工程鉆探與取樣技術(shù)復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、工程鉆探與取樣技術(shù)復(fù)習(xí)重點(diǎn)第一章·緒論探礦工程概念探礦工程是一門研究如何按照一定目的和要求，運(yùn)用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，采取相應(yīng)的工藝措施，以最優(yōu)的方式鉆出一定孔徑和深度的孔（井）的學(xué)科。鉆探工程的應(yīng)用范圍1.地質(zhì)勘探工作(1)普查找礦鉆探：揭露表土，探查基巖性質(zhì)及產(chǎn)狀，了解地層及地質(zhì)構(gòu)造，驗(yàn)證物探資料(2)礦產(chǎn)勘探鉆：詳細(xì)查明一個(gè)礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造，探明礦體的產(chǎn)狀、品位，礦產(chǎn)的儲(chǔ)量(3)水文地質(zhì)鉆探：查明地下水的賦存狀態(tài)，水質(zhì)水量及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律(4)工程地質(zhì)鉆探：查明橋基、壩基、路基或水庫、港口及大型設(shè)備、高層建筑的地質(zhì)基礎(chǔ)和地基承載能力(5)油、氣田鉆探：勘探石油及天然氣等礦產(chǎn)2.開采礦產(chǎn)資源工作

2、(1)為民用和工農(nóng)業(yè)用的普遍水資源的開采(2)為民用取暖和工農(nóng)業(yè)用的熱水資源的開采(3)為開發(fā)能源而在陸地和海洋上進(jìn)行的石油和天然氣的開采鉆井(4)為開發(fā)地?zé)豳Y源的鉆井(5)為開發(fā)固體礦產(chǎn)進(jìn)行露天開采的爆破孔3. 工業(yè)工程施工工作(1)大型橋墩建筑，“管柱”建墩(2)為了解地面升降情況及其變化規(guī)律，進(jìn)行專門的標(biāo)（基巖標(biāo)及分層標(biāo)）孔鉆孔(3)為了加固水壩，增強(qiáng)地基，防止?jié)B漏的連續(xù)墻(4)為高層建筑加強(qiáng)地基的大量基樁孔(5)鋪設(shè)各種管道的技術(shù)孔(6)礦山各種輔助設(shè)施孔(7)軍事工業(yè)的導(dǎo)彈發(fā)射孔(8)代替開鑿隧道的大直徑井 鉆孔三要素根據(jù)鉆探的目的、鉆探地點(diǎn)的地質(zhì)條件等因素確定三要素，鉆孔直徑、鉆孔

3、深度和鉆孔方向。鉆孔結(jié)構(gòu)的概念鉆孔結(jié)構(gòu)是指鉆孔由開孔至終孔，孔身口徑的變化。換徑次數(shù)越多，鉆孔結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，換徑次數(shù)越少，則鉆孔結(jié)構(gòu)越簡單。第二章·巖石物理力學(xué)性質(zhì)及可鉆性巖石可鉆性的概念及其影響因素概念：巖石可鉆性是鉆進(jìn)過程中巖石抵抗破碎的強(qiáng)度，表示巖石破碎的難易性。影響因素：巖石的基本特性，包括巖石的成分、顆粒度、顆粒間的聯(lián)系方式、巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，鉆進(jìn)技術(shù)條件和鉆進(jìn)工藝參數(shù)，包括鉆進(jìn)方法、鉆進(jìn)質(zhì)量、鉆進(jìn)規(guī)程。巖石可鉆性的測定方法1.機(jī)械鉆速分級(jí)（實(shí)鉆法）在規(guī)定的設(shè)備和技術(shù)條件下，現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)鉆所得到的純鉆進(jìn)速度作為可鉆進(jìn)性分級(jí)的指標(biāo)，需要增加回次長度值作為輔助指標(biāo)。2.擺球硬度分級(jí)

4、法擺動(dòng)鋼球沖擊巖石，由于能量轉(zhuǎn)換與消耗，要回跳一定次數(shù)，每次的回彈角逐漸減小，直至為零。以回彈次數(shù)表征巖石的動(dòng)載硬度。儀器簡單，操作方便，巖樣兩端拋光工藝復(fù)雜。3.壓入硬度分級(jí)法模擬了牙輪鉆頭碎巖方式，在中硬以下地層相關(guān)性較好。4.微鉆法用小直徑鉆頭在小型實(shí)驗(yàn)臺(tái)上鉆進(jìn)，取平均鉆速為可鉆性分級(jí)指標(biāo)。巖石可鉆性的意義1.為鉆孔施工設(shè)計(jì)提供依據(jù)；2.為鉆進(jìn)生產(chǎn)定額提供依據(jù)；3.促進(jìn)新技術(shù)的推廣。第三章·巖心鉆探鉆進(jìn)方法硬質(zhì)合金鉆進(jìn)硬質(zhì)合金鉆進(jìn)碎巖過程在硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的過程中，鉆頭體上所鑲嵌的硬質(zhì)合金切削具主要受到軸向壓力和水平回轉(zhuǎn)力兩個(gè)力的作用，當(dāng)軸向壓力達(dá)到一定值后，切削具對(duì)巖石的單位壓力

