金剛石鉆進(jìn)技術(shù)

1、 金剛石鉆進(jìn) 目錄 第一節(jié) XY-4型巖芯鉆機(jī) 第二節(jié) 金剛石鉆頭及擴(kuò)孔器 第三節(jié) 金剛石鉆進(jìn)規(guī)程 第四節(jié) 金剛石鉆進(jìn)技術(shù) 第五節(jié) 繩索取心金剛石鉆進(jìn) 第六節(jié) 金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn) 金 剛 石 鉆 進(jìn) 第一節(jié) XY-4型巖芯鉆機(jī) 一、性能特點(diǎn) XY-4型鉆機(jī)為我國(guó)第一代立軸式金剛石鉆機(jī)。它設(shè)計(jì)先進(jìn)、布局合理、結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、堅(jiān)固耐用、可拆性好、便于搬遷、修理方便。 XY-4型鉆機(jī)可用于固體礦床勘探、工程地質(zhì)及地下水勘探，淺層石油、天然氣勘探、堤壩灌注、坑道通風(fēng)、排水鉆探。 鉆塔建議選用張家口探礦廠產(chǎn)13米或18米高鉆塔，并配置場(chǎng)房塔衣。建議配用BW200型泥漿泵，也可配用BW250型泥漿泵。

2、主要參數(shù)鉆孔深度43mm鉆桿1000m、50mm鉆桿700m回轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)速（正轉(zhuǎn)八速）1351588r/min；（反轉(zhuǎn)兩速）110；338r/min立軸行程：600mm 立軸內(nèi)徑：68mm最大加壓力：54KN最大起拔力：72KN卷?yè)P(yáng)機(jī)提升速度（第三層）：1.09；2.02；2.89；4.18m/s最大提升能力（單繩）：30KN移動(dòng)裝置移動(dòng)油缸行程：400mm 鉆機(jī)離開孔口距離：250mm動(dòng)力（按用戶需要配）電動(dòng)機(jī)：30kw，1470r/min柴油機(jī)：36.75kw，2000r/min重量（不包括動(dòng)力機(jī)）：1500kg外形尺寸（長(zhǎng)寬高）：264011001750mm XY4型鉆機(jī)外貌圖 二、鉆機(jī)組成

3、 該鉆機(jī)由動(dòng)力機(jī)和鉆機(jī)本體兩大部分所組成。動(dòng)力機(jī)可配新4105或495型柴油機(jī)，也可配 JO2724型電動(dòng)機(jī)。鉆機(jī)本體包括離合器、變速箱、分運(yùn)箱、 回轉(zhuǎn)器，液壓操縱系統(tǒng)、前后機(jī)架、機(jī)座等。 三、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的任務(wù)是傳遞與切斷動(dòng)力，變速變矩、換向、分配動(dòng)力、并 實(shí)現(xiàn)柔性傳動(dòng)與過(guò)載保護(hù)。 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)包括回轉(zhuǎn)器、卷?yè)P(yáng)機(jī)(升降機(jī))、油泵和轉(zhuǎn)速表四個(gè)傳動(dòng)鏈。 1離合器； 2變速箱； 3萬(wàn)向軸； 4分動(dòng)箱； 5回轉(zhuǎn)器； 6油壓卡盤； 7卷?yè)P(yáng)機(jī)； 8油泵XY4型鉆機(jī)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)圖 四、液壓操縱系統(tǒng) 1、功用 液壓操縱系統(tǒng)用以完成立軸下降、停留、上升、移動(dòng)鉆機(jī)、松緊卡盤、擰卸鉆桿等操作。 通過(guò)

4、調(diào)整給進(jìn)油缸壓力可以滿足加、減壓鉆進(jìn)和強(qiáng)力起撥等工藝要求，通過(guò)系統(tǒng)壓力表可以反映液壓系統(tǒng)壓力，通過(guò)鉆壓表可以反映鉆進(jìn)壓力、鉆具重力及加、減壓值。 2、組成 液壓操縱系統(tǒng)主要由油箱、齒輪油泵、液壓操縱閥(閥組)、鉆壓表、給進(jìn)控制閥、各種油缸及擰管機(jī)液壓馬達(dá)等元件組成。 五、使用與維護(hù)保養(yǎng) 1、鉆機(jī)的安裝 (1)鉆機(jī)底座應(yīng)用地腳螺栓緊固在基臺(tái)上?；_(tái)安裝應(yīng)水平周正?；_(tái)構(gòu)件之間連接 應(yīng)牢固可靠； (2)卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩頭應(yīng)卡牢在卷筒上，并認(rèn)真檢查各處繩卡防止松脫； (3)打開液壓卡盤裝上六方主動(dòng)鉆桿或圓鉆桿檢查其在卡瓦中活動(dòng)能否自如，必要時(shí)校直鉆桿； 2、開鉆前準(zhǔn)備和檢查 (1)檢查鉆機(jī)各部連接螺栓是

5、否緊固可靠； (2)按照潤(rùn)滑要求加注潤(rùn)滑油脂； (3)檢查油箱、變速箱、分動(dòng)箱油量是否適當(dāng)； (4)檢查各操縱手柄扳動(dòng)是否靈活，工作是否可靠； (5)脫開離合器，將分動(dòng)手柄放在回轉(zhuǎn)位置，用手扳動(dòng)立軸，檢查各傳動(dòng)件運(yùn)轉(zhuǎn)是否靈敏，是否有雜音； (6)將液壓操縱閥各手柄依次放入各工作位置，使油壓升至80公斤厘米2，檢查各儀表、油缸、油管，接頭是否漏油； (7)觀察各儀表工作是否正常； (8)檢查卷?yè)P(yáng)機(jī)抱閘調(diào)整是否適度。 3、鉆機(jī)操作注意事項(xiàng) (1)待動(dòng)力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，方能開動(dòng)鉆機(jī)。接合離合器要平穩(wěn)，不得沖擊； (2)扳動(dòng)變速箱或分動(dòng)箱手柄變速時(shí)，必須首先脫開離合器，嚴(yán)禁開車變速，待齒輪 轉(zhuǎn)速減慢后方

6、可換檔，以免打壞齒輪； (3)各換檔齒輪掛檔應(yīng)完全掛滿，以免自動(dòng)滑檔損壞齒輪； (4)運(yùn)轉(zhuǎn)中注意檢查各運(yùn)轉(zhuǎn)部件，如軸承、齒輪箱等溫度不得超過(guò)600C，如過(guò)熱應(yīng)停 機(jī)檢查； (5)發(fā)現(xiàn)離合器發(fā)熱或打滑，應(yīng)停機(jī)檢查，并調(diào)整離合器摩擦片的間隙。間隙調(diào)整應(yīng)合適。如過(guò)緊，離合器將接合不上； 如過(guò)松，離合器將在半離合狀態(tài)下工作，這將造成傳遞 扭矩降低，離合器過(guò)熱或摩擦片迅速磨損； (6)開動(dòng)鉆機(jī)鉆進(jìn)前，應(yīng)先將鉆具提高孔底，再合上離合器待鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后再給壓鉆進(jìn)； (7)一般情況下提升抱閘和制動(dòng)抱閘不可同時(shí)使用，卷?yè)P(yáng)機(jī)不應(yīng)超負(fù)荷吊重； (8)新鉆機(jī)或停鉆時(shí)間較長(zhǎng)的鉆機(jī)在開鉆前，鉆機(jī)應(yīng)開2速運(yùn)轉(zhuǎn)最少20分鐘，

7、待各齒輪、軸承濺上潤(rùn)滑油后方可進(jìn)行正常工作； (9)開車前應(yīng)將鉆機(jī)鎖緊裝置鎖緊方可開鉆，防止因振動(dòng)造成鉆機(jī)體后退； (10)轉(zhuǎn)速表不可反轉(zhuǎn)，如回轉(zhuǎn)器需反轉(zhuǎn)，應(yīng)將轉(zhuǎn)速表軟軸卸下，以免損壞轉(zhuǎn)速表； (11)在鉆進(jìn)及提升過(guò)程中不得扳動(dòng)鉆機(jī)移動(dòng)操縱手柄； (12)鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中如出現(xiàn)異常噪音，應(yīng)停機(jī)查明原因并加以除； (13) 在制動(dòng)抱閘制動(dòng)情況下，操作者不得離開，必要時(shí)應(yīng)用棘爪將凸輪卡?。?(14)抱閘剎帶上不得濺有油污，以免打滑； (15)所有液壓操縱手柄不能同時(shí)使用； (16)操縱鋼球定位的操縱閥時(shí)，不能用力過(guò)猛，應(yīng)熟練掌握每一定位位置的正確定位點(diǎn)。操縱彈簧自動(dòng)復(fù)位的操縱閥時(shí)，應(yīng)扳到底，否則容易造成

