巖芯鉆探工程基本理論知識(shí)

1、山東黃金集團(tuán)金剛石鉆探技術(shù)講座,主講：姜明和 山東冶金技師(技術(shù))學(xué)院,一、巖芯鉆探工程基本理論知識(shí),一、鉆探設(shè)備與鉆探工具 鉆探設(shè)備包括鉆機(jī)，泥漿泵(空壓機(jī))、鉆塔、動(dòng)力機(jī)。 鉆機(jī)：驅(qū)動(dòng)鉆桿柱在鉆孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，提供鉆頭破碎巖石的動(dòng)力（壓力和扭矩） 泥漿泵（空壓機(jī)）：驅(qū)動(dòng)鉆孔內(nèi)循環(huán)介質(zhì)的循環(huán)，目的是清除鉆粉、冷卻鉆頭 鉆塔：為鉆進(jìn)過程中提鉆、下鉆提供支撐,動(dòng)力機(jī)：為鉆進(jìn)設(shè)備提供動(dòng)力。自備發(fā)電機(jī)組同時(shí)提供機(jī)場(chǎng)照明。 鉆探工具：鉆探工具是施工用的工具，它又可分為鉆進(jìn)工具、輔助工具、打撈工具和專用工具等。 鉆進(jìn)工具是直接用來加深鉆孔的各種工具，它包括粗徑鉆具、鉆桿柱與主動(dòng)鉆桿三部分； 輔助工具主要用來升

2、降鉆具和套管時(shí)使用； 打撈工具用于處理鉆進(jìn)期間可能發(fā)生的孔內(nèi)事故，包括各種絲錐、反絲鉆桿、事故鉆頭等；專用工具用來進(jìn)行孔內(nèi)特種工作，例如鉆孔人工造斜、堵漏止水等。,金剛石鉆進(jìn)工具包括以下組件：鉆頭、卡芯器（卡簧與卡簧座）、擴(kuò)孔器（上、下）、巖芯管、巖芯管鉆桿異徑接頭等。 鉆頭主要是用來破碎孔底巖石的； 卡芯器用于從孔底卡斷巖芯。 擴(kuò)孔器：保持孔徑不減小并可往孔內(nèi)自由地下入另一同直徑鉆頭。同時(shí)有導(dǎo)向作用。 巖芯管用以容納巖芯，同時(shí)也承受和傳遞鉆壓和提力，帶動(dòng)鉆頭工作，它在鉆進(jìn)過程中能保全巖芯，并把巖芯運(yùn)載到地表。 當(dāng)鉆具組從孔內(nèi)提出時(shí)，卡簧將巖芯卡在鉆頭內(nèi)，并保持在巖芯管中。 鉆進(jìn)方法和工作條件

3、不同鉆進(jìn)工具有不同的種類、型式。,GB/T 16950-1997 金剛石巖心鉆探鉆具設(shè)備 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金剛石巖心鉆探鉆孔深度在1500m 以內(nèi)，適用于不同地層的單層巖心管、多種設(shè)計(jì)的雙層巖心管以及鉆桿、套管的型式、尺寸、主要機(jī)械性能、連接螺紋等技術(shù)內(nèi)容。 金剛石巖心鉆探常規(guī)鉆具分為單層巖心管、雙層巖心管兩大類?？趶揭?guī)格依國際通用的R,E,A, B,N,H,P,S作為代號(hào)，規(guī)格代號(hào)及對(duì)應(yīng)的公稱口徑見表,規(guī) 格 代 號(hào) 與對(duì) 應(yīng) 的 公 稱 口徑 mm,鉆具設(shè)計(jì)類型分為單管和M,T,P三種設(shè)計(jì)的雙管。鉆具代號(hào)由口徑規(guī)格和設(shè)計(jì)類型組成.,例: B S 設(shè)計(jì)類型(單管) 口徑規(guī)格 N T 設(shè)計(jì)類型(T

