鉆探工藝學(xué)課程習(xí)題-2011

1、2011年巖土鉆掘工程學(xué)課程習(xí)題1. 試述鉆探工程所包含的三個(gè)基本工藝破碎孔底巖石、提取巖芯及巖粉、加固孔壁。2. 鉆探工程的包括哪幾個(gè)基本工序過程 1、平整場(chǎng)地，布置循環(huán)系統(tǒng)，安裝鉆塔及設(shè)備； 2、按設(shè)計(jì)方向開孔，在孔口固定孔口管； 3、根據(jù)巖石的物理力學(xué)性質(zhì)和鉆孔直徑，選擇鉆進(jìn)方法和鉆進(jìn)工藝參數(shù)，加壓回轉(zhuǎn)，破碎巖石； 4、沖洗介質(zhì)循環(huán)，排屑、冷卻、潤滑鉆具、保護(hù)孔壁等； 5、鉆頭在孔底鉆出環(huán)狀空間，并形成巖心，隨著鉆孔的加深巖心充滿巖心管；， 6、提鉆取心，重新組配好鉆具，下入孔內(nèi)延伸鉆進(jìn)。鉆孔三要素：鉆孔直徑、鉆孔深度、鉆孔方向3. 按成因，簡(jiǎn)述巖石基本類型、成因及物理力學(xué)特征 根據(jù)其成

2、因，巖石可分為三類： 1、巖漿巖：巖漿巖是內(nèi)力地質(zhì)作用的產(chǎn)物，由地殼深處的巖漿沿地殼裂隙上升冷凝而成。 2、沉積巖：沉積巖是在地表?xiàng)l件下母巖(巖漿巖、變質(zhì)巖或早先形成的沉積巖)風(fēng)化剝蝕的產(chǎn)物，經(jīng)搬運(yùn)、沉積和硬結(jié)等成巖作用而形成的巖石。 3、變質(zhì)巖：變質(zhì)巖是巖漿巖、沉積巖甚至是變質(zhì)巖本身在地殼中受到高溫、高壓及活動(dòng)性流體的影響而變質(zhì)形成的巖石。 巖漿巖的強(qiáng)度和硬度都較高，沉積巖的強(qiáng)度和硬度則較低，而變質(zhì)巖的強(qiáng)度和硬度變化不均。4. 巖石的強(qiáng)度與哪些因素有關(guān)？ （1）一般情況下，造巖礦物強(qiáng)度越高，巖石的強(qiáng)度也越高。沉積巖的強(qiáng)度取決于膠結(jié)物所占的比例及其礦物成分。細(xì)粒巖石的強(qiáng)度大于同一礦物組成的粗粒

3、巖石。 （2）巖石的孔隙度增加，密度降低，強(qiáng)度也降低。因此，一般巖石的強(qiáng)度隨埋深的增大而增大。 （3）巖石的強(qiáng)度往往具有各向異性。垂直于層理方向的抗壓強(qiáng)度最大，平行于層理的抗壓強(qiáng)度最小，在與層理斜交方向上的抗壓強(qiáng)度介于兩者之間。（4）巖石的受載方式導(dǎo)致巖石的強(qiáng)度值差異很大。巖石的抗壓強(qiáng)度最大，抗剪強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的10%。因此，鉆掘過程中，破巖工具應(yīng)主要以剪切的方式來破碎巖石。 （5）多向應(yīng)力狀態(tài)下的巖石強(qiáng)度比單應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度高出許多倍。 （6）加載速度的影響： 加載速度增加，巖石的強(qiáng)度提高； 加載速度對(duì)塑性巖石強(qiáng)度的影響大，對(duì)脆性巖石強(qiáng)度的影響小。5. 試述巖石硬度與巖石強(qiáng)度的區(qū)別和聯(lián)系，

4、影響巖石硬度的因素有哪些？區(qū)別與聯(lián)系（1）巖石的硬度與抗壓強(qiáng)度一般存在正比例關(guān)系； （2）抗壓強(qiáng)度是物體抵抗整體破壞時(shí)的阻力，而硬度則是固體表面對(duì)另一物體局部壓入或侵入時(shí)的阻力。 （3）硬度指標(biāo)更接近于鉆掘過程的實(shí)際情況。 影響巖石硬度的因素 （1）巖石中堅(jiān)硬礦物愈多、膠結(jié)物的硬度越大、巖石的顆粒越細(xì)、結(jié)構(gòu)越致密，巖石的硬度越大。而孔隙度高、密度低、裂隙發(fā)育的巖石硬度將會(huì)降低。 （2）巖石的硬度具有明顯的各向異性。層理對(duì)巖石硬度的影響與對(duì)巖石強(qiáng)度的影響相反。垂直于層理方向，硬度值最小；平行于層理方向，硬度最大；兩者之間可相差1.051.8倍。 （3）在各向均勻壓力的條件下，巖石的硬度增加。在常

5、壓下硬度越低的巖石，隨著圍壓增大，其硬度值增長(zhǎng)越快。 （4）一般而言，隨著加載速度增加，將導(dǎo)致巖石的塑性系數(shù)降低，硬度增加。但當(dāng)沖擊速度小于10m/s時(shí)，硬度變化不大。加載速度對(duì)低強(qiáng)度、高塑性及多孔隙巖石硬度的影響更顯著。 6. 根據(jù)巖石在外載作用下的變形特征，圖示說明巖石破壞的形式 （1）脆性破壞：破壞前不存在塑性變形。呈脆性破壞的巖石稱為脆性巖石； （2）塑性破壞：破壞前發(fā)生大量的塑性變形。呈塑性破壞的巖石稱為塑性巖石； （3）塑脆性破壞：先經(jīng)歷彈性變形，然后塑性變形，最終導(dǎo)致破壞。呈塑脆性破壞的巖石稱為塑脆性巖石。 7. 試述巖石的研磨性及其影響巖石研磨性的因素，巖石對(duì)切削工具的磨損有哪

6、些形式？ 巖石研磨性：巖石磨損工具的能力。 巖石磨損形式 （1）摩擦磨損：巖石與切削工具相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生的磨損。與所鉆巖石的研磨性、切削工具的耐磨性、鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)有關(guān)； （2）磨粒磨損：孔底破碎巖屑對(duì)切削工具的磨損。與巖屑的硬度和研磨性、巖屑的數(shù)量（鉆進(jìn)速度）、鉆孔沖洗的程度等有關(guān)。在金剛石鉆進(jìn)中這種磨損形式起著重要的作用，因?yàn)閹r粉能磨蝕金剛石鉆頭的胎體，幫助孕鑲金剛石出刃。 影響巖石研磨性的因素（1）巖石顆粒的硬度越大，研磨性也越強(qiáng)，石英巖具有強(qiáng)研磨性（2）巖石膠結(jié)物的粘結(jié)強(qiáng)度越低，巖石的研磨性越強(qiáng)。（3）巖石顆粒形狀越尖銳、顆粒尺寸越大，巖石的研磨性越強(qiáng)。（4）巖石表面粗糙，局部接觸易產(chǎn)生應(yīng)

