《回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭》PPT課件

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1、一 、 硬 質(zhì) 合 金 鉆 頭 及 其 孔 底 的 碎 巖 過 程 二 、 金 剛 石 鉆 頭 及 其 孔 底 碎 巖 過 程 三 、 鋼 粒 鉆 頭 及 其 孔 底 碎 巖 過 程 四 、 牙 輪 鉆 頭 及 其 孔 底 碎 巖 過 程 五 、 全 面 鉆 進(jìn) 與 鉆 頭 u巖 土 鉆 進(jìn) （ 井 ） 方 法 絕 大 多 數(shù) 是 機 械 方 式 ， 主 要 有 ： 伴 有 循 環(huán) 沖 洗 介 質(zhì) 的 硬 質(zhì) 合 金 、 金 剛 石 、 鋼 粒 、 牙 輪 鉆 頭 回 轉(zhuǎn) 鉆 進(jìn) 和 長 螺 旋 干 式 回 轉(zhuǎn) 鉆 進(jìn) ； 采 用 液 動 、 氣 動 孔 底 沖 擊 器 的 沖 擊 回 轉(zhuǎn) 鉆

2、 進(jìn) ； 鋼 絲 繩 沖 擊 鉆 進(jìn) ； 振 動 鉆 進(jìn) 。 上 述 方 法 中 ， 使 用 最 廣 泛 的 是 回 轉(zhuǎn) 鉆 進(jìn) 。 沖 擊 回 轉(zhuǎn) 鉆 進(jìn) 是 在回 轉(zhuǎn) 的 基 礎(chǔ) 上 增 加 孔 底 沖 擊 載 荷 ； 鋼 絲 繩 沖 擊 鉆 進(jìn) 主 要 用 于 水井 施 工 ； 振 動 鉆 進(jìn) 、 長 螺 旋 干 式 回 轉(zhuǎn) 鉆 進(jìn) 主 要 用 于 在 土 壤 和 軟巖 中 打 淺 孔 （ 工 程 施 工 ） 。 一 、 硬 質(zhì) 合 金 鉆 進(jìn) 的 基 本 概 念 與 特點 1、 硬 質(zhì) 合 金 鉆 進(jìn) 的 基 本 概 念 利 用 鑲 焊 在 鉆 頭 鋼 體 上 的 硬 質(zhì) 合 金 切削

3、 具 作 為 碎 巖 的 工 具 ， 這 種 鉆 進(jìn) 方 法 稱 為 硬合 金 鉆 進(jìn) 。 硬 合 金 鉆 進(jìn) 是 巖 土 鉆 掘 工 程 中 的 一 種 主要 鉆 進(jìn) 方 法 ， 它 用 于 軟 巖 層 及 中 硬 巖 層 的 鉆 進(jìn)（ 14級 軟 的 沉 積 巖 、 中 硬 的 57級 及 部 分 8級 巖 漿 巖 和 變 質(zhì) 巖 ） 。 二 、 鉆 探 用 硬 質(zhì) 合 金 2、 選 用 硬 質(zhì) 合 金 切 削 具 的 基 本 原 則合 金 切 削 具 形 狀 主 要 有 ： 薄 片 狀 、 方 柱 狀 、八 角 柱 狀 和 針 狀 等 。 tg0 y ybHPh 三 、 硬 合 金 鉆

4、進(jìn) 的 孔 底 碎 巖 過 程 （ 二 ） 彈 塑 性 巖 石 的 孔 底 破 碎 過 程 彈 塑 性 巖 石 是 硬 質(zhì) 合 金 鉆 頭 的 主 要 鉆 進(jìn) 對 象 。理 論 上 ， 按 切 削 具 的 切 入 條 件 ， 需 要 很 大 的 軸 向 力 ，而 實 際 的 Py力 要 小 得 多 （ 1/61/3） ， 究 其 原 因 ，主 要 是 切 削 具 并 非 以 靜 壓 入 的 方 式 破 巖 ， 而 是 在 雙向 力 的 同 時 作 用 下 破 碎 巖 石 。 其 碎 巖 的 顯 著 特點 則 是 在 切 削 具 的 作 用 下 以 跳 躍 式 的 剪 切 破 碎 為 主 。巖

5、石 破 碎 大 體 分 三 個 階 段 ： 20 )( tS Avm (下 頁 ） 20022020 200 )1(2 tkvttSS Svvm t mdtvH 0 )1( 00 tktvH )1( 00 tkvvm Hkvvm 00 作 用 ： 保 證 切 削 具 能 順 利 地 切 入 巖石 ， 并 為 沖 洗 液 冷 卻 切 削 具 和排 除 孔 底 巖 粉 提 供 通 道 。 底 出 刃 大 小 ： 由 切 入 深 度 和 過 水 間隙 兩 部 分 組 成 。 H值 過 大 ， 在 硬 巖 和 裂 隙性 巖 層 中 容 易 造 成 崩 刃 ， 應(yīng) 增 加 補 強 。 一般 為 25 m

6、m。 底 出 刃 有 平 底 式 、 階 梯 式 。階 梯 式 可 增 加 切 削 具 破 碎 巖 石 的 自 由 面 ，容 易 產(chǎn) 生 體 積 破 碎 。 3、 切 削 具 的 鑲 焊 角 度 具 有 一 定 刃 角 的 切 削 具 以 不 同 的 前 角 （ 亦 稱 鑲 焊 角 ） 鑲焊 在 鉆 頭 體 上 ， 形 成 不 同 的 切 削 角 ， 從 而 獲 得 不 同 的 鉆 進(jìn) 效 果 。 切 削 具 在 鉆 頭 唇 面 上 有 三 種 鑲 焊 方 式 ： 正 斜 鑲 ， 直 鑲 ， 負(fù) 斜 鑲 。 （ 1） 刃 角 的 選 擇 ： =45 50 ， 用 于 級 非 裂 隙 性 巖 石

7、 ； =65 ， 用 于 級 巖 石 ； =90 的 小 切 削 具 ， 用 于 自 磨 式 鉆 頭 。 （ 2） 切 削 角 的 選 擇 ： 根 據(jù) 所 鉆 巖 性 來 選 擇 。 鉆 進(jìn) 軟 巖 ， 應(yīng) 選 擇 切 削 性 能 較 好 的 正 斜 鑲 ， =70 80 ； 脆 性 和 較 硬 的 巖 石 ， 切 削 具 主 要 按 壓 碎 和 剪 切作 用 碎 巖 ， 切 削 具 易 被 磨 鈍 ， 應(yīng) 選 擇 入 巖 較 鋒 利 的 直 鑲 、負(fù) 斜 鑲 ， =90 105 。 切 削 具 的 排 列 方 式 有 ： 單 環(huán) 排 列 、 多 環(huán) 排 列 、 密 集 排 列 等 。 （ 1

8、） 確 定 切 削 具 布 置 方 式 的 原 則 ： 能 保 證 鉆 頭 在 孔 底 工 作 平 穩(wěn) ； 多 環(huán) 排 列 時 ， 每 個 切 削 具 只 破 碎 孔 底 的 一 部 分 ， 疊 加起 來 完 成 整 個 唇 面 的 切 削 ， 若 各 環(huán) 之 間 能 相 互 造 成 自 由 面 ， 則破 巖 效 果 更 佳 ； 盡 量 使 每 個 切 削 具 負(fù) 擔(dān) 的 破 巖 量 接 近 ， 避 免 局 部 磨 損過 甚 ； 切 削 具 之 間 應(yīng) 保 持 一 定 的 距 離 ， 以 利 于 排 粉 ； 對 切 削 具 的 鑲 焊 和 修 磨 方 便 。 （ 2） 切 削 具 布 置 方

