《巖土鉆掘工程學(xué)》課程試題庫(kù)1及答案共享

《巖土鉆掘工程學(xué)》課程試題庫(kù)1參考答案試題庫(kù)2（鉆井液）一.判斷題（請(qǐng)選擇正確的觀點(diǎn)或方案）減壓鉆進(jìn)時(shí)，鉆桿柱的受力狀態(tài)：上部鉆桿柱受拉，下部鉆桿柱受壓；上部鉆桿柱受壓，下部鉆桿柱受拉；全部鉆桿柱受壓；全部鉆桿柱受拉。軸向力等于零處稱為鉆桿柱的中和點(diǎn)。鉆桿柱中和點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)是:純扭；壓扭；拉扭。鉆桿柱各個(gè)截面受扭矩作用都產(chǎn)生剪應(yīng)力。其中扭矩最大處在：孔口處；在孔底處。用硬質(zhì)合金鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中硬及中硬以下巖石時(shí)，應(yīng)以高轉(zhuǎn)速為主；應(yīng)以高鉆壓為主.硬質(zhì)合金切削具在孔底磨損的實(shí)際狀況：鉆進(jìn)過(guò)程中切削具處于表面破碎狀態(tài)的條件是：。＞勺，其中廠切削具上作用的比壓，勺―巖石的壓入硬度;。V勺,其中斤切削具上作用的比壓％—巖石的壓入硬度.取心式硬質(zhì)合金鉆頭的切削具底出刃設(shè)計(jì)成階梯式，其主要目的是：增加自由面一-體積破碎；利于排除巖粉；增大比壓.金剛石鉆進(jìn)時(shí)，孔底碎巖效果主要取決于鉆頭自磨出刃（自銳）狀態(tài)的

是：表鑲金剛石鉆頭；孕鑲金剛石鉆頭。用孕鑲金剛石鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)堅(jiān)硬致密巖層時(shí)，應(yīng)選用硬胎體；B.應(yīng)選用軟胎體.金剛石鉆頭的水路設(shè)計(jì)原則是：孕鑲金剛石鉆頭加工小水口、多水口;表鑲金剛石鉆頭加工小水口、多水口。在鉆壓基本不變的條件下，那種鉆頭將表現(xiàn)出機(jī)械鉆速逐漸下降針狀硬質(zhì)合金自磨式鉆頭；磨銳式硬質(zhì)合金鉆頭；C.表鑲金剛石鉆頭;D.孕鑲金剛石鉆頭.為保證好的鉆進(jìn)效果，鋼粒鉆頭的唇面硬度應(yīng):大于鋼粒的硬度；等于鋼粒的硬度；C.小于鋼粒的硬度.牙輪鉆頭的孔底碎巖過(guò)程中,牙輪的自轉(zhuǎn)是:A.%;A.%;牙輪鉆頭破碎巖石時(shí),造成鉆頭對(duì)地層產(chǎn)生沖擊、壓碎作用主要靠:A.牙輪牙齒與孔底單齒、雙齒交替接觸;牙輪的超頂、復(fù)錐和移軸結(jié)構(gòu).確定最優(yōu)回次鉆程時(shí)間的依據(jù)是：A.巖心管已打滿；回次鉆速達(dá)最大值;機(jī)械鉆速達(dá)最大值.轉(zhuǎn)速是影響金剛石鉆頭鉆速的重要因素，其確定原則是：表鑲金剛石鉆頭的線速度〉孕鑲金剛石鉆頭的線速度；表鑲金剛石鉆頭的線速度V孕鑲金剛石鉆頭的線速度.金剛石鉆進(jìn)進(jìn)入臨界規(guī)程時(shí)：機(jī)械鉆速持續(xù)上升，鉆進(jìn)效果好；鉆頭胎體溫度持續(xù)上升,鉆頭嚴(yán)重磨耗.在那種回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法中沖洗液的主要功能是冷卻、排粉和分選切削具金剛石鉆進(jìn)；鋼粒鉆進(jìn);牙輪鉆進(jìn).在長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)中為防止鉆屑堵塞，螺旋轉(zhuǎn)速應(yīng)選擇螺旋轉(zhuǎn)速〉臨界轉(zhuǎn)速；螺旋轉(zhuǎn)速V臨界轉(zhuǎn)速；螺旋轉(zhuǎn)速二臨界轉(zhuǎn)速。正常情況下,金剛石取心鉆具所用的卡取巖心方法是:干鉆取心；卡簧取心；投卡料取心；沉淀取心。繩索取心鉆具起鉆提取巖心時(shí)是：靠干鉆扭斷巖心；靠外管拉斷巖心；靠?jī)?nèi)管拉斷巖心。造成鉆孔彎曲的條件是：粗徑鉆具傾斜面方向穩(wěn)定，鉆柱只自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)；粗徑鉆具傾斜面方向不穩(wěn)定，鉆柱只公轉(zhuǎn)不自轉(zhuǎn).測(cè)量鉆孔頂角彎曲的常用原理:液面水平原理；重錘原理；地磁場(chǎng)定向原理；加速度計(jì)原理；E.磁通門原理;F.地面定向原理或陀螺原理。測(cè)量鉆孔方位角彎曲的原理：A.液面水平原理；B.重錘原理;地磁場(chǎng)定向原理；加速度計(jì)原理；磁通門原理；地面定向原理或陀螺原理.26.在測(cè)斜計(jì)算公式tga=tg0xcos0中，屮是：A.方位角,位于水平面內(nèi)；B。終點(diǎn)角，位于垂直于鉆孔軸線的平面內(nèi)；C。 方位角，位于起點(diǎn)平面內(nèi)。二.填空題根據(jù)其地質(zhì)成因，巖石可分為 、 和 三類。一般而言，金屬和非金屬礦床賦存于 巖石中，而煤和石油等可燃性礦產(chǎn)通常賦存于 巖石中.按壓頭壓入時(shí)巖石的變形曲線和破碎特性(如圖)，可把巖石分成三類:(a) 、(b) 和(c) 。