7、力集中， 研磨性增強(qiáng)（5）硬度相同時(shí)，單礦物巖石的研磨性較低，非均質(zhì)和多礦物的巖石（如花崗巖）研磨性較強(qiáng)。巖石中較軟的礦物（云母，長(zhǎng)石）首先被破碎下來，使巖石表面變粗糙，同時(shí)石英顆粒出露，從而增強(qiáng)了研磨能力。（6）介質(zhì)的影響，濕潤和含水的巖石硬度和研磨性都會(huì)降低8. 何謂巖石的可鉆性？劃分巖石的可鉆性有何意義。 巖石可鉆性的概念 巖石可鉆性是表示鉆進(jìn)過程中巖石破碎的難易程度。在鉆探生產(chǎn)中通常用機(jī)械鉆速作為衡量巖石可鉆性的指標(biāo)，單位是mh。 巖石的可鉆性及可鉆性分級(jí)的意義 可鉆性及可鉆性分級(jí)是決定鉆進(jìn)效率的基本因素，也是確定巖石破碎的難易程度的綜合指標(biāo)。對(duì)鉆探生產(chǎn)非常重要，它是合理選擇鉆進(jìn)方法、

8、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)。 9. 簡(jiǎn)述碎巖刃具對(duì)巖石破碎的作用方式及基本特征，硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、沖擊鉆進(jìn)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、分屬哪一類？ 切削一剪切型:鉆頭碎巖刃具以速度v向前移動(dòng)而切削(剪切)巖石。 沖擊型:沖擊型刃具給孔底巖石以直接的沖擊動(dòng)載沖擊剪切型:鉆頭刃具不僅以Pz和P作用于巖石，而且還有使鉆頭向前回轉(zhuǎn)的移動(dòng)速度 v和沖錘對(duì)齒刃的沖擊速度 vz 或牙輪滾動(dòng)時(shí)齒刃向下沖擊的速度v。10. 根據(jù)切削具對(duì)巖石的作用力不同，簡(jiǎn)述巖石的破碎形式及其主要特征。表面破碎 切削具與巖石的接觸壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖石硬度，切削具不能壓入巖石。切削具移動(dòng)時(shí)，將研磨

9、孔底巖石，巖石破碎是由接觸摩擦功引起的，研磨的巖石顆粒很小，鉆進(jìn)速度低。這種變形破碎方式稱為巖石的表面研磨，這個(gè)區(qū)稱為表面破碎區(qū)。疲勞破碎 切削具上的軸向載荷增加，但接觸壓力仍小于巖石硬度，可使巖石晶間聯(lián)系破壞，巖石結(jié)構(gòu)間缺陷發(fā)展，特別是孔底受多次加載產(chǎn)生的疲勞裂隙更加發(fā)展，于是眾多裂隙交錯(cuò)，仍可產(chǎn)生較粗巖粒的分離，這種變形破碎方式稱為疲勞破碎，這個(gè)區(qū)稱為疲勞破碎區(qū)體積破碎 切削具上的載荷繼續(xù)增加，接觸壓力大于或等于巖石硬度，切削具可有效地切入巖石，結(jié)果是：切削具在孔底移動(dòng)時(shí)不斷克服巖石的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，切下巖屑，這種變形破壞方式稱為體積破碎，這個(gè)區(qū)稱為體積破碎區(qū)。體積破碎時(shí)，會(huì)分離出大塊巖石，破碎

10、效果好。 11. 以平底圓柱形壓頭或球形壓頭為例，試述壓入巖石的應(yīng)力特征及碎巖過程。平底壓模壓入時(shí)的巖石變形破碎過程 1、加載時(shí)，第一極值帶產(chǎn)生環(huán)形裂紋；2、開始時(shí)，ac方向裂隙的伸展比ao快；3、遠(yuǎn)離自由面，ac方向的伸展速度迅速減慢；4、多數(shù)情況下，裂隙在o點(diǎn)相交比到達(dá)c點(diǎn)晚；5、在c點(diǎn)產(chǎn)生指向自由面、o點(diǎn)的裂隙；6、c點(diǎn)迅速到達(dá)自由面并與從o點(diǎn)來的裂隙相遇；7、產(chǎn)生aob主壓力體和mon剪切體；8、壓模阻力急劇降低，壓模下落；9、aob體破碎，部分碎巖壓出，部分壓在壓頭下面。 10、繼續(xù)施載，碎巖石在壓模下面被壓實(shí)， 并在剪切體內(nèi)產(chǎn)生彈性變形；11、裂隙沿ac和ao方向向深部伸展；12、

11、在比第一種情況下大得多的外載作用下， 裂隙把a(bǔ)ob體和mcocn體分離開來；13、aob體和mcocn體中的巖石將被壓碎， 部分碎巖壓出，部分被壓在壓模的下面；14、繼續(xù)施加外載，上述現(xiàn)象將重復(fù)進(jìn)行。球狀切削具壓入時(shí)的巖石變形破碎過程 1、開始時(shí)，切削具與巖石接觸的是一個(gè)點(diǎn)；2、外載增加，切削具和巖石產(chǎn)生彈性變形， 接觸面開始增大；3、接觸面中心的正應(yīng)力最大，首先出現(xiàn)裂隙；4、隨外載增加，接觸面增大，產(chǎn)生與原有裂 隙平行的新裂隙系；5、外載再增加，觸面增大，新裂隙向深處伸展；6、球狀切削具總的彈性變形不與外載成正比例。 外載繼續(xù)增加時(shí)，彈變總值減小，應(yīng)力增大， 裂隙伸展的深度增大；7、以后的破

12、碎過程與平底壓模時(shí)類似。球狀切削具與平底壓模壓人巖石時(shí)的區(qū)別在于： 1、裂隙對(duì)主壓力體aob內(nèi)的巖石進(jìn)行了初步破壞； 2、破碎的巖石再次壓在切削具下面的較少； 3、球狀切削具壓入巖石時(shí)，可以分為2種破碎形式： （1）形成相交的裂隙系對(duì)巖石進(jìn)行破碎； （2）剪切體mcocn的分離。12. 試述硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的基本概念與特點(diǎn)，鉆探用硬質(zhì)合金有何特性？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(jí)軟的沉積巖、中硬的57級(jí)及部分8級(jí)巖漿巖和變質(zhì)巖）。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的

13、特點(diǎn) （1）切削具固定在鉆頭體上，它可以鉆進(jìn)任意傾角的鉆孔。不受孔向、孔徑和孔深的限制； （2）鉆出的孔壁及巖心直徑比較一致，表面比較光滑，有利于安全鉆進(jìn)和保證取心； （3）可以根據(jù)不同的巖性和要求，合理地設(shè)計(jì)和選擇鉆頭的結(jié)構(gòu)，以便在不同的巖層中取得較優(yōu)的效果； （4）鉆進(jìn)中操作簡(jiǎn)便，容易掌握。 （5）鉆孔質(zhì)量容易保證，巖心采取率較高，孔斜較小。 硬質(zhì)合金的特性 （1）鉆探用的鎢鈷合金：主要是碳化鎢（WC） 鈷(Co)系硬質(zhì)合金。它以碳化鎢粉末為骨架金屬，鈷粉為粘結(jié)劑，用粉末冶金方法制成。這類硬質(zhì)合金稱為YG類硬質(zhì)合金。 （2）牌號(hào)的意義：合金牌號(hào)如YG8c的意義為：YG鎢-鈷系硬質(zhì)合金；8鈷