8、壓力沖擊易損壞壓力表； (17)為合理使用液壓系統(tǒng)，確保安全操作，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)各種狀態(tài)、工作壓力值推薦如下表： (18)卷?yè)P(yáng)機(jī)“水冷”使用結(jié)束后，應(yīng)將存水放盡并卸下橡膠水封涂上潤(rùn)滑油，以免零件生銹或凍壞卷筒； (19)鉆機(jī)后退移動(dòng)前，切切注意解開鉆機(jī)鎖緊裝置； (20)鉆機(jī)長(zhǎng)期不用，各表露部分涂以潤(rùn)滑脂以防生銹。 4、鉆機(jī)常見故障及排除方法序號(hào)故障原因排除方法1摩擦離合器發(fā)熱、打滑摩擦片間隙過(guò)大；摩擦片磨損。松動(dòng)調(diào)節(jié)螺母上的六角螺栓右旋調(diào)整螺母調(diào)整摩擦片間隙；更換摩擦片。2離合器離合撥動(dòng)不靈活滑套與離合器輸入軸缺油適當(dāng)加注潤(rùn)滑油潤(rùn)滑3變速箱變速手柄掛擋失靈變速手柄球脫離了撥叉槽擰緊變速箱側(cè)箱蓋上

9、的半球狀螺母4萬(wàn)向軸徑向強(qiáng)烈震動(dòng)萬(wàn)向節(jié)兩端叉子未對(duì)準(zhǔn)在同一平面上卸開重新對(duì)正安裝序號(hào)故障原因排除方法5卷?yè)P(yáng)機(jī)剎帶打滑剎帶制動(dòng)面上有油污；抱閘與閘輪間隙調(diào)整不當(dāng)用汽油清洗剎帶內(nèi)表面；適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。6卷?yè)P(yáng)機(jī)冷卻水套漏水水套密封圈磨損更換新密封圈7液壓卡盤夾持無(wú)力打滑卡瓦磨損；碟形彈簧失效或斷裂。更換新卡瓦；更換碟形彈簧。8液壓卡盤在倒桿時(shí)自卡液壓操縱閥卡盤控制閥內(nèi)泄漏嚴(yán)重更換新閥9液壓卡盤松不開液壓系統(tǒng)壓力不足調(diào)整調(diào)壓溢流閥中調(diào)整彈簧及調(diào)整螺母使系統(tǒng)壓力達(dá)80X105Pa 序 號(hào) 故 障 原 因 排除方法10立軸與導(dǎo)管卡死或過(guò)度磨損立軸上下密封裝置損失進(jìn)入污物；立軸與導(dǎo)管間潤(rùn)滑不良修理密封裝置；打

10、開回轉(zhuǎn)器標(biāo)牌通過(guò)立軸導(dǎo)管上油咀加注潤(rùn)滑脂。11液壓系統(tǒng)壓力不足油泵皮帶打滑；各油缸、各閥的油管及管接頭漏油，調(diào)壓溢流閥調(diào)整螺母松動(dòng)；油泵過(guò)度磨損。調(diào)整皮帶；消除泄漏；調(diào)整調(diào)壓溢流閥的調(diào)整螺母提高工作壓力；更換油泵。12油泵起動(dòng)后不上油油箱內(nèi)無(wú)油，油泵吸空；過(guò)濾器堵塞；吸油管吸扁不上油。加油；清洗過(guò)濾器；更換鋼絲編織膠管。序 號(hào)故 障原 因排除方法13油泵發(fā)熱油泵吸油管閥門關(guān)閉；液壓油粘度過(guò)大； 油泵磨損 ； 油泵傳動(dòng)裝置與泵裝配不良。打開閥門開關(guān)；更換液壓油；修理或更換油泵；提高裝配同心度。14液壓系統(tǒng)油溫過(guò)高高壓工作時(shí)間太長(zhǎng)；油泵損壞；油箱存油太少。減壓鉆進(jìn)應(yīng)采用給進(jìn)控制閥控制；修理或更換油

11、泵；加油。 5、定期保養(yǎng) (1)班保養(yǎng) 將鉆機(jī)外表擦凈，注意底座滑道、立軸、導(dǎo)向桿等表面的清潔，保持良好的潤(rùn)滑； 檢查所有表露在外的螺栓、螺母、保險(xiǎn)銷釘?shù)仁欠窭喂炭煽浚?按要求進(jìn)行潤(rùn)滑； 檢查變速箱、分動(dòng)箱油位； 檢查液壓油箱油位； 檢查漏油，漏氣情況，并加以消除； 消除在本班內(nèi)發(fā)生的其它故障。 (2)周保養(yǎng) 徹底進(jìn)行班保養(yǎng)內(nèi)容； 立軸箱加潤(rùn)滑脂； 清除液壓卡盤及下卡盤的油垢或塵土； 根據(jù)周保養(yǎng)要求進(jìn)行潤(rùn)滑； 清洗抱閘內(nèi)表面。 (3)月保養(yǎng) 徹底進(jìn)行周保養(yǎng)內(nèi)容； 卸開卡盤，清洗卡瓦、卡瓦座、碟形彈簧等，并給推力軸承換油； 給橫梁軸承加注鋰基潤(rùn)滑脂； 清洗油箱過(guò)濾器，更換變質(zhì)的液壓油； 檢查變速

12、箱、分動(dòng)箱、回轉(zhuǎn)器內(nèi)的潤(rùn)滑油，若變。質(zhì)應(yīng)及時(shí)更換； 檢查各部件的技術(shù)狀況，如有損傷及時(shí)更換,不得帶病工作。 6、鉆機(jī)的液壓油及潤(rùn)滑 (1)鉆機(jī)使用油料 鉆機(jī)用液壓油，要求采用機(jī)械油，夏季為20號(hào)，冬季為10號(hào)； 變速箱和分動(dòng)箱潤(rùn)滑油，要求采用齒輪油(SYBll03-62S)，夏季用代號(hào)為HL30的齒輪油，冬季用代號(hào)為HL20的齒輪油。也可使用鉆機(jī)油(SYBll53-59)，代號(hào)為20號(hào)油； 潤(rùn)滑脂，對(duì)橫梁中軸承，要求采用1號(hào)鋰基潤(rùn)滑脂，卷?yè)P(yáng)機(jī)行星齒輪機(jī)構(gòu)及卷筒內(nèi)軸承，要求采用1號(hào)復(fù)合鋁基潤(rùn)滑脂，其它各部位均用2號(hào)鈣基潤(rùn)滑脂。 (2)潤(rùn)滑部位及潤(rùn)滑要求 分動(dòng)箱加油量以油塞溢出為限，變速箱加油見油

13、尺。其它潤(rùn)滑部位及潤(rùn)滑要求見下圖及下表。 XY一4型鉆機(jī)潤(rùn)滑部位圖 鉆 機(jī) 潤(rùn) 滑 表 第二節(jié) 金剛石鉆頭及擴(kuò)孔器 金剛石鉆頭及擴(kuò)孔器是直接碎巖的工具，其質(zhì)量的好壞及與地層的適應(yīng)性，直接影響鉆進(jìn)的效率、鉆孔的質(zhì)量和鉆探的成本。 在中硬和堅(jiān)硬巖石層中，使用金剛石鉆頭鉆進(jìn)具有效率高、質(zhì)量好、事故少、裝配輕、勞動(dòng)強(qiáng)度低、鉆探成本低、本體輕、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。 巖石愈致密堅(jiān)硬，利用金剛石鉆頭鉆探時(shí)小時(shí)效率提高的幅度愈大。 電鍍金剛石鉆頭適用于較完整、研磨性較弱的偏軟地層的鉆進(jìn)，具有時(shí)效高、鉆速快等特點(diǎn)。 金剛石燒結(jié)鉆頭（熱壓燒結(jié)金剛石鉆頭）適用范圍較廣，具有極強(qiáng)的耐磨性，壽命長(zhǎng)、時(shí)效高，鉆頭內(nèi)外徑保持

14、較好，能有效提高巖芯采取率、保證鉆孔孔徑。 金剛石雙管鉆頭適用于對(duì)巖芯采取率要求較高或不完整地層、鉆孔較淺的工作環(huán)境的鉆進(jìn)。 單管金剛石鉆頭適用于對(duì)巖芯采取率要求不高或較完整地層的鉆進(jìn)，鉆孔較淺。 金剛石繩索取芯鉆頭（繩索取芯金剛石鉆頭）適用于對(duì)巖芯采取率要求很高并鉆孔較深的鉆探環(huán)境，尤其在鉆深孔時(shí)更能充分發(fā)揮效率。 電鍍金剛石擴(kuò)孔器能較好的配合鉆頭鉆進(jìn)，適用于較完整地層。 無(wú)壓燒結(jié)擴(kuò)孔器產(chǎn)品使用壽命較長(zhǎng)，能最大程度的保證孔徑，適用于破碎、不完整地層。普通雙管金剛石擴(kuò)孔器 單管擴(kuò)孔器 繩索取心擴(kuò)孔器 打撈器具 鉆探工具 一、金剛石鉆頭 (一)金剛石鉆頭的類型 1、 表鑲鉆頭 它是指將較大粒度的