巖土鉆掘工程中習(xí)慣于把巖石的研磨性分成弱、中、強(qiáng)三個(gè)等級(jí)。請(qǐng)分別舉一種巖石為例說(shuō)明之：弱研磨性 ,中研磨性 ，強(qiáng)研磨性 。鉆具一般是指鉆頭以上，水接頭以下的全部管柱，由 、 、 、 、 和 組成。鉆桿柱的主要功用包TOC\o"1-5"\h\z括： 、 、 、和 。破碎塑性巖石時(shí)，其切入深度h0與軸向力Py成 比，而與切削具的刃角B、刃寬b、巖石的壓入硬度Hy成 比。寫出回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)選擇鉆頭的一般原則是：① 巖層應(yīng)選擇硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆頭；② 巖層應(yīng)選擇銃齒牙輪鉆頭；巖層應(yīng)選擇金剛石鉆頭或鋼粒鉆頭；巖層應(yīng)選擇鑲齒牙輪鉆頭。鉆探用的YG類硬質(zhì)合金是以 為骨架， 為粘結(jié)劑，用粉末冶金方法制成的。YG類硬質(zhì)合金的含鉆量越高，則其硬度 、耐磨性 、抗彎強(qiáng)度 、沖擊韌性 ;YG類硬質(zhì)合金中的WC顆粒越細(xì)，則其硬TOC\o"1-5"\h\z度 、耐磨性 ；反之，則抗彎強(qiáng)度 、韌性 。取心式硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu)要素主要包括：① ，② ，③ ，④ ，，⑥ 。沖擊一回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的碎巖形式特點(diǎn)是 ，其適用范圍 ；回轉(zhuǎn)一沖擊鉆進(jìn)的碎巖形式特點(diǎn)是 ，其適用范圍 ?！般@孔彎曲強(qiáng)度"的含義是 。三.論述題巖石按其粘結(jié)狀態(tài)可分為那幾類？試析在堅(jiān)固巖石、粘結(jié)性巖石、松散性巖石和流動(dòng)性巖石中鉆探施工的特點(diǎn)與注意事項(xiàng).巖石的力學(xué)性質(zhì)包括哪幾類？試分別說(shuō)明。何為巖石的孔隙度，它對(duì)巖石的力學(xué)性質(zhì)將產(chǎn)生什么影響？什么是巖石的各向異性，具體分析巖石各向異性對(duì)其強(qiáng)度、硬度和彈性的影響，它們對(duì)鉆探工作將產(chǎn)生什么影響？為什么說(shuō)巖石的硬度指標(biāo)更能反映鉆掘過(guò)程的實(shí)際情況。在鉆探過(guò)程中衡量巖石塑性程度的塑性系數(shù)K是如何得出的？按巖石塑性系數(shù)如何對(duì)巖石進(jìn)行分級(jí)？解釋巖石的研磨性概念及其影響因素，是否巖石的硬度越大，其研磨性就一定強(qiáng)？舉例說(shuō)明之。試分別說(shuō)明巖土工程界測(cè)定巖石硬度的常用方法，簡(jiǎn)析這幾種方法與常用鉆進(jìn)方法的相關(guān)性。說(shuō)明碎巖工具與巖石作用的三類主要方式（切削-剪切型、沖擊型、沖擊-剪切型）,并分別舉例加以分析。以平底壓頭在外載作用下壓入巖石為例,用文字+示意圖的形式說(shuō)明壓入時(shí)巖石的應(yīng)力狀態(tài)，注明最大剪應(yīng)力所在的第一危險(xiǎn)極值帶和第二危險(xiǎn)極值帶的大致位置。圖示說(shuō)明球狀切削具在壓入巖石時(shí)所形成的主壓力體和剪切體。用簡(jiǎn)圖表示軸向力和切向力共同作用時(shí)巖石所在半無(wú)限體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)-—形成正應(yīng)力區(qū)、拉應(yīng)力區(qū)和過(guò)渡區(qū).簡(jiǎn)析影響碎巖效果,造成巖石產(chǎn)生表面破碎，疲勞破碎和體積破碎的主要影響因素。解釋巖石可鉆性的概念.人們已經(jīng)研究了巖石的強(qiáng)度、硬度、彈性、脆性、塑性和研磨性等力學(xué)性質(zhì),為什么巖土工程界還要研究“巖石的可鉆性”?它的內(nèi)涵是什么？分析其意義。舉出三種以上對(duì)巖石進(jìn)行可鉆性分級(jí)的方法.簡(jiǎn)析在Py和Px共同作用下，回轉(zhuǎn)切削破碎塑性巖石的過(guò)程。yx簡(jiǎn)析在Py和Px共同作用下，彈塑性巖石的孔底破碎過(guò)程碎巖特點(diǎn),及yx巖石破碎的大體階段。如何根據(jù)巖石性質(zhì)來(lái)確定硬質(zhì)合金鉆頭的出刃和鑲焊角？解釋確定最優(yōu)回次鉆程時(shí)間的思路與具體方法。解釋制造表鑲金剛石鉆頭時(shí)選擇金剛石粒度的原則.從所鉆巖性、金剛石的品級(jí)、粒度、鉆頭唇面形狀及施加比壓大小諸方面出發(fā)，簡(jiǎn)析選擇孕鑲金剛石鉆頭中金剛石濃度的依據(jù)。牙輪的超頂、復(fù)錐和移軸三種結(jié)構(gòu)使牙輪在滾動(dòng)的同時(shí)還伴有牙齒對(duì)孔底的滑動(dòng)，從而產(chǎn)生剪切破碎作用.以超頂為例，解釋牙輪在孔底的滑動(dòng)剪切破碎作用。