5、，超過了巖石的抵抗壓入強(qiáng)度，切削具便切入巖石一定深度。同時(shí)，在回轉(zhuǎn)力的作用下，也向前推擠巖石。如果巖石較脆，則受力體被剪切推出；如果巖石是塑形的，則切削具前部的巖石被削去一層。切削具在軸向壓力和水平回轉(zhuǎn)力的雙重作用下，使孔底呈螺旋狀不斷加深。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍特點(diǎn)：(1)鉆進(jìn)時(shí)工作平穩(wěn)，巖心采取率較高，鉆探質(zhì)量易于保證； (2)鉆頭結(jié)構(gòu)可以根據(jù)地層情況靈活改變，鉆進(jìn)效率高； (3)操作簡便，鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)易控制； (4)硬質(zhì)合金鉆頭便宜，鑲焊工藝簡單，修磨方便； (5)應(yīng)用范圍不受孔深、孔徑及孔向限制 (6)硬質(zhì)合金硬度有限，強(qiáng)度和耐磨度尚顯不足，在堅(jiān)硬巖層中鉆進(jìn)時(shí)效率不高，鉆頭壽命

6、短。應(yīng)用范圍：硬質(zhì)合金鉆進(jìn)主要用于17級(jí)巖石及部分8級(jí)巖石。硬質(zhì)合金切削具的形狀、規(guī)格1.片狀有短片狀、直角片狀、菱形片狀。片狀切削具刃薄易于切入和切削巖石，但抗彎能力低，主要用于鉆進(jìn)級(jí)軟巖，他在鉆頭上出刃應(yīng)大些。2.柱狀有方柱狀和八角柱狀。柱狀切削具抗彎、抗壓的能力較強(qiáng)，主要用于級(jí)中硬巖石。3.針狀主要用來制造自磨式鉆頭，在中硬及硬巖層或研磨性巖石中使用。硬質(zhì)合金切削具出刃的概念、類別概念：為了使切削具順利地切入巖石，使沖洗液的暢通以及減少鉆頭體的磨損，切削具必須突出于鉆頭體，此突出部分稱為出刃。類別:分為內(nèi)出刃、外出刃和底出刃內(nèi)、外出刃是使鉆具與巖心、鉆具與井壁之間留有間隙、保持一定的井徑

7、和巖石直徑的依據(jù)。中硬巖石，內(nèi)、外出刃可取1.01.5mm。軟巖，可取23mm。底出刃是用來尅取井底巖石。中硬巖層，底出刃可取23mm，軟巖可取35mm。切削具鑲焊形式及其應(yīng)用鑲焊形式：直鑲、正斜鑲、負(fù)斜鑲應(yīng)用：軟巖中，應(yīng)選用正斜鑲；脆性及較硬巖石中，切削具主要是按壓碎和剪切作用破碎巖石，尤其是在鉆具轉(zhuǎn)速較快而鉆速較慢的情況下，采取直鑲式或者小角度負(fù)斜鑲式，抗磨性能好且?guī)r屑可排；考慮到切削具鑲焊的方便性，使切削具鑲焊成正、負(fù)一定角度比較困難，如無特殊必要選用直鑲。切削具排列方式及排布時(shí)考慮的因素排列方式：單環(huán)排列、多環(huán)排列、密集排列等考慮因素：(1)成組排列，每組完成一個(gè)環(huán)隙寬度切削； (2)

8、前切削具為后切削具創(chuàng)造更多自由面，利于碎巖； (3)盡量提高抗磨能力使磨損均一，避免局部磨損過甚影響整體； (4)便于排除巖粉，減少巖屑對(duì)切削具的磨損，避免重復(fù)碎巖。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的規(guī)程參數(shù)1.鉆壓鉆壓是回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)保證有效破碎井底巖石的必要參數(shù)，并由巖石性質(zhì)、鉆頭直徑、鉆頭類型、鉆孔深度、鉆具強(qiáng)度等因素來決定。2.鉆速在單位時(shí)間內(nèi)，鉆頭轉(zhuǎn)速愈多，則破碎巖石的機(jī)會(huì)也愈多。在一定條件下，提高轉(zhuǎn)速可以增大鉆速，但是，對(duì)于一定的巖石，都有一個(gè)最優(yōu)的極限轉(zhuǎn)速，在此轉(zhuǎn)速之前，鉆速隨轉(zhuǎn)速增大而增大；超過此轉(zhuǎn)速后，增加轉(zhuǎn)速不能有效提高鉆速。3.泵量送入足夠的沖洗液是保證孔底清潔，確保安全鉆進(jìn)的重要因素。一般來說，