15、金剛石(15100?？死?鑲在胎體表面，般出露1/31/4在胎體表面。鉆頭按金剛石粒度大小，分為粗粒鉆頭(粒度為15-25?？死?，中粒鉆頭(粒度為2540粒克拉)，細(xì)粒鉆頭(粒度為40-60?？死?，特細(xì)粒鉆頭(粒度為60-100粒克拉)。一般說(shuō)，表鑲鉆頭適用于鉆進(jìn)中硬至堅(jiān)硬完整地層。當(dāng)巖石愈硬，則選用金剛石粒度愈細(xì)的鉆頭。 2、 孕鑲鉆頭 金剛石(150400?？死蚋?xì)的，即20100目)與胎體成分混在一起，鑲焊在鉆頭上，用于鉆進(jìn)堅(jiān)硬及較破碎的巖層。鉆進(jìn)時(shí)，隨著胎體的磨損，金剛石出刃不斷出露。因此，與表鑲鉆頭相比，孕鑲鉆頭具有回轉(zhuǎn)平穩(wěn)和鉆速穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍廣。 3、復(fù)合片鉆頭 它是將復(fù)合

16、片直接或者切割成所需形狀，鑲焊在鉆頭上。這種鉆頭適用于鉆進(jìn)中硬地層 (二)金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu) 在實(shí)際工作中，必須根據(jù)所鉆巖石的性質(zhì)，選擇合理的鉆頭結(jié)構(gòu)，以便使鉆頭獲得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)要素包括金剛石含量，金剛石粒度與出刃，胎體性能，底唇形狀等。 金剛石鉆頭的種類很多，結(jié)構(gòu)也不盡相同，最常見的標(biāo)準(zhǔn)鉆頭的結(jié)構(gòu)要素如圖所示。 金剛石鉆頭組成部分 l金剛石； 2胎體； 3鉆頭體 金剛石鉆頭刃部剖視圖 (a)：表鑲鉆頭 l底刃金剛石； 2邊刃金剛石； 3側(cè)刃金剛石； 4胎體； 5鉆頭體 (b)：孕鑲鉆頭 1金剛石； 2工作部分胎體 3非工作部分胎體； 4鉆頭體； h孕鑲層高度 1、金剛石

17、的粒度和出刃 金剛石粒度主要根據(jù)巖性來(lái)選擇。巖層愈硬，粒度愈?。粠r層愈致密，金剛石粒度愈細(xì)。根據(jù)巖性不同推薦的金剛石粒度見下表 。 表鑲鉆頭的出刃，一般不超過(guò)金剛石顆粒直徑的1/31/4，大約為0.0.5mm。軟至中硬巖層采用大出刃，硬而中等研磨性巖層采用較小出刃，破碎、裂隙發(fā)育巖層則采用最小的出刃。金剛石的出刃應(yīng)力求一致，否則，將加速金剛石的磨損，影響鉆進(jìn)效率。 孕鑲鉆頭有一定程度的自銳作用，它的出刃由胎體性能來(lái)保證。 2、金剛石在唇面的排列 金剛石在鉆頭唇面上的排列是表鑲鉆透重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。鉆進(jìn)過(guò)程中，邊刃負(fù)擔(dān)最重，其次為底部，再次為側(cè)部。因此，優(yōu)質(zhì)金剛石用于邊部，品級(jí)較高的用于底部，品極較

18、低及回收金剛石用于側(cè)部。 單位面積內(nèi)擺放金剛石的數(shù)目稱為鉆頭的充滿度。擺放的充滿度過(guò)小，在單位孔底碎巖面上金剛石工作面過(guò)小，相對(duì)金剛石負(fù)擔(dān)過(guò)大，則鉆頭壽命短；相反，充滿度過(guò)大，鉆頭成本高，還會(huì)影響孔底的沖洗。 在鉆頭唇面厚度方向多采用同心環(huán)狀排列，并在徑向必須有一定的重疊度，減少鉆頭唇部拉槽的可能性。金剛石鉆頭唇面上的排列方式有放射排列，螺旋排列和等距離排列等。 金剛石在唇面的排列a放射排列，b螺旋排列 ，c等距離排列 3、鉆頭的唇面斷面形狀 表鑲金剛石鉆頭的唇面斷面形狀應(yīng)根據(jù)巖性、鉆頭的壁厚和工作穩(wěn)定性的要求不同來(lái)選擇。一般的選用原則是： (1) 圓弧形唇面（圓弧半徑胎體厚度的一半）可較好地

19、保護(hù)鉆頭的內(nèi)外徑，適用于中硬和硬巖層，使用范圍廣； (2) 半圓形唇面（圓弧直徑=胎體厚度）可布置較多的金剛石，緩解了規(guī)徑刃的過(guò)分磨損，適用于堅(jiān)硬和軟硬互層的研磨性巖層； (3) 多階梯形唇面多用于壁厚大的鉆頭（如繩索取心），適用于中硬和硬巖層，有利于破巖和導(dǎo)向； (4) 內(nèi)錐形唇面適用于研磨性強(qiáng)的和破碎的巖層及容易引起鉆頭內(nèi)邊刃過(guò)早磨損的巖層，也可鉆進(jìn)礫巖，用于厚壁鉆頭； 孕鑲金剛石鉆頭的唇面形狀比較簡(jiǎn)單，多為平底形，在孔內(nèi)磨合一段時(shí)間后便自然形成圓弧形。如果堅(jiān)硬、弱研磨性的巖石或鉆頭壁較厚，可把鉆頭唇面做成同心環(huán)槽、鋸齒狀或階梯形，以使比壓集中并在孔底形成破巖自由面。 (5) 外錐形唇面適

20、用于較軟和易碎的地層，多用于雙管和繩索取心鉆頭。 4、 鉆頭的水口與水槽 鉆頭的水路直接影響著孔底沖洗及鉆進(jìn)效果。常用的水口形狀見圖。由于表鑲鉆頭的主水路是唇面與孔底之間的間隙，故水口和水槽的數(shù)目不能太多，這樣可強(qiáng)制讓沖洗液從主水路通過(guò)，以便有效地冷卻唇面金剛石和及時(shí)排除孔底巖粉。 (a) (b) (c) (d) 表鑲金剛石鉆頭的水口形式(a)直水口；(b)正螺旋水口；(c)反螺旋水口；(d)底噴水口 5、 金剛石在胎體中的含量 金剛石的含量決定于鉆頭的直徑和巖石性質(zhì)。鉆頭直徑大，克取巖石面積大，則所需的金剛石數(shù)量多；反之，則少些。同一直徑的鉆頭，巖層研磨性強(qiáng)，金剛石磨耗快，金剛石的數(shù)量也應(yīng)增

21、加。 孕鑲鉆頭使用濃度來(lái)表示金剛石在胎體中的含量，它是影響孕鑲鉆頭性能的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。濃度的算法沿用砂輪制造業(yè)的400%濃度制，當(dāng)金剛石的體積占胎體工作層體積的1/4時(shí)，其濃度為100%，此時(shí)每立方厘米金剛石層含44克拉金剛石，全部都是金剛石時(shí)，濃度為400%。選擇金剛石濃度的依據(jù)是所鉆巖性、金剛石的品級(jí)和粒度，同時(shí)必須兼顧胎體的包鑲能力和鉆壓值的大小。即巖石越堅(jiān)硬致密，金剛石質(zhì)量好，粒度細(xì)，濃度宜較低；唇面比壓較大時(shí)可選較高的濃度，這樣對(duì)提高胎體耐磨性也有好處。合適的濃度為70%120%，過(guò)高了將影響胎體的包鑲能力和鉆速。 6、鉆頭的胎體性能與成分 胎體是金剛石與鉆頭體之間的膠結(jié)物質(zhì)。表鑲鉆

22、頭胎體的作用在于牢固包鑲金剛石并可靠地與鋼體焊接。而孕鑲鉆頭的胎體還要保證金剛石在鉆進(jìn)過(guò)程中有自銳作用，因此，對(duì)胎體要求具有足夠的抗壓強(qiáng)度和抗沖擊韌性，以及有良好的自銳性，并能便于鑲焊，使金剛石牢固地焊接在鉆頭體上。 對(duì)孕鑲鉆頭而言，根據(jù)所鉆巖石正確選擇胎體硬度（耐磨性）是非常重要的。為了保證孕鑲金剛石能及時(shí)出刃，在鉆進(jìn)過(guò)程中孕鑲鉆頭胎體的磨損應(yīng)稍超前于金剛石。合適的胎體耐磨性應(yīng)能使唇面金剛石正常出刃（自銳），并且在每粒金剛石的后面形成蝌蚪狀支撐。隨著工作金剛石的磨鈍，胎體應(yīng)在巖粉的磨蝕下促進(jìn)新的金剛石出刃。 當(dāng)巖石更硬時(shí)，金剛石磨損得更快，但這時(shí)產(chǎn)生的巖屑更薄，數(shù)量更少，所以在堅(jiān)硬的巖石中鉆

