表2-2 普通鉆桿及其連接的主要規(guī)格yb235

1、表2-2 普通鉆桿及其連接的主要規(guī)格YB235-70 加厚方式 鉆 桿 接 箍 鎖 接 頭外徑內(nèi)徑長度(m)每米質(zhì)量(kg/m)附加量(kg/根)外徑長度質(zhì)量(kg/個外徑內(nèi)徑切口寬公鎖接頭長母鎖接頭長連接后全長內(nèi)加厚4250603239483.04.54.54.566.047.990.650.961.445765751301401401.41.72.04576575222838404550165190215230255290355395445外加厚6073894859696.06.08.07.9911.419.481.52.53.5861051181401651652.74.75.28610

2、512144.5 6850 50241 355310 280481 533 除單獨說明者外，表中單位均為mm。 三、鉆桿柱的工作狀態(tài) 鉆桿柱在孔內(nèi)的工況隨鉆進方法、鉆進工序的不同而異。鉆桿柱主要是在起下鉆和鉆進這兩種條件下工作。 在起下鉆時，鉆桿柱不接觸孔底，整個鉆桿柱處于懸持狀態(tài)，在自重作用下，鉆桿柱處于受拉伸的穩(wěn)定狀態(tài)。 在正常鉆進時，由于鉆桿柱自身的偏心和由于自重失穩(wěn)而產(chǎn)生的某些彎曲，造成鉆桿柱有一定的質(zhì)量偏離回轉(zhuǎn)中心。這些偏心質(zhì)量在回轉(zhuǎn)運動中產(chǎn)生離心力，更促使鉆桿柱彎曲。與此同時，鉆桿柱給孔底工作的鉆頭傳送所需鉆壓主要依賴于鉆桿柱自身的質(zhì)量，多余的部分由鉆機提拉而減壓；如果壓力不足，則

3、需靠鉆機補充（即所謂加壓鉆進）。因此，鉆桿柱上還有由自重、鉆機給進力及摩擦力合成的縱向壓力。在離心力、縱向壓力和扭矩的聯(lián)合作用下，鉆桿柱軸線一般呈變節(jié)距的空間螺旋彎曲曲線形狀。彎曲程度取決于這三種力作用的大小。 半波長：把鉆桿柱中心線和鉆孔的軸線相交兩點間的一段縱向長度稱為半波長，以l表示。根據(jù)薩爾基索夫的理論推導(dǎo)，距零斷面（零斷面的概念見本節(jié)后續(xù)內(nèi)容）距離為Z處的半波長可按下式計算。 式中： q-鉆桿柱在沖洗液中單位長度的質(zhì)量，kg/m； -鉆桿柱轉(zhuǎn)速，r/min；Z-所求斷面距零斷面的距離，在零斷面以下壓縮部分取負(fù)號，反之取正號，m；J-鉆桿柱橫斷面的軸慣性矩，cm4。 （m） 薩爾基索夫

4、公式的前提條件是理想的鉆桿柱在孔壁完整的鉆孔中以鉆孔軸線為中心作公轉(zhuǎn)運動，并呈平面彎曲，該公式僅表示了鉆桿柱在孔內(nèi)彎曲的基本狀態(tài)。 鉆桿柱在孔內(nèi)的實際彎曲狀態(tài)：螺旋彎曲。鉆桿柱在孔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動可能有三種形式(p71圖1.2-9)： （1）鉆桿柱圍繞自身彎曲軸線旋轉(zhuǎn)（自轉(zhuǎn)）。鉆桿柱自轉(zhuǎn)時在整個圓周上與孔壁接觸，產(chǎn)生均勻的磨損，但受到交變彎曲應(yīng)力的作用。 （2）鉆桿柱圍繞鉆孔軸線旋轉(zhuǎn)并沿著孔壁滑動（公轉(zhuǎn)）。鉆桿柱公轉(zhuǎn)時不受交變彎曲應(yīng)力的作用，但產(chǎn)生一邊偏磨。 （3）鉆桿柱圍繞鉆孔軸線旋轉(zhuǎn)，但不是沿著孔壁滑動而是沿著孔壁反向滾動（公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的結(jié)合），鉆桿柱同時圍繞自身軸線和鉆孔軸線旋轉(zhuǎn)。其磨損均勻，