9、式 單 環(huán) 排 列 ： 一 個 或 二 個 切 削 具 并 聯(lián) 覆 蓋 唇 面 ， 加 工 簡 單 ； 多 環(huán) 排 列 ： 多 個 切 削 具 分 環(huán) 覆 蓋 唇 面 ， 造 成 多 的 碎 巖 自 由 面 ； 密 集 排 列 ： 多 個 切 削 具 集 中 為 一 組 排 列 ， 前 刃 掏 槽 ， 后 刃 擴(kuò) 槽 ， 相互 支 撐 ， 承 載 大 ， 抗 彎 、 抗 磨 損 好 。 （ 1） 肋 骨 式 鉆 頭 ： 主 要 用 于 鉆 進(jìn) 遇 水 膨 脹 、 粘 性 較 大 的 軟 巖 。依 鉆 頭 結(jié) 構(gòu) 不 同 ， 分 為 螺 旋 肋 骨 鉆 頭 和 階 梯 式 肋 骨 鉆 頭 。 螺

10、 旋 肋 骨 鉆 頭 特 點 ： 流 通 載 面 大 ， 孔 底 干 凈 ， 鉆 進(jìn) 效 率 較 高 。 階 梯 式 肋 骨 鉆 頭 的 特 點 ： 肋 骨 片 較 厚 ， 水 口 寬 ， 孔 底 呈 階 梯狀 。 可 鉆 進(jìn) 35級 巖 石 。 鉆 探 用 金 剛 石 按 成 因 分 為 天 然 的 、 人 造 的 兩 大 類 。 （ 1） 制 造 鉆 頭 的 天 然 金 剛 石 可 分 為 “ 包 布 茲 ” （ Bortz） ，“ 剛 果 ” （ Congo） ， “ 卡 邦 納 多 ” （ Carbonado） ， “ 巴 拉斯 ”（ Ballas） 和 “ 雅 庫 特 ” （ ） 五

11、 類 。 其 中 ， “ 包 布茲 ”主 要 用 于 制 造 表 鑲 鉆 頭 ， “ 剛 果 ” 主 要 用 于 孕 鑲 鉆 頭 ，“ 卡 邦納 多 ” 和 “ 巴 拉 斯 ” 現(xiàn) 已 很 少 用 于 做 鉆 頭 ， “ 雅 庫 特 ” 產(chǎn)于 俄 羅 斯 ， 主 要 在 前 蘇 聯(lián) 境 內(nèi) 使 用 。 （ 2） 人 造 金 剛 石 包 括 單 晶 、 聚 晶 和 金 剛 石復(fù) 合 片 等 品 種 。 其 中 ， 聚 晶 是 由 細(xì) 小 的 金 剛 石顆 粒 、 粘 合 劑 燒 結(jié) 成 較 大 顆 粒 的 多 晶 金 剛 石 ；金 剛 石 復(fù) 合 片 （ PDC） 是 由 一 層 金 剛 石 多

12、 晶 薄層 、 一 層 較 厚 的 硬 質(zhì) 合 金 層 復(fù) 合 而 成 。 強 度 高 、 耐 磨 性 好 ， 在 硬 -堅 硬 地 層 中 鉆進(jìn) 能 取 得 良 好 的 效 果 ； 但 由 于 其 粒 度 小 ， 在 軟 -中 硬 地 層 中難 以 取 得 較 高 的 鉆 速 ， 且 由 于 出 刃 量 小 ， 容 易 發(fā) 生 糊 鉆 事 故 。 高 溫 穩(wěn) 定 性 好 ， 強 度 較 高 ， 耐 磨 性 好 ，能 直 接 合 成 所 需 的 形 狀 ， 所 以 ， 在 中 硬 地 層 中 能 取 得 較 好 的鉆 進(jìn) 效 果 ， 但 由 于 其 強 度 較 單 晶 小 ， 所 以 不 適

13、用 于 大 部 分 硬-堅 硬 的 巖 層 鉆 進(jìn) 。 綜 合 了 金 剛 石 的 耐 磨 性 和 硬 質(zhì) 合 金 的抗 沖 擊 韌 性 ， 且 在 鉆 進(jìn) 中 金 剛 石 層 保 持 了 銳 利 的 切 削 角 ， 所以 ， 在 軟 -中 硬 地 層 能 取 得 較 好 的 效 果 。 （ 1） 金 剛 石 為 碳 的 結(jié) 晶 體 ， 晶 體 結(jié) 構(gòu) 為 正 四 面 體 ， 碳 原子 之 間 以 共 價 鍵 相 連 ， 結(jié) 構(gòu) 非 常 穩(wěn) 定 。 （ 2） 典 型 的 晶 形 有 立 方 體 、 八 面 體 和 十 二 面 體 等 。 （ 3） 金 剛 石 是 世 界 上 最 硬 、 抗 壓

14、 強 度 最 大 、 抗 磨 損 能 力最 強 的 材 料 。 其 莫 氏 硬 度 為 10級 ， 是 石 英 的 1000倍 ； 天 然金 剛 石 的 抗 壓 強 度 約 為 8 600MPa， 是 鋼 的 9倍 。 耐 磨 性 是 鋼的 20005000倍 。 （ 4） 它 的 脆 性 較 大 ， 遇 到 沖 擊 載 荷 會 出 現(xiàn) 碎 裂 ； （ 5） 熱 穩(wěn) 定 性 較 差 ， 在 高 溫 下 遇 氧 便 氧 化 并 被 轉(zhuǎn) 化 為 石墨 （ “ 石 墨 化 ” ） 。 因 此 ， 在 金 剛 石 工 具 的 制 造 過 程 中 ，須 隔 氧 ， 避 免 長 時 間 受 高 溫 ； 在

15、 使 用 中 ， 須 及 時 冷 卻 切 削刃 。 國 際 上 通 用 的 計 量 單 位 是 克 拉 （ carat） 。 鉆 探 用 金剛 石 常 用 一 克 拉 （ 0.2g） 多 少 粒 或 過 篩 網(wǎng) 目 數(shù) （ 每 平 方 英 寸的 網(wǎng) 格 數(shù) ） 來 衡 量 。 粗 粒 5 20粒 /克 拉 ； 中 粒 20 40粒 /克 拉 ； 細(xì) 粒 40 100粒 /克 拉 ； 粉 粒 100 400粒 /克 拉 。 其 中 ， 粗 、 中 粒 多 用 于 表 鑲 鉆 頭 和 表 鑲 擴(kuò) 孔 器 ， 細(xì) 、粉 粒 多 用 于 孕 鑲 鉆 頭 和 孕 鑲 擴(kuò) 孔 器 。 主 要 根 據(jù) 晶

16、形 和 強 度 來 判 定 。 人 造 單 晶 晶 形 分 為 5種 ： 晶 形 好 、 強 度 高 、 耐 沖 擊 ， 是 理 想 的 切 磨 耗 材 。 等 積 形 ： 晶 體 長 軸 與 短 軸 之 比 不 超 過 1.5 1的 稱 為 等 積 形 。 強度 較 高 ， 但 形 狀 尚 好 ， 在 鉆 探 中 的 應(yīng) 用 占 有 一 定 比 例 。 晶 體 長 軸 與 短 軸 之 比 超 過 1.5 1者 為 非 等 積 形 。 質(zhì)量 差 ， 形 狀 不 好 ， 強 度 很 低 ， 在 鉆 探 中 不 宜 采 用 。共 晶 面 或 晶 棱 的 晶 體 、 非 完 整 晶 體 的 連 生