23、進(jìn)時(shí)，必須選擇低耐磨性（硬度較?。┑奶ンw。 孕鑲金剛石鉆頭的出刃情況(a)出刃合適； (b)出刃過(guò)快； (c)出刃過(guò)慢 我國(guó)把胎體硬度分為六級(jí)，如表所示，表鑲鉆頭對(duì)胎體硬度要求不嚴(yán)，一般在級(jí)間選擇（HRC3545）。 胎體成分主要由骨架材料和粘結(jié)金屬組成。骨架材料常用碳化鎢這種高熔點(diǎn)材料，使胎體具有較高的硬度和耐磨性。粘結(jié)金屬目前采用銅基和金，把金剛石、骨架材料粘結(jié)在一起，形成一種具有良好強(qiáng)度和韌性的假合金。胎體 HRC 硬度(HRC) - 是材料抵抗外物刺入的一種能力。試驗(yàn)鋼鐵硬度的最普通方法是用銼刀在工件邊緣上銼擦, 由其表面所呈現(xiàn)的擦痕深淺以判定其硬度的高低。 這種方法稱為銼試法 這種方

24、法不太科學(xué)。 用硬度試驗(yàn)器來(lái)試驗(yàn)極為準(zhǔn)確, 是現(xiàn)代試驗(yàn)硬度常用的方法。 最常用的試驗(yàn)法是洛氏硬度試驗(yàn) 。 洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)利用鉆石沖入金屬的深度來(lái)測(cè)定金屬的硬度, 沖入深度愈大, 硬度愈小。 鉆石沖入金屬的深度, 可從指針指出正確的數(shù)字, 該數(shù)字稱為洛氏硬度數(shù)。通常一把好刀的刀刃硬度應(yīng)在落克威爾硬度50HRC以上,60HRC以下.簡(jiǎn)而言之,硬度越高,抗磨損能力越高,但脆性也約大.非鋼合金，象鎢鉻鈷合金等硬度都較低，只有大約40HRC，但它們的抗磨損能力也很高。 7、保徑與補(bǔ)強(qiáng) 孕鑲鉆頭如果徑向磨損過(guò)多，鉆頭便報(bào)廢。為此多采用“保徑”措施來(lái)保護(hù)其內(nèi)外徑。方法是采用硬質(zhì)合金，金剛石聚晶體、復(fù)合體及金

25、剛石等硬質(zhì)材料置于胎體內(nèi)外緣上，增加其耐磨性，同時(shí)還起補(bǔ)強(qiáng)作用。 用針狀硬質(zhì)合金或金剛石聚晶體等塊狀材料保徑，是在鉆頭制造時(shí)把保徑材料和金剛石同時(shí)燒結(jié)在胎體上，其位置是分布在胎體內(nèi)外壁或水口處，如圖a所示。 金剛石保徑，是在鉆頭制造時(shí)把保徑金剛石鑲結(jié)在胎體內(nèi)外壁上，如圖所示。 金剛石鉆頭保徑a一聚晶體保徑： 1一工作層； 2一金剛石聚晶： 3一胎體； 4一鋼體；b一金剛石保徑： 1一工作層； 2一胎體； 3一保徑金剛石； 4一鋼體 二、擴(kuò)孔器 擴(kuò)孔器是連接在鉆頭之上，起到修整孔壁，保持孔徑，防止鉆頭在鉆進(jìn)中因磨損造成孔徑變小，以致下回次新鉆頭下不到底。另外，由于擴(kuò)孔器比鉆頭直徑大0.30.5m

26、m，所以，擴(kuò)孔器還具有導(dǎo)正鉆頭，減輕鉆頭擺動(dòng)，增加鉆具的穩(wěn)定性，有利于提高鉆頭壽命，防止孔斜作用。 擴(kuò)孔器按包鑲形式，分表鑲擴(kuò)孔器和孕鑲擴(kuò)孔器；按使用的巖心管不同分單管擴(kuò)孔器和雙管擴(kuò)孔器；按棱條形狀分直條形擴(kuò)孔器和螺旋形擴(kuò)孔器及直棱形擴(kuò)孔器。 金剛石鉆頭擴(kuò)孔器 金剛石鉆頭擴(kuò)孔器 第三節(jié) 金剛石鉆進(jìn)規(guī)程 一、金剛石鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù) 鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)包括鉆壓、轉(zhuǎn)速和沖洗液量3個(gè)參量。表鑲和孕鑲金剛石鉆頭的特點(diǎn)和碎巖機(jī)理，決定了它們必須采用以高轉(zhuǎn)速為主體的鉆進(jìn)規(guī)程。特別是孕鑲鉆頭，由于粒度小，切入少，要獲得高鉆速必須依靠鉆頭的高轉(zhuǎn)速。同時(shí)，考慮到金剛石性脆和不耐高溫等弱點(diǎn)，必須配合適當(dāng)?shù)你@壓和足夠的沖洗液量

27、。評(píng)定金剛石鉆進(jìn)規(guī)程是否合理，要綜合鉆速、鉆頭的總進(jìn)尺和單位進(jìn)尺金剛石的耗量三個(gè)方面的指標(biāo)來(lái)衡量。 1、鉆壓 鉆壓與鉆速和金剛石耗量的關(guān)系曲線如圖所示，可分為三個(gè)區(qū)：區(qū)為表面研磨破碎，鉆速極低；區(qū)為疲勞破碎，依靠多次重復(fù)使裂紋擴(kuò)展才能破碎巖石；區(qū)為體積破碎區(qū)，鉆速隨鉆壓增長(zhǎng)很快，但單位進(jìn)尺的金剛石耗量也增長(zhǎng)很快。圖中顯示，過(guò)大的鉆壓將使金剛石耗量急劇增大，并導(dǎo)致鉆速有所下降，因此建議取鉆壓值在圖中的最優(yōu)區(qū)內(nèi)。鉆壓對(duì)鉆速和金剛石耗量的影響 （1）、表鑲金剛石鉆頭的鉆壓P P=G p 式中：G鉆頭上的金剛石粒數(shù)； P單粒金剛石上允許的壓力，kgf/粒 細(xì)粒金剛石：p1.01.5 kgf /粒；中粒

28、金剛石：p1.52.0 kgf /粒；粗粒金剛石：p2.03.0 kgf /粒；特優(yōu)質(zhì)級(jí)金剛石：p5.0 kgf /粒； （2）、孕鑲金剛石鉆頭的鉆壓W W=Fq 式中：F鉆頭實(shí)際工作唇面面積，cm2； Q單位底唇面面積上允許的壓力，kgf /cm2。 中硬巖石：q4050 kgf /cm2；堅(jiān)硬巖石或金剛石質(zhì)量高者：q6070 kgf /cm2。 不同類型金剛石鉆頭推薦采用的鉆壓值如表所示。 單位：kgf 選擇和施加鉆壓時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： (1) 巖石性質(zhì) 鉆進(jìn)軟的弱研磨性或破碎、非均質(zhì)巖層時(shí)，宜選下限鉆壓，反之亦然。 (2) 金剛石鉆頭上的金剛石質(zhì)量好、數(shù)量多、粒度大時(shí)，宜選用上限鉆壓，

29、反之亦然。 (3) 鉆頭類型 鉆頭口徑大、壁厚、胎體較軟時(shí)，宜選用上限鉆壓。 (4)鉆頭的初磨 每個(gè)新鉆頭的鉆進(jìn)應(yīng)分為磨合階段和正常鉆進(jìn)階段。在初磨階段應(yīng)使用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速，一般低25%40%，讓鉆頭唇面形狀與孔底及巖心根部逐漸相吻合。 (5) 孔底實(shí)際鉆壓 一般地表測(cè)得的鉆壓值都是鉆具自重加上或減去油壓的指示值，而由于鉆孔彎曲、泵壓的脈動(dòng)和巖性不均質(zhì)造成鉆具振動(dòng)，使孔底實(shí)際的瞬時(shí)動(dòng)載鉆壓可能是地表儀表指示鉆壓的03倍。因此，對(duì)于深孔、斜孔和非均質(zhì)巖層應(yīng)取較小的鉆壓。 2、轉(zhuǎn)速 由金剛石鉆進(jìn)的機(jī)理可知，轉(zhuǎn)速是影響金剛石鉆頭鉆速的重要因素，在一定的條件下，轉(zhuǎn)速越快，鉆速也越高。轉(zhuǎn)速與金剛石磨損的

