現(xiàn)代鉆探技術(shù)

1、2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)1一、鉆探施工過程一、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。2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)2一、鉆探施工過程一、鉆探施工過程2、鉆探施工的主要工序、鉆探施工的主要工序鉆進按下列工序進行：u用升降機把鉆具下入孔內(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；

2、u鉆進一段時間后及時測斜；u提出全套鉆具，停鉆；u封孔。2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)3二、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類二、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類( (一一) )鉆探方法的分類鉆探方法的分類1、根據(jù)鉆進時取心的特點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。2022-4-27現(xiàn)代鉆探

3、技術(shù)4二、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類二、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類( (一一) )鉆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2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)5二、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類二、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類( (一一) )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

4、破巖化學(xué)方法破巖：此法使用較少，如溶解、軟化巖石等。(3)機械方法破巖機械方法破巖：使用最為廣泛，其分類如圖1.5所示。2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)6二、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類二、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類( (一一) )鉆探方法的分類鉆探方法的分類7、根據(jù)鉆進使用的沖洗液分類u清水清水鉆進；u乳化液乳化液鉆進；u泥漿泥漿鉆進(含加重泥漿)；u飽和鹽溶液飽和鹽溶液鉆進(鉆鹽井，以防溶解巖心和孔壁)；u空氣空氣鉆進；u泡沫泡沫鉆進；u霧化霧化鉆進；u充氣泥漿充氣泥漿鉆進(降低泥漿比重，以防漏失)。2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)7二、鉆探工程的應(yīng)用范圍二、鉆探工程的應(yīng)用范圍 和分類和分類( (一

5、一) )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)鉆進沖洗液反循環(huán)鉆進全孔反循環(huán)鉆進孔底局部反循環(huán)鉆進圖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)2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)8第二章巖心鉆探設(shè)備第二章巖心鉆探設(shè)備n第一節(jié) 鉆機n第二節(jié) 泥漿泵n第三節(jié) 動力機n第四節(jié) 鉆塔及其附屬設(shè)備2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)9第一節(jié)鉆機第一節(jié)鉆機一、鉆探工藝對鉆機功能的基本要求一、鉆探工藝對鉆機功能的基本要求1、提供使鉆桿柱及碎巖鉆具(鉆頭)破巖所需的回轉(zhuǎn)動力；2、提

6、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、鉆機的類型二、鉆機的類型 用于巖心鉆探的鉆機分為：機械式鉆機機械式鉆機(包括立軸式鉆立軸式鉆機機和轉(zhuǎn)盤鉆機轉(zhuǎn)盤鉆機)、全液壓鉆機全液壓鉆機。 當(dāng)然還有旋挖鉆機旋挖鉆機、車裝鉆機車裝鉆機、履帶式鉆機履帶式鉆機。2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)10uXY-4型立軸式巖心鉆機型立軸式巖心鉆機uGPS15型轉(zhuǎn)盤式鉆機型轉(zhuǎn)盤式鉆機2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)11u G-3型全液壓鉆機型全液壓鉆機u全液壓坑道鉆機全液壓坑道鉆機2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)12u旋挖鉆機旋挖鉆機旋挖鉆機旋挖鉆機2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)13u車裝鉆機車裝鉆機u

7、履帶式跟管鉆機履帶式跟管鉆機2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)14一、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2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)15帶普通手搖轆的三腳架2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)16兩腳輕便鉆塔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-活動工作臺四角鉆塔1-上部工作面活動棚頂；2-上部工作面；3-

8、活動棚頂；4-玻璃窗；5-塔外安全掛梯2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)17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2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)18一、鉆進工具一、鉆進工具 鉆進工具常指水接頭、主動鉆桿、鉆桿、鉆鋌、液動(風(fēng)動)沖擊器、巖心管、擴孔器、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2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)19金剛石鉆進用的巖心鉆具 鉆粒鉆進用的巖心鉆具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；

9、5-鉆桿2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)20第二節(jié)第二節(jié) 開孔工作開孔工作一、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。 在實際鉆進中遇特殊情況，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2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)21二、硬質(zhì)合金鉆頭二、硬質(zhì)合金鉆頭圖6-9 階梯高肋骨鉆頭示意圖圖6-10 燕尾補強鉆頭示意圖2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)22二、硬質(zhì)合金鉆頭二、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2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)23

