定器螺桿；3-刻度盤；

29、4-擺球；5-水平調(diào)節(jié)螺釘2022-5-3065三、巖石的彈性、塑性和脆性彈性、塑性和脆性是物體受外力作用后，對變形的不同表現(xiàn)。 彈性彈性是固體在卸去所加之載荷后，恢復(fù)原來狀態(tài)的性能。 塑性塑性當(dāng)載荷卸去后，固體保持其變形的性能。 脆性脆性是固體在載荷作用下不引起任何殘余變形的性能。 脆性巖石易發(fā)生體積破碎，尤其適合沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。塑性巖石易遇水膨脹，鉆進(jìn)時(shí)易縮徑。2022-5-3066三、巖石的彈性、塑性和脆性在單軸壓縮下巖石直至破壞的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線2022-5-3067四、巖石的研磨性巖石磨損鉆進(jìn)工具的能力，稱為巖石的研磨性巖石的研磨性。而鉆頭抵抗巖石磨損的能力稱為耐磨性耐磨性。影響巖石

30、研磨性的因素有： 巖石的礦物成分，尤其是石英含量； 礦物的顆粒大小和形狀； 巖石與工具摩擦表面的濕度、相對速度和壓力等外因。目前，尚無統(tǒng)一衡量指標(biāo)，一般用相對磨損量作為衡量指標(biāo)。注意：注意： 一般硬度高，研磨性強(qiáng)；但當(dāng)堅(jiān)硬致密、研磨性極低時(shí)，鉆探常稱為“打滑”地層。2022-5-3068第三節(jié) 巖石的可鉆性及其分類一、巖石的可鉆性及其影響因素一、巖石的可鉆性及其影響因素u定義可理解為鉆進(jìn)過程中巖石抵抗破碎的程度，亦即表示巖石破碎的難易程度。u影響因素：所鉆巖石的物理力學(xué)性質(zhì)；采用的破巖方法，破碎工具的結(jié)構(gòu)、種類及質(zhì)量，鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)，孔底破碎巖石的能量消耗；孔底巖屑清除干凈程度。2022-5-3

31、069二、巖石可鉆性分級1、巖石可鉆性的分級方法、巖石可鉆性的分級方法衡量巖石可鉆性的指標(biāo)為巖石的可鉆性級別。在實(shí)際鉆探生產(chǎn)施工中，巖石的可鉆性及其分類是非常重要的。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)也是對生產(chǎn)機(jī)臺(tái)評定的標(biāo)準(zhǔn)。巖石可鉆性級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(參見教材附錄一附錄三)，分為12級。2022-5-3070二、巖石可鉆性分級2、巖石的堅(jiān)固性系數(shù)、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)）至今仍在礦山開采業(yè)和勘探掘

32、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=c/10式中：c巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，MPa。 2022-5-3071二、巖石可鉆性分級 2、巖石的堅(jiān)固性系數(shù)、巖石的堅(jiān)固性系數(shù)f是個(gè)無量綱的值，它表明某種巖石的堅(jiān)固性比致密的粘

33、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(表4-1)，等級越高的巖石越容易破碎。為了方便使用又在第，級的中間加了半級?？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。 2022-5-3072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)r15堅(jiān)固致密的花崗巖，很堅(jiān)固的砂巖和石灰?guī)r

34、，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)頁巖，頁巖質(zhì)砂巖5中等堅(jiān)固堅(jiān)固的泥質(zhì)頁巖，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)固的頁巖，致密的泥灰?guī)r3比較軟軟弱頁巖，很軟的石灰?guī)r，白堊，鹽巖，石膏，無煙煤，破碎的砂巖和石質(zhì)土壤2比較軟碎石質(zhì)土壤，破碎的頁巖，粘結(jié)成塊的礫石、碎石，堅(jiān)固的煤，硬化的粘土1.5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0.8土狀腐殖土，泥煤，軟砂質(zhì)土壤，濕砂0.6松散狀砂，山礫堆積，細(xì)礫石，松土，開采下來的煤0.5流沙狀流沙，