9、沖洗液有攜帶巖粉、冷卻鉆頭、輔助破碎巖石的作用，但沖洗液過多，會(huì)產(chǎn)生浮力降低軸向壓力，巖層松軟時(shí)甚至?xí)_毀巖心和沖垮孔壁。4.P、n、Q參數(shù)間的配合在轉(zhuǎn)進(jìn)過程中，鉆壓、泵量和鉆速是相互配合的。對(duì)于同一種巖石，鉆壓不同，轉(zhuǎn)速最優(yōu)值也不同。軟巖鉆進(jìn)，盡量加大轉(zhuǎn)速及增加泵量；中硬及硬巖鉆進(jìn)，鉆壓盡可能大，轉(zhuǎn)速、泵量適當(dāng)。第四章·巖心鉆探鉆進(jìn)方法鋼粒鉆進(jìn)鋼粒鉆進(jìn)概念鋼粒鉆進(jìn)是未鑲有切削具的鉆頭剛體壓住不與鉆頭鋼體鑲在一起、呈自由狀態(tài)、尺寸不大的鋼粒，并帶動(dòng)它們在孔底翻滾而破碎巖石的鉆進(jìn)方法。鋼粒鉆進(jìn)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1)可以破碎比鋼粒本身硬度更大的巖石；(2)可以不起鉆更換切削工具，回次進(jìn)尺長

10、。缺點(diǎn)：(1)鋼粒在孔底運(yùn)動(dòng)軌跡隨機(jī)性很大，限制了鉆速的大幅度提高；(2)碎巖切削面積大，巖心細(xì)、孔徑不均勻，影響鉆孔質(zhì)量；(3)鋼粒不固定在鉆頭，受自重作用，只適用于75°90°的直孔或斜孔；(4)小口徑鋼粒鉆進(jìn)時(shí)，巖心太細(xì)，口徑不得小于75mm，常用為91mm和110mm。鋼粒鉆進(jìn)的規(guī)程參數(shù)1.鉆壓保證鋼粒在孔底工作時(shí)有足夠壓力是鋼粒破碎巖石的必要條件。鉆壓過大，會(huì)引起鉆桿折斷、鉆孔偏斜、壓偏壓碎鋼粒；鉆壓不足，造成鋼粒破碎巖石不完全，不能充分發(fā)揮體積破碎作用，鉆進(jìn)效率降低。鉆壓保證了鉆頭底唇有一定的變形和摩擦力，從而產(chǎn)生足夠的連系力，是鋼粒在孔底運(yùn)動(dòng)的重要因素。2.鉆

11、速轉(zhuǎn)速關(guān)系到鋼粒在孔底運(yùn)動(dòng)的速度和尅取巖石的頻率。硬度大的巖石，采取較低轉(zhuǎn)速；硬度較低的巖石，采取較高轉(zhuǎn)速。3.泵量泵量主要根據(jù)鉆頭直徑、鋼粒大小、水口面積、投砂量等因素決定。其原則是：不沖跑井底正常工作的鋼粒，又能排除巖粉和失效鋼粒，是鋼粒鉆進(jìn)的關(guān)鍵。4.投砂方法及投砂量常用方法：一次投砂法、結(jié)合投砂法、連續(xù)投砂法。投砂量過多，使鋼粒和鉆頭消耗增加，不僅影響進(jìn)尺，浪費(fèi)材料，而且鉆孔易發(fā)生較大的偏斜，巖心采取率也要降低；投砂量過少，鋼粒很快磨完，使回次進(jìn)尺減少，巖心底端變粗，容易堵塞。鋼粒鉆進(jìn)確定泵量大小的原則原則：不沖跑井底正常工作的鋼粒，又能排除巖粉和失效鋼粒。沖洗液量過大，沖洗孔底干凈，

12、但是可能沖走未失效的鋼粒；沖洗液量過小，排不出巖分和已失效鋼粒，影響鉆進(jìn)效率，甚至引起卡鉆埋鉆事故。鋼粒鉆進(jìn)的投砂方法常用方法：一次投砂法、結(jié)合投砂法、連續(xù)投砂法。一次投砂法：在回次鉆進(jìn)前將所需鋼粒量一次投入孔內(nèi)。缺點(diǎn)：回次之初，鋼粒堆積過多，孔徑擴(kuò)大，巖心過細(xì)。結(jié)合投砂法：在回次鉆進(jìn)前先投入孔內(nèi)所需鋼粒量的50，所剩余的鋼粒量在回次中分23次投入。缺點(diǎn)：改善了孔徑過大，巖心過細(xì)，但操作麻煩，需中途停車補(bǔ)砂。連續(xù)投砂法：利用連續(xù)投砂器，在鉆進(jìn)過程中不斷送砂。缺點(diǎn)：投砂器不可靠，砂量不穩(wěn)定。第五章·巖心鉆探鉆進(jìn)方法金剛石鉆進(jìn)金剛石鉆進(jìn)的碎巖過程金剛石鉆進(jìn)不同巖石，采用不同類型的鉆頭和不