試述鋼粒鉆進(jìn)的井底工作過(guò)程。在整個(gè)鋼粒鉆進(jìn)回次鉆程中應(yīng)分段逐次改小泵量(稱為“改水”)，為什么？解釋機(jī)械鉆速、回次鉆速和最優(yōu)規(guī)程的概念。請(qǐng)考慮鉆具重量、地表施加的機(jī)械給進(jìn)力、沖洗液浮力、孔壁摩擦阻力等因素，寫出在加壓鉆進(jìn)和減壓鉆進(jìn)狀態(tài)下的孔底實(shí)際鉆壓的表達(dá)式。請(qǐng)解釋鉆進(jìn)過(guò)程中破巖“時(shí)間效應(yīng)”的含義，為什么有些巖石會(huì)隨轉(zhuǎn)速增大鉆速反而出現(xiàn)下降趨勢(shì)？在鉆速：vm*(P-W)式中W為門限鉆壓，請(qǐng)解釋門限鉆壓的含義，它主要取決于什么?分析沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的優(yōu)越性。從閥式正作用、反作用、雙作用或射流式、射吸式液動(dòng)沖擊器中舉一例說(shuō)明其工作原理。為了使有閥風(fēng)動(dòng)沖擊器的活塞能夠改變運(yùn)動(dòng)方向，它的壓差式斜面蝶狀閥配氣裝置是如何動(dòng)作以達(dá)到配氣目的的？為什么在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中要注意最優(yōu)沖擊間隔？由此可確定P、n、Q中的哪一個(gè)參數(shù)?采用液動(dòng)或風(fēng)動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，對(duì)鉆頭有何特殊要求？簡(jiǎn)析鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)的工藝特點(diǎn)及適用范圍。振動(dòng)鉆進(jìn)的原理是什么?其鉆進(jìn)工藝因數(shù)對(duì)鉆進(jìn)效率有何影響？何謂巖心采取率?分析影響巖礦心采取率與品質(zhì)的自然因素和人為因素。簡(jiǎn)析單動(dòng)雙管與普通單管鉆具的結(jié)構(gòu)異同點(diǎn)，及其對(duì)地層的適應(yīng)性。什么是反循環(huán)鉆進(jìn)?其對(duì)提高巖礦心采取質(zhì)量有何作用？簡(jiǎn)述噴射式孔底反循環(huán)鉆具的工作原理.簡(jiǎn)述繩索取心鉆具的優(yōu)缺點(diǎn).用文字或框圖簡(jiǎn)述該鉆具的撈矛機(jī)構(gòu)、彈卡定位機(jī)構(gòu)、懸掛機(jī)構(gòu)、到位報(bào)訊機(jī)構(gòu)、巖心堵塞報(bào)警機(jī)構(gòu)及安全脫卡機(jī)構(gòu)。建立沖洗液孔底反循環(huán)的方法有哪幾種？并簡(jiǎn)要分析說(shuō)明其特點(diǎn)及適用條件。請(qǐng)分析，如果實(shí)際鉆孔軌跡往往偏離設(shè)計(jì)軌跡（鉆孔彎曲）將造成那些危害——地質(zhì)成果危害，鉆探施工危害和工程質(zhì)量危害。請(qǐng)用文字+簡(jiǎn)圖的形式解釋鉆孔軌跡要素一-頂角9,方位角a,孔深L、垂深的含義。如何利用鉆孔軌跡的基本要素計(jì)算出鉆孔軌跡每點(diǎn)的x,y,z空間坐標(biāo)值，請(qǐng)寫出它們的計(jì)算公式.當(dāng)鉆孔軸線以銳角（大于臨界角）穿越軟—硬-軟互層時(shí)，圖示并說(shuō)明鉆孔的彎曲規(guī)律并分析其原因。解釋陀螺馬達(dá)的“定軸性"和“進(jìn)動(dòng)性"，它對(duì)陀螺測(cè)斜儀的工作有何影響？解釋采用均角全距法對(duì)測(cè)斜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算的思路.四.綜合應(yīng)用題簡(jiǎn)析“巖土鉆掘工程學(xué)”在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位和服務(wù)領(lǐng)域.目前世界上基本都是借助機(jī)械方式破碎巖石并形成一定規(guī)格的鉆孔，試闡述或展望其它可能具有應(yīng)用前景的巖石破碎方式，解釋其工作原理及可能的應(yīng)用領(lǐng)域。我們的祖先曾在鉆井技術(shù)與工藝方面為人類做出過(guò)重大貢獻(xiàn)。你由此得到什么激勵(lì)或啟發(fā)？你對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)鉆探（井）技術(shù)與工藝現(xiàn)代化的那個(gè)具體方向比較感興趣,準(zhǔn)備從何入手？巖石的研磨性包括那些磨損形式？試分析那種磨損形式對(duì)幫助孕鑲金剛石鉆頭的胎體出刃有好處。金剛石為結(jié)晶體碳原子之間以共價(jià)鍵相連,結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，是自然界最硬的礦物，因此可以用來(lái)做成破碎巖石的鉆頭。請(qǐng)分析金剛石有那些弱點(diǎn)？它們將怎樣影響金剛石鉆進(jìn)的工藝及效果？