35、沼澤土壤，含水黃土及其他含水土壤0.3表4-1 按堅(jiān)固性系數(shù)對巖石可鉆性分級表 2022-5-3073二、巖石可鉆性分級 2、巖石的堅(jiān)固性系數(shù)、巖石的堅(jiān)固性系數(shù)上述方法比較簡單，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)普氏分級法采用實(shí)驗(yàn)室測定來代替現(xiàn)場測定，這就不可避免地帶來因應(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))對巖石的可鉆性進(jìn)行分級。兩者的對應(yīng)關(guān)系為：軟巖中硬巖較硬巖硬巖堅(jiān)硬巖可鉆性級別-f系數(shù)1348912132

36、0202022-5-3074本章思考題：本章思考題：1、巖石的力學(xué)性質(zhì)有那些？2、試回答可鉆性定義，并寫出可鉆性的分 級表。2022-5-3075第五章 設(shè)備安裝與開孔第一節(jié) 設(shè)備的安裝第二節(jié) 開孔工作2022-5-3076課 時(shí)：1本章目的：了解設(shè)備的安裝準(zhǔn)備工作機(jī)開孔程序教學(xué)重點(diǎn)：熟悉設(shè)備的安裝要求及開孔準(zhǔn)備工作教學(xué)方法：課堂講授2022-5-3077第一節(jié) 設(shè)備的安裝一、一、修筑地盤修筑地盤( (平整場地平整場地) )應(yīng)注意的事項(xiàng)如下：地盤的位置由設(shè)計(jì)位置確定。地面應(yīng)平整，且有一定的抗壓強(qiáng)度。在山坡修筑地盤時(shí)，應(yīng)注意靠山坡一面的坡度，對于堅(jiān)硬穩(wěn)固巖石，一般不超過60；對于松軟巖石坡度應(yīng)小

37、于45。填方面積不得超過地盤面積的四分之一；填方必須夯實(shí)。需進(jìn)行鑿巖爆破時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按安全規(guī)程進(jìn)行。2022-5-3078二、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。常見的地基類型如下: 淺槽地基淺槽地基適合較實(shí)的土壤地面，基臺(tái)槽底墊石、土，夯實(shí)。如圖5-1(a)所示。 臥枕地基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5-1(b)所示。 豎樁地基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5-1(c)所示。 深坑地基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)。 混凝土地基混凝土地基表土軟硬不均或鉆進(jìn)深孔時(shí)采用。2022-5-3079二、修建地基（a）

38、（b）（c）圖5-1 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2022-5-3080三、鉆塔安裝三、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)安裝分節(jié)安裝多用于四腳鉆頭的安裝。四、機(jī)械安裝四、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。2022-5-3081第二節(jié) 開孔

39、工作一、鉆孔的結(jié)構(gòu)及其選擇一、鉆孔的結(jié)構(gòu)及其選擇 鉆孔結(jié)構(gòu)是由孔口、孔口、孔深、孔壁孔深、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5-2為常見的鉆孔結(jié)構(gòu)圖，有的僅下孔口管，有的可能還下幾層套管。圖5-2 鉆孔結(jié)構(gòu)圖2022-5-3082二、開孔開孔前及開孔過程中的注意事項(xiàng):u準(zhǔn)備好所有鉆進(jìn)用器材；u對鉆探設(shè)備及安裝質(zhì)量進(jìn)行全面的檢查；u制定鉆孔的施工方案和技術(shù)措施；u要防止孔斜；u應(yīng)注意護(hù)壁；u鉆進(jìn)規(guī)程應(yīng)該輕壓慢轉(zhuǎn)。2022-5-3083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

40、鉆頭第五節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)規(guī)程2022-5-3084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2022-5-3085第一節(jié) 概 述一、硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的定義一、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)硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。二、硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的特點(diǎn)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，