4、型雙管) 口徑規(guī)格,金剛石巖心鉆探雙層巖心管(雙管鉆具),M型 薄壁設(shè)計(jì) 適用于較堅(jiān)硬和完整的巖層 有A,B,N三種規(guī)格,T型 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) 適用于稍破碎和松散巖層 有R,E,A,B,N,H六種規(guī)格,P型 厚壁設(shè)計(jì) 用于破碎、松散和要求過水段面較大的巖層 A,B,N,H,P,S六種規(guī)格,雙管的外管是通用的。M 型鉆頭與單管鉆具A,B,N規(guī)格鉆頭通用。M 型卡簧與單管鉆具A,B,N規(guī)格卡簧通用。,鉆具類型及規(guī)格,金剛石巖心鉆探常規(guī)鉆具單雙管系列,套管及其附件 金 剛石巖心鉆探用套管分為X和W兩種系列。X系列是管體兩端均為內(nèi)螺紋，靠接箍連接;W系列則是管體兩端分別加工成內(nèi)、外螺紋，可以直接連接。X系列

5、接箍?jī)?nèi)徑與W 系列套管內(nèi)徑相同。 套管 、 套管接箍、套管鉆頭、套管擴(kuò)孔器、套管鞋內(nèi)外徑尺寸見表所示,GB /T 16951-1997 金剛石繩索取心鉆探鉆具設(shè)備 本標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 定了鉆孔深度在15 00m 以內(nèi)的金剛石繩索取心鉆探通用設(shè)計(jì)的巖心管、鉆桿及接頭、鉆頭、擴(kuò)孔器等尺寸、連接螺紋等互換性技術(shù)內(nèi)容.金 剛石繩索取心鉆探鉆具口徑規(guī)格依國際通用的A,B,N,H,P、作為代號(hào)。鉆具代號(hào)由口徑規(guī)格及繩索(國際通用WL)組成 規(guī) 格 代 號(hào) 及 對(duì) 應(yīng) 的 公 稱 口徑 mm,繩索取心鉆具,除內(nèi)、外巖心管，鉆頭、擴(kuò)孔器，鉆桿及接頭等必須保證互換的型式及尺寸外，關(guān)于鉆具的單動(dòng)、懸掛、長(zhǎng)度調(diào)節(jié)、定位、

6、導(dǎo)正、報(bào)信、撈矛等型式及尺寸都由設(shè)計(jì)者選定.,金剛石繩索取心鉆探用的套管與常規(guī)金剛石鉆探設(shè)備的套管是通用的。,二、鉆桿柱 主要的作用。 (1)把鉆機(jī)動(dòng)力和回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給孔底的鉆頭。 (2)將軸向載荷(鉆壓)傳遞給鉆頭并加以調(diào)節(jié)。 (3)用作鉆孔沖洗介質(zhì)的通道。沖洗介質(zhì)經(jīng)過鉆桿、鉆桿與孔壁(或套管內(nèi)壁)形成的環(huán)狀間隙進(jìn)行循環(huán)，用來沖洗鉆孔和冷卻鉆頭。 (4)在某些特殊鉆進(jìn)方法中，鉆桿柱還用作輸送巖芯或巖芯提取器的通道或作為更換井底鉆頭的通道、以及投送卡取巖心的卡料，輸送測(cè)斜儀器或者輸送堵漏材料等,鉆桿柱的連接 普通金剛石鉆進(jìn)的鉆桿采用端部加厚的管坯制造，鉆桿柱由接頭或上、下接頭副連接。

7、連接螺紋分為圓柱梯形螺紋和頂錐式圓柱梯形螺紋，相應(yīng)的鉆桿兩端、接頭或接頭副的螺紋均互相對(duì)應(yīng)。 立根：由兩根或者多根鉆桿單根通過接頭連接起來的，在提下鉆過程中不卸開的鉆桿柱。立根的長(zhǎng)度根據(jù)鉆塔高度確定。提下鉆時(shí)，是在兩個(gè)立根之間卸開。 鉆桿柱的薄弱環(huán)節(jié)：鉆桿兩端加工螺紋的部位，鉆桿接頭。 鉆桿柱在孔內(nèi)的工作特點(diǎn)： 鉆桿柱在孔內(nèi)呈螺旋彎曲狀態(tài)，在孔內(nèi)可能有兩種方式不同的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，（1）公轉(zhuǎn)：圍繞著鉆孔中心,軸旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，鉆桿產(chǎn)生一邊偏磨。（2）自轉(zhuǎn)：圍繞著自身的中心軸旋轉(zhuǎn)。此時(shí)鉆桿表面產(chǎn)生均勻磨損。理想狀態(tài)為鉆桿柱自轉(zhuǎn)。 為什么會(huì)出現(xiàn)公轉(zhuǎn)： 壓力壓力大，增加彎曲、 回轉(zhuǎn)速度（轉(zhuǎn)數(shù)）轉(zhuǎn)數(shù)增加