30、關(guān)系比較復(fù)雜，若其他條件不變，鉆頭轉(zhuǎn)速存在著臨界值，即在某一轉(zhuǎn)速下金剛石磨損量最小。 （1）、表鑲金剛石鉆頭的線速度 表鑲金剛石鉆頭所用的金剛石粒度較大，出刃量也較大，允許有較大的切入量，所以轉(zhuǎn)速應(yīng)低于孕鑲鉆頭。推薦的線速度為12m/s。 （2）、孕鑲金剛石鉆頭的線速度 孕鑲金剛石鉆頭所用的金剛石粒度很小（一般粒徑0.2mm左右），出刃量微小，主要靠高轉(zhuǎn)速來(lái)獲取鉆進(jìn)效率。推薦的線速度為1.53m/s。 表鑲和孕鑲金剛石鉆頭適用的轉(zhuǎn)速 單位：r/min 選擇合理的轉(zhuǎn)速時(shí)，還應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： (1) 巖石性質(zhì) 如果巖層較破碎、軟硬不均、孔壁不穩(wěn)時(shí)，宜選用下限轉(zhuǎn)速。 (2) 鉆孔 如果鉆孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

31、環(huán)空間隙小、孔深不大時(shí)，應(yīng)盡量選用高轉(zhuǎn)速，反之亦然。 (3) 設(shè)備和鉆具 在實(shí)際工作中常因鉆機(jī)的能力和鉆桿柱的質(zhì)量限制了選用高轉(zhuǎn)速。 3、 沖洗液泵量 沖洗液在金剛石鉆進(jìn)中除了排粉、冷卻、護(hù)壁功能外，還將起到潤(rùn)滑鉆具、幫助孕鑲鉆頭自銳的作用。 一般根據(jù)液流上返速度來(lái)確定金剛石鉆進(jìn)所需的泵量Q： Q=6vF (L/min) 式中： v環(huán)隙空間的上返流速，金剛石鉆進(jìn)要求v0.30.5m/s； F-鉆孔的環(huán)空面積， cm2。 由于表鑲、孕鑲金剛石鉆頭鉆進(jìn)時(shí)鉆孔環(huán)狀間隙很小，沖洗液的流動(dòng)阻力很大，所以金剛石鉆進(jìn)基本是以不大的泵量和較高的泵壓來(lái)工作的。泵量過(guò)大不僅增大工作泵壓，容易沖蝕孔壁和巖心，還會(huì)過(guò)

32、量抵消鉆壓，引起鉆具的振蕩。另外，泵壓是反映孔底工況的敏感參數(shù)之一，必須密切加以注意。例如，鉆進(jìn)中突然鉆速降低而泵壓猛增時(shí)，可能是發(fā)生巖心堵塞或燒鉆的預(yù)兆；泵壓逐漸下降則可能是鉆桿裂紋并正在逐漸擴(kuò)大。 金剛石鉆進(jìn)中常用的泵量推薦值 同時(shí)還應(yīng)綜合考慮下述內(nèi)容： (1) 巖層性質(zhì) 鉆進(jìn)堅(jiān)硬致密的巖層時(shí)，單位時(shí)間產(chǎn)生的巖粉量少，可選擇下限泵量，反之亦然。鉆進(jìn)強(qiáng)研磨性巖層時(shí)，為了吸收摩擦產(chǎn)生的熱量，需要較大泵量冷卻，但攜帶巖粉磨粒的高速液流會(huì)嚴(yán)重沖蝕胎體，誘發(fā)金剛石顆粒過(guò)早脫落。因此，應(yīng)該權(quán)衡利弊選擇合理的泵量。 (2) 鉆頭類型 孕鑲金剛石鉆頭出刃微小，鉆頭唇面與巖面間只存在漫流區(qū)，主要靠多個(gè)水口循

33、環(huán)，加之常以高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，因此宜用較大的泵量，以防止發(fā)生燒鉆。而表鑲鉆頭的出刃較大，排粉和冷卻條件也較好，故可選用較小的泵量。 (3) 防止燒鉆 防止金剛石鉆頭（尤其是孕鑲鉆頭）燒鉆是生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的工作。試驗(yàn)表明，用于冷卻鉆頭所需的泵量并不大，只需泵量達(dá)每厘米鉆頭直徑0.20.3L/min就可滿足胎體迅速散熱的需要。但當(dāng)轉(zhuǎn)速為800r/min，鉆頭唇面壓力為10MPa時(shí)，鉆頭每轉(zhuǎn)一圈，胎體溫度升高1.73C。所以鉆進(jìn)中若沖洗液停止循環(huán)12min，便可能造成燒鉆的惡性事故。 二、金剛石鉆進(jìn)的臨界規(guī)程 對(duì)金剛石鉆進(jìn)規(guī)程問(wèn)題，除了前述傳統(tǒng)的定性結(jié)論外，前蘇聯(lián)學(xué)者通過(guò)分析鉆進(jìn)中的熱物理過(guò)程，對(duì)鉆進(jìn)規(guī)程

34、參數(shù)與胎體溫度、破巖功率消耗、機(jī)械鉆速、胎體磨損之間的關(guān)系進(jìn)行了定量研究，并在此基礎(chǔ)上提出了金剛石鉆進(jìn)的的正常規(guī)程和臨界規(guī)程的見解。在正常規(guī)程下，鉆頭胎體溫升正常，功率消耗平穩(wěn)，同時(shí)鉆頭磨損輕微；而在臨界規(guī)程下，鉆頭胎體溫升將急劇上升，功率消耗劇增，鉆頭磨損嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)燒鉆。即： (1) 對(duì)于金剛石鉆進(jìn)而言，每種巖石都存在著臨界規(guī)程，其Pn值基本是個(gè)常數(shù)，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得。也就是說(shuō)，鉆壓P和轉(zhuǎn)速n兩個(gè)參數(shù)之間存在著明顯的交互影響，必須同時(shí)考慮它們的取值。進(jìn)入臨界規(guī)程的主要表現(xiàn)是胎體溫度急劇升高，鉆頭嚴(yán)重磨耗，雖然此時(shí)鉆速也很高，但可能導(dǎo)致燒鉆事故。因此，必須保證鉆進(jìn)生產(chǎn)工藝處在小于臨界規(guī)程的

35、狀態(tài)下。 (2) 鉆進(jìn)過(guò)程中的胎體溫度和鉆頭非正常磨耗是重要的孔內(nèi)工況指標(biāo)，但不便于測(cè)量。而功率消耗便于在地表檢測(cè)，又與上述二指標(biāo)同步進(jìn)入臨界規(guī)程，因此可通過(guò)測(cè)量鉆進(jìn)功率來(lái)判斷鉆進(jìn)過(guò)程正常與否。一旦出現(xiàn)功耗突變，便可發(fā)出進(jìn)入臨界規(guī)程的報(bào)警。這是由憑經(jīng)驗(yàn)打鉆走向科學(xué)鉆進(jìn)的一個(gè)重大進(jìn)步。 第四節(jié) 金剛石鉆進(jìn)工藝 金剛石鉆進(jìn)工藝要求比較高，除了受上述鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)影響外，還要注意以下事項(xiàng)。 一、鉆具的組配 金剛石鉆進(jìn)用的鉆具目前分為單管鉆具、普通雙管鉆具和繩索取心用雙管鉆具三種。前兩種鉆具的鉆頭、擴(kuò)孔器、卡簧的組裝方式如圖所示。繩索取心雙管一般沒(méi)有短接，內(nèi)管直接連卡簧座。 單層，雙層巖心管a：?jiǎn)喂茔@具

36、；1鉆頭； 2卡簧； 3擴(kuò)孔器； 4一巖心管；b：雙層管： 1一鉆頭； 2卡簧： 3卡簧座； 4短節(jié)： 5擴(kuò)孔器： 6外管； 7內(nèi)管 鉆進(jìn)前進(jìn)行的鉆具組配工作是一項(xiàng)很細(xì)致的工作，應(yīng)注意以下問(wèn)題。 (1)鉆具的級(jí)配 鉆具的級(jí)配是指鉆桿柱與鉆頭外徑的配合關(guān)系，二者的外徑差小，鉆桿柱穩(wěn)定，級(jí)配就好。 (2)擴(kuò)孔器與鉆頭的配合 擴(kuò)孔器的直徑應(yīng)比鉆頭直徑大0.30.5mm，在硬巖中一般不能超03mm。擴(kuò)孔器外徑過(guò)大，易加劇自身的磨損；過(guò)小，則起不到擴(kuò)孔保護(hù)鉆頭的作用。 (3)卡簧與鉆頭的配合 卡簧自由內(nèi)徑比鉆頭內(nèi)徑應(yīng)小0.3mm左右，最大不超過(guò)05mm。卡簧的作用是卡取巖心，過(guò)小巖心易堵塞；過(guò)大，卡心不