41、此法不能鉆進(jìn)堅(jiān)硬、強(qiáng)研磨性巖石。2022-5-3086第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的碎巖過程與磨損一、孔底碎巖過程一、孔底碎巖過程1、塑性巖石中的碎巖過程、塑性巖石中的碎巖過程 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6-1所示。圖6-1 切削具在雙向力作用下切入塑性巖石2022-5-3087一、孔底碎巖過程2、塑脆性巖石中的碎巖過程、塑脆性巖石中的碎巖過程 在塑脆性巖石中，巖石破碎大體分為三個(gè)過程，即吃入吃入、小剪切小剪切、大剪切大剪切，如圖6-2所示。（a）（b）（c） 圖6-2 切削具破碎塑脆性巖石的過程（a）-切入；（b

42、）-小剪切；（c）-大剪切2022-5-3088二、切削具的磨損 在實(shí)際的鉆進(jìn)過程中，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6-3所示。y外 y內(nèi) yt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6-3 切削具的實(shí)際磨損情況2022-5-3089第三節(jié) 硬質(zhì)合金切削具一、材質(zhì)一、材質(zhì) 鉆探用硬質(zhì)合金主要是碳化鎢（WC）-鈷（Co）硬質(zhì)

43、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6-1所示。表6-1 鉆探用YG類硬質(zhì)合金性能2022-5-3090一、材質(zhì)上頁表中，硬質(zhì)合金牌號(hào)的意義： YG3X YG4C YG8注意：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%CoWC（碳化鎢）粗粒度標(biāo)準(zhǔn)粒度2022-5-3091二、硬質(zhì)合金切削具形狀二、硬質(zhì)合金切削具形狀1、片狀合金、片狀合金u 矩形薄片u 直角薄片u 菱形薄片2、柱狀合金、柱狀合金u 八角柱u 四方柱3、針狀合金、針狀合金4、排狀合金、排狀合金u 單排圓形、橢圓形、菱形

44、u 多排圓形、橢圓形、菱形5、球齒狀合金、球齒狀合金：用于風(fēng)動(dòng)沖擊鉆頭及牙輪鉆頭表6-2 鉆探常用硬質(zhì)合金切削具形狀和規(guī)格表2022-5-3092第四節(jié) 硬質(zhì)合金鉆頭一、硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素一、硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素1、切削具的出刃、切削具的出刃u切削具必須突出于鉆頭體一定高度，突出的部分稱為出刃出刃。包括內(nèi)出刃內(nèi)出刃、外出刃外出刃、和底出刃底出刃。u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1.52mm。u底出刃主要用于切削巖石，一般軟巖選45mm，中硬巖選34mm，硬巖選23mm。圖6-4 切削具出刃示意圖2022-5-3093一、硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素2、切削具的鑲焊

45、角度、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6-5 所示。 刃尖角刃尖角軟巖選小，硬巖選大。 鑲焊角鑲焊角0正斜鑲，軟巖；0負(fù)斜鑲，脆性硬巖。 切削角切削角與 互余。 后角后角e與確定后，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6-5 切削具的各種角度-切削角； -刃尖角； -鑲焊角；e-后角2022-5-3094一、硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素3、切削具的排列和布置、切削具的排列和布置 常用的有單環(huán)排列單環(huán)排列、雙環(huán)排列雙環(huán)排列、多環(huán)排列多環(huán)排列和密集排列密集排列等形式（圖6-6）。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

46、的作用；肋骨式排列增加孔底環(huán)狀面積和孔壁間隙，便于排粉，用于軟巖。（a）（c）（b）圖6-6 切削齒的排列形式a-單環(huán)排列；b-多環(huán)排列；c-密集排列2022-5-3095一、硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素4、切削具的數(shù)目、切削具的數(shù)目 切削具的數(shù)目受鉆頭的直徑、壁厚和巖石軟硬程度的影響。切削具的數(shù)目是切削具的組數(shù)和每組顆數(shù)的乘積。切削具的組數(shù)須考慮其穩(wěn)定性，一般是對稱的，不得少于四組。5、鉆頭的水口與水槽、鉆頭的水口與水槽 水口數(shù)量與切削具的組數(shù)相同。水口的總面積應(yīng)大于鉆頭內(nèi)環(huán)狀間隙或外環(huán)狀間隙，面積過大，沖洗液流速低，對攜帶巖粉和冷卻鉆具不利，若過小，容易造成憋泵，影響鉆進(jìn)效率。在鉆頭體外壁（或內(nèi)