8、，離心力增大，彎曲、鉆桿本身的質(zhì)量材質(zhì)、螺紋加工、熱處理缺陷。 公轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的問題：摩擦阻力增大、鉆桿疲勞破壞、鉆桿折斷、敲擊孔壁、鉆桿偏磨、鉆孔質(zhì)量下降等。 鉆桿在孔內(nèi)的彎曲不可避免 在鉆進(jìn)中，由于部分鉆桿柱的質(zhì)量是作為鉆壓施加于鉆頭之上的，使得下部鉆桿柱受壓，在減壓鉆進(jìn)中，部分鉆桿自重由鉆機(jī)提拉而平衡。所以在鉆桿柱上就有某一個(gè)點(diǎn)縱向力為零，稱為零斷面或中和點(diǎn)，通常用0-0表示。在零斷面以上鉆桿受拉，而,以下部分則受壓。在鉆壓小和直孔的條件下鉆桿柱也可能是直的，但是，壓力達(dá)到某一臨界值時(shí)，如圖，下部鉆桿柱失穩(wěn)發(fā)生彎曲并且在某一點(diǎn)和孔壁接觸稱為切點(diǎn)。此時(shí)中和點(diǎn)N1在切點(diǎn)T1上方，這是第一次彎曲。

9、如果繼續(xù)增大鉆壓，則切點(diǎn)下移，中和點(diǎn)上移，當(dāng)鉆壓增大到新的臨界值時(shí)，鉆桿柱彎曲軸線出現(xiàn)第二個(gè)切點(diǎn)，這是第二次變曲。如果繼續(xù)加壓則可能出現(xiàn)第三次彎曲或更多次彎曲。假設(shè)鉆桿柱在自轉(zhuǎn)的情況下，并假定鉆桿柱兩端為鉸支方式，通過計(jì)算，鉆頭落于井底、鉆桿柱不斷給鉆頭加壓，當(dāng)中和點(diǎn)達(dá)到鉆頭上方1.94m時(shí)，鉆桿柱發(fā)生一次彎曲；繼續(xù)加壓，當(dāng)中和點(diǎn)到達(dá)鉆頭上方3.75m時(shí)，鉆桿柱開始發(fā)生二次彎曲，但此時(shí)鉆桿柱上面的彎曲與井壁還沒有切點(diǎn)，直到鉆壓增大到中和點(diǎn)位于鉆頭上方4.22m時(shí)，上部才與井壁有切點(diǎn)。,所以，實(shí)際工作中一般巖心管的長(zhǎng)度（粗徑鉆具）不小于3米，對(duì)于易造斜地層應(yīng)加長(zhǎng)巖心管長(zhǎng)度。 鉆桿柱的合理使用 （

10、1）變換次序使用法，（2）綜合使用法。 用鉆孔鉆進(jìn)時(shí)間與鉆桿柱壽命之比（K）來辨別。在地質(zhì)勘探中，鉆桿的壽命要比鉆孔鉆進(jìn)時(shí)間高許多倍，即K1。但在個(gè)別情況下，鉆孔很深，巖層研磨性很高或地質(zhì)技術(shù)條件較復(fù)雜時(shí)，K也可能接近于1。所以，鉆桿最優(yōu)使用方式的選擇都是在K1的條件下進(jìn)行的。 (一).變換使用方式 當(dāng)鉆孔時(shí)間與鉆桿壽命接近時(shí)，為了使鉆桿消耗均勻，鉆孔須成對(duì)考慮。在鉆進(jìn)第二個(gè)鉆孔時(shí)，把鉆桿立根使用的次序顛倒過來使用，此為變換次序使,用法。這種方法在大多數(shù)鉆孔中都可以使用。 (二).綜合使用方式 當(dāng)K=0.7時(shí)，可采用此法。在鉆第一個(gè)鉆孔深度一半的過程中，把鉆桿立根依次標(biāo)記接到鉆桿柱上使用。在鉆