14、的百分含量為8%；c（x）粗（細(xì)）粒合金。 （3）硬質(zhì)合金的特性：合金中含鈷量增加，相對(duì)密度下降，硬度、耐磨性降低，而抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性增高；WC的顆粒越細(xì)，硬度越大、耐磨性越強(qiáng)；反之，則抗彎強(qiáng)度、韌性增強(qiáng)。 13. 試述硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的碎巖機(jī)理及其在塑性巖石和彈-塑性巖石碎巖過程硬合金鉆進(jìn)的過程，實(shí)際上是切削具在軸向力的作用下，壓入巖石；在回轉(zhuǎn)水平力的作用下，沿孔底切削碎巖； 在軸向力和水平力的共同作用下，孔底巖石以薄的螺旋層形式連續(xù)被破碎。 根據(jù)所鉆巖石的不同，其破碎方式也不相同，可分為塑性巖石的碎巖和彈-塑性巖石的碎巖兩種情況。 塑性巖石的碎巖情況切入巖石的過程 鉆頭上切削具切入巖石的必要

15、條件是：切削具與巖石接觸面上的單位壓力必須大于或至少等于巖石的抗壓入硬度?；剞D(zhuǎn)切削過程 切削具切入巖石并回轉(zhuǎn)時(shí)，在水平力Px作用下，壓迫其前面的巖石，使之發(fā)生塑性變形并不斷地向自由面滑移，稱為切削作用。在切屑的裂隙尚未發(fā)展到全段面斷裂之前，下一部分切屑又發(fā)生滑移。因此，其切屑應(yīng)該是連續(xù)的、平穩(wěn)的，其切削槽寬與切削具刃寬是相同的。實(shí)際上，由于鉆具的振動(dòng)、沖洗液的沖刷，切削的巖屑是碎裂成巖粉被沖洗液帶至地表； 在Py 和Px 共同作用下的切入比Py單獨(dú)作用下切入更容易，也切入的更深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(duì)象。理論上，按切削具的切入條件，需要很大的軸向力，而實(shí)際

16、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(shí)作用下破碎巖石。 其碎巖的顯著特點(diǎn)則是在切削具的作用下以跳躍式的剪切破碎為主。巖石破碎大體分三個(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 力急劇增大，當(dāng)Px 力達(dá)到極限值時(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)過程。切槽斷面近似于梯形。切槽寬度有規(guī)律地變化，B1為大剪切時(shí)的切槽寬

17、?？椎椎钠扑檫^程沿著傾角為的螺旋面進(jìn)行。 14. 何謂硬質(zhì)合金鉆頭的出刃？其有何作用？鉆進(jìn)中如何選擇確定出刃？切削具出刃 鑲焊在鉆頭體上的切削具必須突出鉆頭體一定的量，此突出部分稱為切削具的出刃。切削具出刃有：內(nèi)出刃、外出刃和底出刃。 內(nèi)、外出刃 作用：保證鉆頭體與孔壁、巖心之間有一定的間隙，避免鉆頭體摩擦孔壁和巖心，為循環(huán)沖洗提供通道。設(shè)置不合理的危害：出刃過大，合金抗外力的能力降低、碎巖斷面和功耗增大，鉆孔易彎曲。出刃過小，流阻增大，容易堵塞巖心、沖毀孔壁、漂浮鉆具。 合理選擇：主要取決于巖層，一般為13 mm。巖層較硬、孔壁穩(wěn)固、鉆速較低，取小值；反之，取較大的值。在遇水膨脹或有大量巖粉

18、的軟地層鉆進(jìn)時(shí)，必須加焊肋骨，增大內(nèi)、外環(huán)狀空間，一般取內(nèi)、外出刃36mm ，底出刃45mm 。 底出刃 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?。河汕腥肷疃群瓦^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)補(bǔ)強(qiáng)。一般為25 mm。15. 硬質(zhì)合金鉆頭底出刃有哪幾種形式？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。 16. 試述硬質(zhì)合金切削具的鑲焊方式及其特點(diǎn)？如何根據(jù)巖石特征選擇？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(jí)非裂隙性巖石

19、； =65°，用于級(jí)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，選擇切削性能較好的正斜鑲，=70°80°； 脆性和較硬巖石，切削具主要按壓碎和剪切作用碎巖，切削具易磨鈍，應(yīng)選擇入巖較鋒利的直鑲、負(fù)斜鑲，=90°105°。17. 硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素有哪些？鉆頭體、切削具出刃 、切削具的鑲焊角度、切削具在鉆頭體上的數(shù)目及布置方式等。18. 何謂金剛石鉆進(jìn)？其有何特點(diǎn)？金剛石鉆進(jìn)的概念金剛石鉆進(jìn)是一種比較先進(jìn)的鉆進(jìn)方法。它是將金剛石材料采用一定的方法包裹于基體（胎體）中，并與鉆頭鋼體

20、固結(jié)為一體形成金剛石鉆頭，用于回轉(zhuǎn)碎巖的一種方法。 金剛石鉆進(jìn)的特點(diǎn) （1）主要用于硬巖和堅(jiān)硬巖石，也可鉆進(jìn)軟-中硬巖石； （2）鉆進(jìn)效率高； （3）鉆孔質(zhì)量好； （4）施工勞動(dòng)強(qiáng)度比較輕； （5）鉆探成本比較低，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。 19. 金剛石鉆頭有哪些種類？金剛石鉆頭的種類有： 天然、人造；電鍍、熱壓；單管、雙管；繩索取心、定向鉆進(jìn)；取心、全面；礦山、油井等等。 根據(jù)碎巖特點(diǎn)，可分為表鑲金剛石鉆頭、孕鑲金剛石鉆頭和聚晶燒結(jié)體(包括復(fù)合片)金剛石鉆頭。20. 試述金剛石鉆進(jìn)的孔底碎巖過程表鑲鉆頭（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?。┑乃閹r機(jī)理有著顯著的不

21、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(jī)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(dòng)載碎巖 1、壓碎剪切與疲勞破碎 表鑲鉆頭上的單粒金剛石在Py、Px聯(lián)合作用下，類似球體壓入巖石（彈脆性巖石）產(chǎn)生大、小剪切體破碎，切槽寬度金剛石顆粒直徑。當(dāng)金剛石被磨鈍時(shí)，在Py、Px的作用下，產(chǎn)生壓縮應(yīng)變和拉伸應(yīng)，巖石中出現(xiàn)一些微小的裂紋，裂紋的數(shù)量及深度取決于軸載和轉(zhuǎn)速?？椎啄骋稽c(diǎn)經(jīng)多次重復(fù)加載，產(chǎn)生破碎，碎巖過程具有疲勞破碎的性質(zhì)。 2、犁掘作用原理（塑性破碎） 鉆進(jìn)時(shí)，孔底巖石是在三向應(yīng)力狀態(tài)下（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