47、壁）上加工水槽，增加鉆頭內(nèi)、外環(huán)過水面積，水槽須與水口連接，如圖6-7。圖6-7 鉆頭的水口水槽2022-5-3096一、硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素6、鉆頭體、鉆頭體 鉆頭體也被稱為空白鉆頭或鉆頭鋼體，未鑲焊切削具。常用規(guī)格如圖6-8所示。圖6-8 硬質(zhì)合金鉆頭體2022-5-3097二、硬質(zhì)合金鉆頭將硬質(zhì)合金焊接(氣焊、鋼焊料)在鉆頭體上即成硬質(zhì)合金鉆頭。( (一一) )取心鉆頭取心鉆頭1、磨銳式鉆頭、磨銳式鉆頭此種鉆頭磨鈍后，可以用砂輪重新修磨變銳。常見的有肋骨式鉆頭(圖6-9)、燕尾補(bǔ)強(qiáng)鉆頭(圖6-10) 。2、自磨式鉆頭、自磨式鉆頭自磨式鉆頭選用小斷面薄片狀或針狀切削具，在鉆進(jìn)中磨損后切削

48、具與巖石接觸面積保持一定，即切削具不會(huì)變鈍，故稱自磨。常見的排狀硬質(zhì)合金自磨式鉆頭見圖6-11。2022-5-3098二、硬質(zhì)合金鉆頭圖6-9 階梯高肋骨鉆頭示意圖圖6-10 燕尾補(bǔ)強(qiáng)鉆頭示意圖2022-5-3099二、硬質(zhì)合金鉆頭圖6-11 排狀硬質(zhì)合金自磨式鉆頭示意圖2022-5-30100二、硬質(zhì)合金鉆頭( (二二) )全面鉆頭全面鉆頭1、三翼刮刀全面鉆頭、三翼刮刀全面鉆頭 (圖6-12) 2、矛式全面鉆頭、矛式全面鉆頭(圖6-13)圖6-12 翼片全面鉆頭2022-5-30101二、硬質(zhì)合金鉆頭圖6-13 矛式全面鉆頭2022-5-30102u硬質(zhì)合金釬頭硬質(zhì)合金釬頭2022-5-30

49、103u硬質(zhì)合金鑲齒三牙輪鉆頭硬質(zhì)合金鑲齒三牙輪鉆頭u球齒狀硬質(zhì)合金全面鉆頭球齒狀硬質(zhì)合金全面鉆頭（潛孔錘鉆進(jìn)用）（潛孔錘鉆進(jìn)用）2022-5-30104第五節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)規(guī)程 鉆進(jìn)規(guī)程也可謂鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)，包括鉆壓鉆壓、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和沖沖洗液量洗液量(泵量)，它直接關(guān)系到鉆探成本、效率和質(zhì)量。圖6-9 鉆進(jìn)速度與比壓的關(guān)系曲線一、鉆壓一、鉆壓 鉆壓也稱為軸向壓軸向壓力力，表示整個(gè)鉆頭受的荷載。每顆切削具上的鉆壓稱為單位鉆壓單位鉆壓。單位鉆壓P與鉆速的關(guān)系如圖6-9所示。2022-5-30105一、鉆壓圖6-9中，曲線變化分三個(gè)階段：u表面破碎階段表面破碎階段：鉆壓小于巖石壓人硬度；u疲勞破碎階段