37、牢，巖心易脫落。 （4）內(nèi)管底端與短接和卡簧座的配合 內(nèi)管底端與短接和卡簧座3個(gè)部件裝好后，將雙管鉆具放在垂直位置時(shí)，它們不致自由脫落，而且稍加用力才能拔開。這樣可防止部件在鉆進(jìn)中脫落，造成蹩水和巖石堵塞。另外，雙管鉆具組裝后，卡簧座底端離鉆頭臺(tái)階應(yīng)有34mm的間隙，同樣是為防止蹩水和巖心堵塞。 二、鉆頭的選擇、使用和磨損 (一)、鉆頭的選擇 選擇鉆頭的依據(jù)是根據(jù)巖石的物理力學(xué)性質(zhì)(主要指巖石的硬度，研磨性，完整程度)；另外，還要考慮一些技術(shù)條件。選擇內(nèi)容包括：鉆頭的鑲嵌類型，胎體性能，金剛石粒度，底唇面形狀等。 一般選擇原則： 1、金剛石的質(zhì)量 質(zhì)量好用于鉆進(jìn)：硬巖、深孔、繩索取心用鉆頭以及

38、專用特殊部位鉆頭。 質(zhì)量差用于鉆進(jìn)軟巖、淺孔鉆頭。 2、表鑲用于軟至中硬(國(guó)外至堅(jiān)硬)、均質(zhì)完整至稍破碎、中等研唐性的巖層，軟硬互層。 孕鑲用于硬至極硬、破醉的、裂隙性的、強(qiáng)研磨性巖層。 3、胎體性能 硬胎體用于偏軟的、強(qiáng)研磨性的、破碎的、粗顆粒巖層。 軟胎體用于偏硬的、弱至中研唐性、均質(zhì)完整、細(xì)顆粒巖層。 4、金剛石粒度 粗粒用于偏軟的、完整的、弱研磨性巖層。 細(xì)粒用于偏硬的、破碎的、強(qiáng)研磨性巖層。 5、金剛石濃度 高濃度一用于軟的、強(qiáng)研磨性、粗顆粒、破碎的巖層。 低濃度一用于硬的、弱研磨性、細(xì)顆粒均質(zhì)的巖層。 6、水口數(shù)量 多水口用于軟巖、孕鑲鉆頭。 少水口用于硬巖、表鑲鉆頭。 7、底唇形

39、狀 平底形用于中硬和中研磨性巖層。 園弧形用于硬、強(qiáng)研磨性巖層。 階梯形又稱導(dǎo)向式取心鉆頭，適用于中硬至硬地層。 底噴形用于較破碎、易堵巖層，有利于提高采取率。 尖齒形為廣譜型鉆頭多具有防斜作用。 （二）鉆頭的使用 1、鉆頭排隊(duì)使用 使用鉆頭時(shí)，應(yīng)根據(jù)鉆孔結(jié)構(gòu)、巖石性質(zhì)及每個(gè)鉆孔可能需要使用的鉆頭數(shù)量，按鉆頭內(nèi)、外徑的大小排隊(duì)使用，盡量減少掃孔工作量。對(duì)同一批鉆頭和擴(kuò)孔器，在使用前要用游標(biāo)卡尺精確地測(cè)量?jī)?nèi)外徑，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)及胎體硬度記在鉆頭卡片上。先用外徑大、內(nèi)徑小的鉆頭，這樣可減少卡鉆或掃孔工作量，避免巖心堵塞。每次下入的鉆頭與前個(gè)回次鉆頭直徑之差要小，在鉆進(jìn)89級(jí)巖石時(shí)，直徑之差不大于0

40、.1mm；鉆進(jìn)1012級(jí)巖石時(shí)，直徑之差不超過(guò)0.05mm。為增加鉆頭總進(jìn)尺，鉆進(jìn)完硬巖后的鉆頭，較好的還可用于鉆進(jìn)軟巖。 2、與擴(kuò)孔器配合好 擴(kuò)孔器的直徑應(yīng)比鉆頭直徑大0.3mm至0.5mm, 硬巖取0.3,軟巖取0.5 3、選擇好卡簧 卡簧的自由內(nèi)徑應(yīng)比鉆頭內(nèi)徑小0.3mm，根據(jù)地層破碎程度來(lái)選擇。 4、注意選擇最優(yōu)的鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)和沖洗液的性能，采用有效的防振減振措施，遵循操作規(guī)范等是合理使用鉆頭的重要內(nèi)容。 5、合理控制時(shí)效 時(shí)效過(guò)高影響鉆頭壽命；時(shí)效過(guò)低，得不到高的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)外資料表明，在一定的鉆壓和轉(zhuǎn)速綜合作用下，即鉆壓和轉(zhuǎn)速的乘積為臨界值的條件下，可能發(fā)生燒鉆的事故。因此，必須

41、合理控制規(guī)程參數(shù)，不可盲目追求時(shí)效。在硬脆碎地層施工，由于巖石研磨性強(qiáng)，巖屑顆粒粗，時(shí)效不宜超過(guò)3mh尤為重要。而在完整均勻的巖層施工，由于巖石研磨性弱，巖屑顆粒細(xì)，在鉆頭正常磨損時(shí)，可適當(dāng)提高時(shí)效。 6、不盲目追求進(jìn)尺 金剛石鉆頭一經(jīng)投入使用，應(yīng)力求多打進(jìn)尺，但不應(yīng)盲目追求進(jìn)尺。當(dāng)發(fā)現(xiàn)金剛石鉆頭出現(xiàn)下述情況應(yīng)停止使用： (1)鉆頭內(nèi)外徑消耗0.30.4mm，孕鑲鉆頭工作層已磨耗； (2)表鑲鉆頭胎體磨損嚴(yán)重，金剛石出露超過(guò)13的鉆頭； (3)胎體被沖蝕，近水口處金剛石有掉粒的危險(xiǎn)； (4)擴(kuò)孔器外徑磨損嚴(yán)重小于鉆頭尺寸。 7、控制合理的提鉆時(shí)間 鉆頭下入孔底工作，不能等磨到不能再用才提鉆，中

42、間有個(gè)合理的提鉆時(shí)間。鉆頭提上來(lái)修磨一下水口后，再投入孔內(nèi)繼續(xù)使用，這樣就能提高鉆頭使用壽命；但目前還無(wú)法確切掌握這個(gè)時(shí)間。 此外，鉆頭使用要建立卡片制度，便于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，找出規(guī)律選擇適應(yīng)性良好，綜合效益好的鉆頭。 （三）、鉆頭的磨損 鉆頭的磨損分正常磨損和非正常磨損。鉆頭非正常磨損的原因有三：一是鉆頭參數(shù)選擇不對(duì)應(yīng)；二是規(guī)程參數(shù)不合理；三是操作有誤。因此。通過(guò)對(duì)鉆頭磨損形態(tài)的分析，不僅有助于積累經(jīng)驗(yàn)，用好鉆頭，同時(shí)為改進(jìn)鉆頭設(shè)計(jì)和制造工藝提供依據(jù)。 1孕鑲鉆頭的磨損 孕鑲鉆頭正常磨損的標(biāo)志是：內(nèi)外徑和工作層磨耗均勻(胎體內(nèi)外徑磨耗不超0.02mmmm，工作層磨耗不超01mmmm) 底唇面由平面

43、變成園弧形并磨成輕微的“蚪蝌”狀。 孕鑲鉆頭的非正常磨損，表現(xiàn)如下： (1)鉆頭底唇面光滑，進(jìn)尺緩慢，表明胎體過(guò)硬。 (2)胎體底部變成內(nèi)、外錐形，表明鉆頭內(nèi)、外徑補(bǔ)強(qiáng)不足，或鉆進(jìn)了破碎巖層。 (3)鉆頭出現(xiàn)了偏磨現(xiàn)象，表明鉆頭與鉆具的同心度差，或者是水口、水槽規(guī)格不一致。 (4)鉆頭外徑磨損嚴(yán)重，甚至呈外錐形，表明鉆頭長(zhǎng)時(shí)間掃孔，或掃探頭石，或外徑補(bǔ)強(qiáng)不良。 (5)鉆頭內(nèi)徑磨損嚴(yán)重，甚至呈喇叭形，表明鉆頭長(zhǎng)時(shí)間掃巖心，或巖中堵塞，或內(nèi)徑補(bǔ)強(qiáng)不良。 （6）鉆頭內(nèi)、外徑同時(shí)磨損嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)臺(tái)階狀，表明孔底有金屬碎屑或巖石硬?；蚪饎偸植疾痪鶆颍騼?nèi)外徑補(bǔ)強(qiáng)不良。 (7)鉆頭胎體磨損過(guò)快金剛石出