因此在金剛石工具制造過(guò)程中，須采取那些特殊措施？試分析表鑲金剛石鉆頭和孕鑲金剛石鉆頭孔底碎巖過(guò)程的異同點(diǎn)。孕鑲金剛石鉆進(jìn)時(shí)，如果工藝參數(shù)合理，胎體耐磨性合適,能使唇面每粒金剛石的后面形成蝌蚪狀支撐。試分析這一現(xiàn)象的形成機(jī)理.試分析擴(kuò)孔器在鉆探過(guò)程中的作用.在III?W級(jí)（中軟）遇水膨脹的頁(yè)巖中，為了在取心鉆進(jìn)中獲得較高的機(jī)械鉆速和回次進(jìn)尺，應(yīng)如何設(shè)計(jì)或選擇鉆頭及其主要結(jié)構(gòu)參數(shù),并說(shuō)明合理鉆進(jìn)規(guī)程的特點(diǎn)。如果一個(gè)取心鉆孔中將遇到訓(xùn)級(jí)（中硬一硬）巖層，讓你選擇鉆進(jìn)方法和大致的規(guī)程參數(shù)，你將如何考慮。金剛石鉆進(jìn)，每種巖石都存在臨界規(guī)程。進(jìn)入臨界規(guī)程的主要表現(xiàn)是胎體溫度急升，鉆頭嚴(yán)重磨耗，但這一現(xiàn)象不便在地表觀測(cè).請(qǐng)分析可根據(jù)什么地表參數(shù)來(lái)判斷是否進(jìn)入臨界規(guī)程，鉆進(jìn)過(guò)程是否正常?試分析全面鉆進(jìn)在規(guī)程參數(shù)選擇上與取心鉆進(jìn)的區(qū)別。就繩索取心雙管鉆具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，簡(jiǎn)析它是通過(guò)哪些機(jī)構(gòu)來(lái)保證巖礦心采取率和完整性、純潔性、代表性的?試從地質(zhì)因素、技術(shù)因素和工藝因素三方面分析造成鉆孔彎曲的原因。試分析在鉆進(jìn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的典型事故類型及其常用處理辦法?！稁r土鉆掘工程學(xué)》課程試題庫(kù)1答案一。判斷題（請(qǐng)選擇正確的觀點(diǎn)或方案）AAAABBABBAB,CCCBBBBBBA24.BBAA，B，DC,E，F(xiàn)B二.填空題巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三類。金屬和非金屬礦床賦存于巖漿巖和變質(zhì)巖中，而煤和石油等可燃性礦產(chǎn)通常賦存于沉積巖中?？砂褞r石分成三類：（a）彈-脆性巖石、（b）彈一塑性巖石和（c）高塑性巖石.弱研磨性泥巖，中研磨性灰?guī)r，強(qiáng)研磨性石英砂巖。由巖心管、異徑接頭、取粉管、扶正器、鉆鋌、鉆桿和主動(dòng)鉆桿組成。傳遞鉆壓和扭矩的載體、輸送沖洗介質(zhì)的通道、更換鉆頭、提取巖心管和處理事故的載體、繩索取心和反循環(huán)連續(xù)取心時(shí)巖心的通道和承擔(dān)孔底動(dòng)力機(jī)反扭矩的載體.破碎塑性巖石時(shí)，其切入深度h0與軸向力Py成正比，而與切削具的刃角n刃寬b、巖石的壓入硬度Hy成反比。①在軟巖和中硬巖層應(yīng)選擇硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆頭;在中硬及部分中硬以上巖層應(yīng)選擇銃齒牙輪鉆頭;在硬巖巖層應(yīng)選擇金剛石鉆頭或鋼粒鉆頭;在硬脆巖層應(yīng)選擇鑲齒牙輪鉆頭。以WC顆粒為骨架,鈷為粘結(jié)劑.含鉆量越高,則其硬度顯、耐磨性J、抗彎強(qiáng)度丄、沖擊韌性丄；WC顆粒越細(xì)，則其硬度丄、耐磨性丄；反之，則抗彎強(qiáng)度丄、韌性丄。①鉆頭體，②切削具出刃，③切削具的鑲焊角度，④硬質(zhì)合金切削具在鉆頭體上的布置方式，⑤切削具在鉆頭體上的數(shù)目，⑥鉆頭的水口和水槽.沖擊-回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)特點(diǎn)是以沖擊載荷碎巖為主，回轉(zhuǎn)力矩主要是使切削具沿孔底剪切兩次沖擊間殘留的巖石脊峰，其適用范圍硬-堅(jiān)硬巖石；回轉(zhuǎn)一沖擊鉆進(jìn)特點(diǎn)是在一般硬質(zhì)合金或金剛石回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)基礎(chǔ)上增加高頻低沖擊功，其適用范圍中硬-硬巖石。“鉆孔彎曲強(qiáng)度"的含義是單位孔身長(zhǎng)度的頂角或方位角變化。三.論述題（參考答案）巖石按其粘結(jié)狀態(tài)可分為：堅(jiān)固巖石、粘結(jié)性巖石、松散性巖石和流動(dòng)性巖石。在鉆探施工中：堅(jiān)固巖石若無(wú)裂紋孔（井）壁穩(wěn)定不必加固,而在強(qiáng)裂隙性巖石中必須加固與防漏;粘結(jié)性巖石在濕潤(rùn)狀態(tài)下具有膨脹性，易造成孔（井）壁縮徑；松散性巖石必須加固孔（井）壁，以防止坍塌；流動(dòng)性巖石必須跟管鉆進(jìn)。巖石的力學(xué)性質(zhì)是巖石在外載作用下才表現(xiàn)出來(lái)抵抗變形和破壞的能力。