11、進(jìn)完深度的一半后，提鉆時(shí)把這些立根依次放于立根臺(tái)上待用。而在繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)把其他未用的一半立根一起下入孔中，在繼續(xù)向深部鉆進(jìn)時(shí)，把原上部用過的立根按照與原來相反的次序接到鉆桿柱上繼續(xù)使用。在鉆進(jìn)第二個(gè)鉆孔時(shí)，把鉆進(jìn)第一個(gè)鉆孔用過的立根完全按照相反的次序使用。這種方法可以使鉆桿的壽命大大提高。 施工過程中，鉆桿接頭的擰卸端必須涂絲扣油、墊密封圈。 使用繩索取心鉆桿必須遵守以下規(guī)定： （1）、鉆桿下孔前，用“通棒”(外徑比鉆桿內(nèi)徑小,051 毫米，長(zhǎng)051米的圓鋼)試通鉆桿，通不過者，不得下入孔內(nèi)。 （2）、鉆桿直徑單邊磨損達(dá)1毫米或均勻磨損達(dá)15毫米，彎曲超過1毫米米；螺紋嚴(yán)重磨損，連接曠動(dòng)或有明顯

12、變形的，均不得下入孔內(nèi)。 （3）、鉆桿立根下應(yīng)墊木板、橡膠等緩沖材料。備用鉆桿要三點(diǎn)墊放，排列整齊。機(jī)臺(tái)搬遷時(shí)，要卸開立根，單根存放、搬運(yùn)；螺紋部分應(yīng)擰上護(hù)絲。 （4）、鉆桿擰卸應(yīng)使用多觸點(diǎn)自由鉗，禁用管鉗或大錘敲擊。 （5）、鉆桿接頭變形，絲扣損壞，磨損過度必須及時(shí)更換。,三、鉆探施工的基本過程 鉆探工程中采用的破碎巖石的方法，主要是機(jī)械式碎巖。 通常根據(jù)破碎巖石的工具的材質(zhì)，將鉆進(jìn)方法分為：硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、金剛石鉆進(jìn)、鋼粒鉆進(jìn)三大基本類別。在這三大基本類別中又可以按照其他的分類依據(jù)將他們分成更小的類別； 根據(jù)施加外力的方式和外力的性質(zhì)，可把鉆進(jìn)方法分為：沖擊鉆進(jìn)、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)等。,

13、為了完成鉆孔，必須進(jìn)行三項(xiàng)基本操作，即破碎巖石、清除巖屑、維護(hù)孔壁穩(wěn)定。 破碎巖石是實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)的首要條件，不能破碎巖石就不能實(shí)現(xiàn)進(jìn)尺；破碎下來的巖石（巖屑）如果不能及時(shí)清除，就會(huì)影響下一步破碎巖石；隨著鉆孔的不斷延伸，如果孔壁失去穩(wěn)定，比如發(fā)生坍塌，那么，鉆進(jìn)也無法連續(xù)進(jìn)行下去，也會(huì)影響連續(xù)鉆進(jìn)。上述三項(xiàng)工作在不同的地層中鉆進(jìn)，其難度是不同的。例如，在松軟的地層中鉆進(jìn)，破碎巖石比較容易，清除巖屑的工作量較大，而維護(hù)孔壁穩(wěn)定則成為完成整個(gè)鉆孔的難點(diǎn)和重點(diǎn)。 實(shí)際上鉆進(jìn)工藝就是為經(jīng)濟(jì)地、快速地完成上述三項(xiàng)工作而采取的技術(shù)措施。因而，應(yīng)根據(jù)施工的實(shí)際情況來采取不同的工藝措施完成上述三項(xiàng)工作。,1、工序