13、同的鉆進(jìn)參數(shù)。表鑲金剛石鉆頭：破碎硬脆性巖石的方式主要為壓裂、壓碎加體積剪切；破碎中硬巖石，主要為切削方式，壓裂破碎為輔。孕鑲金剛石鉆頭：觀點(diǎn)一，磨削碎巖；觀點(diǎn)二，與表鑲鉆頭類似。金剛石鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)和不足優(yōu)點(diǎn)：1.鉆進(jìn)效率高：比鋼粒鉆進(jìn)小時(shí)效率高一倍，臺(tái)月效率高50%以上。配合一定的技術(shù)條件，效率可更高。 2.鉆孔質(zhì)量好：巖礦心采取率高，代表性好；鉆孔彎曲度高。 3.設(shè)備工具輕：全套設(shè)備比鋼粒鉆進(jìn)輕一倍左右，更有利于高山地區(qū)和交通困難地區(qū)進(jìn)行鉆探施工。4.勞動(dòng)強(qiáng)度低：鉆進(jìn)口徑小，鉆頭回轉(zhuǎn)扭矩小，升降鉆具時(shí)鉆桿易拆卸，且設(shè)備輕便，運(yùn)輸、拆裝強(qiáng)度低。5.孔內(nèi)事故少：孔徑小，巖粉少，沖洗液流速快，孔內(nèi)

14、清潔，不易發(fā)生卡埋事故，鉆桿與孔壁間隙小，折斷易打撈。6.鉆探成本低：鉆進(jìn)機(jī)械效率和生產(chǎn)效率高缺點(diǎn)：1.遇到破碎、裂隙發(fā)育地層，金剛石容易崩裂，巖心堵塞；2.遇極強(qiáng)研磨性地層，鉆頭壽命短；3.軟地層中使用，經(jīng)濟(jì)性較硬質(zhì)合金鉆進(jìn)差。金剛石鉆頭的組成金剛石鉆頭由金剛石、胎體和鉆頭體組成金剛石是鉆頭的刃部，對(duì)于表鑲鉆頭，金剛石鑲嵌在胎體的表層，按照鑲嵌位置的不同，分為底刃、邊刃、側(cè)刃金剛石。胎體是鉆頭底部包鑲金剛石的一圈假合金，主要功用是牢固包鑲金剛石顆粒和牢固地與鉆頭剛體焊接在一起。鉆頭體是指鉆頭的剛體部分，用中碳鋼制成。金剛石排布應(yīng)遵循的原則表鑲金剛石排列遵循的原則：(1)保證巖粉能排除，避免重

15、復(fù)破碎及巖粉對(duì)金剛石的磨損；(2)保證孔底截面全被破碎，不留空位；(3)有足夠的充滿度（密度），即胎體表面應(yīng)有足夠金剛石；(4)每顆金剛石的尅取工作量相等。孕鑲金剛石鉆頭胎體應(yīng)具有的性質(zhì)1.鉆頭胎體性能應(yīng)與巖性相適應(yīng)；2.胎體耐磨性應(yīng)適中，過高時(shí)金剛石不出刃，過低時(shí)金剛石過早脫落破裂。金剛石鉆進(jìn)的規(guī)程金剛石鉆進(jìn)應(yīng)以高轉(zhuǎn)速為主的鉆進(jìn)規(guī)程1.鉆壓機(jī)械鉆速在一定限度內(nèi)與鉆頭壓力的增大成比例地增長,且鉆壓有一個(gè)最佳值。鉆壓的確定必須以鉆頭類型為依據(jù)。2.鉆速孕鑲鉆頭：圓周線速度達(dá)到1.53.0m/s；表鑲鉆頭：圓周線速度達(dá)到1.02.0m/s。3.泵量泵量的大小由巖石性質(zhì)、環(huán)狀間隙、鉆頭類型、金剛石粒

16、度、胎體性能等因素來決定。泵量要求連續(xù)均勻，能形成較高流速。第六章·巖心鉆探鉆進(jìn)方法沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的碎巖機(jī)理在沖擊力、回轉(zhuǎn)力、軸向靜壓力的共同作用下，以沖擊剪切和回轉(zhuǎn)切削的方式破碎巖石。鉆進(jìn)硬脆性巖石，沖擊力做主要貢獻(xiàn)，主要以沖擊破碎方式破碎巖石；鉆進(jìn)中硬、塑性較大的巖石，回轉(zhuǎn)力做主要貢獻(xiàn)，主要以回轉(zhuǎn)切削方式碎巖。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的特點(diǎn)1.沖擊載荷是接觸應(yīng)力，瞬時(shí)可達(dá)極高值，應(yīng)力比較集中；2.切削刃具的磨損減少；3.在沖擊時(shí)還加有一定的軸向壓力；4.高頻并連續(xù)地給巖石施加沖擊載荷；5.在沖擊中又有連續(xù)不斷的回轉(zhuǎn)切削作用。沖擊器的分類沖擊器一般按照動(dòng)力方式劃分：液動(dòng)沖擊器、氣動(dòng)沖

17、擊器、機(jī)械作用式?jīng)_擊器。液動(dòng)沖擊器采用高腰水或泥漿作為動(dòng)力介質(zhì)；氣動(dòng)沖擊器采用壓縮空氣作為動(dòng)力介質(zhì)；機(jī)械作用式?jīng)_擊器利用某種機(jī)械運(yùn)動(dòng)而使沖錘上下運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生沖擊力。液動(dòng)、氣動(dòng)沖擊器比較成型、應(yīng)用普遍。液動(dòng)沖擊器應(yīng)用最廣泛。閥式正作用以及射流式液動(dòng)沖擊器的原理P97閥式正作用液動(dòng)沖擊器：正作用沖擊器是以液壓推動(dòng)沖錘下行沖擊，而用彈簧恢復(fù)沖錘回位的沖擊器。射流式液動(dòng)沖擊器：射流式?jīng)_擊器以泥漿泵輸出的高壓沖洗液流輸入射流元件，產(chǎn)生射流附壁與切換作用，使沖錘上下運(yùn)動(dòng)，形成高頻沖擊的沖擊器。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的規(guī)程1.鉆壓中等硬度以上的巖石是保證切刃與巖石能緊緊地接觸，以便有效地傳遞沖擊能量，對(duì)直接碎巖不起作用

