国家精品课程：岩土钻掘工程学第4章——回转钻进用钻头.ppt

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1、第四章回转钻进用钻头一、硬质合金钻头及其孔底的碎岩过程二、金刚石钻头及其孔底碎岩过程三、钢粒钻头及其孔底碎岩过程四、牙轮钻头及其孔底碎岩过程五、全面钻进与钻头国家精品课程第四章回转钻进用钻头岩土钻进（井）方法绝大多数是机械方式，主要有：①伴有循环冲洗介质的硬质合金、金刚石、钢粒、牙轮钻头回转钻进和长螺旋干式回转钻进；②采用液动、气动孔底冲击器的冲击回转钻进；③钢丝绳冲击钻进；④振动钻进。使用最广泛的是回转钻进。冲击回转钻进是在回转的基础上增加孔底冲击载荷；钢丝绳冲击钻进主要用于水井施工；振动钻进、长螺旋干式回转钻进主要用于在土壤和软岩中打浅孔（工程施工）。7/21/2021中国地质大学勘查教研

2、室回转钻进选择钻头的一般原则是：①在软岩和中硬岩层中用硬质合金回转钻头；②在中硬及部分中硬以上岩层中采用铣齿牙轮钻头；③在硬岩中采用金刚石钻头或钢粒钻头；④在硬脆岩层中采用镶齿牙轮钻头。⑤金刚石钻头主要用于59、76（75）、91mm的小口径；⑥钢粒钻头主要用于91mm以上的口径；⑦硬质合金和牙轮钻头则既可钻进小口径，又可钻进大口径水井、工程施工孔和浅井。第四章回转钻进用钻头7/21/2021中国地质大学勘查教研室第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程0、硬质合金钻进的基本概念与特点1、硬质合金钻进的基本概念利用镶焊在钻头钢体上的硬质合金切削具作为碎岩的工具，这种钻进方法称为硬合金钻进。硬合金钻进是岩

3、土钻掘工程中的一种主要钻进方法，它用于软岩层及中硬岩层的钻进（1—4级软的沉积岩、中硬的5—7级及部分8级岩浆岩和变质岩）。7/21/2021中国地质大学勘查教研室第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程一、钻探用硬质合金1、硬质合金的特性（1）钻探用的钨(WC)-钴(Co)合金,以碳化钨粉末为骨架，钴粉末为粘结剂，用粉末冶金方法制成。称为YG类合金。（2）牌号的意义：如YG8c：YG—钨-钴系硬质合金；8—钴的百分含量为8%；c（x）—粗（细）粒合金。（3）硬质合金特性：含钴量↑——相对密度↓,硬度↓,耐磨性↓,抗弯强度↑,冲击韧性↑；WC的颗粒↓——硬度↑,耐磨性↑；反之WC的颗粒↑——则抗弯强度↑

4、、韧性↑。7/21/2021中国地质大学勘查教研室第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程2、选用硬质合金切削具的基本原则合金切削具形状主要有：薄片状、方柱状、八角柱状和针状等。7/21/2021中国地质大学勘查教研室第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程选择切削具形状的一般原则是：（1）片状硬质合金：刃薄易于压入和切削岩石，但抗弯能力差，适用于Ⅰ～Ⅴ级软岩；（2）柱状硬质合金：抗弯能力较强，压入阻力也较小，主要适用于Ⅳ～Ⅶ级中硬岩石；八角柱状合金的抗崩能力强，利于排粉和破岩，并易于焊牢，在裂隙发育和较硬地层中应用广泛；（3）针状和薄片状硬质合金：主要用于镶焊自磨式钻头，在硬地层或研磨性岩石中使用。7/21/2

5、021中国地质大学勘查教研室第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程二、硬合金钻进的孔底碎岩过程硬合金钻进的过程，实际上是切削具在轴向力的作用下，压入岩石；在回转水平力的作用下，沿孔底切削碎岩；在轴向力和水平力的共同作用下，孔底岩石以薄的螺旋层形式连续被破碎。Vm=60nmh1根据所钻岩石的不同，其破碎方式也不相同，可分为塑性岩石的碎岩和弹-塑性岩石的碎岩两种情况。7/21/2021中国地质大学勘查教研室第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程（一）塑性岩石的碎岩情况1、切入岩石的过程钻头上切削具切入岩石的必要条件是：切削具与岩石接触面上的单位压力必须大于或至少等于岩石的抗压入硬度。即：Py≥HyF0式中：Hy—

6、—岩石的压入硬度；F0——切削具刃尖处与岩石的接触面积。7/21/2021中国地质大学勘查教研室第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程塑性岩石中，切削具切入岩石如图示（切削具未磨钝），根据各力的平衡关系，可推导出切入深度的关系式：式中：Py——切削具上的轴载力，N；b——切削具的刃宽，mm；β——切削具的刃角，度；Hy——岩石的压入硬度；η——摩擦力影响系数（η小于1）。7/21/2021中国地质大学勘查教研室第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程上式表明：塑性岩石的切入深度h0与轴向力Py成正比，而与切削具的刃角β、刃宽b、岩石的压入硬度Hy成反比。虽然β角越小切削具刃尖切入岩石越容易，但如果β很小则切削具

7、会很快崩裂，实际上β角的最小值为45°～50°。7/21/2021中国地质大学勘查教研室第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程2、回转切削过程切削具切入岩石并回转，在水平力Px作用下，压迫前面的岩石使发生塑性变形并不断地向自由面滑移——切削作用。在切屑的裂隙尚未发展到全面断裂之前，下一切屑又发生滑移。因此切屑是连续、平稳的，其切削槽宽与切削具刃宽相同。实际上，由于振动、冲刷，岩屑将碎裂并被冲洗液带至地表；