22、大。當(dāng)以塑性破碎為主時(shí)，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(shí)，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(shí)，裂紋擴(kuò)展。應(yīng)力超過巖石強(qiáng)度時(shí)，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。3、多刃研磨切削 孕鑲鉆頭金剛石顆粒小，且埋藏于胎體之中，鉆進(jìn)中必須自磨出刃才能維持鉆速恒定而不衰減。 其碎巖機(jī)理類似于砂輪磨削工件。以唇面上多而小的硬質(zhì)點(diǎn)（金剛石）對(duì)加工件（孔底巖石）進(jìn)行刻劃、磨削，隨著硬質(zhì)點(diǎn)的逐漸磨損和粘結(jié)胎體的不斷磨耗，新的硬質(zhì)點(diǎn)又裸露出來參加工

23、作。 當(dāng)唇面金剛石出露較好時(shí)，在磨削的同時(shí)，也存在孔底的微剪切和微壓碎作用。 如果孕鑲金剛石鉆頭的胎體性能與所鉆巖石不適應(yīng)或沒有足夠的鉆壓，胎體不能超前磨耗，鉆進(jìn)中表現(xiàn)為鉆頭“打滑”，鉆速迅速下降。 4、微動(dòng)載碎巖 有些學(xué)者認(rèn)為，無論表鑲或孕鑲鉆頭在孔底的碎巖過程中，孔底還存在著微動(dòng)載的碎巖過程。 在軸向壓力（鉆壓）下，鉆頭被緊壓在孔底巖石表面，鉆具的回轉(zhuǎn)振動(dòng)和鉆柱彈性變形對(duì)孔底鉆壓的加強(qiáng)或減弱、泵送流體的壓力脈動(dòng)，對(duì)孔底巖石的破碎起到了積極的促進(jìn)作用。 21. 金剛石鉆頭的胎體有何作用？對(duì)其性能有何要求？金剛石鉆頭胎體用于包裹金剛石，并與鉆頭鋼體牢固連接。 對(duì)鉆頭胎體性能的要求是： 1、胎體

24、能牢固地包鑲金剛石。 2、胎體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和抗沖擊性能。 3、胎體的硬度、耐磨性要與所鉆巖石的硬度、研磨性相適應(yīng)。孕鑲鉆頭對(duì)這些性能要求更加嚴(yán)格。 22. 什么是孕鑲金剛石鉆頭胎體的濃度？如何選擇？孕鑲鉆頭使用濃度來表示金剛石在胎體中的含量，鉆頭胎體工作層中金剛石體積的百分含量 ?！?00%濃度制” 。 孕鑲鉆頭中的金剛石濃度一般為70120%，濃度過高，端面金剛石與巖石的接觸面積增大，單粒金剛石上的壓力較小，壓入巖石的深度減小。當(dāng)小于巖石抗壓強(qiáng)度時(shí)，其為表面破碎和疲勞破碎，鉆速很低，甚至不進(jìn)尺；濃度過低，在端面上出露的金剛石太少，不能滿足全斷面切削孔底巖石，同時(shí)還造成單粒金剛石上的壓強(qiáng)太大

25、，出露的金剛石就過早地磨鈍或崩刃、脫粒。23. 如何確定金剛石鉆頭上的金剛石粒度與出刃？1、表鑲鉆頭金剛石出刃原則： （1）正常的泵壓條件下巖粉能從鉆頭端面順利通過； （2）金剛石出刃在鉆進(jìn)時(shí)不易被折斷； （3）金剛石在胎體中包鑲牢固。 出刃值取決于金剛石粒度和所鉆巖石的物理力學(xué)性質(zhì)。一般，以不超過金剛石直徑的25一30為宜。軟、粗粒巖石中，出刃值應(yīng)較大；硬巖及破碎巖層中，出刃值應(yīng)較小。 2、孕鑲鉆頭的金剛石出刃 孕鑲鉆頭金剛石的出刃自銳的過程，設(shè)計(jì)金剛石出刃值的實(shí)質(zhì)是設(shè)計(jì)好胎體的性能。 金剛石在胎體中的密度 金剛石在胎體中的密度是表鑲鉆頭金剛石含量的表示方法，其含義為：胎體表面單位面積金剛石

26、的顆粒數(shù)。其范圍一般為1641粒/cm2，根據(jù)金剛石顆粒大小和所鉆地層適當(dāng)調(diào)節(jié)。大顆粒的、軟地層的選用低密度，小顆粒的、硬地層的選用高密度。24. 幾種常見金剛石鉆頭底唇面形狀的特點(diǎn)是什么？（一）表鑲金剛石鉆頭的唇面形狀 1、圓弧形唇面（圓弧直徑胎體厚度）規(guī)徑處可布置較多的金剛石，保徑效果好，適用于中硬和硬巖層； 2、多階梯形唇面多用于壁厚大的鉆頭，適用于中硬和硬巖層，有利于破巖和導(dǎo)向； 3、內(nèi)錐形唇面鉆頭內(nèi)邊刃保強(qiáng)；適用于研磨性強(qiáng)、破碎的巖層。 4、外錐形唇面鉆頭外邊刃保強(qiáng)；適用于較軟、易碎地層，多用于雙管和繩索取心鉆頭。（二）孕鑲金剛石鉆頭的唇面形狀 孕鑲金剛石鉆頭的唇面形狀比較簡(jiǎn)單，多為

27、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，以形成較多的破巖自由面。 25. 金剛石擴(kuò)孔器在鉆具中的作用？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(dòng)平衡狀態(tài)； 3、延長(zhǎng)鉆頭壽命。減少新鉆頭下孔的擴(kuò)孔量，防止鉆頭早期磨損。 26. 簡(jiǎn)述鉆探用金剛石的類型與特性、粒度和品級(jí)鉆探用金剛石按成因分為天然的、人造的兩大類。人造金剛石包括單晶、聚晶和金剛石復(fù)合片等。金剛石的特性 （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(jià)鍵相連，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。 （

28、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、抗壓強(qiáng)度最大、抗磨損能力最強(qiáng)的材料。其莫氏硬度為10級(jí)，是石英的1000倍；天然金剛石的抗壓強(qiáng)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?jīng)_擊載荷會(huì)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(zhǎng)時(shí)間受高溫；在使用中，須及時(shí)冷卻切削刃。 鉆探用金剛石的粒度和品級(jí) （1）金剛石的品級(jí)：主要根據(jù)晶形和強(qiáng)度來判定。 完整晶體。晶形好、強(qiáng)度高、耐沖擊，是理想的切磨耗材。 等積形。晶體長(zhǎng)軸與短軸之比不超過1

29、.51的稱為等積形。強(qiáng)度較高，但形狀尚好，在鉆探中的應(yīng)用占有一定比例。 非等積形。晶體長(zhǎng)軸與短軸之比超過1.51者為非等積形。質(zhì)量差，形狀不好，強(qiáng)度很低，在鉆探中不宜采用。 連晶。共晶面或晶棱、非完整晶體的連生體。將連晶破碎為單晶，經(jīng)整形、分選，選用質(zhì)量較好的金剛石。 聚晶體。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(qiáng)度很低，鉆探中不能采用。 通用的計(jì)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。 鉆探用的金剛石粒度： 粗粒520粒/克拉； 中粒2040粒/克拉； 細(xì)粒40100粒/克拉； 粉粒100400粒/克拉。27.