14、：對(duì)于鉆孔施工來講，鉆孔施工技術(shù)設(shè)計(jì) 工器具、材料準(zhǔn)備 修筑地盤設(shè)備安裝與驗(yàn)收 開孔回次鉆進(jìn)特種工作終孔驗(yàn)收拆卸、搬遷 修筑地盤：在進(jìn)行設(shè)備安裝之前，要首先由鉆探技術(shù)人員會(huì)同地質(zhì)人員到現(xiàn)場(chǎng)確定機(jī)場(chǎng)位置、大小、方位、面積等。 地盤的面積是由所用設(shè)備類型決定的，地盤方位由鉆孔的設(shè)計(jì)方位決定。當(dāng)施工垂直孔時(shí)，可不考慮鉆孔方位，而施工傾斜孔時(shí)，應(yīng)使地盤的縱長(zhǎng)中心線與鉆孔設(shè)計(jì)方位線一致。 在修筑地盤時(shí)，要盡量減少挖方和填方。必須填方時(shí)，填方面積不得大于場(chǎng)地面積的四分之一，孔深超過600米及土層松散、地形坡度大于30度時(shí)，塔基不允許安裝在填方部位上。,在山坡修筑地基時(shí)，地基靠山坡一邊的坡度要適當(dāng)。當(dāng)?shù)鼗鶐r

15、石堅(jiān)硬，穩(wěn)固時(shí)，坡度不得大于80度；地基特別松散時(shí)，坡度不得大于45度，并要除掉坡上的活石。在懸崖下面修地盤，崖上面的活石要除掉，并在離現(xiàn)場(chǎng)35m處挖積石溝以防活石落下傷人和機(jī)械。在河灘或山溝修地盤，要使地盤的縱長(zhǎng)方向與水流方向平行，并挖排水溝，筑攔洪壩以防積水和山洪侵擊。 設(shè)備的基座可采用機(jī)臺(tái)木、混凝土、工字鋼、槽鋼等，無論采取那一種型式，都必須保證設(shè)備安裝穩(wěn)固、周正、水平。,鉆探工器具、材料準(zhǔn)備與鉆探設(shè)備安裝 在本工序內(nèi)的主要工作內(nèi)容是：（1）.根據(jù)施工鉆孔的目的、深度、終孔直徑及施工的環(huán)境條件確定所用設(shè)備類型；（2）.按照所用設(shè)備及采用的鉆進(jìn)方法準(zhǔn)備相應(yīng)的工器具和有關(guān)材料；（3）.安裝設(shè)

16、備及驗(yàn)收工作。 鉆探設(shè)備的選擇主要依據(jù)鉆孔深度、鉆孔目的和鉆探方法確定。 金剛石鉆探選用具有較高轉(zhuǎn)速、較大調(diào)速范圍穩(wěn)定性好、振動(dòng)小的液壓鉆機(jī)，并配備孔底壓力指示表轉(zhuǎn)速表、扭矩表。選用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，須配備能測(cè)電壓電流的配電盤和啟動(dòng)補(bǔ)償器。 金剛石巖心鉆探要選用變量泵，并配備完好的泵壓表和流量計(jì)。為預(yù)防燒鉆，應(yīng)推廣安裝報(bào)警器。,繩索取心金剛石鉆探選用液壓驅(qū)動(dòng)或電力驅(qū)動(dòng)的絞車，要求安裝周正、牢固；操作方便靈活；起動(dòng)、制動(dòng)可靠。 ；在進(jìn)行設(shè)備安裝時(shí)，應(yīng)保證鉆機(jī)立軸的中心線與天車中心（或前緣切線）、鉆孔中心在同一直線上，并符合傾角要求。安裝設(shè)備時(shí)還應(yīng)遵守安全操作規(guī)程，同時(shí)，安裝必要的安全防護(hù)裝置，如傳動(dòng)