50、疲勞破碎階段：鉆壓接近巖石壓入硬度；u體積破碎階段體積破碎階段：鉆壓大于巖石壓入硬度，體積崩落破碎，鉆速明顯提高。在實(shí)際施工過程中，以下情況應(yīng)適當(dāng)減小鉆壓：p鉆進(jìn)軟巖時(shí)，防堵水和糊鉆；p鉆進(jìn)裂隙性破碎巖石時(shí)，防崩刃；p鉆進(jìn)傾角大的巖層時(shí)，防孔斜；p合金強(qiáng)度低、刃尖角較小時(shí)，防崩刃。2022-5-30106一、鉆壓P鉆壓推薦值如表6-3所示：巖 石 性 質(zhì)切 削 具 型 式加在每顆切削具上的壓力P,N軟的、塑性的13級巖石片狀合金490580中硬的、均質(zhì)的46級巖石柱狀合金6901180硬的、致密的78級巖石柱狀合金8001470硬的、研磨性的68級巖石針狀合金胎塊15002000/塊表6-3

51、鉆 壓 推 薦 值 表2022-5-30107二、轉(zhuǎn)速鉆頭的轉(zhuǎn)速指鉆頭每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。轉(zhuǎn)速n與線速度v的關(guān)系為式中 D鉆頭直徑，mm； n鉆頭轉(zhuǎn)速，r/min; v鉆頭圓周線速度，m/s。磨銳式鉆頭的轉(zhuǎn)速推薦值如表6-4所示。6000Dn巖 石性 質(zhì)鉆頭圓周線速度，m/s不同直徑鉆頭的轉(zhuǎn)速，r/min1501301109175研磨性小的軟巖1.21.4150180180210210250250300300350稍有研磨性的中硬巖石0.91.2100120120150150200200250250300研磨性的、硬的裂隙巖石0.60.880100100120120140140160160180表6

52、-4 磨銳式鉆頭圓周線速度推薦值表2022-5-30108三、沖洗液量Q 將送入井內(nèi)的沖洗液的流量稱為沖洗液量，在沒有泄漏的情況下，即是泥漿泵的泵量。 沖洗液的功能：排除巖粉；冷卻切削具；潤滑鉆頭；保護(hù)孔壁。 一般來說，沖洗液量大，攜帶巖粉能力強(qiáng)，冷卻效果好；但太大，將產(chǎn)生舉離力來抵消部分軸向壓力，對孔壁和巖心的沖刷作用也加強(qiáng)。沖洗液量推薦值如表6-5所示。1501301109175沖洗液上升流速，dm/s50鉆桿42鉆桿軟的巖石200250180200140180100120608034中硬、硬的及研磨性巖石18020014018010014080100406023巖石性質(zhì)沖洗液量l/min

53、鉆頭及鉆桿直徑mm表6-5 沖洗液量推薦值表2022-5-30109本章思考題：本章思考題：1、簡述硬質(zhì)合金鉆頭在孔底的碎巖過程。2、簡述硬質(zhì)合金鉆頭的種類及主要結(jié)構(gòu)要素。2022-5-30110第七章 鉆 粒 鉆 進(jìn)第一節(jié) 概述第二節(jié) 鉆粒鉆進(jìn)的井底工作過程與破巖機(jī)理第三節(jié) 鉆粒與鉆粒鉆頭第四節(jié) 鉆粒鉆進(jìn)的鉆進(jìn)規(guī)程2022-5-30111課 時(shí)：1本章目的：了解鉆粒鉆進(jìn)的特點(diǎn)、井底破巖機(jī)理、鉆頭結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)規(guī)程教學(xué)重點(diǎn)：鉆粒鉆進(jìn)的破巖機(jī)理教學(xué)方法：課堂講授2022-5-30112第一節(jié) 概 述一、定義一、定義用未鑲焊切削具的鉆頭體壓住鉆粒(鋼?；蜩F砂)，并帶動(dòng)它們在孔底翻滾而破碎巖石的鉆進(jìn)方法