包括強(qiáng)度、硬度、彈性、脆性、塑性和研磨性等。巖石的強(qiáng)度——巖石在載荷作用下抵抗破壞的能力；巖石的硬度——反映巖石抵抗外部更硬物體壓入（侵入）其表面的能力；巖石的彈性指標(biāo)--彈性模數(shù)：彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值,泊松比:彈性變形階段橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值；巖石的塑性指標(biāo)——塑性系數(shù):巖石破碎前所消耗的總能量與彈性變形的能量之比；巖石的研磨性——巖石磨損工具的能力。巖石的孔隙度——巖石中孔隙體積與巖石總體積之比。巖石的孔隙性削弱了巖石的強(qiáng)度.巖石的各向異性表征巖石在不同的方向上力學(xué)性質(zhì)的差異.強(qiáng)度——垂直于層理方向抗壓強(qiáng)度最大，平行于層理最小,斜交方向介于兩者之間；硬度—-垂直于層理方向硬度最小，平行于層理最大；彈性模量-—平行于層理最大，垂直于層理方向最小。在鉆探工作中將導(dǎo)致孔斜。因?yàn)閹r石硬度反映的是巖石抵抗外部更硬物體壓入（侵入）其表面的能力。既巖石表面對(duì)另一物體局部壓入或侵入時(shí)的阻力。所以它更接近于鉆掘過(guò)程的實(shí)際情況.巖石的塑性系數(shù)K=（巖石破碎前所消耗的總能量/彈性變形的能量）。按巖石塑性系數(shù)可把巖石分為彈-脆性（K=1）、彈一塑性（K=2?6）和高塑性（K>6）巖石。巖石的研磨性——巖石磨損工具的能力.影響因素：巖石顆粒硬度越大，膠結(jié)物粘結(jié)強(qiáng)度越低，巖石顆粒形狀越尖銳、顆粒尺寸越大,巖石表面越粗糙（非均質(zhì)和多礦物巖石），則研磨性越強(qiáng)；濕潤(rùn)和含水的巖石研磨性降低。不一定巖石的硬度越大其研磨性就一定強(qiáng).例如：泥質(zhì)石英砂巖其中的膠結(jié)物較軟，壓入硬度并不大,鉆進(jìn)中較軟的膠結(jié)物首先被破碎下來(lái),石英顆粒出露使巖石表面變粗糙，從而增強(qiáng)了研磨能力.測(cè)定巖石硬度的常用方法：靜壓入法、沖擊回彈法。其中前者模擬硬質(zhì)合金和金剛石鉆進(jìn)，后者模擬牙輪鉆進(jìn)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。碎巖工具與巖石作用的三類主要方式：切削—剪切型——鉆頭碎巖刃具軸向力Py和切向力Px作用下，以速度?向前移動(dòng)切削（剪切）巖石;沖擊型-刃具給yx孔底巖石以直接的沖擊動(dòng)載；沖擊—剪切型——鉆頭刃具上不僅作用有軸向力P、切向力P和回轉(zhuǎn)速度巾，還有沖錘或牙輪滾動(dòng)對(duì)刃具的沖擊速度V。舉例：y x 口 z切削—剪切型-—硬質(zhì)合金鉆進(jìn)；沖擊型——鋼絲繩沖擊鉆;沖擊-剪切型—-牙輪鉆進(jìn)、液動(dòng)沖擊—回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。平底壓頭在外載作用下壓入巖石時(shí)，接觸面下方巖石的等應(yīng)力分布狀態(tài)如圖所示，最大剪應(yīng)力所在的第一危險(xiǎn)極值帶位于壓頭邊緣往中心下部發(fā)育（圖中的0.333應(yīng)力線）,第二危險(xiǎn)極值帶在z軸上，深度約等于壓頭半徑（圖中的0。3應(yīng)力線）.由于最大剪應(yīng)力點(diǎn)是壓碎巖石的發(fā)源處，且平底圓柱形壓頭壓入時(shí)應(yīng)力存在兩個(gè)極值點(diǎn)，應(yīng)引起重視。球狀切削具壓入巖石時(shí),切削具和巖石產(chǎn)生彈性變形，接觸面中心的正應(yīng)力最大，首先出現(xiàn)裂隙；隨外載增加，接觸面增大，產(chǎn)生與原裂隙平行的新裂隙系;外載繼續(xù)增大，彈性變形總值下降,應(yīng)力增大，裂隙深度增大；破碎過(guò)程與平底壓模類似，并形成aob主壓力體和mca,bcn剪切體。軸向力和切向力共同作用時(shí),在巖石接觸面上，切向力作用前方將產(chǎn)生壓應(yīng)力，而切向力后方則產(chǎn)生拉應(yīng)力;在半無(wú)限體內(nèi)形成正應(yīng)力區(qū)（I）、拉應(yīng)力區(qū)（II）和過(guò)渡區(qū)（III）。壓縮區(qū)I隨軸向力增加而擴(kuò)大，隨切向力的增加而縮小;拉伸區(qū)II則與上述情況相反。鉆進(jìn)速度與比壓P的關(guān)系曲線可分成三個(gè)區(qū)段：表面破碎——切削具與巖石的接觸壓力遠(yuǎn)小于巖石硬度，切削具不能壓入巖石，巖石破碎是由接觸摩擦功引起的.疲勞破碎——軸向載荷增大，但小于巖石硬度，多次加載使疲勞裂隙發(fā)育，眾多裂隙交錯(cuò)，產(chǎn)生粗巖粒分離。體積破碎——切削具上的載荷繼續(xù)增大，接觸壓力大于等于巖石硬度，切削具有效地切入巖石，分離出大塊巖屑，破碎效果好。巖石可鉆性的概念-—表示鉆進(jìn)過(guò)程中巖石破碎的難易程度。衡量巖石可鉆性的指標(biāo)是機(jī)械鉆速，單位m/h。