5、也受到交變彎曲應(yīng)力的作用，但循環(huán)次數(shù)比第一種形式低得多。 四、鉆桿柱的受力（ 1 ）軸向壓力和拉力 當(dāng)鉆孔達到一定深度時，孔內(nèi)鉆桿柱的重力已超過了鉆頭所能承受的鉆壓值，則必須減壓鉆進。即上部鉆桿柱受拉，其中孔口處拉力最大，向下逐漸減?。幌虏裤@桿柱受壓，孔底壓力最大（圖2-3）。在某一深處軸向力等于零，稱之為零斷面或中和點。在施工中我們應(yīng)該設(shè)計使中和點落在剛度大、抗彎能力強的鉆鋌上，保證上部的鉆桿處于受拉伸的穩(wěn)定狀態(tài)。即使在小口徑的條件下不可能使用鉆鋌，也應(yīng)避免落在強度和剛度較弱的舊鉆桿上，以免加劇其受壓彎曲，在自轉(zhuǎn)中造成疲勞破壞。 軸向力分布示意圖 （ 2 ）扭矩 鉆進中鉆桿柱受到扭矩的作用，

6、在鉆桿柱各個截面上都產(chǎn)生剪應(yīng)力。 鉆桿柱在孔口處承受的扭矩最大，在孔底最小。（ 3 ）彎矩與離心力 已經(jīng)彎曲的鉆桿柱在軸向力的作用下，將受到彎矩的作用，如繞自身軸旋轉(zhuǎn)則會產(chǎn)生交變的彎曲應(yīng)力。如鉆桿柱公轉(zhuǎn)，則產(chǎn)生離心力。離心力又將加劇鉆桿柱的彎曲變形。（ 4 ）縱振、扭振與擺振 孔底跳躍式的破碎巖石（尤其是沖擊鉆進、牙輪鉆進或沖擊回轉(zhuǎn)鉆進破碎巖石的條件下）會引起鉆桿柱的縱向振動，在中和點附近產(chǎn)生交變的軸向應(yīng)力。當(dāng)產(chǎn)生共振時，鉆桿柱容易疲勞破壞。 當(dāng)孔底巖石對鉆頭的回轉(zhuǎn)阻力不斷變化時，會引起鉆桿柱的扭轉(zhuǎn)振動，從而產(chǎn)生交變的剪應(yīng)力。 在某一臨界轉(zhuǎn)速下，鉆桿柱會出現(xiàn)擺振，其結(jié)果是迫使鉆桿柱公轉(zhuǎn)，引起鉆

7、桿柱嚴(yán)重的偏磨。 由以上分析不難看出，鉆桿柱受力嚴(yán)重部位是下部、孔口處和零斷面附近。五、鉆桿柱的合理使用 用參數(shù)KT=Td/Tl作為判別指標(biāo)。Td鉆孔鉆進時間；Tl鉆桿柱使用壽命。（1）變換使用方式（KT及KT1時） 鉆第一個孔時：1，2，3，4，5， 鉆第二個孔時：，5，4，3，2，1（2）綜合使用方式（KT時）（假設(shè)有10個立根） 鉆第一個孔深度一半的過程中： 1，2，3，4，5 鉆第一個孔下半部的過程中： 6，7，8，9，10 繼續(xù)向深部鉆進時： 5，4，3，2，1 鉆第二個孔深度一半的過程中： 10，9，8，7，6 鉆第二個孔下半部的過程中：5，4，3，2，1 繼續(xù)向下鉆進時： 6，7

8、，8，9，10 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆頭 機械式鉆進方法主要有： 硬質(zhì)合金、金剛石、鋼粒、牙輪鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進（伴有循環(huán)沖洗介質(zhì)）和長螺旋回轉(zhuǎn)鉆進（干式）； 采用液動、氣動孔底沖擊器的沖擊回轉(zhuǎn)鉆進； 鋼絲繩沖擊鉆進； 振動鉆進。上述方法中使用最廣泛的是回轉(zhuǎn)鉆進。 選擇回轉(zhuǎn)鉆進用鉆頭的一般原則是：在軟巖和中硬巖層中用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆頭；在中硬及部分中硬以上巖層中采用銑齒牙輪鉆頭；在硬巖中采用金剛石鉆頭或鋼粒鉆頭；在硬脆巖層中采用鑲齒牙輪鉆頭。鉆孔的直徑取決于鉆進目的、鉆孔結(jié)構(gòu)和鉆進方法。金剛石鉆頭主要用于59mm，76mm的小口徑；鋼粒鉆頭主要用于91mm以上的口徑；硬質(zhì)合金和牙輪鉆頭則既可鉆進小口徑，又