44、露過(guò)多，說(shuō)明鉆頭雄體軟，或孔底巖屑積存過(guò)多。 （8）鉆頭水口或底唇面出現(xiàn)沖蝕的溝槽，說(shuō)明泵量過(guò)大，或沖洗液含砂量過(guò)多，或胎體軟。 （9）鉆頭唇部出現(xiàn)溝槽，說(shuō)明鉆頭沖洗冷卻不良，或轉(zhuǎn)速鉆壓配合不當(dāng)，或金剛石分布不均勻，或孔內(nèi)有異物或硬巖屑(如黃鐵礦粉粒)。 (10)胎體或鋼體變?yōu)樘m色，說(shuō)明冷卻不良已發(fā)生一定程度的微燒。 (11)胎體出現(xiàn)裂紋，說(shuō)明內(nèi)外水槽過(guò)深，或鉆具強(qiáng)烈震動(dòng)。 (12)鉆頭鋼體上出現(xiàn)刻痕或拉槽，表明孔內(nèi)有硬碎異物。 2、表鑲鉆頭的磨損 表鑲鉆頭正常磨損的標(biāo)志：金剛石刃尖磨平，出刃量保持在1413范圍，內(nèi)外徑棱有磨平現(xiàn)象，尺寸變化很小，胎體磨損很輕，沒(méi)有崩裂、掉塊或局部扭傷現(xiàn)象。

45、表鑲鉆頭非正常磨棚的表現(xiàn)如下： (1)少數(shù)金剛石崩落或出現(xiàn)裂紋，表明鉆壓過(guò)大，或鉆具受強(qiáng)震，或下鉆時(shí)受蹾撞。 (2)整粒金剛石崩落，說(shuō)明金剛石包鑲不牢，或金鋼石出露過(guò)多。 (3)金剛石后部有明顯尾巴狀胎痕，說(shuō)明胎體軟，或孔底巖屑多，或沖洗液含砂量大。 三、鉆具的振動(dòng)及其預(yù)防 金剛石鉆進(jìn)，特別是孕鑲金剛石鉆頭，主要是靠金剛石磨削作用破碎巖石，因此轉(zhuǎn)速的高低對(duì)鉆進(jìn)有極大的影響。一般情況下，高轉(zhuǎn)速比低轉(zhuǎn)速好，但實(shí)行高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)時(shí)，鉆具會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)。鉆具的振動(dòng)不僅會(huì)影響鉆進(jìn)效率，而且使金剛石嚴(yán)重?fù)p壞。產(chǎn)生振動(dòng)的原因很多，大體分為技術(shù)設(shè)備、工藝和地質(zhì)方面的原因。除地質(zhì)原因外，其它方面可以采取一定的

46、措施加以預(yù)防。 （1）、使用減振器防振 減振器裝于巖心管和鉆桿之間，鉆桿的振動(dòng)被減振器的彈簧吸收，從而減輕巖心管和鉆頭的振動(dòng)，增加鉆具的穩(wěn)定性。 (2)使用各種穩(wěn)定接頭減振 穩(wěn)定接頭用以增加粗徑鉆具的穩(wěn)定性。另外還要注意不使用已經(jīng)彎曲和磨偏的巖心管，不使用磨鈍磨偏的鉆頭，適當(dāng)加長(zhǎng)巖心管等。 (3)使用減振潤(rùn)滑劑 在鉆桿柱上涂防振潤(rùn)滑劑，不僅可吸收鉆桿對(duì)孔壁的沖擊能，起到防振作用；而且可減少鉆桿與孔壁的磨擦力。KABC一45型潤(rùn)滑劑的配方是：黑機(jī)油65，純松香20，瀝青10，石蠟5；配制時(shí)將黑機(jī)油澆開，依次加入松香粉、瀝青和石蠟，不斷攪拌，直至各種原料完全溶合。此外，還可以用石墨、二硫化鉬、防振

47、乳化液減振。 四、金剛石鉆進(jìn)操作要領(lǐng) 1、新鉆頭下入鉆孔內(nèi)，必須進(jìn)行“初磨” 2、不用金剛石鉆頭掃孔，掃殘留巖心，掃脫落巖心，掃掉塊，掃探頭石?！拔宀粧摺?3、下鉆遇阻、輕轉(zhuǎn)無(wú)效，或巖心堵塞，或鉆速驟降，都必須立即提鉆?！叭靥帷?4、減壓鉆進(jìn)時(shí)，要用鋼繩將鉆具拉直后，再倒桿。倒桿后，用油缸將鉆具提直后，再開車，防止鉆頭在承壓過(guò)大的情況下，突然轉(zhuǎn)動(dòng)而損壞。 5、鉆進(jìn)過(guò)程中，不準(zhǔn)提動(dòng)鉆具，不準(zhǔn)將鉆具提離孔底加鉆桿，不準(zhǔn)使用三通水門調(diào)節(jié)泵量。 6、在復(fù)雜地層鉆進(jìn)時(shí)，升降鉆具速度不得過(guò)快，并隨時(shí)回灌沖洗液，以防因“抽吸”作用而垮孔，或因“壓力激動(dòng)”而漏失，或壓裂孔壁巖石。 7、及時(shí)清除巖粉，保證孔底

48、清潔。 8、注意鉆具工作的穩(wěn)定性，采取措施防震和減震。 9、鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象，不準(zhǔn)盲目加壓，應(yīng)選擇底唇面積較小的鉆頭，或向孔內(nèi)投石英塊，并應(yīng)積極推廣使用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法。 10堅(jiān)守崗位、精心操作。 11每次提鉆后，要仔細(xì)觀察鉆頭和巖心狀態(tài)。 第五節(jié) 繩索取心鉆進(jìn) 20世紀(jì)20年代，繩索取心方法多用于石油鉆井，但到50年代，國(guó)外已廣泛用于巖心鉆進(jìn)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家繩索取心鉆進(jìn)的工作量已占金剛石鉆探工作量的90%以上。我國(guó)于1975年研制成功繩索取心鉆具，現(xiàn)已廣泛推廣使用，在地礦、冶金、煤炭等部門都形成了各自的規(guī)格系列。它們的結(jié)構(gòu)大同小異，現(xiàn)以國(guó)產(chǎn)的S75型為例加以說(shuō)明。 一、鉆具結(jié)構(gòu)撈矛頭彈卡

49、回收管推力軸承 彈簧 調(diào)節(jié)螺母 雙層巖心管部分由外管總成和內(nèi)管總成組成。外管總成包括：彈卡擋頭、彈卡室、穩(wěn)定接頭、外管和鉆頭。內(nèi)管總成由撈矛、彈卡定位、懸掛、到位報(bào)訊、巖心堵塞報(bào)警、單動(dòng)、內(nèi)管保護(hù)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。 (1) 撈矛機(jī)構(gòu) 它由撈矛頭和回收管等組成。取心時(shí)打撈器在鉆桿內(nèi)下放到內(nèi)管總成上端，打撈鉤抓住撈矛，向上提升打撈器使回收管上移，并向內(nèi)壓縮彈卡使其收攏，于是內(nèi)管總成和外管總成脫離，從而把內(nèi)管總成提升上來(lái)。 (2) 彈卡定位機(jī)構(gòu) 由彈卡、張簧和彈卡座等零件組成。當(dāng)內(nèi)管總成在鉆桿柱內(nèi)下放時(shí)，張簧使彈卡向外張開一定角度，并沿鉆桿柱內(nèi)壁向下滑動(dòng)，一旦內(nèi)管到達(dá)外管中的彈卡室7部位，彈卡在張簧的

50、作用下繼續(xù)向外張開，使其兩翼貼附在彈卡室的內(nèi)壁上。由于彈卡室內(nèi)徑較大，而其上端的彈卡擋頭1內(nèi)徑較小，并具有兩個(gè)伸出的撥叉，所以在鉆進(jìn)過(guò)程中，既可以防止內(nèi)管向上串動(dòng)，又可帶動(dòng)內(nèi)管總成軸承上部與外管一起旋轉(zhuǎn)，以免因相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成彈卡磨損。 (3) 懸掛機(jī)構(gòu) 由內(nèi)管總成中的懸掛環(huán)和外管總成中的座環(huán)組成。懸掛環(huán)的外徑稍大于座環(huán)的內(nèi)徑（一般相差0.51.0mm）。當(dāng)內(nèi)管總成下降到外管總成的彈卡室位置時(shí)，懸掛環(huán)座落在座環(huán)上，使內(nèi)管總成下端的卡簧座與鉆頭內(nèi)臺(tái)階保持24mm的間隙，以保證內(nèi)管的單動(dòng)性。 (4) 到位報(bào)信機(jī)構(gòu) 由復(fù)位簧、閥體、定位簧、彈簧、調(diào)節(jié)螺堵和閥堵等零件組成。當(dāng)內(nèi)管總成在鉆桿柱內(nèi)由沖洗液向下