30、 金剛石鉆頭有哪二種類型，其水口水槽設(shè)置為什么存在差異？表鑲鉆頭的水口與水槽 表鑲鉆頭的主水路是唇面與孔底之間的間隙，強(qiáng)制沖洗液從主水路通過，有效地冷卻唇面金剛石和及時(shí)排除孔底巖粉，唇面上的水口和水槽的數(shù)目不能太多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。 孕鑲鉆頭的水口與水槽 孕鑲金剛石鉆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。在鉆頭唇面與孔底巖石之間只存在漫流（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(jì)成多水口、小水口，這樣對(duì)防止燒鉆有利。 28. 試述鋼粒鉆進(jìn)的基本原理與特點(diǎn)。鋼粒鉆進(jìn)的基本原理 巖心

31、管的下端接有鋼粒鉆頭（鉆頭鋼體），鉆頭上開有口?？椎淄队幸欢康摹白杂伞钡匿摿?，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，鉆頭向下施加一定的軸向壓力，并作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。隨著鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼粒在鉆頭與巖石之間不斷滾動(dòng)，對(duì)孔底巖石進(jìn)行碾壓，達(dá)到破碎巖石的目的。同時(shí)，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。 鋼粒鉆進(jìn)的特點(diǎn) （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）鋼粒碎巖的過程是一個(gè)對(duì)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

32、環(huán)對(duì)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)； （5）由于碎巖過程本身的特點(diǎn)，決定了這種方法可以破碎比鋼粒自身還要硬的巖石，可用于鉆進(jìn)中等硬度以上的堅(jiān)硬巖石（912級(jí)的巖石），但鉆進(jìn)效率較低； （6）鋼粒、鉆頭鋼體和管材的磨耗量很大； （7）鉆探質(zhì)量較差（孔壁與巖心表面粗糙、巖心直徑變化大、采取率低、孔壁間隙大、鉆孔易彎曲等） （8）不能鉆水平、向上和大頂角的鉆孔，也不宜于在大裂隙、空洞和涌水量大的地層中采用； （9）鉆進(jìn)工藝較復(fù)雜，特別是沖洗液量的控制。 29. 試述鋼粒鉆進(jìn)的碎巖機(jī)理。鋼粒鉆進(jìn)破碎孔

33、底巖石主要有以下機(jī)理： 1、壓碎碎巖體積破碎 （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(dòng)沖擊碎巖鋼粒鉆進(jìn)全過程 30. 鋼粒鉆頭水口的作用是什么？有哪幾種形狀？水口的功用 提供比較穩(wěn)定的過水?dāng)嗝?，保證沖洗液流通； 良好的導(dǎo)砂作用，把鋼粒導(dǎo)入鉆頭底唇之下，保證鉆頭唇部有足夠的鋼粒在井底工作。 水口的形式 鋼粒鉆頭的水口一般只有一個(gè)，水口不宜過寬，通常不大于鉆頭周長(zhǎng)的14。否則，將減少鉆頭“壓砂”工作端面?；⌒芜叡戎毙边叺膶?dǎo)砂性能要好，但加工較困難。單斜邊和單弧形加工較簡(jiǎn)單，但底開口較大，鉆頭工作端面較小，且沿高度磨損時(shí)，水口

34、面積變化較大；雙弧形水口效果最好。31. 試解釋和說明鋼粒鉆進(jìn)中的“改水”及其原因。32. 解釋：巖石的孔隙率：透水性：強(qiáng)度：硬度：研磨性：塑性：脆性：可鉆性：XY-4（代號(hào)意義）：機(jī)械鉆速：回次鉆速：技術(shù)鉆速：經(jīng)濟(jì)鉆速：循環(huán)鉆速：鉆進(jìn)規(guī)程：門限鉆壓：鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)的懸距：鉆孔頂角：鉆孔方位角：鉆孔彎曲強(qiáng)度：33. 簡(jiǎn)述牙輪鉆進(jìn)的基本概念及其適用范圍。牙輪鉆進(jìn)的概念：牙輪鉆進(jìn)是利用牙輪鉆頭在井底回轉(zhuǎn)，使鉆頭上的牙輪在井底滾動(dòng)，以滾動(dòng)沖擊和壓碎剪切方式破碎巖石的一種鉆進(jìn)方法。 牙輪鉆進(jìn)的應(yīng)用：牙輪鉆進(jìn)一般是不取心的全面鉆進(jìn)，廣泛應(yīng)用于油氣鉆井和大口徑施工鉆進(jìn)，適用于級(jí)的巖石，在級(jí)的巖石中效果最好

35、。34. 簡(jiǎn)述牙輪在鉆頭體上的布置形式及特點(diǎn)。（1）不超頂布置。牙輪軸線、主錐母線交于鉆頭中心。牙輪純滾動(dòng)，無滑動(dòng)。齒圈不嚙合。適用于鉆硬地層。 （2）超頂不移軸布置。牙輪軸線交于鉆頭軸線，主錐超頂。牙輪在孔底有滑動(dòng)，齒圈嚙合，可自洗。適用于軟及中硬地層鉆進(jìn)。 （3）超頂、移軸。牙輪軸線偏移，且主錐超頂，牙輪可自洗，且可以使牙輪產(chǎn)生軸向滑動(dòng)。適用于軟及中硬地層鉆進(jìn)。35. 試述牙輪鉆頭的孔底碎巖過程。牙輪鉆頭的孔底碎巖過程 主要有以下幾種作用： u 牙輪鉆頭的縱向振動(dòng)及對(duì)地層的沖擊、壓碎作用 l 靜載壓入碎巖 l 沖擊動(dòng)載碎巖u 牙齒對(duì)地層的剪切作用l 超頂引起的滑動(dòng)l 復(fù)錐引起的滑動(dòng)l 移軸

36、引起的滑動(dòng)36. 何謂PDC鉆頭？其水力結(jié)構(gòu)和切削齒的分布有何特點(diǎn)？聚晶金剛石全面鉆頭 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(gè)水眼或噴嘴清洗、冷卻12個(gè)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(dú)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(diǎn)，可用于中硬地層。 37. 試述鉆壓、轉(zhuǎn)速、水力因素和沖洗液對(duì)鉆進(jìn)速度的影響。1、鉆壓對(duì)鉆速的影響 依