雖然人們已研究了巖石的強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性質(zhì)，但強(qiáng)度表示巖石在載荷作用下整體抵抗破壞的能力，硬度反映巖石抵抗外部更硬物體壓入（侵入）其表面的能力，彈性表示應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，研磨性表示巖石磨損工具的能力，都不能完全反映鉆進(jìn)的難易程度。巖石的可鉆性分級(jí)對(duì)鉆探生產(chǎn)非常重要，是合理選擇鉆進(jìn)方法、鉆頭類型和結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的依據(jù)，也是制訂鉆探生產(chǎn)定額和編制鉆探生產(chǎn)計(jì)劃的依據(jù)。巖石可鉆性分級(jí)方法舉例：力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)法——據(jù)壓入硬度值把巖石分成6類12級(jí)，據(jù)擺球的回彈次數(shù)把巖石分成12級(jí)。實(shí)際鉆進(jìn)速度法——在規(guī)定的設(shè)備工具和技術(shù)規(guī)范條件下進(jìn)行實(shí)際鉆進(jìn)，以機(jī)械鉆速作為巖石的可鉆性級(jí)別.微鉆法—-采用模擬的微型孕鑲金剛石鉆頭，按一定的規(guī)程，對(duì)巖心進(jìn)行鉆進(jìn)試驗(yàn)。破碎比功法——用圓柱形壓頭作壓入試驗(yàn)時(shí)，可通過(guò)壓力與侵深曲線圖求出破碎功,根據(jù)破碎比功法對(duì)巖石可鉆性分成10個(gè)等級(jí)。（以上任選三種即可）切削具切入巖石并回轉(zhuǎn)，在水平力Px作用下，壓迫前面的巖石使發(fā)生X.塑性變形并不斷地向自由面滑移—-切削作用.在切屑的裂隙尚未發(fā)展到全面斷裂之前，下一切屑又發(fā)生滑移。因此切屑是連續(xù)、平穩(wěn)的，其切削槽寬與切削具刃寬相同,巖屑將碎裂并被沖洗液帶至地表；在Py和Px共同作用下的切入比Pyyxy單獨(dú)作用下切入更容易，也切入的更深.在Py和Px共同作用下,彈塑性巖石的孔底碎巖特點(diǎn)：以跳躍式的剪切破碎為主（Px力的變化情況如圖所式）。巖石破-A-碎大體分三個(gè)階段：①切入巖石，巖石剪切破碎，前移碰撞刃前巖石。②刃前接觸面很小，擠壓力較大，小剪切破碎。繼續(xù)前移產(chǎn)生若干次小剪切。③當(dāng)刃前接觸面較大時(shí)，前進(jìn)受阻。繼續(xù)擠壓刃前巖石（部分被壓成粉狀）；同時(shí),Px力急-A-劇增大，當(dāng)達(dá)極限值時(shí)產(chǎn)生大的剪切破碎，然后Px力突然減小。切削具不斷向前推進(jìn)，重復(fù)著壓碎、小剪切、大剪切的循環(huán)過(guò)程。硬質(zhì)合金鉆頭的內(nèi)、外出刃使鉆頭體與孔壁、巖心之間形成間隙,避免摩擦，提供循環(huán)沖洗通道。一般硬巖、鉆速低，取小值;反之取大值.遇水膨脹的軟地層，應(yīng)加焊肋骨。底出刃保證切削具能順利地切入巖石，并為冷卻切削具和排除巖粉提供通道，階梯式底出刃可增加切削具破碎巖石的自由面產(chǎn)生體積破碎.切削具的鑲焊角有正斜鑲、直鑲、負(fù)斜鑲?cè)N方式。通常正斜鑲在軟巖中具有高鉆速，而負(fù)斜鑲適用于硬巖和非均質(zhì)巖層，最常用的是直鑲。磨銳式鉆頭的瞬時(shí)鉆速隨切削具磨鈍而遞減。什么時(shí)候起鉆換鉆頭最好呢？如果起鉆太早，鉆頭還可以使用,如果起鉆太晚，鉆速將太低。確定最佳回次鉆程時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)是回次鉆速達(dá)最大值，這樣經(jīng)濟(jì)效益最好.理論已證明,當(dāng)回次鉆速最大時(shí)，其值等于瞬時(shí)鉆速，所以可用作圖法來(lái)確定最優(yōu)回次鉆程時(shí)間（如圖所示），用瞬時(shí)鉆速vm和回次鉆速vR兩曲線的交點(diǎn)來(lái)確定t0。也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆參儀實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，按不等式（v/vm）VCm（Cm=l.l?1.2）判斷是否需要終止回次鉆程。（以上兩種方法答出一種即可）制造表鑲金剛石鉆頭大都選用粒度為15?60粒/克拉的天然金剛石，其中粗粒?細(xì)粒分別用于中硬?堅(jiān)硬巖層。孕鑲金剛石鉆頭中金剛石在胎體中的含量用濃度表示,當(dāng)金剛石的體積占胎體工作層體積1/4時(shí)濃度為100％，全部是金剛石則濃度為400％。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。常用濃度70%?120％,過(guò)高了將影響胎體的包鑲能力和鉆速。以超頂為例（如圖）,牙輪與地層接觸母線上x(chóng)點(diǎn),由叫引起的的速度Vbx呈直線分布，oa段向前，ob段向后，vbo=0。