17、體 。 將 連 晶 破碎 為 單 晶 ， 經(jīng) 整 形 、 分 選 ， 得 到 質(zhì) 量 較 好 的 金 剛 石 在 鉆 探 上 使用 。 許 多 小 的 晶 體 無 規(guī) 則 地 聚 合 叢 生 稱 為 聚 晶 體 。 質(zhì) 量差 ， 強 度 很 低 ， 鉆 探 中 不 能 采 用 。 （ 2） 金 剛 石 的 品 級 ： 主 要 根 據(jù) 晶 形 和 強 度 來 判定 。 按 強 度 區(qū) 分 是 金 剛 石 的 品 級 ： 工 業(yè) 上 衡 量人 造 單 晶 金 剛 石 質(zhì) 量 的 可 計 量 指 標(biāo) 是 單 軸 抗 壓強 度 。 用 于 鉆 探 的 人 造 金 剛 石 強 度 一 般 在2500Mp

18、a以 上 ， 即 ： 60#（ 60目 ） 單 晶 單 粒 的 抗壓 值 在 85N以 上 。 表 鑲 鉆 頭 （ 鉆 頭 胎 體 上 的 金 剛 石 顆 粒 較 大 ） 與孕 鑲 鉆 頭 （ 胎 體 上 的 金 剛 石 顆 粒 較 小 ） 的 碎 巖 機 理有 著 顯 著 的 不 同 。 國 內(nèi) 外 研 究 表 明 ， 金 剛 石 鉆 進(jìn) 的孔 底 碎 巖 過 程 存 在 有 以 下 幾 種 機 理 1、 壓 碎 剪 切 與 疲 勞 破 碎 2、 犁 掘 作 用 原 理 3、 多 刃 研 磨 切 削 4、 微 動 載 碎 巖 鉆 進(jìn) 時 ， 孔 底 巖 石 是 在 三 向 應(yīng) 力 狀 態(tài) 下

19、 （ 圍 巖壓 力 、 液 柱 壓 力 和 軸 向 載 荷 ） ， 隨 圍 壓 的 增 加 ， 巖石 的 塑 性 增 大 。 當(dāng) 以 塑 性 破 碎 為 主 時 ， 將 發(fā) 生 明 顯的 犁 掘 作 用 過 程 ， 即 ： 鉆 頭 唇 面 上 出 露 的 金 剛 石 ，在 軸 向 壓 力 作 用 下 侵 入 巖 石 表 面 ， 在 切 向 力 作 用 下沿 橫 向 滑 移 時 ， 滑 移 前 方 的 壓 縮 應(yīng) 力 區(qū) 產(chǎn) 生 張 應(yīng) 力滑 移 區(qū) ， 在 滑 移 區(qū) 內(nèi) 產(chǎn) 生 向 前 、 向 左 、 向 右 、 向 下的 裂 紋 ， 當(dāng) 應(yīng) 力 增 加 時 ， 裂 紋 擴(kuò) 展 。 應(yīng) 力

20、超 過 巖 石強 度 時 ， 首 先 在 金 剛 石 的 正 前 方 出 現(xiàn) 溝 槽 形 的 破 碎 ，在 其 兩 側(cè) 也 將 沿 薄 弱 面 產(chǎn) 生 破 碎 。 金 剛 石 鉆 頭 胎 體 用 于 包 裹 金 剛 石 ， 并 與 鉆 頭 鋼 體 牢 固 連 接 。 1、 胎 體 能 牢 固 地 包 鑲 金 剛 石 ， 表 鑲 金 剛 石 鉆 頭 更 是 如 此 ； 2、 應(yīng) 有 足 夠 的 強 度 ， 具 有 一 定 的 抗 沖 擊 性 能 ， 胎 體 與 剛 體 之間 的 連 接 要 牢 固 ； 3、 胎 體 的 硬 度 、 抗 沖 蝕 性 能 、 耐 磨 性 要 與 所 鉆 巖 石 的

21、壓 入 硬度 、 抗 壓 強 度 、 研 磨 性 相 適 應(yīng) 。 孕 鑲 鉆 頭 對 這 些 性 能 要 求 更 加 嚴(yán)格 。 孕 鑲 鉆 頭 鉆 進(jìn) 時 ， 胎 體 的 磨 損 速 度 應(yīng) 適 當(dāng) 超 前 于 金 剛 石的 磨 損 速 度 ， 使 金 剛 石 不 斷 出 刃 。如 果 胎 體 不 磨 損 或 磨 損 極 慢 ， 則金 剛 石 出 刃 甚 小 ， 發(fā) 揮 不 了 多 刃微 切 削 作 用 ， 鉆 速 很 低 。 反 之 ，如 果 胎 體 磨 損 太 快 ， 則 造 成 金 剛石 過 早 的 崩 刃 或 脫 粒 ， 從 而 失 去鉆 進(jìn) 能 力 、 鉆 頭 壽 命 縮 短 。 合

22、 適的 胎 體 耐 磨 性 應(yīng) 能 使 唇 面 金 剛 石正 常 出 刃 ， 且 在 每 粒 金 剛 石 的 后面 形 成 蝌 蚪 狀 支 撐 。 金 剛 石 在 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 。 螺 旋 排 列 一 般 用 于 軟巖 鉆 ， 其 排 粉 效 果 最 好 。 孕 鑲 金 剛 石 鉆 頭 的 唇 面 形 狀 比 較 簡 單 ， 多 為 平底 形 ， 在 孔 內(nèi) 磨 合 一 段 時 間 后 便 自 然 形 成 圓 弧 形 。 如 果 堅 硬 、 弱 研 磨 性 的 巖 石 或 鉆 頭 壁 較 厚 ， 可把

23、鉆 頭 唇 面 做 成 同 心 環(huán) 槽 、 鋸 齒 狀 或 階 梯 形 ， 以 形 成較 多 的 破 巖 自 由 面 。 表 鑲 鉆 頭 的 主 水 路 是 唇 面 與 孔 底 之 間 的 間 隙 ，強 制 沖 洗 液 從 主 水 路 通 過 ， 有 效 地 冷 卻 唇 面 金 剛 石 和及 時 排 除 孔 底 巖 粉 ， 唇 面 上 的 水 口 和 水 槽 的 數(shù) 目 不 能太 多 ， 常 用 的 水 口 形 狀 見 圖 4-23。 由 于 表 鑲 鉆 頭 的 金 剛 石 粒 徑 與 布 排 與 孕 鑲 鉆 頭不 同 ， 其 水 口 與 水 槽 也 有 所 不 同 。 孕 鑲 金 剛 石 鉆

24、 頭 的 金 剛 石 出 刃 非 常 小 ， 它 的 主水 路 不 是 鉆 頭 唇 面 與 孔 底 的 間 隙 ， 而 是 水 口 。 在 唇 面扇 形 塊 的 下 面 只 存 在 漫 流 （ 或 濕 潤 ） 區(qū) ， 用 于 冷 卻 和排 粉 的 水 流 主 要 通 過 水 口 和 水 槽 。 因 此 ， 孕 鑲 鉆 頭 往 往 設(shè) 計 成 多 水 口 、 小 水 口 ，這 樣 對 防 止 燒 鉆 有 利 。 示 意 圖 名 稱 實 物 圖 特 點平 底 型 平 面 呈 矩 形 ， 加 工 制 作 簡 單 ， 適 用 于 地 層 廣 ， 工 作 一 段 時 間 后自 動 變 為 圓 弧 形 ；