10、二、硬質(zhì)合金鉆頭二、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2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)24二、硬質(zhì)合金鉆頭二、硬質(zhì)合金鉆頭圖6-13 矛式全面鉆頭2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)25u硬質(zhì)合金釬頭硬質(zhì)合金釬頭2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)26u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（潛孔錘鉆進用）（潛孔錘鉆進用）2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)27第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、金剛石一、金剛石金剛石天然金剛石復(fù)合片(P

11、DC)按晶形、雜質(zhì)含量、粒度分為首飾級和工業(yè)級金剛石。按品種和用途共分9個等級，地質(zhì)鉆探用為第9級單晶微粉聚晶(PCD)人造金剛石柱狀三角狀 天天然然金金剛剛石石2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)28u人造金剛石復(fù)合片（人造金剛石復(fù)合片（PDC） （Polycrystalline Diamond Compact ）u人造金剛石聚晶（人造金剛石聚晶（PCD）（PolyCrystalline Diamond）2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)29二、孕鑲鉆頭碎巖機理二、孕鑲鉆頭碎巖機理孕鑲鉆頭所用的金剛石的粒度小，且埋藏于胎體中，其實際碎巖機理和砂輪磨削類似，如圖8-3所示。以刃具面多而小的硬質(zhì)點金剛石對

12、巖石進行刻劃磨蝕、微切削、微壓裂壓碎。三三 、復(fù)合片、復(fù)合片( (PDC) )鉆頭碎巖機理鉆頭碎巖機理 PDC鉆頭以切削方式破碎巖石，如圖8-4所示。圖8-3 孕鑲鉆頭的金剛石顆粒工作圖1-胎體；2-金剛石；3-巖石圖8-4 PDC切削齒破巖工作圖2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)30u天然表鑲金剛石取心鉆頭天然表鑲金剛石取心鉆頭u孕鑲金剛石取心鉆頭孕鑲金剛石取心鉆頭2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)31u鋼體式鋼體式PDC取心鉆頭取心鉆頭uPDC肋骨式取心鉆頭模型肋骨式取心鉆頭模型2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)32uPDC內(nèi)外錐全面鉆頭內(nèi)外錐全面鉆頭（常用于石油鉆進）（常用于石油鉆進）2022-4-

13、27現(xiàn)代鉆探技術(shù)33uPDC三翼刮刀無心鉆頭三翼刮刀無心鉆頭uPDC四翼刮刀無心鉆頭四翼刮刀無心鉆頭2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)34uPDC內(nèi)凹三翼無心鉆頭內(nèi)凹三翼無心鉆頭uPDC圓弧支柱無心鉆頭圓弧支柱無心鉆頭2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)35圖9-5 潛孔錘鉆頭示意圖圖9-4 沖擊回轉(zhuǎn)硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu)圖a-大八角肋骨硬質(zhì)合金鉆頭；b-長方片狀肋骨式硬質(zhì)合金鉆頭（a）（b）四、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進鉆頭四、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進鉆頭2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)36u按孔深部位依次擺放的巖心按孔深部位依次擺放的巖心2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)37二、單動雙管取心鉆具二、單動雙管取心鉆具( (三三) )金剛石

14、鉆具金剛石鉆具 下圖10-4所示的是金剛石鉆進一般地層常用的單動雙管鉆具。它主要由異徑接頭，單動裝置回流閥，內(nèi)、外管和卡心裝置等組成。圖10-4 金剛石單動雙管取心鉆具1-異徑接頭；2-合金；3-內(nèi)管接頭；4-“O”型密封圈；5-滾動軸承；6-注油孔；7-外管；8-彈簧；9-球閥座；10-內(nèi)管；11-內(nèi)管短節(jié)；12-擴孔器；13-卡簧；14-卡簧座；15-鉆頭2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)38圖10-5 SC56型繩索取心鉆具1-上接頭；2-茅頭；3-彈簧銷；4-收卡筒；5-彈卡彈簧；6-彈卡室；7-彈卡板；8、10-彈簧銷；9-支塊；11-彈卡支座；12-內(nèi)接頭；13-鍵；14-彈簧；15-