9、可鉆進大口徑水井、工程施工孔和淺井。 鉆探工作量中有50%以上是用硬質(zhì)合金鉆頭完成的。 幾乎可鉆性級的所有巖石都可用硬質(zhì)合金鉆進， 不含石英的級火成巖也可用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆進（尤其是小口徑鉆頭）。 一、鉆探用硬質(zhì)合金的特性 通常鉆頭切削具采用鎢鈷類硬質(zhì)合金。碳化鎢為骨架材料，它的高硬度保證了硬質(zhì)合金的耐磨性；鈷粉為粘結(jié)劑，保證了硬質(zhì)合金的韌性。 表4-1中列出了YG類硬質(zhì)合金的性能對比資料。由表中數(shù)據(jù)可知，隨著含鈷量的增大，硬質(zhì)合金的耐磨性有所減弱，而抗彎強度、沖擊韌性有所提高。在成分相同的鎢鈷類硬質(zhì)合金中，WC的顆粒越細，則硬質(zhì)合金的硬度越大，耐磨性越強。反之抗彎強度提高，韌性增強。 實踐證明

10、，采用含鈷量不高的粗顆粒硬質(zhì)合金切削具有助于提高鉆進效率，并保證一定的鉆頭壽命。 表4-1 YG類硬質(zhì)合金的性能表 合金牌號化學(xué)成分（）物理機械性質(zhì)特性及用途W(wǎng)CCo密度（g/cm3）硬度（HRA）抗彎強度（MPa）YG3x97315.015.3921050耐磨性最好,沖擊韌性最差,用于金屬切削YG4c96414.915.2901400適用于均質(zhì)和軟質(zhì)互層地層中回轉(zhuǎn)鉆進YA69193614.415.0921400加有少量TaC成分,提高了硬度YG694614.615.089.51400適用于回轉(zhuǎn)鉆進，使用效果僅次于YG4cYG6x94614.615.0911350細粒合金，強度接近YA6，耐磨

11、性較YA6高YG892814.014.8891500地質(zhì)勘探和石油回轉(zhuǎn)鉆進用主要品種YG8c92814.014.8881750粗粒合金，沖擊韌性較高適于沖擊回轉(zhuǎn)鉆進YG11c891114.014.4872000耐磨性最差，沖擊韌性最高，適于沖擊回轉(zhuǎn)鑿巖YG15851513.914.1872000注：硬質(zhì)合金中的附加字母x表示細粒合金，c表示粗粒合金。 選用硬質(zhì)合金切削具的基本原則： 硬質(zhì)合金切削具主要有薄片狀、方柱狀、八角柱狀和針狀等。 確定硬質(zhì)合金的牌號后，選擇切削具形狀與規(guī)格的一般原則： 片狀硬質(zhì)合金：刃薄，易于壓入和切削巖石，但抗彎能力差，適用于級軟巖，它在鉆頭體上的出刃應(yīng)大些。 柱狀硬

12、質(zhì)合金：抗彎能力較強，壓入阻力也較小，主要適用于級中硬巖石，其中八角柱狀切削具抗崩能力強，利于排粉和破巖，并易于焊牢，故在較硬巖層和裂隙發(fā)育的地層中得到廣泛的應(yīng)用。 針狀和薄片狀硬質(zhì)合金：主要用于鑲焊自磨式鉆頭，在硬地層或研磨性巖石中使用。 二、硬質(zhì)合金鉆進的孔底碎巖過程 回轉(zhuǎn)鉆進時，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破碎巖石。軸向力和水平力的共同作用導(dǎo)致孔底巖石以薄的螺旋層形式被連續(xù)破碎。 回轉(zhuǎn)鉆進的機械鉆速vm取決于切削具切入巖石的深度和鉆頭轉(zhuǎn)速：vm=60nmh1 式中：n-鉆頭轉(zhuǎn)速，r/min；m-鉆頭上切削具個數(shù)；h1-每個切削具每轉(zhuǎn)切入巖石的深度。影響切入深