由叫引起的速度vcx也呈直線分布方向向后，在b點(diǎn)vcb=0。速度合成后，牙輪相對(duì)于巖石的滑動(dòng)速度呈直線，與ab線交于M點(diǎn)，vsM=0為純滾動(dòng)點(diǎn)，bM段向后滑動(dòng),aM段向前滑動(dòng)。滑動(dòng)速度隨超頂距c的增大而增大。鋼粒鉆進(jìn)的井底工作過(guò)程：圓柱形鋼粒在鉆頭軸向和回轉(zhuǎn)力（聯(lián)系力）作用下在孔底不斷翻滾，以動(dòng)壓入體積破碎方式和動(dòng)疲勞破碎方式破巖。圓柱形鋼粒在孔底翻滾給巖石一個(gè)微動(dòng)載作用,產(chǎn)生跳躍式體積破碎.當(dāng)鋼粒逐漸被磨成橢球形,眾多鋼粒的重復(fù)碾壓使裂紋加深加密--動(dòng)疲勞破碎.往往新鮮的圓柱形鋼粒以第一種破巖方式為主,被磨圓的鋼粒以第二種破巖方式為主.在整個(gè)鋼粒鉆進(jìn)回次鉆程中泵量除了排粉、冷卻功能外，還在孔底鋼粒的補(bǔ)給、分選中起主要作用。生產(chǎn)中水口將逐漸被磨短，鋼粒被磨小，但水口處的流速將加快，使鉆頭處工作鋼粒數(shù)量減少。因此，在整個(gè)回次鉆程中應(yīng)分段逐次改小泵量,稱為“改水"。機(jī)械鉆速——單位時(shí)間內(nèi)的鉆探進(jìn)尺數(shù)vm=H/t，其中t為純鉆進(jìn)時(shí)間?；卮毋@速——從鉆具下入鉆孔到提出鉆具的整個(gè)回次過(guò)程的單位時(shí)間進(jìn)尺vR=HR/（t+t］），其中t1為輔助作業(yè)時(shí)間，包括：起下鉆、沖孔、掃孔、立軸倒桿、接長(zhǎng)鉆桿、卡取巖心、更換鉆頭等時(shí)間。最優(yōu)規(guī)程——在一定地質(zhì)條件和鉆進(jìn)方法下，為保證鉆孔質(zhì)量，獲取最低鉆進(jìn)成本或最高鉆速而選擇的鉆進(jìn)參數(shù)搭配。在加壓鉆進(jìn)狀態(tài)下的孔底實(shí)際鉆壓=給進(jìn)力（鉆具質(zhì)量+正的機(jī)械施加力）-（沖洗液浮力+孔內(nèi)摩擦阻）。減壓鉆進(jìn)狀態(tài)下的孔底實(shí)際鉆壓=給進(jìn)力（鉆具質(zhì)量+負(fù)的機(jī)械施加力）-（沖洗液浮力+孔內(nèi)摩擦阻）。時(shí)間效應(yīng)——巖石在切削具作用下,從發(fā)生彈性變形-形成剪切體—跳躍式吃入一定深度，需要一短暫時(shí)間。切削具要在巖面停留短暫時(shí)間At,使裂隙發(fā)育至自由面形成剪切體。如果轉(zhuǎn)速超過(guò)臨界值（n>n0）切削具作用于巖面時(shí)間VAt,裂隙尚未發(fā)育載荷便移走了，造成表面破碎.在鉆速vm*（P-W）式中W為門限鉆壓，它是ab線在鉆壓軸上的截距（如圖），相當(dāng)于切削具開(kāi)始?jí)喝氲貙訒r(shí)的鉆壓，取決于巖層性質(zhì)。與回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相比，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)只要用不大的沖擊力，便可破碎堅(jiān)硬巖石；在可鉆性切?訓(xùn)級(jí)，部分IX級(jí)的巖石中，鉆進(jìn)效果尤為突出。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)可不僅可提高效率和鉆頭壽命，而且還可解決“堵心”、“打滑”、“防斜"等問(wèn)題。以閥式正作用液動(dòng)沖擊器為例（如圖）.閥式正作用沖擊器以液體壓力推動(dòng)沖錘下行沖擊，彈簧力復(fù)位。沖錘5在簧6作用下處上位，中孔被活閥4蓋住,液流瞬間被阻，液壓水錘使沖錘和活閥一同下行，壓縮閥簧和錘簧；活閥下行時(shí)被閥座9限制與沖錘脫開(kāi)，液流經(jīng)中心孔流向孔底，液壓下降,活閥在閥簧作用下返位；沖錘在慣性作用下沖擊鐵砧7,沖擊能量經(jīng)鐵砧-巖心管接頭-鉆頭。壓差式斜面蝶狀閥片為圓形（如圖），兩面帶有斜面，靠閥片左右擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)閥體變位?壓縮空氣P由風(fēng)動(dòng)沖擊器上接頭進(jìn)入氣室A,經(jīng)開(kāi)啟的左側(cè)氣孔沿B進(jìn)入下氣室，推動(dòng)活塞上行.產(chǎn)生壓差后,蝶狀閥片在壓差作用下擺動(dòng)變位，閥的右翼開(kāi)啟而左翼蓋嚴(yán)。于是壓縮氣體經(jīng)開(kāi)啟的右側(cè)氣孔沿C向進(jìn)入上氣室，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一次沖擊作用。最優(yōu)沖擊間隔——兩次沖擊之間切削刃回轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使兩次沖擊間的巖脊能被全部剪崩或切削掉的最大間隔，常用相鄰兩次沖擊間的最優(yōu)夾角”表示。反映了轉(zhuǎn)速與沖擊頻率之間的關(guān)系，由此可確定P、、Q中的n.