25、 但 導(dǎo) 向 性 差 ， 容 易 出 現(xiàn) 非 正 常 磨 損 和 破 壞 。圓 弧 型 圓 弧 直 徑 大 于 胎 體 厚 度 ， 金 剛 石 分 布 及 受 力 合 理 ， 適 用 中 硬 硬 地 層 。同 心 圓 尖 齒型 端 面 呈 鋸 齒 狀 ， 切 削 自 由 面 多 ， 剪 切 破 碎 巖 石 ， 鉆 速 高 ， 防 斜效 果 好 ， 適 用 堅 硬 弱 研 磨 性 地 層 。外 錐 型 穩(wěn) 定 性 好 ， 適 用 擴(kuò) 孔 鉆 進(jìn) ， 易 孔 斜 地 層多 階 梯 型 鉆 進(jìn) 效 率 高 ， 垂 直 孔 中 穩(wěn) 定 性 好 ， 防 止 孔 斜 ， 適 用 軟 中 硬 巖層 以 及

26、破 碎 地 層 。 梯 齒 型 綜 合 了 梯 形 和 尖 齒 形 鉆 頭 的 優(yōu) 點 ， 鉆 進(jìn) 穩(wěn) 定 性 好 ， 鉆 進(jìn) 效 率 高 ，唇 面 冷 卻 效 果 好 ， 適 用 硬 巖 層 。高 低 齒 型 胎 塊 一 個 高 一 個 低 ， 交 替 排 列 ， 鉆 進(jìn) 效 率 高 ， 鉆 頭 壽 命 長 。底 噴 型 排 粉 能 力 強 ， 鉆 頭 冷 卻 效 果 好 ， 對 巖 礦 心 保 護(hù) 好 ， 適 用 于 松 散破 碎 及 巖 粉 較 多 地 層 。 金 剛 石 擴(kuò) 孔 器 安 裝 于 鉆 頭 和 巖 心 管 之 間 ， 是 金 剛石 鉆 進(jìn) 不 可 缺 少 的 組 成 部 分

27、 。 1、 修 擴(kuò) 孔 壁 ， 保 證 鉆 孔 直 徑 符 合 要 求 ； 2、 保 持 孔 內(nèi) 鉆 具 的 穩(wěn) 定 性 ， 使 鉆 具 在 高 轉(zhuǎn) 速 回轉(zhuǎn) 條 件 下 保 持 良 好 的 動 平 衡 狀 態(tài) ； 3、 延 長 鉆 頭 壽 命 。 減 少 新 鉆 頭 下 孔 的 擴(kuò) 孔 量 ，防 止 鉆 頭 早 期 磨 損 。 擴(kuò) 孔 器 由 鋼 體 和 含 金 剛 石的 凸 起 胎 體 組 成 （ 形 成 水 槽 ） 現(xiàn) 用 擴(kuò) 孔 器 的 樣 式 很 多 ，有 單 管 的 、 雙 管 的 、 繩 索 取心 的 ； 有 天 然 金 剛 石 、 人 造單 晶 金 剛 石 、 人 造 聚 晶

28、金 剛石 的 ； 有 直 棱 、 直 條 、 螺 旋棱 、 螺 旋 條 的 等 等 。 用 未 鑲 焊 切 削 具 的 鉆 頭 壓 住 不 與 鉆頭 鋼 體 鑲 在 一 起 、 呈 自 由 狀 態(tài) 的 鋼 粒 ，并 帶 動 它 們 在 孔 底 滾 動 而 破 碎 巖 石 的 鉆進(jìn) 方 法 稱 為 鋼 粒 鉆 進(jìn) 。 巖 心 管 的 下 端 接 有 鋼 粒 鉆 頭 （ 鉆頭 鋼 體 ） ， 鉆 頭 上 開 有 口 。 孔 底 投 有 一定 量 的 “ 自 由 ” 的 鋼 粒 ， 受 周 圍 巖 石 的限 制 ， 鋼 粒 壓 在 鉆 頭 的 底 唇 之 下 和 兩 側(cè) 。鉆 進(jìn) 中 ， 鉆 頭 向

29、 下 施 加 一 定 的 軸 向 壓 力 ，并 作 回 轉(zhuǎn) 運 動 。 隨 著 鉆 頭 的 轉(zhuǎn) 動 ， 鋼 粒在 鉆 頭 與 巖 石 之 間 不 斷 滾 動 ， 對 孔 底 巖石 進(jìn) 行 碾 壓 ， 達(dá) 到 破 碎 巖 石 的 目 的 。 同時 ， 泵 送 的 沖 洗 液 由 鉆 頭 內(nèi) 間 隙 流 經(jīng) 孔底 ， 再 由 鉆 頭 外 間 隙 上 返 流 出 ， 沖 排 巖屑 和 磨 損 失 去 工 作 能 力 的 鋼 粒 屑 。 （ 1） 作 為 碎 巖 磨 料 的 鋼 粒 ， 并 不 固 定 在 鉆 頭 體 上 ，而 是 自 由 地 壓 在 鉆 頭 底 面 和 兩 側(cè) ； （ 2） 鋼 粒

30、碎 巖 的 過 程 是 一 個 對 孔 底 巖 石 碾 壓 的 過 程 ； （ 3） 回 轉(zhuǎn) 的 離 心 力 和 沖 洗 液 的 沖 刷 力 使 鋼 粒 在 孔 底的 分 布 ： 鉆 頭 外 側(cè) 多 于 內(nèi) 側(cè) ； （ 4） 沖 洗 液 的 循 環(huán) 對 孔 底 的 鋼 粒 能 起 到 分 選 作 用 ，磨 損 變 小 的 和 失 去 工 作 能 力 的 鋼 粒 懸 浮 于 外 側(cè) 間 隙 中 ，未 被 磨 損 的 或 磨 損 少 的 在 孔 底 工 作 。 改 變 沖 洗 液 量 可 改變 分 選 狀 態(tài) ； （ 1） 鋼 粒 的 形 狀 ： 是 直 徑 為 2.54mm的 圓 柱 體 ，圓

31、柱 體 的 高 等 于 其 直 徑 ， 有 利 于 鋼 粒 在 孔 底 的 滾動 。 （ 2） 鋼 粒 的 材 質(zhì) 與 性 能 ： 一 般 是 60號 、 70號 高碳 鋼 ， 經(jīng) 調(diào) 質(zhì) 、 淬 火 可 達(dá) 到 較 高 硬 度 。 其 抗 壓 強度 可 達(dá) 到 1000 kg/粒 ， 硬 度 HRC（ 洛 氏 硬 度 ） 50。 通 常 ， 鋼 粒 的 粒 度 按 2.5、3、 3.5、 4mm分 成 四 個 粒 度級 別 。（ 1） 粒 度 與 鉆 進(jìn) 速 度 的 關(guān)系 根 據(jù) 實 驗 ， 隨 著 鋼 粒粒 度 的 增 大 ， 鉆 速 與 功 耗增 大 ； 鋼 粒 和 鉆 頭 磨 耗 減小

32、 。 從 這 種 意 義 上 講 ， 增大 鋼 粒 的 粒 度 是 有 益 的 。 （ 2） 鋼 粒 的 粒 度 與 鉆 進(jìn) 質(zhì) 量 的 關(guān) 系 鉆 粒 粒 度 還 直 接 影 響 到 鉆 進(jìn) 質(zhì) 量 ， 過 大 的 鋼 粒會 產(chǎn) 生 下 列 危 害 ： 內(nèi) 環(huán) 狀 間 隙 增 大 ， 使 巖 心 變 細(xì) ， 容 易 發(fā) 生巖 心 堵 塞 、 巖 心 脫 落 、 殘 留 巖 心 等 問 題 ， 巖 心 采取 率 低 。 外 環(huán) 間 隙 增 大 ， 孔 徑 被 擴(kuò) 大 ， 鉆 桿 和 粗 徑鉆 具 轉(zhuǎn) 動 不 穩(wěn) ， 會 造 成 過 大 的 鉆 孔 彎 曲 。 （ 3） 鋼 粒 的 粒 度 與