37、據(jù)鉆速與鉆壓的實(shí)驗(yàn)曲線，可得出：（1）在很大的變化范圍內(nèi)(ab段) ，鉆壓與鉆速近似成線性關(guān)系；（2）a點(diǎn)之前，鉆壓太低，鉆速很慢；（3）b點(diǎn)之后，鉆壓過大，巖屑量過多，甚至切削具完全壓入巖層，孔底冷卻和排粉條件惡化，鉆頭磨損也加劇，使鉆進(jìn)效果變差?？砂磮D中的直線段來建立鉆壓P與鉆速vm的定量關(guān)系，即 vm（P-W） 式中： Wab線在鉆壓軸上的截距，相當(dāng)于切削具開始?jí)喝氲貙訒r(shí)的鉆壓。它在石油鉆井中稱為門限鉆壓，主要取決于巖層性質(zhì)。不同地層的門限鉆壓各異。 2、轉(zhuǎn)速對(duì)鉆速的影響 轉(zhuǎn)速是鉆頭旋轉(zhuǎn)的速度，表示切削具運(yùn)動(dòng)的快慢。由圖可知： （1）在軟、塑性大、研磨性小的粘土巖層鉆進(jìn)時(shí)（曲線），鉆速v

38、m與轉(zhuǎn)速n關(guān)系基本呈線性關(guān)系； （2）在中等硬度、研磨性較小的巖層中鉆進(jìn)時(shí)（曲線），鉆速vm與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系開始呈直線關(guān)系，但隨著n繼續(xù)增大而逐漸變緩，轉(zhuǎn)速愈高，鉆速增長(zhǎng)愈慢；（3）在中硬、研磨性強(qiáng)的巖層鉆進(jìn)時(shí)（曲線），開始時(shí)類似于曲線，但鉆速隨轉(zhuǎn)速增大而增大的速率緩慢，當(dāng)超過某個(gè)極限轉(zhuǎn)速n0后，鉆速vm還有下降的趨勢(shì)。 在鉆壓和其他鉆進(jìn)參數(shù)保持不變的情況下，鉆速可表述為 vmn 式中：為轉(zhuǎn)速指數(shù)，一般小于1，其數(shù)值大小與巖性有關(guān)。 3、水力因素對(duì)鉆速的影響 一定的鉆速條件下，單位時(shí)間內(nèi)鉆出的巖屑總量一定，而該數(shù)量的巖屑需要一定的水功率才能完全清除，低于這個(gè)水功率值，孔底凈化不完善，則鉆速降低。

39、對(duì)于軟巖，高于這個(gè)水功率值，水力參加破巖，使機(jī)械鉆速可能升高。但此時(shí)，水力浮力的增加，對(duì)鉆速的提高會(huì)造成不利影響，尤其是在硬巖層中。 對(duì)孕鑲金剛石鉆頭和自磨式鉆頭，必須在孔底保存一定的巖粉量，過大的水功率將導(dǎo)致鉆速下降，甚至拋光鉆頭。 4、沖洗液性能對(duì)鉆速的影響 （1）沖洗液密度對(duì)鉆速的影響 沖洗液密度決定著孔內(nèi)液柱壓力與地層孔隙壓力之間的壓差?？椎讐翰顚?duì)剛破碎的巖屑有壓持作用，阻礙孔底巖屑及時(shí)清除，壓差增大將使鉆速明顯下降。（2）沖洗液粘度對(duì)鉆速的影響 其他條件一定時(shí)，沖洗液粘度的增大,將使孔底壓差增大，浮力增大，并使孔底鉆頭獲得的水功率降低，從而使鉆速降低。 （3）沖洗液固相含量及其分散性

40、對(duì)鉆速的影響 固相含量、固相顆粒大小和分散度對(duì)鉆速對(duì)鉆進(jìn)速度有明顯影響。由圖可見，固相含量相同時(shí)，分散性沖洗液比不分散沖洗液的鉆速低。固相含量越少，兩者的差別越大。一般應(yīng)采用固相含量低于4%的不分散沖洗液。38. 磨銳式硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，如何合理選擇鉆壓？可以認(rèn)為：一開始就以允許的大鉆壓對(duì)鉆進(jìn)是有利的，但初試鉆壓并不是越大越好，是合理鉆壓。 但不同巖石對(duì)增加鉆壓所表現(xiàn)出的鉆速變化規(guī)律是不同的。 （1）中硬硬（67級(jí)）巖石最敏感，增大鉆壓時(shí)，鉆速增長(zhǎng)最顯著； （2）對(duì)45級(jí)的巖石，如果鉆壓過大，將使孔底排粉和冷卻條件惡化，阻礙了鉆速的成比例上升； （3）89級(jí)巖石是不宜用硬質(zhì)合金鉆進(jìn)，可理解為

41、：鉆壓值未達(dá)到體積破碎，鉆壓增加，磨損加劇，鉆速下降。 實(shí)際生產(chǎn)中，一般根據(jù)不同形狀的硬質(zhì)合金壓力選用經(jīng)驗(yàn)，確定鉆頭上的總壓力，即：39. 磨銳式硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，如何合理選擇轉(zhuǎn)速？合金鉆頭轉(zhuǎn)速的確定，考慮巖性和碎巖時(shí)間因素的影響。 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)軟巖，可以認(rèn)為機(jī)械鉆速v與轉(zhuǎn)速n是成正比的。 中硬及硬巖層鉆進(jìn)時(shí)的轉(zhuǎn)速 （1）巖性影響：這類巖層壓入硬度較大，研磨性也較高。鉆進(jìn)中切削具不斷地被磨鈍，使其與巖石的接觸面積不斷地增大，從而巖石受壓的應(yīng)力帶也增大。如果轉(zhuǎn)速較高，而切削具單位面積上的壓力較小，磨損加劇，使得破碎巖石更為困難。 （2）時(shí)間因素的影響：時(shí)間效應(yīng)是指，巖石在切削具作用下，從發(fā)生彈

42、性變形形成剪切體跳躍式吃入巖石至一定深度，需要一個(gè)短暫的時(shí)間t。即：承受載荷的切削具在巖石表面停留一個(gè)短暫時(shí)間t，使裂隙能夠沿剪切面發(fā)育至自由面，形成剪切體。如果轉(zhuǎn)速超過臨界值（nn0），則切削具作用于巖石的時(shí)間小于t，巖層中的裂隙尚未完全發(fā)育載荷便移走了，從而造成破巖深度減少，甚至使碎巖狀態(tài)轉(zhuǎn)化為表面破碎。由此，使用磨銳式硬合金鉆頭鉆進(jìn)較硬巖石時(shí)，不允許過高地增大轉(zhuǎn)速。 在中硬以上巖層中鉆進(jìn)時(shí)，切削具的碎巖深度隨轉(zhuǎn)速的增高而明顯地下降。 機(jī)械鉆速v 與轉(zhuǎn)速呈拋物線關(guān)系。曲線最高點(diǎn)的是最優(yōu)轉(zhuǎn)速，此時(shí)的機(jī)械鉆速最高。40. 自磨式硬質(zhì)合金鉆頭與磨銳式硬質(zhì)合金鉆頭有何區(qū)別？其鉆進(jìn)規(guī)程有何特點(diǎn)？自磨