采用液動(dòng)或風(fēng)動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，對(duì)鉆頭的要求：因?yàn)槌惺軟_擊荷載、軸向靜載和扭矩,剛體材料強(qiáng)度要高于普通鉆頭,多采用圓柱狀、八角狀和球齒硬質(zhì)合金切削具，且出刃量較大；取心沖擊鉆頭壁厚較普通取心鉆頭厚，鉆頭體長(zhǎng)度較長(zhǎng);鉆頭體多呈多邊形，以增大通水、通氣面積。鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)借助一定重量的鉆頭，在一定的高度內(nèi)周期地沖擊井底，使巖石破碎而獲得進(jìn)尺。在每次沖擊之后,鉆頭在鋼絲繩帶動(dòng)下回轉(zhuǎn)一定角度，從而使鉆孔得到規(guī)則的圓形斷面。應(yīng)用范圍：大直徑水井、露天礦山爆破孔、基樁孔、連續(xù)墻鉆孔及其它工程孔，只能鉆進(jìn)垂直孔。振動(dòng)鉆進(jìn)借助偏心輪實(shí)現(xiàn)振動(dòng)鉆進(jìn)，廣泛用于工程取樣及海底淺層取樣鉆進(jìn)等方面。鉆具只有輕微振動(dòng)鉆頭沒(méi)有進(jìn)尺，超過(guò)“起始頻率"后鉆具開(kāi)始切入巖層，隨著頻率的提高鉆速也增加。超過(guò)起始振幅A0后鉆速增加，A0隨頻率、鉆具斷面尺寸和地層條件而變化。增大偏心矩，在堅(jiān)實(shí)土層中鉆效提高.為提高回次鉆速存在著最優(yōu)回次長(zhǎng)度。巖心采取率——在回次鉆進(jìn)中實(shí)際取出的巖心長(zhǎng)度與實(shí)際進(jìn)尺的比值。影響巖礦心采取率與品質(zhì)的自然因素：鉆進(jìn)堅(jiān)硬、致密、完整的巖礦時(shí)，采心率高，能保持其原生結(jié)構(gòu).鉆進(jìn)松散、破碎、節(jié)理發(fā)育的巖礦時(shí)巖礦心的采取率低（甚至取不上巖礦心），原生結(jié)構(gòu)也遭到破壞；鉆進(jìn)強(qiáng)研磨性地層，鉆進(jìn)效率低，巖礦心受外力作用時(shí)間長(zhǎng)，影響巖礦心采取的品級(jí)和采取率.人為因素:鉆進(jìn)方法選擇不合理，鉆具結(jié)構(gòu)選用不合理，鉆進(jìn)規(guī)程選擇不當(dāng)，操作方法不正確.普通單管鉆具是最簡(jiǎn)單的取心鉆具.適用于結(jié)構(gòu)致密完整的巖石。單動(dòng)雙管設(shè)置內(nèi)管容納巖心，沖洗液從二管之間流動(dòng)，避免對(duì)巖心的直接沖刷.內(nèi)管設(shè)置單動(dòng)、緩沖裝置，鉆進(jìn)時(shí)不隨外管轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)巖心的不良影響。在鉆具中設(shè)置隔水和分流裝置，能獲得較高的取心質(zhì)量.適用于松散、破碎、節(jié)理發(fā)育的難取心地層。反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，沖洗液在孔底的流動(dòng)方向與傳統(tǒng)鉆進(jìn)工藝相反。由于孔底沖洗液的流動(dòng)方向與巖礦心進(jìn)入巖心管的方向一致，所以有利于巖心進(jìn)入，不易受到?jīng)_蝕，從而對(duì)提高巖礦心采取率和質(zhì)量有好處。噴射式孔底反循環(huán)鉆具在一般鉆具上增設(shè)了噴嘴、混合室、喉管、擴(kuò)散管、分水接頭等元件。高壓沖洗液沿鉆桿進(jìn)入噴嘴4，高速射入擴(kuò)散管5并形成負(fù)壓區(qū)。在壓差作用下，巖心管8中液體被吸到噴射器與高速液流混合，進(jìn)行能量傳遞和交換后流入喉管13;再經(jīng)擴(kuò)散管和出水孔11或彎管排出，一部分沿鉆桿外環(huán)返回地面；一部分在負(fù)壓下流向孔底，沖洗孔底。從而形成孔底反循環(huán)。繩索取心鉆具(示意圖在試卷中應(yīng)給出)極大地減少了起下鉆具的時(shí)間，增加純鉆進(jìn)時(shí)間，總的鉆效高，且這種趨勢(shì)隨孔深的增大而增大。巖心堵塞后能即時(shí)報(bào)警，巖心采取率高，地質(zhì)效果好.鉆桿與孔壁間隙小，鉆頭壽命比普通鉆頭壽命高。降低鉆探成本.缺點(diǎn):鉆桿的內(nèi)徑大而管壁薄，鉆頭壁較厚，碎巖功耗較大，繩索取心配套設(shè)備一次性投資較大。撈矛機(jī)構(gòu)由撈矛頭2和回收管4等組成。取心時(shí)下放打撈器，打撈鉤抓住撈矛頭，向上提升回收管使彈卡收攏，從而把內(nèi)管總成提升上來(lái)。彈卡定位機(jī)構(gòu)：內(nèi)管總成在鉆桿內(nèi)下放時(shí)彈卡外張，一旦到達(dá)外管的彈卡室可防止內(nèi)管向上串動(dòng)。內(nèi)管總成軸承上部與外管一起旋轉(zhuǎn)，以免彈卡磨損。懸掛機(jī)構(gòu):內(nèi)管總成下降到外管彈卡室時(shí)，懸掛環(huán)座在座環(huán)上，使內(nèi)管總成下端卡簧座51與鉆頭52內(nèi)臺(tái)