33、鉆 頭 壁 厚 的 配 合 關(guān) 系 在 鉆 頭 壁 厚 一 定 時 ， 如 果 鋼 粒 直 徑 超 過 一 定 限度 ， 鉆 頭 唇 底 不 能 穩(wěn) 定 壓 砂 ， 就 不 能 有 效 地 破 碎巖 石 。 一 般 ， 鋼 粒 直 徑 與 鉆 頭 壁 厚 的 配 合 關(guān) 系 為 ： 式 中 ： t鉆 頭 壁 厚 ， 毫 米 ； d鋼 粒 直 徑 ， 毫 米 。 （ 1） 鋼 粒 鉆 頭 的 功 用 與 性 能 ： 鋼 粒 鉆 頭 的 功 用 是 將鉆 桿 傳 來 的 軸 向 壓 力 及 回 轉(zhuǎn) 力 傳 遞 給 鋼 粒 。 鉆 頭 唇 面 把鉆 粒 壓 在 孔 底 巖 面 上 ， 并 依 靠 其

34、 本 身 的 彈 塑 性 變 形 及 摩擦 力 帶 動 鋼 粒 在 孔 底 巖 石 上 滾 動 ， 破 碎 巖 石 ， 鉆 頭 本 身不 直 接 破 碎 巖 石 ， 但 受 鋼 粒 及 巖 屑 的 作 用 ， 不 斷 被 磨 損 。良 好 的 鋼 粒 鉆 頭 應(yīng) 具 有 以 下 的 性 能 ： 能 很 好 地 壓 住 鋼 粒 ， 并 能 帶 動 鋼 粒 沿 孔 底 滾 動 ； 能 順 利 地 流 通 沖 洗 液 ， 排 除 鉆 粉 ； 鉆 頭 應(yīng) 耐 磨 ， 并 能 保 持 良 好 的 導(dǎo) 砂 性 能 和 補 砂性 能 。 （ 2） 鋼 粒 鉆 頭 的 結(jié) 構(gòu) 鋼 粒 鉆 頭 的 結(jié) 構(gòu) 呈

35、圓 筒 狀 。材 料 一 般 為 45號 中 炭 鋼 ， 硬 度 低于 鋼 粒 ， 以 保 證 與 鋼 粒 間 有 一 定的 連 系 力 ， 牽 動 鋼 粒 滾 動 。 外 徑 上 下 一 致 ， 內(nèi) 壁 上 部有 1 100的 錐 度 ， 以 便 卡 取 巖 心 。 鉆 頭 外 徑 有 ： 75， 91、 110、130、 150毫 米 等 級 別 ， 壁 厚 911毫 米 。 鉆 頭 底 部 開 有 水 口 ， 用于 流 通 沖 洗 液 和 向 鉆 頭 唇 面 下 補給 鋼 粒 。 提 供 比 較 穩(wěn) 定 的 過 水 斷 面 ， 保 證沖 洗 液 流 通 ； 良 好 的 導(dǎo) 砂 作 用 ，

36、 把 鋼 粒 導(dǎo) 入 鉆 頭底 唇 之 下 ， 保 證 在 鉆 頭 唇 部 足 夠 的 鋼 粒 在井 底 工 作 。 鋼 粒 鉆 進(jìn) 破 碎 孔 底 巖 石 主 要 有 以 下 機 理 ： （ 1） 尖 楔 壓 入 破 碎 巖 石 鉆 進(jìn) 開 始 階 段 ； （ 2） 球 形 壓 模 壓 入 碎 巖 鉆 進(jìn) 中 后 期 ； 2、 疲 勞 破 碎 鋼 粒 鉆 進(jìn) 的 主 要 碎 巖 方 式 ； 3、 脈 動 沖 擊 碎 巖 鋼 粒 鉆 進(jìn) 全 過 程 ； （ 1） 尖 楔 壓 入 破 碎 巖 石 ： 開 始 時 ，鋼 粒 呈 柱 狀 ， 當(dāng) 邊 棱 與 巖 石 接 觸 時 ，接 觸 面 積 小

37、， 壓 力 集 中 ， 接 觸 面 上的 壓 強 較 大 ， 達(dá) 到 巖 石 的 壓 入 硬 度 ，鋼 粒 壓 入 巖 石 ， 巖 石 呈 體 積 破 碎 方式 破 裂 。 （ 2） 球 形 壓 模 壓 入 碎 巖 ： 當(dāng) 鋼 粒磨 成 球 形 ， 接 觸 面 積 雖 有 所 增 加 ，但 鋼 粒 大 小 不 均 ， 仍 存 在 壓 力 集 中 ，如 果 鉆 壓 足 夠 大 ， 壓 強 達(dá) 到 了 巖 石壓 入 硬 度 ， 同 樣 發(fā) 生 壓 入 壓 碎 巖 石（ 類 似 球 模 壓 入 碎 巖 ） 。 壓 碎 碎 巖 方 式 雖 屬 于 體 積 式 碎 巖 ， 但在 鋼 粒 鉆 進(jìn) 中 ，

38、它 所 占 的 碎 巖 比 率 不 大 ， 因為 這 種 碎 巖 方 式 主 要 是 靠 接 觸 面 積 小 而 造 成大 的 壓 強 來 實 現(xiàn) 的 。 由 于 接 觸 面 本 身 甚 小 ，所 以 每 次 碎 巖 的 量 也 不 大 。 同 時 在 鉆 進(jìn) 中 以棱 角 壓 巖 石 的 機 會 也 比 較 少 。 還 有 鋼 粒 上 的這 些 棱 角 在 發(fā) 生 壓 碎 巖 石 的 同 時 ， 鋼 粒 本 身不 斷 地 被 磨 損 。 至 于 靠 分 布 不 勻 壓 力 集 中 以達(dá) 到 壓 碎 巖 石 的 情 況 ， 產(chǎn) 生 的 機 會 也 較 少 。 疲 勞 破 碎 是 由 鋼 粒 的

39、 碾 壓 作 用 而 產(chǎn) 生 的 碎 巖 方式 ， 鉆 進(jìn) 中 被 成 球 形 或 橢 球 形 的 鋼 粒 ， 以 一 定 的 壓 力壓 于 巖 石 表 面 ， 當(dāng) 壓 力 未 達(dá) 到 巖 石 壓 入 硬 度 時 ， 不 會壓 入 巖 石 ， 但 其 下 部 巖 石 中 存 在 著 兩 個 危 險 極 值 帶 ，壓 力 邊 緣 處 存 在 拉 伸 應(yīng) 力 ， 這 種 壓 應(yīng) 力 和 拉 伸 應(yīng) 力 的作 用 ， 加 上 鉆 粒 的 變 形 、 與 巖 石 的 摩 擦 力 ， 將 巖 石 壓裂 和 撕 裂 成 一 定 深 度 的 許 多 裂 紋 ， 稱 之 為 碾 壓 作 用 。隨 著 眾 多

40、鋼 粒 的 重 復(fù) 碾 壓 ， 裂 紋 加 深 加 密 ， 使 交 叉 發(fā)育 的 裂 紋 以 巖 屑 的 形 式 被 剝 離 下 來 離 開 母 體 。 鋼 粒 鉆 進(jìn) 中 ， 由 于 鋼 粒 本 身 和 每 個 鋼 粒 存 在尺 寸 不 均 勻 、 井 底 的 不 平 、 鉆 桿 柱 本 身 產(chǎn) 生 的 彎 曲和 扭 轉(zhuǎn) 振 動 ， 回 轉(zhuǎn) 時 ， 對 井 底 巖 石 產(chǎn) 生 脈 動 沖 擊 破碎 巖 石 。 由 于 鋼 粒 鉆 進(jìn) 中 ， 這 種 脈 動 沖 擊 比 較 強 烈 。會 產(chǎn) 生 較 大 的 體 積 破 碎 ， 同 時 ， 也 會 促 進(jìn) 碾 壓 裂 隙的 發(fā) 展 。 正 是