43、式鉆頭與磨銳式鉆頭的主要區(qū)別 （1）自磨式鉆頭切削具與孔底接觸面積恒定，機(jī)械鉆速穩(wěn)定，回次進(jìn)尺也較長(zhǎng)，不受瞬時(shí)鉆速不斷下降的影響； （2）自磨式鉆頭的碎巖是以磨削和微剪切為主，要求硬質(zhì)合金切削具隨著磨耗能適量地從胎塊中出露； （3）鉆進(jìn)以68級(jí)中硬以上的巖層為主，鉆速較低，巖粉較細(xì)。以上區(qū)別是確定自磨式硬合金鉆進(jìn)規(guī)程的依據(jù)。自磨式硬合金鉆頭的規(guī)程特點(diǎn) （1）鉆壓：自磨式鉆頭與巖石的接觸面積大，總的鉆壓應(yīng)大于磨銳式鉆頭。一般鉆壓比磨銳式大20%25%； （2）轉(zhuǎn)速：由破巖機(jī)理可知，自磨式鉆頭必須采用比磨銳式更高的轉(zhuǎn)速，以提高單位時(shí)間的破巖次數(shù)； （3）泵量：自磨式硬合金鉆進(jìn)可以采用比磨銳式略小的

44、泵量，但為了充分冷卻（轉(zhuǎn)速較高）和避免重復(fù)破碎，應(yīng)盡量采用大的泵量。且初始泵量大，隨著胎塊的磨耗，過水?dāng)嗝鏈p小需及時(shí)調(diào)小泵量，以防蹩泵。 41. 簡(jiǎn)述選擇金剛石鉆頭的原則（1）軟至中硬和完整均質(zhì)巖層，一般宜用天然表鑲鉆頭、復(fù)合片鉆頭、聚晶鉆頭。 （2）硬至堅(jiān)硬致密的巖層（712級(jí)），一般宜用孕鑲鉆頭，或細(xì)粒表鑲金剛石鉆頭。 （3）在破碎、軟硬互層、裂隙發(fā)育或強(qiáng)研磨性巖層，宜用尖齒型廣譜鉆頭或耐磨性好的、補(bǔ)強(qiáng)的電鍍?cè)需傘@頭。（4）胎體耐磨性的原則：強(qiáng)研磨性巖層，選用高耐磨性胎體；中等研磨性巖層，選用中等耐磨性的胎體；弱研磨性巖層，選用低耐磨性的胎體。 （5）復(fù)雜巖層，研磨性越強(qiáng)、越硬，選用金剛石

45、晶級(jí)好、粒度相對(duì)細(xì)的鉆頭。 （6）強(qiáng)研磨性、破碎的巖層，選用金剛石濃度較高的鉆頭。反之，均質(zhì)致密、弱研磨性的巖層，選用濃度較低的鉆頭。 （7）巖層軟，排粉多，選用復(fù)合片鉆頭或聚晶鉆頭，易沖蝕的巖礦層取心，應(yīng)采用底噴式鉆頭。 42. 如何選擇和確定金剛石鉆進(jìn)的鉆進(jìn)規(guī)程？ 金剛石鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)包括：鉆壓、轉(zhuǎn)速、沖洗液量。 影響鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的因素：巖層性質(zhì)、鉆頭類型等。 評(píng)定金剛石鉆進(jìn)規(guī)程的主要依據(jù)是：鉆速、鉆頭總進(jìn)尺和單位進(jìn)尺的金剛石耗量三個(gè)指標(biāo)。 43. 何謂金剛石鉆進(jìn)的臨界規(guī)程？其有何特征？金剛石鉆進(jìn)的臨界規(guī)程是鉆進(jìn)中不宜超過的規(guī)程參數(shù)。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

46、損嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)燒鉆。44. 鋼粒鉆進(jìn)的投砂方法有哪些？各有何特點(diǎn)？鋼粒鉆進(jìn)的投砂方法一般有三種方法：一次投砂法、結(jié)合投砂法（在回次開始前，先投入所需鋼粒的5060%，鉆進(jìn)一定的時(shí)間后再從鉆桿內(nèi)分別補(bǔ)投12次。）、連續(xù)投砂法（在鉆進(jìn)過程中連續(xù)不斷地（或小組份接連不斷地）向孔內(nèi)供給鉆粒，以補(bǔ)充鉆進(jìn)中的消耗。）。1、一次投砂法 （1）投砂方法：在鉆進(jìn)開始前，把一個(gè)回次所需的全部鋼粒一次投入孔內(nèi)的方法稱為一次投砂法?？梢詮目卓谥苯油度耄部梢栽谙裸@到底時(shí)，從鉆桿內(nèi)孔投入。 （2）結(jié)合投砂法的特點(diǎn)： 改善了一次投砂法擴(kuò)大孔徑和磨細(xì)巖心的缺點(diǎn)； 可以適當(dāng)延長(zhǎng)鉆進(jìn)回次時(shí)間； 補(bǔ)砂時(shí)需停鉆，并將鉆具提離孔底

47、一定距離，容易引起巖心堵塞和巖心脫落； 適用于鋼粒消耗量大的堅(jiān)硬、強(qiáng)研磨性巖石。 （2）連續(xù)投砂法的特點(diǎn)： 使孔底保持有適量的鋼粒，克取巖石均勻、鉆進(jìn)穩(wěn)定、鉆孔質(zhì)量良好、鉆粒和鉆頭消耗較??； 必須配套有專門的連續(xù)投砂器，如果調(diào)節(jié)不當(dāng)，影響鉆進(jìn)效率和質(zhì)量。45. 為什么說鋼粒鉆進(jìn)時(shí)泵量很重要？（1）鋼粒鉆進(jìn)沖洗液作用：在鋼粒鉆進(jìn)中，沖洗液流不僅起著排除巖粉和冷卻鉆具的作用，還起著分選、更新鋼粒和唇面下合理布砂的作用。 （2）沖洗液量不足的危害：巖粉大量積聚在孔底，鋼粒不能與巖面接觸，滾動(dòng)阻力也增大，脈動(dòng)力減弱量，碎巖效率降低。容易造成卡鉆或埋鉆事故。 （3）沖洗液量過大的危害：鋼粒被沖離孔底。唇

48、面下缺少或沒有工作鋼粒，鉆頭直接接觸到巖石，鉆進(jìn)就無法進(jìn)行。 因此，鋼粒鉆進(jìn)中，沖洗液量存在最優(yōu)值。 46. 何謂沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)？這種鉆進(jìn)方法有何優(yōu)點(diǎn)？沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)是在鉆頭已承受一定靜載荷的基礎(chǔ)上，以縱向沖擊力和回轉(zhuǎn)切削力共同破碎巖石的鉆進(jìn)方法。與常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法相比，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)只要用不大的沖擊力，便可以達(dá)到破碎堅(jiān)硬巖石的效果 。u 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)：l 最適用于粗顆粒的不均質(zhì)巖層,在可鉆性級(jí)，部分級(jí)的巖石中，鉆進(jìn)效果尤為突出；l 不僅應(yīng)用于硬質(zhì)合金鉆進(jìn)，還應(yīng)用于金剛石鉆進(jìn)及牙輪鉆進(jìn)，它既可鉆進(jìn)較軟的巖層，又可鉆進(jìn)堅(jiān)硬的巖層；l 應(yīng)用于小口徑金剛石鉆進(jìn)，不僅可提高鉆進(jìn)效率和鉆頭壽命，還可克服裂