54、，稱為鉆粒鉆進(jìn)鉆粒鉆進(jìn)。二、鉆粒鉆進(jìn)的發(fā)展歷史二、鉆粒鉆進(jìn)的發(fā)展歷史鉆粒鉆進(jìn)始于19世紀(jì)后期，用于鉆進(jìn)堅(jiān)硬巖石，隨著金剛石鉆進(jìn)的廣泛應(yīng)用，此法已逐漸被取代。但現(xiàn)在大直徑地勘鉆和大口徑勘察或施工的水井鉆、工程鉆中還有應(yīng)用。2022-5-30113三、鉆粒鉆進(jìn)的特點(diǎn)：u鉆粒的翻滾破巖可產(chǎn)生縱向脈動(dòng)沖擊，能鉆進(jìn)硬度比其自身還大的巖石；u鉆粒消耗后可繼續(xù)補(bǔ)給，從而延長回次鉆進(jìn)時(shí)間；u鉆進(jìn)成本低；u孔徑大、巖心細(xì)、孔徑不均勻、孔斜超限、巖心采取率低；u受鉆粒自重的影響，只適用7590的斜孔或垂直孔，不能用于鉆進(jìn)大裂隙、溶洞或涌水量大的鉆孔；u鉆進(jìn)工藝比較復(fù)雜，特別是沖洗液量須適應(yīng)鉆粒分布及分選的要求，難

55、以掌握。2022-5-30114第二節(jié) 鉆粒鉆進(jìn)的井底工作過程與破巖機(jī)理一、井底工作過程一、井底工作過程 鉆粒鉆進(jìn)的井底工作過程如圖7-1所示。鉆粒在多力的綜合作用下：水口導(dǎo)入破巖磨耗水力分選沖走淘汰形成動(dòng)態(tài)平衡。絕大多數(shù)被淘汰的碎鉆粒落入取粉管內(nèi)。鉆進(jìn)過程中，隨著鉆粒的消耗，水口逐漸變小，鉆速大大下降，回次結(jié)束。新的回次開始前，再次投入鉆粒，重新切割修正水口。圖7-1 鉆粒鉆進(jìn)的井底過程2022-5-30115二、破巖機(jī)理 鉆粒破巖主要有兩種形式：1、壓碎破巖、壓碎破巖u多個(gè)鉆粒以其邊棱小面積接觸，形成體積破碎，如圖7-2(a)所示。u壓力集中于少數(shù)磨圓鉆粒上，也會(huì)形成體積破碎，如圖7-2(

56、b)所示。（a）（b）圖7-2 鉆粒鉆進(jìn)的壓碎碎巖Py軸向壓力；Px水平力2022-5-30116二、破巖機(jī)理2、疲勞破碎、疲勞破碎 鉆粒與巖石接觸處的壓強(qiáng)尚未達(dá)到巖石的硬度，在鉆粒的Py和Px的作用下，使巖石表面產(chǎn)生一定深度的裂紋，在鉆粒重復(fù)碾壓作用和沖洗液的侵蝕下，裂紋逐漸加強(qiáng)，使巖屑不斷剝離下來達(dá)到破巖目的。如圖7-3所示，大多數(shù)情況屬動(dòng)壓裂疲勞破碎。圖7-3 鉆粒鉆進(jìn)的壓裂碎巖Py軸向壓力；Px水平力2022-5-30117第三節(jié) 鉆粒與鉆粒鉆頭一、鉆粒一、鉆粒地質(zhì)勘探鉆粒鉆進(jìn)常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的線材（或粗鋼絲繩破股）切成高和直徑基本相等的圓柱體，便于翻滾。并經(jīng)淬火和低溫回火，使其硬而