41、由 于 碾 壓 疲 勞 碎 巖 和 脈 動 沖 擊 碎 巖 ， 所以 ， 鋼 粒 鉆 進(jìn) 可 以 破 碎 比 鋼 粒 和 鉆 頭 體 本 身 還 要 硬的 巖 石 。 牙 輪 鉆 頭 由 鉆 頭 體 、 牙 輪爪 （ 巴 掌 ） 、 牙 輪 、 軸 承 、 水 眼 和 儲 油 密 封補 償 系 統(tǒng) 等 部 分 組 成（ 圖 11-1） 。 鉆 頭 體 是 牙 輪 鉆 頭 的 本 體 ， 上 部 有 螺 紋 與 鉆 桿 柱連 接 ， 下 部 有 牙 輪 爪 。 牙 輪 爪 與 牙 輪 相 連 ， 用 以 支 承牙 輪 。 鉆 頭 體 上 裝 有 水 眼 或 噴 嘴 。 有 體 式 鉆 頭 是 鉆

42、 頭 體 與 牙 輪 爪 分 別 制 造 ， 然 后 牙 輪爪 焊 接 在 鉆 頭 體 的 側(cè) 面 ， 螺 紋 多 為 內(nèi) 螺 紋 。 一 般 應(yīng) 用于 大 直 徑 的 鉆 頭 。 無 體 式 鉆 頭 是 由 3個 牙 輪 爪 直 接 焊 接 成 一 體 ， 上 端 直接 車 有 外 螺 紋 ， 一 般 應(yīng) 用 于 小 直 徑 的 鉆 頭 。 牙 輪 爪 上 接 鉆 頭 體 ，下 帶 牙 輪 軸 ， 掌 背 鉆 有 一斜 孔 ， 直 通 滾 珠 跑 道 ， 牙輪 與 軸 頸 組 裝 好 后 ， 由 該孔 裝 入 滾 珠 ， 用 銷 子 插 入 ，然 后 焊 死 。 每 個 牙 輪 內(nèi) 有 3副

43、 徑 向 軸 承 和12副 止 推 軸 承 。 徑 向 軸 承 承 受 徑向 載 荷 ， 有 滾 柱 、 滾 珠 和 滑 動 幾種 形 式 ； 止 推 軸 承 承 受 軸 向 載 荷 ，一 般 是 滑 動 軸 承 。 是 清 洗 孔 底 的 通道 。 為 防 止 水 眼 沖 蝕 ， 鑲 焊 經(jīng) 滲碳 淬 火 的 鋼 質(zhì) 水 眼 套 。 噴 射 式 鉆頭 則 鑲 裝 有 硬 質(zhì) 合 金 的 噴 嘴 。 鉆 頭 繞 鉆 柱 軸 線 順 時 針 方 向 旋 轉(zhuǎn) 時 ， 帶 動 牙輪 也 繞 鉆 頭 軸 線 作 旋 轉(zhuǎn) 運 動 ， 這 種 運 動 稱 為 “ 公轉(zhuǎn) ” 。 在 牙 輪 隨 鉆 柱 公

44、轉(zhuǎn) 的 同 時 ， 由 于 與 地 層 間 的相 互 作 用 ， 牙 輪 還 繞 自 身 軸 線 作 反 時 針 方 向 旋 轉(zhuǎn) ，這 種 旋 轉(zhuǎn) 稱 為 “ 自 轉(zhuǎn) ” 。 在 孔 底 無 滑 動 的 情 況 下 ， 牙 輪 自 轉(zhuǎn) 速 度 與 鉆頭 旋 轉(zhuǎn) 速 度 之 比 等 于 鉆 頭 直 徑 與 牙 輪 直 徑 之 比 。 剪 切 作 用 主 要 是 由 于 牙 輪 在 滾 動 的 同 時 還 伴 有 牙 齒對 孔 底 的 滑 動 而 產(chǎn) 生 的 ， 產(chǎn) 生 滑 動 的 原 因 在 于 牙 輪 的超 頂 、 復(fù) 錐 和 移 軸三 種 結(jié) 構(gòu) 。 如 圖 ， 牙 輪 錐 頂 超 過 鉆

45、頭 軸 心 的結(jié) 構(gòu) 稱 為 超 頂 ， 超 過 的 距 離 ob為 超頂 距 c。 設(shè) 工 作 時 牙 輪 上 每 一 點 的公 轉(zhuǎn) 為 b， 自 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 速 為 c。 （ 1） 在 牙 輪 與 地 層 接 觸 母 線 上 任 一點 x， 由 b引 起 的 的 速 度 Vbx是 呈 直 線分 布 的 ， 在 oa段 方 向 向 前 ， 在 ob段 向 后 ，在 鉆 頭 中 心 o處 速 度 vbO=0。 （ 2） 由 c引 起 的 速 度 vcx也 是 呈 直線 分 布 的 ， 方 向 向 后 ， 在 b點 vcb=0。 （ 3） 速 度 合 成 后 ， 在 ob段 形 成 一 個向 后 的

46、 滑 動 速 度 vsx， 此 時 牙 輪 受 到 一滑 動 阻 力 Ps（ 與 滑 動 方 向 相 反 ） ， 因 而有 滑 動 阻 力 矩 Ms（ -） =PsR。 使 牙 輪 的角 速 度 c降 低 。 （ 5） Ms（ -） 、 M s（ -） 及 Ms（ +）達(dá) 到 平 衡 ， 使 Ms=0。 于 是 牙 輪 的 角速 度 便 穩(wěn) 定 在 一 個 新 數(shù) 值 下 ， 不 再 減慢 。 （ 6） vsx=vbx+vcx即 牙 輪 相 對 于 巖石 的 滑 動 速 度 ， 呈 直 線 分 布 ， 它 與 ab線 交 于 M點 ， vsM=0為 純 滾 動 點 ， bM段向 后 滑 動 ，

47、 aM段 向 前 滑 動 。 滑 動 速 度隨 超 頂 距 c的 增 大 而 增 大 。 在 鉆 頭 的 水 平 投 影 面 上 ， 讓 牙 輪 軸 線 相 對 于 鉆 頭 徑向 平 移 一 段 距 離 ， 這 種 結(jié) 構(gòu) 稱 為 牙 輪 的 移 軸 。 牙 輪 移 軸后 產(chǎn) 生 的 滑 動 是 軸 向 滑 動 。 綜 上 所 述 ， 超 頂 和 復(fù) 錐 引 起 的 切 線 方 向 滑 動 ， 可 以剪 切 掉 同 一 齒 圈 相 鄰 牙 齒 破 碎 坑 之 間 的 巖 脊 ； 移 軸 產(chǎn) 生的 軸 向 滑 動 ， 可 以 剪 切 掉 齒 圈 之 間 的 巖 脊 。 牙 齒 的 滑 動 雖 然

48、 可 以 提 高 破 巖 效 率 ， 但 也 造 成 牙 齒 的劇 烈 磨 損 。 軟 -中 硬 地 層 的 鉆 頭 一 般 兼 有 移 軸 、 超 頂 和復(fù) 錐 ； 部 分 中 硬 或 硬 地 層 的 鉆 頭 有 超 頂 和 復(fù) 錐 ； 用 于 堅硬 和 強 研 磨 性 地 層 的 牙 輪 鉆 頭 是 純 滾 動 的 （ 單 錐 ， 不 超頂 ， 也 不 移 軸 ） 。 翼 片 式 全 面 鉆 頭 主 要 包 括 刮 刀 鉆 頭 和 翼 片 鉆 頭 。 刮 刀 鉆 頭 刀 翼 呈 曲 面 形 ， 切 削 具 正 斜 鑲 ， 刃 尖角 較 小 ， 多 用 于 鉆 進(jìn) 松 軟 巖 層 鉆 進(jìn) ；