51、壓送時(shí)，閥堵處于關(guān)閉位置，沖洗液由內(nèi)管總成和鉆桿柱的環(huán)狀間隙通過(guò)；當(dāng)內(nèi)管總成的懸掛環(huán)座落在外管中的座環(huán)上，把沖洗液通道堵塞，泵壓表的壓力明顯升高（約升高0.51.0MPa），表明內(nèi)管總成已到達(dá)預(yù)定位置。此時(shí)閥堵打開，泵壓恢復(fù)正常，可以正常鉆進(jìn)。 (5) 巖心堵塞報(bào)警機(jī)構(gòu) 由滑套、軸、碟簧等零件組成。鉆進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)發(fā)生巖（礦）心堵塞或巖（礦）心裝滿內(nèi)管時(shí)，巖心對(duì)內(nèi)管產(chǎn)生的頂推力壓縮碟簧，使滑套向上移動(dòng)到懸掛接頭的臺(tái)階處將通水孔堵塞，從而造成泵壓升高，告誡操作者應(yīng)停止鉆進(jìn)，撈取巖心。 (6) 單動(dòng)機(jī)構(gòu) 由兩副推力軸承組成。使內(nèi)管在鉆進(jìn)時(shí)不隨外管轉(zhuǎn)動(dòng)。 (7) 內(nèi)管保護(hù)機(jī)構(gòu)（緩沖機(jī)構(gòu)） 由彈簧、螺母

52、和彈簧銷41等零件組成。拉斷巖心時(shí)，壓縮彈簧、內(nèi)管及卡簧座下移至鉆頭內(nèi)臺(tái)階上，從而拉斷巖心的力由鉆頭傳至外管，以保持內(nèi)管不受損壞。 (8) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 由調(diào)節(jié)螺母和接頭等組成。內(nèi)外管組裝時(shí)，如果卡簧座與鉆頭內(nèi)臺(tái)階之間間隙不合適，可以通過(guò)調(diào)節(jié)接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)（范圍030mm），滿足要求后，用調(diào)節(jié)螺母鎖緊。 二、打撈器 打撈器由打撈和安全脫卡機(jī)構(gòu)兩部分組成。 (1) 打撈機(jī)構(gòu) 由打撈鉤、打撈鉤架、重錘和鋼絲繩接頭組成。取心時(shí)，鋼絲繩懸吊打撈器放入鉆桿柱內(nèi)，打撈靠重錘以1.52.0m/s的速度快速下降，由于打撈架為圓筒狀，故導(dǎo)向性好，當(dāng)它到達(dá)內(nèi)管總成上端時(shí)，能準(zhǔn)確鉤住撈矛頭，把內(nèi)管總成提升上來(lái)。 (2)

53、安全脫卡機(jī)構(gòu) 它是一根長(zhǎng)1m，內(nèi)徑比重錘稍大的套管。套管壁上開有一斜口，當(dāng)需要安全脫卡時(shí)，將此套管從斜口處套入鋼絲繩上，套管靠自重下降，在打撈器被卡的部位穿過(guò)鋼絲繩接頭和重錘，撞擊和罩住打撈鉤尾部，迫使其尾部向內(nèi)收縮，端部張開，從而使打撈器與內(nèi)管總成脫離。 三、繩索取心金剛石鉆進(jìn)用泥漿 繩索取心鉆進(jìn)應(yīng)根據(jù)地層特點(diǎn)、鉆孔深度、施工要求等選擇清水、乳狀液或不同類型泥漿作沖洗液。而鉆進(jìn)松軟、破碎易于坍塌掉塊的地層，則必須采用泥漿鉆進(jìn)，并采用合理的操作方法，才能保證繩索取心鉆進(jìn)正常進(jìn)行。 由于繩索取心鉆進(jìn)有一系列特點(diǎn)，例如鉆稈柱與孔壁之間的環(huán)狀間隙小，內(nèi)管要在鉆桿柱內(nèi)下等，對(duì)沖洗液提出一些特殊要求。

54、(一)對(duì)鉆進(jìn)沖洗液的性能要求 1.不含或少含固相，對(duì)無(wú)用固相應(yīng)全部清除，以防止沖洗液中的固體顆粒沉積在鉆桿內(nèi)壁 上或內(nèi)管總成上端，影響內(nèi)管總成打撈。 2.具有較好的潤(rùn)滑性，以減少回轉(zhuǎn)鉆桿柱的阻力。 3.具有良好流變性，以提高鉆速，降低沖洗液流通阻力，減小泵壓損失，同時(shí)更好地排除巖粉。 4具有低的失水量，能在孔壁上形成薄而堅(jiān)韌的泥皮；并具有抑制地層吸水膨脹的作用，防止升降鉆具時(shí)，因沖洗液的抽吸作用造成孔壁坍塌。 繩索取心鉆進(jìn)復(fù)雜地層，能否取得好的效果，主要取決于泥漿性能。 (二)常用泥漿類型及性能參數(shù) 目前，國(guó)內(nèi)外繩索取心鉆進(jìn)常用泥漿類型主要有三種：無(wú)固相沖洗液、不分散低固相泥漿、和具有特殊性能

55、泥漿。根據(jù)鉆進(jìn)地層不同，選擇不同類型和具有不同性能參數(shù)的泥漿。 1鉆進(jìn)較完整巖層時(shí)，應(yīng)采用不含粘土無(wú)固相沖洗液。無(wú)固相沖洗液的性能為：漏斗粘度16一16.5秒；比重1.0021.007；酸堿度(PH值)67。 2.鉆進(jìn)較破碎地層時(shí)，可選用不分散低固相泥漿。常用低固相泥漿性能：比重(克 cm3) 1.041.07；粘度(秒) 1719；失水量(毫升30分鐘) 47；泥皮厚度(mm) 0.50；酸堿度(PH值) 78.5。 3鉆進(jìn)松軟、破碎、膨脹、裂隙等復(fù)雜地層時(shí)，應(yīng)配制具有特殊性能泥漿，見下表： （三）、繩索取心鉆進(jìn)常用泥漿配方及性能 1、PAM泥漿 安徽3 2 5隊(duì)配方：1米3泥漿 搬土粉 3

56、06 0公斤， 純堿 1.52公斤 CMC或HP A N 23公斤 HPAM，水解度3 0，濃度1，加量1 04 0公斤 性能：比重1.0 1.05；粘度1 82 5秒；失水量 71 0毫升3 0分鐘；泥皮厚 0.5毫米; P H值8 9。 2、KP共聚物泥漿 KP共聚物為鉀鹽加聚丙稀酰胺或聚丙烯酰晴)，加入泥漿中，使泥漿具有降失水，提粘、泥餅薄、有抑制泥頁(yè)巖水化、有剪切稀釋作用等。 例如：黑龍江四探采用KHm-CMC PHP泥漿，臺(tái)效從原來(lái)2 7 2米臺(tái)月,提高到3 6 4米臺(tái)月,坍塌掉塊時(shí)間從普通泥漿的5.8降至0. 9。 配方：粘土粉2，純堿0.3 ，KHm 0.3 吉林第一地質(zhì)調(diào)查所使

57、用KHm PHP泥漿解決水敏性地層水化崩散，抑制地層造漿。 配方：粘土粉56 N a 2CO3 4 ；KHm 0.51.5；PHP為1 0 02 0 0 p p m。性能： 密度 1.0 4;失水量101 3毫克3 0分；粘度17.52 0秒 ;泥皮厚0.5毫米；PH值8.59.0。 江西912隊(duì)在地層破碎的礦區(qū)施工，采用高陽(yáng)土加Kp共聚物，S75繩索取心鉆進(jìn)， n=5 7 4轉(zhuǎn)分，孔壁穩(wěn)定，鉆進(jìn)中停鉆78天，也沒(méi)有坍塌超縮等現(xiàn)象出現(xiàn)。 3、PHPPVA泥漿 該泥漿配方為：水解聚丙烯酰胺(PHP) 分子量5 00萬(wàn)，水解度3 0，稀釋到濃度1，加量1；聚乙烯醇(PVA)醇解度（在醇中的溶解度）

58、為99，溶解時(shí)要加溫到8 09 0并要不停的攪拌。加量0. 5 (重量比)；粘土粉加量5； N a2CO3加量0.2 (占漿量)。 泥漿主要性能：比重1. 0 4;漏斗粘度21秒; 失水量8毫升3 0分，泥皮厚40)，內(nèi)外徑補(bǔ)強(qiáng)要好，且耐磨。胎體濃度應(yīng)大于75。 2、為了增大環(huán)空間隙，減少泵壓對(duì)孔壁的影響，以減輕孔內(nèi)復(fù)雜現(xiàn)象，應(yīng)采用外徑公差大的鉆頭或超規(guī)格尺寸的鉆頭；或者鉆桿外徑與孔壁之間的間隙增大，如對(duì)于59毫米的鉆孔可用 43毫米直徑的鉆桿。 3、 在鉆具組配上；更要注意鉆具的平直度，因彎曲的鉆具要碰撞孔壁，造成坍塌掉塊。 4、 為了防止巖心堵塞，在卡簧內(nèi)徑與鉆頭內(nèi)徑配合上采用松一些卡簧，即卡簧內(nèi)徑小于鉆頭內(nèi)徑0102毫米，卡簧座底端離鉆頭內(nèi)臺(tái)階的距離稍小些。 5、 在