13、度的主要因素有： (1) 巖石破碎工具上的軸向力大?。?(2) 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及破碎下來的巖屑從孔底清除的速度； (3) 切削具的硬度、幾何形狀及其在鉆頭工作唇面上的布置方式； (4) 鉆頭的轉(zhuǎn)速與切削具的磨鈍程度。（一）塑性巖石的孔底破碎過程 鉆頭上切削具切入巖石的必要條件是：切削具與巖石接觸面上的單位壓力必須大于（最小等于）巖石的極限抗壓入硬度，即： PyHyF0 式中：Hy-巖石的壓入硬度；F0-切削具刃尖處與巖石的接觸面積。 圖4-1 單個切削具示意圖 當(dāng)磨銳式鉆頭上的切削具未磨鈍時，切入深度可用下式表達： 式中：Py-切削具上的軸載力，N；b-切削具的刃寬，mm；-切削具的刃角，

14、度；Hy-巖石的壓入硬度；-考慮到摩擦力的系數(shù)（永遠小于1）。 上式表明，對塑性巖石而言切削具的切入深度h0與軸向力Py成正比，而與切削具的刃角、刃寬b、巖石的壓入硬度Hy成反比。雖然角越小切削具刃尖切入巖石越容易，但如果很小則切削具會很快崩裂，實際上角的最小值為4550。對于裝有薄片狀或針狀硬質(zhì)合金的自磨式鉆頭，因為角等于90，故不能采用該公式。 鉆進過程中，切削具前面的巖石在分力F的作用下不斷產(chǎn)生塑性流動，并向自由面滑移，即所謂切削作用（圖4-2）。這和軟金屬的切削加工沒有多大區(qū)別，切削過程基本上是平穩(wěn)的，水平力Px變化不大。同時，切削具在塑性巖石中形成的切槽與刃寬基本吻合。 圖43 塑性

15、巖石中的回轉(zhuǎn)切削Py-軸向壓力； Px-水平力； h0-切入深度；b-切削槽寬（切削具寬度）圖4-2 切削具在雙向力作用下破碎塑性巖石 實際上，由于孔底鉆具的振動和重復(fù)破碎，加之沖洗液的循環(huán)，塑性巖石被切削下來的巖屑不可能像金屬切削那樣成為連續(xù)的切屑，而是碎裂成巖粉被沖洗液帶至地表。圖4-2中的切入深度為h1而不是h0，這是由于在Py和Px共同作用下比Py單獨作用下切入更容易，故h1h0。 （二）脆性巖石的孔底破碎過程 塑性巖石破碎是以連續(xù)平穩(wěn)的切削為主，而脆性巖石破碎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（圖4-4）。巖石破碎大體分三個階段： 圖4-4 切削具破碎彈塑性巖石的過

16、程 (1) 切削具在雙向力作用下吃入巖石，使刃前巖石沿剪切面破碎，Px力減小，繼續(xù)前移，碰撞刃前巖石圖4-4(a)。 (2) 切削具刃前接觸巖石的部分面積很小，對前方巖石產(chǎn)生較大的擠壓力，壓碎刃前的巖石，隨著Px力增大，使巖石產(chǎn)生小的剪切破碎圖4-4(b)。繼續(xù)向前推進可能重復(fù)產(chǎn)生若干次小剪切，碎裂的巖屑向自由面崩出圖4-4(c)。 (3) 當(dāng)切削具前端接觸巖石的面積較大時，前進受阻。一方面切削具繼續(xù)擠壓前方的巖石（部分被壓成粉狀）；另一方面Px力急劇增大，當(dāng)Px力達到極限值時，迫使巖石沿剪切面產(chǎn)生大的剪切破碎，并在刃尖前留下一些被壓實的巖粉，然后Px力突然減小圖4-4(d)。 切削具不斷向前