18、；鉆進(jìn)中硬以下巖石時(shí)，隨著軸向壓力的增加，平均機(jī)械鉆速有所增加，而鉆進(jìn)硬巖時(shí)，卻稍有下降。硬巖：400 500kg；5 6級(jí)軟巖：800 1000kg。2.轉(zhuǎn)速硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)選用較低轉(zhuǎn)速；金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)選用較高轉(zhuǎn)速。鉆硬脆性巖石，轉(zhuǎn)速低一些；鉆軟巖，轉(zhuǎn)速高一些。3.泵量影響洗井質(zhì)量和沖擊器的工作性能，一般為160200L/min左右。第七章·鉆孔沖洗沖洗液的功用及鉆探對(duì)沖洗液的要求沖洗液的功用：1.沖洗孔底，攜帶和懸浮巖屑；2.冷卻鉆頭；3.潤滑鉆頭和鉆具；4.平衡地層壓力，維持孔壁穩(wěn)定；5.其他功用，如軟化巖石，作動(dòng)力等。沖洗液的要求：1.性能應(yīng)能在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以

19、便適應(yīng)于鉆進(jìn)各種復(fù)雜地層；2.應(yīng)有良好的冷卻散熱性能和潤滑性能；3.使用時(shí)能抗各種外界干擾，性能保持基本穩(wěn)定；4.不妨礙或有利于取心、防斜、測井等工作的進(jìn)行；5.應(yīng)不腐蝕鉆具和地面循環(huán)設(shè)備，無毒，對(duì)環(huán)境沒有影響。鉆孔沖洗方式1.正循環(huán)洗孔沖洗液由水泵輸送至高壓膠管到水接頭，沿鉆桿的中空而下，通過鉆頭的水口，冷卻鉆頭，沖洗孔底，然后帶上巖屑沿孔壁與鉆具的環(huán)狀間隙返回地表，流入地面的循環(huán)槽。2.反循環(huán)洗孔(1)全孔反循環(huán)：沖洗液經(jīng)水泵的壓送，由鉆具與孔壁的外環(huán)狀間隙壓入孔內(nèi)，然后由鉆頭水口進(jìn)入鉆具和鉆桿柱內(nèi)孔中，將攜帶上的巖屑返回地表。(2)孔底反循環(huán)：它是正、反循環(huán)結(jié)合的一種循環(huán)方式，它是在正循

20、環(huán)鉆具的上部與鉆桿之間加了一個(gè)噴射式反循環(huán)接頭，接頭以下為反循環(huán)，接頭以上仍為正循環(huán)狀態(tài)。常用沖洗液類型常用的沖洗介質(zhì)有：空氣、充氣液體和穩(wěn)定泡沫、泥漿、乳狀液、清水和無固相鉆井液。泥漿的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：能在孔壁形成泥皮而加固孔壁，懸浮能力強(qiáng)，潤滑性能好，性能能在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同地層。缺點(diǎn)：相對(duì)密度和粘度大，鉆進(jìn)效率低，需專門的材料，對(duì)環(huán)境有一定的污染。主要用于風(fēng)化、破碎、松散和遇水失穩(wěn)的巖層。無固相沖洗液特點(diǎn)及應(yīng)用范圍特點(diǎn)：密度低，鉆進(jìn)速度較高；性能可調(diào)，攜帶懸浮巖屑能力較好；能在孔壁形成薄膜而護(hù)壁。應(yīng)用范圍：可用于裂隙發(fā)育易坍塌和輕微膨脹的地層；特別適用于繩索取心鉆進(jìn)。沖洗液流變性概念研

21、究沖洗液在孔內(nèi)循環(huán)流動(dòng)過程中流動(dòng)和變形的科學(xué)稱為沖洗液流變學(xué)。其性質(zhì)稱為流變性。非牛頓流體的幾種流變模式賓漢流體：卡森流體：冪率流體：沖洗液剪切稀釋性、觸變性、靜切力、動(dòng)切力、表觀粘度、塑形粘度的概念剪切稀釋性沖洗液表觀粘度隨剪切速率增大而降低的特性。觸變性指泥漿剪切后變稀，靜止后又變稠的特性。靜切力泥漿靜止時(shí)凝膠強(qiáng)度大小，Pa。動(dòng)切力層流流動(dòng)時(shí)，泥漿形成結(jié)構(gòu)的能力，分為賓漢動(dòng)切力和卡森動(dòng)切力。表觀粘度（有效粘度）流體層流流動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部阻力的總和。塑性粘度層流流動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部固相顆粒間、固相與液相間及液相分子之間的內(nèi)摩擦阻力。高剪切粘度剪切速率趨向無限大時(shí)的塑性粘度。第八章·鉆探質(zhì)