49、 翼 片 鉆 頭 的 翼 片 切 削 具 采 用 直 鑲 ， 多 用 于 鉆 進(jìn)軟 中 硬 巖 層 。 一 般 按 翼 片 數(shù) 量 命 名 。 如 三 刀 翼 的 稱 為 三 刮 刀鉆 頭 或 三 翼 鉆 頭 ， 兩 刀 翼 的 常 叫 做 魚 尾 鉆 頭 。 1、 刀 翼 的 結(jié) 構(gòu) 角 （ 1） 刃 尖 角 ： 刀 翼 尖 端 前 后 刃 之 間 的 夾 角 ，表 示 刀 刃 的 尖 銳 程 度 。 越 小 ， 切 入 巖 石 的 能 力越 強 ， 但 強 度 減 小 。 鉆 軟 巖 層 時 ， 取 8 10 ；巖 石 較 硬 時 ， 取 12 15 ； 夾 層 多 ， 孔 較 深 時 ，

50、 角 也 應(yīng) 適 當(dāng) 增 大 。 （ 2） 切 削 角 ： 刀 翼 前 刃 與 水 平 面 之 間 的 夾 角 。 角 越 大 ， 吃入 深 度 越 深 ， 但 角 過 大 時 ， 剪 切 破 碎 困 難 ， 鉆 進(jìn) 阻 力 大 。 一 般 = 70 85 ， 軟 地 層 角 應(yīng) 小 一 些 ， 硬 地 層 角 大 一 些 。（ 3） 刃 后 角 ： = - 。 必 須 大 于 孔 底 碎 巖 傾 角 。 刀 翼 底 部 有 平 底 、 正 階 梯 、 反 階 梯 和 反 錐 形 幾 種 形 狀 。 平 底 刀 翼 形 成 的 孔 底 只 有 一 個 裸 露 自 由 面 ， 階 梯 鉆 頭 可

51、 形 成 較多自 由 面 ， 碎 巖 速 度 較 快 ， 扭 矩 和 功 率 消 耗 也 較 小 ， 但 正 階 梯 容 易 磨損 成 錐 形 ， 使 鉆 孔 縮 徑 。 反 階 梯 鉆 頭 可 在 一 定 程 度 上 解 決 縮 徑 問 題 ，但 刀 翼 外 側(cè) 底 刃 既 起 掏 槽 作 用 又 起 保 徑 作 用 ， 蹩 鉆 嚴(yán) 重 。 鉆 進(jìn) 時 ， 刀 翼 的 受 力 類 似 于 懸 臂 梁 ， 根 據(jù) 等強 度 要 求 ， 刀 翼 背 部 應(yīng) 成 拋 物 線 形 狀 ， 且 刀 翼的 厚 度 隨 距 刃 尖 的 距 離 增 加 而 逐 漸 增 厚 。 4、 提 高 刀 翼 的 耐

52、磨 性 （ 1） 為 保 證 足 夠 的 強 度 ， 刀 翼 一 般 用 高 強度 合 金 鋼 鍛 制 而 成 。 （ 2） 刀 翼 表 面 平 鋪 一 層 YG8硬 質(zhì) 合 金 塊 ， 以 增 強 刀 翼 的 耐 磨性 和 防 止 泥 漿 對 刀 翼 的 沖 刷 。 刀 翼 的 側(cè) 部 鑲 焊 YG-8硬 質(zhì) 合 金以 保 徑 。 （ 1） 常 用 二 翼 、 三 翼鉆 頭 適 用 于 級的 巖 層 。 三 翼 鉆 頭 在大 口 徑 鉆 進(jìn) 中 應(yīng) 用廣 泛 ， 它 的 鋼 體 上 裝有 可 更 換 噴 嘴 的 水眼 ， 使 水 流 加 速 ， 提高 機 械 鉆 速 。 （ 2） 三 翼 片

53、 階 梯 鉆 頭 ： 可 鉆 進(jìn) 級 巖 層 。 階 梯翼 片 直 焊 。 根 據(jù) 不 同 巖 性 取 不 同 的 翼 片 偏 心 距 ， 保 證中 心 處 能 剪 切 碎 巖 。 （ 3） 針 狀 自 磨 式 全 面 鉆 頭 ： 可 做 成 三 翼 、 四 翼 或六 翼 。 耐 磨 性 能 好 ， 鉆 速 均 勻 。 適 宜 在 級 的 研磨 性 巖 層 中 鉆 進(jìn) 。 適 用 于 粘 土 、 砂 層 和 含 少 量 礫 石 的 土 層 。雙 腰 鉆 頭 又 稱 籠 式 鉆 頭 。 中 心 管 、 導(dǎo) 正 圈 （ 12個 “ 腰 帶 ” ） 、 立 柱 、橫支 桿 、 斜 支 桿 、 翼 板

54、 和 超 前 小 鉆 頭 等 組 成 。 上 下導(dǎo) 正 圈 間 距 鉆 頭 直 徑 ， 外 側(cè) 面 加 焊 合 金 肋 骨 修擴(kuò) 鉆 孔 。 翼 板 按 一 定 的 角 度 焊 在 下 導(dǎo) 正 圈 的 內(nèi) 壁上 ， 合 金 切 削 具 鑲 焊 在 翼 板 上 （ 或 螺 栓 固 定 ） 。一 般 為 正 斜 鑲 ， 近 年 來 ， 在 鉆 進(jìn) 基 巖 和 卵 礫 石 層時 ， 采 用 一 字 形 釬 頭 直 立 焊 的 形 式 。 翼 板 的 數(shù) 量視 鉆 頭 直 徑 而 定 ： 0.8m 4片 ； 1.0m 4 6片 。 （ 1） 單 腰 帶 鉆 頭 的 腰 帶 、 支 柱 較 少 ， 鉆

55、進(jìn) 阻 力 小 ， 鉆 速比 雙 腰 鉆 頭 要 高 ； （ 2） 雙 腰 帶 鉆 頭 具 有 良 好 的 導(dǎo) 正 作 用 ， 超 前 的 四 翼 錐 形小 鉆 頭 主 要 起 定 向 作 用 （ 并 保 護(hù) 出 漿 口 不 被 阻 塞 ） ， 使 鉆 頭工 作 平 穩(wěn) ， 擴(kuò) 孔 率 也 小 ， 鉆 孔 的 垂 直 精 度 較 高 。 （ 3） 鉆 頭 底 部 呈 錐 形 、 階 梯 狀 ， 端 部 有 小 鉆 頭 超 前 鉆 進(jìn) ，故 孔 底 破 巖 自 由 面 大 ， 鉆 效 高 。 （ 4） 小 鉆 頭 可 對 砂 礫 層 起 松 動 作 用 ， 少 量 不 易 破 碎 的 卵 礫石