17、推進，重復(fù)著碰撞、壓碎、小剪切、大剪切的循環(huán)過程。在每次循環(huán)中，切削具兩側(cè)的巖石也會和刃前巖石一樣，分別產(chǎn)生一組相近似的小剪切體和大剪切體，使切槽斷面近似于梯形圖4-4(e)。由于剪切過程是在孔底局部夾持和小剪切、大剪切交替出現(xiàn)的條件下進行的，故孔底和切槽邊沿都是粗糙不平的，而且有規(guī)律地變化著。 當(dāng)數(shù)次小剪切使槽壁也產(chǎn)生側(cè)崩時，便改善了切削具的夾持狀態(tài)，為大剪切創(chuàng)造了條件，如圖4-4(f)、(g)所示，圖4-4(f)中b為切削具刃寬，B1為大剪切時巖石的切槽寬。整個破碎過程沿著傾角為的螺旋面進行。 綜上所述，用切削具破碎脆性巖石時，在每個剪切循環(huán)中和各個循環(huán)之間，水平力Px都是跳躍式的有規(guī)律地

18、變化著（圖45）；而在塑性巖石中，水平力Px沒有顯著的變化，基本上可以認(rèn)為是常量。 圖4-5 水平力的跳躍過程 （三）硬質(zhì)合金切削具的磨損 鉆進中由于切削具被磨損，鉆速將逐漸衰減，切削具磨損越快，則衰減越厲害。 費得洛夫等人用魚尾鉆頭對硬質(zhì)合金切削具的磨損問題進行過大量研究，得出如圖4-6中的磨損曲線。 圖4-6 不同比壓下切削具的磨損情況-表面碎巖； -體積碎巖 （1）曲線：當(dāng)0時，切削具未能有效地吃入巖石，鉆進處于表面破碎狀態(tài)。此時切削具單位時間的磨損量W正比于切削具上的比壓。（2）曲線：當(dāng)0時，巖石呈體積破碎。隨著切削具上的比壓增大，單位時間的磨損量W不僅未增加，反而出現(xiàn)下降的趨勢。即在

19、體積破碎條件下，切削具的磨損主要不取決于軸向壓力，而取決于巖石的硬度、切削具的材質(zhì)及切削具的磨鈍面積。 費得洛夫提出，在一定條件下切削具的磨鈍面積與其初始面積和鉆進時間有關(guān) ；硬質(zhì)合金鉆進的機械鉆速隨著切削具接觸面積的增大而下降，其瞬時機械鉆速vm與切削刃磨鈍面積的平方成反比。（有關(guān)理論推導(dǎo)可參閱教材。）切削具在孔底磨損的實際狀況： 前述理論分析的基礎(chǔ)是假定切削具刃部為均勻磨損，實際上在鉆進過程中，鉆頭硬質(zhì)合金切削具出刃的內(nèi)、外側(cè)磨損量是不均勻的（圖4-7），即 ：y外y內(nèi)y， t外t內(nèi)t 。圖4-7 切削刃的實際磨損情況y-切削刃磨損高度; y內(nèi)， y外-切削刃內(nèi)、外側(cè)磨損高度; t-刃端磨

20、損寬度; t內(nèi)，t外-刃端內(nèi)、外側(cè)磨損寬度; b-環(huán)槽寬度; r,R-環(huán)槽內(nèi)、外徑 由于磨損不均勻，切削刃中部磨損還不大，而內(nèi)外兩側(cè)已成鈍刃，嚴(yán)重影響切入作用。所以，不均勻磨損對鉆進是十分不利的。 切削具底端也不是像想象的那樣，被磨損成平面，而是呈圓弧形，刃前緣和后緣磨損更厲害（圖4-8）。 圖48切削具刃端磨損的理想情況（a）與實際情況（b） 切削刃底端的不均勻磨損使得切削具在孔底能有某些“自銳”作用，這樣的磨損是對鉆進有利的，如果切削刃與巖石的接觸面積在磨損中不變，則磨損不會影響鉆速，只影響鉆頭壽命。減輕切削具磨損的措施： (1) 避免切削具在表面破碎狀態(tài)下工作。尤其在高轉(zhuǎn)速、低鉆壓的條件

21、下鉆進研磨性巖石時，切削具磨損更快。 (2) 切削具的磨損速度取決于切削具的硬度與所鉆巖石的硬度之比，巖石的研磨性、裂隙性等性質(zhì)，還取決于切削具在鉆頭唇面的布置。應(yīng)根據(jù)巖性選用合適的硬質(zhì)合金牌號和型號，采用合理的鉆頭唇面結(jié)構(gòu)。 (3) 每次下鉆前應(yīng)修磨切削具刃端，減小初始接觸面積，以降低其磨損率。 (4) 采取等強度磨損的原則，對磨損嚴(yán)重的鉆頭切削具內(nèi)外側(cè)面進行補強。 (5) 盡量采用具有潤滑作用的乳化液或泥漿洗孔，以減輕切削具的磨損。 三、取心式硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu)要素 硬質(zhì)合金鉆頭包括取心鉆頭和不取心全面鉆頭，本節(jié)僅討論取心鉆頭。 一定數(shù)量的硬質(zhì)合金切削具，按一定的形式排布在鉆頭體上，可形成鉆