15、墊片；16-鎖母；17-插銷；18-彈簧室；19-油杯；20-螺母；21、23-軸承；22-軸承座；24-調(diào)節(jié)螺母，25-內(nèi)管接頭；26-心軸；27-外管；28-內(nèi)管；29-擴孔器；30短節(jié)；31-卡簧；32-卡簧座；33-鉆頭三、繩索取心鉆具三、繩索取心鉆具2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)39三、繩索取心鉆具三、繩索取心鉆具圖10-6 SC56型繩索取心打撈器1-撈鉤；2-彈簧銷；3-撈鉤室；4-彈簧；5-銷軸；6-套筒；7-重錘；8-鋼繩接頭；9-繩頭節(jié)雙管部分由外管總成外管總成和內(nèi)管總成內(nèi)管總成組成。外管總成包括：彈卡擋頭、彈卡室、穩(wěn)定接頭(擴孔器)外管、擴孔器和鉆頭；內(nèi)管總成包括：撈矛、

16、彈卡、單動機構(gòu)、調(diào)節(jié)機構(gòu)、內(nèi)管及卡取巖心機構(gòu)。2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)40四、反循環(huán)鉆進取心四、反循環(huán)鉆進取心( (一一) )全孔反循環(huán)全孔反循環(huán)在大口徑樁基孔施工時，若用正循環(huán)鉆進，環(huán)空上返速度過慢，不易排粉，故采用全孔反循環(huán)。其工作原理如圖10-7所示。泥漿從外環(huán)直接流入，然后用泵從中心抽出。1-流入；2-抽出圖10-7 全孔反循環(huán)2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)41四、反循環(huán)鉆進取心四、反循環(huán)鉆進取心( (三三) )噴射式孔底反循環(huán)噴射式孔底反循環(huán) 利用射流泵的工作原理來形成孔底反循環(huán)。其工作原理如圖10-9所示。 可用于7級以上硬脆碎巖礦層；也可用于46級松軟、膠結(jié)性差及易磨損的巖

17、礦層；還可用于漏水、涌水地層中的直孔和斜孔鉆進。 與無泵反循環(huán)鉆進相比，優(yōu)點是：使用操作簡便，勞動強度??；孔內(nèi)清潔，鉆效高，埋鉆少，巖礦心采取率有所提高。不足之處：對破碎性巖礦心，噴射作用過強時容易造成層次混亂和分選現(xiàn)象；孔深時，沿程損失大，局部反循環(huán)效果降低且難控制，容易造成巖屑堵塞或發(fā)生事故。1-噴嘴；2-混合室；3-喉管；4-擴散室；5-彎管圖10-9 噴射式孔底反循環(huán)鉆具2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)42二、取土器二、取土器1、限制球閥式、限制球閥式 這種取土器在取土過程中，取土器內(nèi)的液體、氣體將球頂起排出。當(dāng)停止取土?xí)r，由于球上部彈簧的作用將球壓回原閥位置，以起封密作用，如圖13-4

18、所示。這種球閥裝置較自由球閥式（上部無彈簧）密封可靠，但要選擇適當(dāng)?shù)膹椈蓮姸?，以及調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)膲毫ΑＧ虻闹睆脚c排水孔的直徑相適應(yīng)，以使水、氣、泥排出。1-接頭；2-調(diào)節(jié)墊片；3-調(diào)節(jié)螺絲；4-彈簧；5-球閥；6-異徑接頭；7-余土管；8-襯管；9-取土管；10-管靴圖13-4 限制球閥取土器2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)43二、取土器二、取土器2、回轉(zhuǎn)壓入式、回轉(zhuǎn)壓入式 這種取土器有兩層管，外管回轉(zhuǎn)（帶有硬質(zhì)合金鉆頭），內(nèi)管壓入，內(nèi)管與一般球閥式取土器類似?？捎萌肆剞D(zhuǎn)和機械回轉(zhuǎn)進行鉆進，適于深層取土。 人力回轉(zhuǎn)鉆進時，一般不用沖洗液，取土?xí)r，在回轉(zhuǎn)壓入過程中所克取的廢土由外管外表面的螺旋片帶出孔口，如圖13-5所示。機械回轉(zhuǎn)鉆進一般用沖洗液，取土?xí)r內(nèi)管壓入取土，外管回轉(zhuǎn)克取的廢土由沖洗液排出孔口。1-接頭；2-導(dǎo)向頭；3-異徑接頭；4-余土管；5-外管；6-取土管；7-螺旋片；8-管靴圖13-5 回轉(zhuǎn)壓入式取土器2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)44u沖抓錐鉆進施工沖抓錐鉆進施工u沖抓錐沖抓錐2022-4-27現(xiàn)代鉆探技術(shù)45u機械旋挖鉆進施工機械旋挖鉆進施工u機械螺旋鉆進施