56、可 擠 進(jìn) 圓 籠 內(nèi) ， 不 妨 礙 繼 續(xù) 鉆 進(jìn) 。 螺 旋 鉆 有 長 螺 旋 鉆 和 短 螺 旋 鉆 兩種 形 式 。 土 層 中 成 孔 速 度 快 ， 無 沖 洗 液 ，不 污 染 環(huán) 境 ， 在 工 程 施 工 中 應(yīng) 用 廣 泛 。長 螺 旋 鉆 進(jìn) 靠 整 個 鉆 桿 柱 上 的 螺 旋 面 把巖 屑 輸 送 至 地 表 ， 短 螺 旋 只 是 在 靠 近 鉆頭 部 分 有 螺 旋 葉 片 ， 每 次 把 巖 屑 積 聚 在有 限 幾 個 螺 旋 面 上 ， 然 后 提 至 地 表 清 除 ，所 以 短 螺 旋 鉆 對 地 層 的 適 應(yīng) 性 比 長 螺 旋廣 。 （ 1）

57、 雙 錐 階 梯 形 剖 面 ： 兩 個 錐 面 ， 錐 面 上 有 階 梯 ， 增 加 碎 巖 自由 面 ， 提 高 鉆 進(jìn) 效 率 ， 但 錐 頂 面 小 ， 頂 部 金 剛 石 受 力 很 大 。 適 用于 軟 中 硬 的 地 層 。 （ 2） 雙 錐 形 剖 面 ： 工 作 面 由 內(nèi) 錐 、 外 錐 和 頂 部 圓 弧 三 部 分 組 成 。內(nèi) 錐 60 70 ， 外 錐 40 60 。 錐 頂 面 較 大 ， 無 階 梯 （ 階 梯上 的 金 剛 石 易 碰 碎 ） ， 適 應(yīng) 于 在 較 硬 和 致 密 的 巖 石 中 鉆 進(jìn) 時 。 （ 3） B型 剖 面 ： 由 內(nèi) 錐 與

58、圓 弧 面 組 成 ， 內(nèi) 錐 角 不 小 于 90 。其 結(jié) 構(gòu) 特 點 是 頂 部 較 寬 也 較 平 緩 ， 可 均 勻 布 置 較 多 金 剛 石 ， 防止 局 部 金 剛 石 早 期 損 壞 。 適 用 于 適 用 于 硬 地 層 。 （ 4） 帶 波 紋 的 B型 剖 面 ： 與 B型 剖 面 不 同 的 是 ： 內(nèi) 錐 和 圓 弧 面上 帶 有 螺 旋 形 波 紋 槽 。 金 剛 石 就 鑲 在 波 紋 的 波 峰 上 ， 適 用 于 堅硬 地 層 。 金 剛 石 全 面 鉆 頭 采 用 水 孔 、 水 槽 式 的 水 力 結(jié) 構(gòu) ， 保 證 金 剛 石的 冷 卻 、 潤 滑 和

59、 清 洗 。 常 用 的 水 力 結(jié) 構(gòu) 有 下 述 四 種 ： （ 1） 逼 壓 式 水 槽 ： 唇 面 上 水 槽 分 為 高 壓 水 槽 和 低 壓 水 槽 ， 高壓 水 槽 入 口 小 ， 出 口 大 ， 而 低 壓 水 槽 正 好相 反 。 高 、 低 壓 水 槽 間 形 成 一 定 的 壓 差 。在 壓 差 作 用 下 ， 部 分 沖 洗 液 從 高 壓 水 槽 漫過 金 剛 石 表 面 進(jìn) 入 低 壓 水 槽 ， 能 有 效 地 清洗 、 冷 卻 和 潤 滑 唇 面 上 的 金 剛 石 。 這 種 水槽 用 于 軟 地 層 。 （ 3） 輻 射 型 逼 壓 式 水 槽 ： 是 上

60、 述 兩 種 水 槽 結(jié) 構(gòu) 的 組合 ， 適 用 于 中 硬 硬 地 層 鉆 頭 和 渦 輪 鉆 金 剛 石 鉆 頭 。 （ 4） 螺 旋 形 水 槽 ： 水 槽 為 反 螺 旋 流 道 ， 在 高 轉(zhuǎn) 速 條件 下 強 迫 沖 洗 液 流 過 金 剛 石 工 作 表 面 。 適 用 于 高 轉(zhuǎn) 速金 剛 石 鉆 頭 。 金 剛 石 的 粒 度 據(jù) 地 層 而 定 。 較 軟 地 層 ， 粒 度 較 大 ；較 硬 地 層 ， 粒 度 較 小 。 鉆 頭 唇 面 金 剛 石 顆 粒 的 排 列 方 式 與 取 心 式 鉆 頭 類似 ， 必 須 注 意 鉆 頭 唇 面 的 金 剛 石 充 滿 度

61、 、 覆 蓋 均 勻和 等 強 度 磨 損 等 問 題 。 胎 體 鉆 頭 的 鉆 頭 體 用 鑄 造 碳 化 鎢 粉 燒 結(jié) 而 成 ，燒 結(jié) 時 在 鉆 頭 唇 面 上 留 有 窩 槽 ， 然 后 將 復(fù) 合 片 直 接 焊接 在 窩 槽 上 。 鋼 體 鉆 頭 的 鉆 頭 體 用 合 金 鋼 加 工 而 成 ，復(fù) 合 片 鑲 焊 在 鋼 體 上 。 工 作 面 形 狀 有 內(nèi) 錐 、 頂 部 、 側(cè) 面 、 肩 部 及 保 徑五 個 基 本 要 素 。 內(nèi) 錐 對 鉆 頭 起 導(dǎo) 向 和 穩(wěn) 定 作 用 ， 如 果需 要 較 高 轉(zhuǎn) 速 、 較 好 的 沖 洗 液 流 動 控 制 能 力

62、 ， 取 淺 內(nèi)錐 、 大 錐 角 （ 110 160 ） ； 如 果 要 突 出 鉆 頭 穩(wěn) 定性 ， 提 高 孔 斜 控 制 能 力 ， 則 為 深 內(nèi) 錐 ， 小 錐 角 較（ 60 100 ） 。 頂 部 最 先 吃 入 地 層 ， 如 果 地 層 較硬 ， 應(yīng) 選 大 半 徑 的 頂 部 結(jié) 構(gòu) ； 為 了 提 高 鉆 頭 吃 入 地 層的 能 力 ， 應(yīng) 選 較 小 半 徑 的 頂 部 結(jié) 構(gòu) 。 保 徑 部 位 除 保 證鉆 孔 直 徑 外 ， 還 有 保 持 鉆 頭 工 作 穩(wěn) 定 的 作 用 ， 防 斜 鉆頭 應(yīng) 取 長 保 徑 ， 而 造 斜 鉆 頭 應(yīng) 取 短 保 徑 。

63、 采 用 水 眼 或 噴 嘴 供 給 鉆 井 液 ， 鉆 頭 有 刮 刀 、 單 齒 、組 合 式 三 種 。 （ 1） 刮 刀 式 的 布 齒 方 式 ： 1個 水 眼 或 噴 嘴 清 洗 、 冷 卻12個 刮 刀 片 上 的 切 削 齒 ， 清 洗 冷 卻 效 果 好 。 用 于 粘 性 的或 軟 地 層 鉆 進(jìn) 。 （ 2） 單 齒 式 的 布 齒 方 式 ： 切 削 齒 單 獨 布 置 在 鉆 頭 唇 面上 ， 適 當(dāng) 位 置 布 置 水 眼 或 噴 嘴 。 這 種 方 式 布 齒 區(qū) 域 大 ，密 度 高 ， 可 提 高 鉆 頭 壽 命 ， 但 容 易 形 成 泥 包 鉆 頭 。 （ 3） 組 合 式 布 齒 方 式 ： 直 線 刮 刀 式 和 成 組 排 列 相 結(jié) 合的 方 式 ， 適 當(dāng) 位 置 布 置 噴 嘴 。 具 有 上 述 兩 種 方 式 的 優(yōu) 點 ，可 用 于 中 硬 地 層 。