22、進不同地層的鉆頭結(jié)構(gòu)。這些決定鉆頭結(jié)構(gòu)的因素稱為硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素。 取心式硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu)要素包括：鉆頭體，切削具出刃，切削具鑲焊角度，切削具在鉆頭體上的布置方式，切削具在鉆頭體上的數(shù)目，鉆頭的水口與水槽。1、鉆頭體 鉆頭體是切削具的支撐體，它把軸載和扭矩傳遞給切削具，承受切削具破巖的反作用力和孔底的動載效應(yīng)，并長時間處于孔底的摩擦環(huán)境中。因此，鉆頭體要用DZ-40地質(zhì)鉆探用無縫鋼管制成。鉆頭體上端車有與巖心管連接的外螺紋，其內(nèi)壁上有為卡取巖心設(shè)計的內(nèi)錐度。 圖49 硬質(zhì)合金鉆頭體2、切削具出刃 切削具出刃指的是切削具在鉆頭體內(nèi)、外側(cè)和底唇面突出的一定高度，其出刃高度取決于巖石的硬度、均

23、質(zhì)性和在該巖石中的鉆進速度。 (1) 內(nèi)、外出刃：其作用是保證鉆頭體與孔壁、鉆頭體與巖心之間留有一定的間隙，以避免鉆頭體承受來自孔壁和巖心的摩擦力，并為循環(huán)沖洗提供通道。一般對于軟巖層應(yīng)取較大的出刃值。若鉆進遇水膨脹或單位時間內(nèi)產(chǎn)生大量巖粉的軟地層，則一般加大出刃也不能滿足要求。這時必須在鉆頭體上加焊肋骨，以增大內(nèi)、外環(huán)狀空間，一般取內(nèi)、外出刃36mm，底出刃45mm。 (2) 底出刃：底出刃的作用是保證切削具能順利地切入巖石，并為沖洗液及時冷卻切削具和排除孔底巖粉提供通道。底出刃的概念應(yīng)包括出刃大小和底刃排列方式兩方面的內(nèi)容。 圖 410 硬質(zhì)合金鉆頭底出刃示意圖 b-環(huán)槽寬度；r環(huán)槽內(nèi)半徑

24、 圖 411 硬質(zhì)合金切削具底出刃和補強H切削具底出刃；h0-切入深度；h1-鉆頭底面過水間隙表 硬質(zhì)合金切削具出刃規(guī)格 單位：mm 巖石性質(zhì)內(nèi)出刃外出刃底出刃松軟、塑性、粘性、弱研磨性22.52.5335中硬、強研磨性11.51.5223 底出刃大小包括切削具的切入深度和過水間隙（圖4-11）， 即H=h1+h2。 若H值過大， 容易在硬巖和裂隙性巖層中造成切削具崩斷， 故應(yīng)在鉆頭體上增加補強部分，有很好的防崩效果。 鉆頭的底出刃可以排成平底式，也可以排成階梯式。后者可使孔底巖石破碎成臺階形（圖4-12），即在孔底形成掏槽。這樣為上面一排切削具破碎巖石創(chuàng)造了第二個自由面，使體積破碎更容易。尤

25、其對具有一定脆性及較硬的巖層效果更佳。 圖412 階梯形環(huán)狀孔底示意圖 3. 切削具的鑲焊角度 針對不同性質(zhì)的巖層，可以把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，從而獲得不同的鉆進效果。 切削具在鉆頭唇面上有三種鑲焊方式：切削具以正前角斜鑲的稱為正斜鑲圖4-13(a)，垂直擺放的為直鑲圖4-13(b)，以負(fù)前角斜鑲的稱為負(fù)斜鑲圖4-13(c)。 不同刃角的切削具使用范圍也不同，其推薦值如下： (1) =4550，用于級非裂隙性巖石； (2) =65，用于級巖石； (3) =90的小切削具，用于自磨式鉆頭。 切削角的大小應(yīng)根據(jù)所鉆巖性來選擇。一般來說，鉆進軟巖應(yīng)取小些，但不