22、量巖礦心采取鉆探質(zhì)量指標(biāo)1.巖(礦)心的采取率：指在回次鉆進(jìn)過程中，實(shí)際取出的巖(礦)心長度與實(shí)際鉆進(jìn)進(jìn)尺之比。2.完整性：指取出的巖心、礦心要保持其天然的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。3.純潔性：指取上的巖心要求不受外污的侵蝕，以免影響礦石的品位、品級(jí)和物理性能。4.避免選擇性磨損：指在礦層鉆進(jìn)時(shí)，一般都采用結(jié)構(gòu)性能好的鉆具，限制鉆進(jìn)時(shí)間和控制進(jìn)尺長度等方法和技術(shù)措施，防止巖礦心的選擇性磨損。取心的目的和要求鉆孔施工的主要目的之一是獲取巖礦樣品（巖心、巖粉以及專門密封的樣品），并進(jìn)行地球化學(xué)分析和礦物巖石鑒定，完成巖礦物理力學(xué)性質(zhì)測定，煤的含氣性評(píng)價(jià)和巖土承載性能試驗(yàn)等。取心的要求：(1)樣品數(shù)量足夠，能反映

23、巖礦層性質(zhì)在空間上的變化；(2)樣品物質(zhì)成分保真，化驗(yàn)分析結(jié)果不超過技術(shù)允許的隨機(jī)誤差；(3)樣品無選擇性破壞，不造成過高或過低評(píng)價(jià)其中的有益或有害組分；(4)取樣位置準(zhǔn)確，不影響正確圈定礦體邊界。影響巖礦心采取的因素1.天然因素：天然因素就是客觀存在的地質(zhì)因素。主要包括強(qiáng)度、硬度、完整性、膠結(jié)性、研磨性和易溶度等。2.工藝技術(shù)因素(1)巖心管的回轉(zhuǎn)和振動(dòng)；(2)沖洗液的沖刷和淋蝕；(3)孔底破碎巖石方法和鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)；(4)回次時(shí)間和回次進(jìn)尺長度。3.其他因素：組織管理因素、操作人員技術(shù)水平、工藝設(shè)計(jì)、材料供應(yīng)及技術(shù)保證情況等。雙層巖心管鉆具特點(diǎn)(1)為避免或減弱機(jī)械力（鉆具工作時(shí)產(chǎn)生的縱向

24、和橫向振動(dòng)）對(duì)巖礦心的破壞作用，雙管鉆具中一般設(shè)置避振緩沖裝置；(2)為防止或減輕沖洗液對(duì)巖礦心的沖刷作用，雙管鉆具中設(shè)置隔水和分流裝置；(3)為防止或緩解巖礦心在內(nèi)管中的互磨作用，雙管鉆具中增加減磨防磨裝置；(4)為防止巖礦心污染，設(shè)置隔水活塞、壓入式內(nèi)管鉆頭、密封裝置等；(5)為防止巖礦心從巖心管中脫落，設(shè)置爪簧、壓卡裝置、隔水球等。實(shí)現(xiàn)孔底局部反循環(huán)的方式、原理噴射式孔底反循環(huán)取心鉆具、無泵式反循環(huán)鉆具、氣舉反循環(huán)鉆具：利用射流泵的工作原理來形成孔底反循環(huán)等。P117水力輸送巖心所用設(shè)備(1)自行或全液壓鉆機(jī)，適合于頻繁搬遷；(2)側(cè)入式水接頭；(3)雙壁鉆桿；(4)硬質(zhì)合金鉆頭；(5)

25、巖心卡斷器；(6)樣品收集裝置。孔壁補(bǔ)取巖心常用工具、原理工具：刮煤器（水力刮刀取樣器）、水力沖煤器、放炮取樣器、壓煤器原理：當(dāng)煤層的層位和層厚清楚，煤層被打丟打薄或煤心燒灼污染變質(zhì)時(shí)，可用孔壁補(bǔ)取工具補(bǔ)取煤心。第九章·鉆探質(zhì)量鉆孔彎曲鉆孔彎曲的概念在鉆探施工過程中，由于種種原因，實(shí)際鉆孔軌跡往往偏離設(shè)計(jì)的鉆孔軌跡。這種現(xiàn)象稱為鉆孔彎曲或鉆孔偏斜。鉆孔軌跡基本要素鉆孔軌跡三要素：頂角、方位角、孔深頂角：鉆孔起點(diǎn)到測斜處的實(shí)際距離。頂角：測斜處的鉆孔軸線與鉛垂線的夾角。方位角：從磁北方向沿順時(shí)針方向至鉆孔軸心線在水平面上的投影所夾的角度。鉆孔彎曲的要求鉆孔頂角最大允許彎曲度，直孔不得超