57、不脆，有較高的屈服強(qiáng)度和耐磨性。常用的鉆粒規(guī)格和熱處理后的性能見表7-1。直徑，mm2.533.54長度，mm2.22.72.73.23.23.73.74.2單?？箟?，kg9801030120013001400150016001700硬度，Rc50505050抗沖擊能力，kgm/s21012.513.515表7-1 常用鉆粒規(guī)格與性能表2022-5-30118二、鉆粒鉆頭1、功能將軸向壓力（鉆壓）和水平回轉(zhuǎn)力傳遞給鉆粒，帶動(dòng)其在孔底翻滾。2、材質(zhì)中碳鋼（45號(hào)鋼）無縫鋼管制成。3、結(jié)構(gòu)圓筒狀：內(nèi)壁有1100的錐度，以便卡心；壁厚911mm；長度（新鉆頭）500mm;水口寬不應(yīng)大于鉆頭端面同長的

58、1/4，以增加有效工作面積；水口高150mm，以免影響鉆頭的強(qiáng)度和剛度。圖7-4 鉆粒鉆頭2022-5-30119第四節(jié) 鉆粒鉆進(jìn)的鉆進(jìn)規(guī)程一、投砂方法及投砂量一、投砂方法及投砂量 投砂方法有一次投砂法投砂法、分批投砂法分批投砂法、連續(xù)投砂法連續(xù)投砂法。比較如下：方法定義優(yōu)缺點(diǎn)一次投砂法將一個(gè)回次進(jìn)尺所需鉆粒一次投入孔內(nèi)。投砂量足，省事；孔徑易擴(kuò)大，巖心細(xì)。分批投砂法先投入回次所需鉆?？偭?0%60%鉆粒，鉆進(jìn)一段時(shí)間，再從鉆桿內(nèi)分一、二次補(bǔ)投其余的鉆粒。改善了一次投砂法擴(kuò)大孔徑和磨細(xì)巖心的缺點(diǎn)；中途補(bǔ)砂，費(fèi)時(shí)麻煩，易引起巖心堵塞；主要用于耗粒量大的堅(jiān)硬、強(qiáng)研磨性巖石鉆進(jìn)。連續(xù)投砂法靠裝于粗徑

59、鉆具內(nèi)或地表的投砂器，在鉆進(jìn)中均勻不斷地投入鉆粒。若孔底鉆粒量控制適當(dāng)、補(bǔ)給及時(shí)，可比一次投砂獲得較好的效果；但目前尚無理想的連續(xù)投砂器，固此法使用甚少。2022-5-30120一、投砂方法及投砂量 投砂量存在一個(gè)最佳值，投砂量不足不僅回次鉆進(jìn)較短，而且容易造成孔壁縮徑，甚至發(fā)生擠卡鉆；投砂量過多，不利于排粉和鉆粒分選，影響鉆進(jìn)速度和取心質(zhì)量。對于不同的可鉆性巖石和不同的鉆頭直徑，一次投砂量推薦值如表7-2所示。巖石級別鉆頭直徑，mm；投砂量，kg759111013081.11.41.62.091.51.82.22.6102.22.73.33.9表7-2 一次投砂量推薦值2022-5-3012

60、1二、鉆壓通常鉆粒鉆進(jìn)的鉆壓采用下式計(jì)算P=p F式中 P軸向壓力，kg； p鉆頭單位唇面面積所需的壓力，kg/cm2； F鉆頭唇面的實(shí)際面積，cm2。生產(chǎn)中常用的鉆壓如表7-3所示。巖石級別單位壓力，104Pa鉆粒規(guī)格78294343直徑，3mm89343392抗破碎強(qiáng)度，11760N/粒10392490洛氏硬度，HR（正）50表7-3 鉆粒鉆進(jìn)鉆壓推薦值2022-5-30122三、轉(zhuǎn)速鉆頭的轉(zhuǎn)速大小關(guān)系到鉆粒在孔底滾動(dòng)的速度和破巖的效率。 轉(zhuǎn)速過大導(dǎo)致鉆粒提前破碎；鉆具擺動(dòng)加強(qiáng)，致使鉆具彎曲； 轉(zhuǎn)速過小鉆粒滾動(dòng)次數(shù)少，滾動(dòng)路程短，鉆速低。在生產(chǎn)中轉(zhuǎn)速的選擇如表7-4所示。巖石級別7910孔