26、宜過小。因為過小可能使切削具后面直接與巖面摩擦。 圖4-13 切削具的鑲焊方式 -切削角; -刃角; -前角; -切削具相對于鉆頭徑向的扭轉(zhuǎn)角; 究竟選擇何種鑲焊角形式（正斜鑲、直鑲、負(fù)斜鑲），應(yīng)考慮下述原則： (1) 對所鉆巖石切入和回轉(zhuǎn)阻力?。?(2) 某種鑲焊形式可保證鉆頭體上的切削具有較大的抗彎和抗磨損能力； (3) 有利于及時排除巖粉； (4) 磨損后的切削具應(yīng)保持一定的切削能力，即端面的接觸面積不能過快地增大。 上述條件很難同時滿足，設(shè)計鉆頭時應(yīng)根據(jù)巖性，有所側(cè)重地考慮。 分析表明，在切入深度相同的條件下，切入巖石所需的軸向力Py和水平力Px以正斜鑲最大，直鑲次之，負(fù)斜鑲最?。划?dāng)磨

27、損體積相同時，切削刃端的磨損面積正斜鑲最大，直鑲次之，負(fù)斜鑲最??；當(dāng)三者出刃大小一致時，切削刃上的彎矩正斜鑲最大，直鑲次之，負(fù)斜鑲最小；排粉條件是正斜鑲最好，直鑲次之，負(fù)斜鑲最差。所以，通常正斜鑲的鉆頭在軟巖中具有高鉆速，而負(fù)斜鑲鉆頭適用于硬巖和非均質(zhì)巖層，最常用的是直鑲。 4. 切削具在鉆頭體上的布置方式 硬質(zhì)合金鉆頭切削具的排列方式很多，按切削具在鉆頭體唇面上的分布圈數(shù)，可分為單環(huán)排列、雙環(huán)排列和多環(huán)排列（圖4-14）。再加上切削具擺放的密集程度，是否扭轉(zhuǎn)一定的角度等因素都可有所變化，從而構(gòu)成多種類型的鉆頭形式。圖4-11 切削具在鉆頭體上的布置(a)-單環(huán)排列； (b)-雙環(huán)排列； (c

28、)-多環(huán)排列 確定切削具布置方式時應(yīng)考慮以下原則： (1) 能保證鉆頭在孔底工作平穩(wěn)； (2) 雙環(huán)、多環(huán)排列或分組排列時，每個切削具只破碎孔底的一部分，疊加起來完成整個環(huán)狀切槽的切削，如果各環(huán)之間能相互造成自由面，則破巖效果更佳； (3) 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； (4) 切削具之間應(yīng)保持一定的距離，以利于排粉； (5) 對切削具的鑲焊和修磨方便。 5. 切削具在鉆頭體上的數(shù)目 一般鉆頭上切削具數(shù)目越多，同時參加破巖的切削點就多，鉆頭壽命較長。但是，由于軸向載荷有限，單個切削具上的載荷不足，只能形成表面破碎；加之切削具數(shù)目太多，則巖石破碎處于相互夾持狀態(tài)，使剪切體變小，造成重復(fù)破碎，孔底冷卻效果變差，最終嚴(yán)重影響鉆進效率。實驗表明，鉆頭體上兩組（粒）切削具間的距離l與切削具厚度b之比應(yīng)為l/b。 切削具數(shù)目取決于巖性、鉆頭直徑和切削具形狀。對軟巖取較少的數(shù)量，對較硬和非均質(zhì)及研磨性巖石，保證一定的鉆頭壽命是主要矛盾，一般應(yīng)取密集式排列。 6. 鉆頭的水口和水槽 鉆頭上一定數(shù)量的水口和水槽（水槽下端應(yīng)與水口頂端相通），是沖洗液流經(jīng)鉆頭，沖洗孔底并返回鉆柱外環(huán)空間的通道。它直接影響著切削具的冷卻和孔底及時排粉的效果。 硬質(zhì)合金鉆頭體上的水口形狀可以有矩形、半圓形、梯形和三角形，但效果最