26、過2°/100m，斜孔不得超過3°/100m；方位角根據(jù)鉆孔深度和礦床類型等情況而定。鉆孔彎曲的條件、原因條件：(1)存在孔壁間隙，為粗徑鉆具偏倒或彎曲提供空間；(2)具備偏倒或彎曲的力，為粗徑鉆具偏倒或彎曲提供動(dòng)力；(3)粗徑鉆具偏倒或彎曲面的方向穩(wěn)定。原因：(1)地質(zhì)原因：主要有巖石的各向異性、地層構(gòu)造和軟硬互層。(2)技術(shù)原因 開孔時(shí)：鉆機(jī)基礎(chǔ)不平，立軸安裝不正確，未下孔口管或孔口管方向不合要求等。 鉆進(jìn)時(shí)：主要是鉆具結(jié)構(gòu)和尺寸。粗徑鉆具在孔底偏倒角決定于孔壁間隙和粗徑鉆具長度。(3)工藝原因：主要有鉆進(jìn)方法、鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)和鉆桿柱工作狀態(tài)。鉆孔彎曲的預(yù)防措施1.根據(jù)地

27、層規(guī)律設(shè)計(jì)鉆孔(1)對(duì)于松散破碎地層，大裂隙、大溶洞發(fā)育的地層，盡量避免打斜孔，應(yīng)設(shè)計(jì)直孔或大傾角的鉆孔。(2)對(duì)于軟硬互層，層理片理發(fā)育地層，所設(shè)計(jì)的鉆孔方向應(yīng)力求與層理面垂直。(3)根據(jù)已鉆孔彎曲規(guī)律，設(shè)計(jì)初級(jí)定向孔。 .頂角變化小，方位角變化大時(shí)，采用離線平移法、立軸扭轉(zhuǎn)安裝法.方位角基本穩(wěn)定，頂角變化較大時(shí)，采用沿線移動(dòng)位移法、增大開孔傾角法2. 確保設(shè)備安裝質(zhì)量(1)鉆機(jī)安裝要平穩(wěn)；(2)地基要穩(wěn)固，其中填方不得超過1/3；(3)天車、主軸、孔位三點(diǎn)應(yīng)在一線；(4)開孔傾角、方位角應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求。3. 選擇合理的鉆進(jìn)工藝措施(1)盡量采用小口徑金剛石鉆進(jìn)；(2)在破碎地層鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)采

28、用小鉆壓；(3)復(fù)雜地層采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁；(4)換徑鉆進(jìn)時(shí)，必須帶有與原孔徑同級(jí)的導(dǎo)向鉆具。定向鉆進(jìn)概念及分類概念：定向鉆進(jìn)是在一定的地質(zhì)和技術(shù)條件下，分別或綜合采用人工導(dǎo)斜工具和利用鉆孔自然彎曲規(guī)律，使鉆孔沿預(yù)定設(shè)計(jì)的方向和傾角彎曲，以達(dá)到地質(zhì)勘探及其他工程目的的一種鉆進(jìn)方法。分類：1.按鉆孔結(jié)構(gòu)：單底定向孔、一級(jí)分支定向孔、多級(jí)分支定向孔。 2.按鉆孔軸線空間形態(tài)：平面彎曲、空間彎曲、分支彎曲定向孔。 3.按同一地基施工主孔數(shù)：一基單孔、一基多孔。 4.按施工技術(shù)方法：自然彎曲定向鉆孔、人工彎曲定向鉆孔及綜合定向鉆孔。導(dǎo)斜器分類及作用原理導(dǎo)斜器是施工定向鉆孔最主要的工具，按照其結(jié)構(gòu)劃分：固

29、定式導(dǎo)斜器、活動(dòng)式導(dǎo)斜器、取出式導(dǎo)斜器以及無楔體式連續(xù)導(dǎo)斜器等。第十章·鉆探質(zhì)量簡易水文觀測原始報(bào)表有哪些鉆探原始報(bào)表是鉆探生產(chǎn)的原始記錄，包括鉆探班報(bào)表、簡易水文觀測記錄報(bào)表、鉆孔彎曲測量記錄以及封孔記錄報(bào)表等。簡易水文觀測項(xiàng)目有哪些1.測量鉆進(jìn)過程中孔內(nèi)水位的變化；2.測量鉆孔中沖洗液消耗量；3.測量鉆孔涌水位置、水頭高度及涌水量；4.記錄鉆孔漏水位置和測量沖洗液突然漏失量；5.記錄鉆孔遇溶洞、老窿時(shí)鉆具驟然下降的起止孔深；6.水溫及其他觀測?？變?nèi)水位測量方法及注意事項(xiàng)測量鉆孔水位，多使用測鐘和電測水位計(jì)注意事項(xiàng)：1.測量讀數(shù)時(shí)，應(yīng)讀到厘米以下；2.沖洗液水位的測量精度與提鉆后下