49、隙地層的堵心，堅(jiān)硬致密地層的“打滑”，及某些地層的孔斜等問題。同時(shí)，在巖土工程的大口徑施工中也有用武之地。 47. 結(jié)合沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的碎巖機(jī)理，說明在不同的巖性條件下沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)破碎巖石的形式與特點(diǎn)？沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)在鉆頭切削具上同時(shí)受到3種力的作用，即回轉(zhuǎn)力、軸向靜壓力和沖擊力。在這3種力的聯(lián)合作用下，巖石以沖擊剪切和回轉(zhuǎn)切削方式破碎。首先是切削具在沖擊載荷作用下形成破碎穴，在兩次沖擊破碎穴之間造成孔底局部巖脊，而后切削具在回轉(zhuǎn)力的作用將已經(jīng)產(chǎn)生了裂紋的巖脊切削下來。 鉆進(jìn)不同性質(zhì)的巖石，沖擊碎巖和回轉(zhuǎn)切削碎巖所起的作用是不相同的。 1、在堅(jiān)硬、脆性巖石中鉆進(jìn)時(shí): 巖石破碎主要是沖擊力作用的結(jié)果

50、，鉆具的回轉(zhuǎn)只是移動(dòng)切削具的位置，改變沖擊點(diǎn)，在移動(dòng)中將裂隙發(fā)育的巖脊切削掉，而軸向靜載則是用來克服鉆具在沖擊時(shí)的反彈力，以改善鉆具的工作性能。因而，在考慮其最佳轉(zhuǎn)速時(shí)，主要是二次沖擊間形成的巖脊應(yīng)在鉆頭回轉(zhuǎn)切削作用下，能有效地被切削掉。因此，對(duì)于堅(jiān)硬、脆性的巖石，利用動(dòng)載破碎巖石時(shí)，由于瞬時(shí)應(yīng)力集中，軸向靜載在孔底巖石上造成了預(yù)加應(yīng)力，而在沖擊的同時(shí)又作用有回轉(zhuǎn)力，這就對(duì)欲破碎的巖石上增加了附加剪切作用，造成粗大顆粒巖體的分離，提高了碎巖效果。而且，這種效果將隨巖石脆性的增大而更為顯著。 2、對(duì)于中硬、塑性較大的巖石:其破碎方式仍然是以回轉(zhuǎn)切削為主，沖擊作用是輔助性的。沖擊作用在巖石中形成裂

51、紋，為回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)切入巖石和切削巖石創(chuàng)造了十分有利的條件。因而，軸心壓力是保證有效破碎巖石的主要參數(shù)，它關(guān)系到切入巖石的深度和產(chǎn)生體積破碎的程度。軸壓的最大值則取決于切削具的強(qiáng)度。3、對(duì)于塑性大的巖石:沖擊力的碎巖作用不大，大部分沖擊能量為巖石的塑性變形所吸收，不能導(dǎo)致大的體積破碎和分離，而回轉(zhuǎn)切削破巖作用處于主導(dǎo)地位。 48. 說明閥式正作用、反作用、雙作用沖擊器和射流式、射吸式?jīng)_擊器的工作原理與特點(diǎn)。(一)閥式正作用液動(dòng)沖擊器其工作原理如右圖所示：沖錘活塞5在錘簧6的作用下處于上位，其中心孔被活閥4蓋住，液流瞬間被阻，液壓急劇增高而產(chǎn)生水錘(也稱水擊)效應(yīng)。在液壓作用下，沖錘活塞和活閥一同下行

52、，壓縮閥簧3和錘簧；當(dāng)活閥下行到一定位置時(shí)，活閥被閥座9限制，活閥停止運(yùn)行并與沖錘活塞脫開，液流經(jīng)沖錘活塞中心孔而流向孔底，液壓下降，活閥在閥簧作用下返回原位；沖錘活塞在動(dòng)能作用下利用慣性繼續(xù)運(yùn)行，沖擊鐵砧7，沖擊能量經(jīng)鐵砧一巖心管接頭一巖心管等傳至鉆頭，沖擊之后，沖錘活塞在錘簧力作用下彈回；再次與活閥接觸，完成一個(gè)沖擊周期。其主要特點(diǎn)：(1)正作用沖擊器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，調(diào)試容易。 (2)沖擊器中彈簧的反作用要消耗一部分能量，抵消了 很大一部分高壓液流所產(chǎn)生的沖擊力。(3)彈簧在1500次min或更高的循環(huán)壓縮、伸張下， 容易損壞。(二)閥式反作用液動(dòng)沖擊器 它是利用高壓液流的壓力推動(dòng)沖錘

53、活塞上行，并壓縮工作彈簧儲(chǔ)存能量，經(jīng)彈簧釋能而作功。1、工作原理如圖:高壓液流進(jìn)入沖擊器，由于水路封閉，當(dāng)沖錘活塞上下端壓力差超過超過工作彈簧1的壓縮力和沖錘活塞本身的質(zhì)量時(shí)，迫使沖錘活塞上行，并壓縮工作彈簧儲(chǔ)存能量；與此同時(shí)，鐵砧4的水路被逐步打開，高壓液流開始流向孔底，液壓下降，沖錘活塞利用慣性繼續(xù)上行，當(dāng)上行到上死點(diǎn)時(shí)，沖錘活塞利用自身質(zhì)量和工作彈簧的彈力，使沖錘活塞急速向下運(yùn)動(dòng)而沖擊鐵砧；同時(shí)，由于沖錘活塞與鐵砧相接觸而又封閉了液流通向孔底的通路，液壓開始上升，當(dāng)上升到一定值，再次作用于沖錘活塞，使其上行，開始第二個(gè)工作周期。2、反作用沖擊器的主要特點(diǎn)： (1)對(duì)沖洗液的適應(yīng)能力較強(qiáng)；

54、(2)可獲得較大的單次沖擊功；(3)沖擊器內(nèi)部的壓力損失較小，效率較高。 該類沖擊器的主要缺點(diǎn)是需要?jiǎng)偠容^大的彈簧，工作壽命只有40lOO小時(shí)。 (三)閥式雙作用液動(dòng)沖擊器它的沖錘活塞正沖程和反沖程均由液體壓力推動(dòng)。1、工作原理如圖：當(dāng)鉆具到達(dá)孔底時(shí)，由于鉆具自重，使活接頭f被壓緊到外套上的g處，這時(shí)工作腔d處的液流，分別作用在活閥2和塔形沖錘活塞6上，由于活閥上下端的壓差，迫使活閥上移到最上位置；由于沖錘活塞上、下兩端面積不同而產(chǎn)生的壓力差，迫使其也向上移動(dòng)；當(dāng)沖錘活塞上行到與活閥接合時(shí)，通道d1被關(guān)閉，沖錘活塞與活閥便一起急速下行，當(dāng)下行h時(shí)，活閥被支撐座4限止，沖錘活塞與活閥分離，借助慣性作用繼續(xù)下行，下行到s時(shí)，沖擊砧子9；由于沖錘活塞中心通道被打開，液流又恢復(fù)循環(huán)，在液流