30、鉆前先后兩次測量時(shí)間間隔長短有關(guān)，一般不少于3-5分鐘；3.測量靜止水位應(yīng)當(dāng)連續(xù)測量，其測量時(shí)間間隔與含水層的透水性或孔內(nèi)水位升降變化的速度和幅度有關(guān)?？咨钫`差發(fā)生的原因及防止措施原因：1.加減鉆桿和更換粗徑鉆具時(shí)，丈量不準(zhǔn)或計(jì)算錯(cuò)誤以及四舍五入的累計(jì)誤差；2.更換新鉆桿時(shí)，部分絲扣沒有上緊而產(chǎn)生測量誤差；3.機(jī)上余尺丈量不準(zhǔn)確的誤差；4.由于丈量鉆具和機(jī)上余尺，使用不同量尺以及量具不精確造成的誤差；5.忽視鋼粒鉆頭的磨耗或使用彎曲的鉆具產(chǎn)生的誤差。措施：1.用鋼尺丈量鉆具，并保持刻度清晰，掌握好“四舍五入”，最小數(shù)值最好讀到5mm；2.測量機(jī)上余尺的尺子要刻度清楚，丈量位置要準(zhǔn)確；3.加減鉆

31、桿要認(rèn)真丈量，正確計(jì)算，更換新鉆桿時(shí)必須上滿絲扣；4.丈量鉆具全長時(shí)，避免記錄和計(jì)算的誤差，最好經(jīng)過二次驗(yàn)證。封孔目的1.隔離礦體頂、底板的含水層，防止礦山開采時(shí)因地下水流入造成水淹事故2.防止地面水沿鉆孔流入礦內(nèi)，造成采礦的困難和危害3.防止地表水和地下水對(duì)礦床的溶蝕和氧化，影響礦石的開采和利用封孔質(zhì)量的檢查方法分為采取液樣和透孔取心兩種。采取液樣：查明封閉液面的實(shí)際位置，從而檢查封孔位置是否符合設(shè)計(jì)要求；從漿液的稀釋情況檢查其質(zhì)量。透孔取心：根據(jù)地質(zhì)要求，分為封閉段全透或部分透以及造斜取心等檢查方法。第十一章·水文地質(zhì)鉆探與水井鉆井水文地質(zhì)水井鉆探特點(diǎn)及井深結(jié)構(gòu)要素特點(diǎn)：1.地層

32、復(fù)雜大多在第四紀(jì)卵礫層、砂層、粘土層或基巖裂隙等地層鉆進(jìn)，易坍塌、漏失和取心困難；2.鉆孔（井）結(jié)構(gòu)復(fù)雜要獲得分層的水文地質(zhì)資料，切斷各含水層之間的水力聯(lián)系。故套管層次多，孔徑大；止水要求嚴(yán)格，孔（井）身結(jié)構(gòu)復(fù)雜；3.鉆進(jìn)方法多地層復(fù)雜，同一鉆孔往往會(huì)遇到迥然不同的地層。如反循環(huán)鉆進(jìn)、空氣鉆進(jìn)、潛孔錘鉆進(jìn)、震動(dòng)鉆進(jìn)等；4.設(shè)備型式多鉆進(jìn)工藝方法多，要求鉆進(jìn)設(shè)備與之相適應(yīng)；5.勞動(dòng)強(qiáng)度大孔（井）徑大，破碎巖屑多；孔（井）深淺，鉆進(jìn)周期不長。要素：1.鉆孔（井）深度需要由勘探或開發(fā)地下水目的層的埋藏深度來決定；2.鉆孔（井）直徑包括開孔直徑、中間變徑、終孔直徑； (1)水文地質(zhì)水井終孔直徑的決定因

33、素有： 巖心直徑要求；濾水灌直徑；抽水泵泵體外徑的尺寸。 (2)中間變徑及其次數(shù)由地層情況決定。 (3)根據(jù)終孔直徑和中間變徑次數(shù)，便可決定開孔直徑。剛繩沖擊鉆特點(diǎn)1.破碎巖石的效果比靜載作用好的多，特別對(duì)大卵礫石、漂石、裂隙硬巖等巖層，效果較好；2.設(shè)備簡單，移動(dòng)方便，維修方便；3.只能鉆進(jìn)垂直孔（井）。軟地層回轉(zhuǎn)取心鉆進(jìn)中面臨的問題軟地層鉆進(jìn)的主要問題是鉆孔（井）容易縮徑、糊鉆、埋鉆、坍塌或擴(kuò)徑等現(xiàn)象。硬地層取心鉆進(jìn)原則大直徑基巖取心的原則是先截?cái)鄮r心，然后再采取巖心。大直徑回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)存在的問題1.排粉問題。2.大直徑基巖地層取心鉆進(jìn)斷取巖心困難。3.擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)鉆具及鉆頭加工較復(fù)雜，起下作業(yè)頻繁，鉆進(jìn)效率較低，成本較高，極易造成斷鉆桿和埋鉆事故。第十二章·工程地質(zhì)鉆探工程地質(zhì)鉆探概念及目的概念：工程地質(zhì)鉆探是采用鉆進(jìn)提取巖心或利用取土器采取原狀土樣，并對(duì)地層進(jìn)行標(biāo)貫等原位測試試驗(yàn)，為工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供地質(zhì)勘查技術(shù)資料的鉆探工作。目的：1.揭露并劃分地層，鑒定、描述巖土的性質(zhì)和成分；2.了解地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)現(xiàn)象分布、界限及形態(tài)；3.采取巖土樣品，供分析試驗(yàn)，以確定巖土的物理力學(xué)性質(zhì)；4.了解地下水類型，測量地下水