17、部位防護(hù)罩、座式天車的安全護(hù)板、吊式天車保護(hù)繩、鉆塔繃?yán)K、避雷針、電氣設(shè)備接地、漏電保護(hù)裝置等。鉆塔離高壓線的距離應(yīng)符合安全規(guī)定。 安裝與拆卸鉆塔必須遵守下列規(guī)定： （1）、安、拆鉆塔工作應(yīng)在機(jī)長(zhǎng)的指揮下進(jìn)行，安裝人員必須戴安全帽。在建塔、封塔布等塔上工作時(shí)必須系牢安全帶，要穿平底的橡膠鞋，不得在臺(tái),板上放任何物件，必要的工具、螺栓要放在工具袋內(nèi)，不得在安、拆鉆塔的同時(shí)在塔下進(jìn)行工作。 （2）、鉆塔應(yīng)安裝穩(wěn)固、周正。安、拆鉆塔前，應(yīng)對(duì)鉆塔構(gòu)件及所有工具、繩索和挑桿進(jìn)行嚴(yán)格檢查。 （3）、安裝鉆塔時(shí)，臺(tái)板必須架設(shè)牢固，各部位螺栓與構(gòu)件的規(guī)格要合乎要求并裝全、裝牢；鉆塔安裝完畢，要從下向上認(rèn)真檢查

18、、調(diào)整，直至符合要求。 （4）、安裝鉆塔時(shí),應(yīng)自下而上,先安裝塔腿,再依次安裝斜拉、橫梁(橫桿)。拆卸鉆塔時(shí)，應(yīng)從上向下逐層逐件拆卸，禁止先拆下層構(gòu)件或同時(shí)拆卸上下層構(gòu)件，嚴(yán)禁由塔上往下拋扔鉆塔構(gòu)件、螺栓、工具等。 （5）、夜間或刮六級(jí)以上強(qiáng)風(fēng)，以及雷雨、雪霧天氣時(shí)，禁止安、拆鉆塔。冬季施工時(shí)，必須清除梯子、臺(tái)板及鞋底上的冰、雪、霜后，方可上塔工作。,（6）、整體拉立式鉆塔或者各種需要豎立的鉆架，在立、放操作時(shí)，工作人員需離開塔架的起落范圍，要有專人統(tǒng)一指揮，專人掌握繃?yán)K。 鉆機(jī)的安裝 應(yīng)了解所用鉆機(jī)底座的孔眼及立軸中心（處于垂直位置時(shí)）與基座前孔眼的距離，確定鉆機(jī)的安裝位置。 機(jī)械安裝的注意

19、事項(xiàng)： (1)機(jī)械設(shè)備安裝時(shí)，必須仔細(xì)檢查，要求周正、水平、穩(wěn)固。 (2) 鉆機(jī)立軸中心線、天車中心(或前緣切點(diǎn))與孔口(擰管機(jī))中心必須在同一直線上。安裝完畢務(wù)必認(rèn)真檢查。,(3)固定機(jī)械底座的螺桿，必須合乎規(guī)格，應(yīng)帶墊片，用兩個(gè)螺帽擰緊，以防松動(dòng)。 (4)機(jī)械安裝前，各部機(jī)件要檢查清洗，將油杯、潤(rùn)滑油箱加注潤(rùn)滑油。 (5)拆裝機(jī)件需用錘擊時(shí)，要用軟物墊之，以免擊壞。 （6）電氣設(shè)備和輔助設(shè)備必須安裝在干燥清潔的地方，嚴(yán)防油、水及雜物進(jìn)入；電氣設(shè)備及啟動(dòng)、調(diào)整裝置的外殼應(yīng)有良好的接地保護(hù)裝置，機(jī)場(chǎng)內(nèi)不得有裸露的帶電導(dǎo)體；電動(dòng)啟動(dòng)手柄應(yīng)套有絕緣橡膠。,在進(jìn)行設(shè)備安裝時(shí)，要及時(shí)挖好沖洗液的地面循

20、環(huán)系統(tǒng)。沖洗液地面循環(huán)系統(tǒng)一般由循環(huán)槽、沉淀池、水源箱等組成。 循環(huán)槽長(zhǎng)度應(yīng)大于15米，內(nèi)寬220250毫米，高220毫米，安裝坡度為1：1001：80，槽中每隔1.52米，要上、下交錯(cuò)安放擋板，上擋板高100毫米，距離槽底50毫米，下?lián)醢甯?00毫米直接安裝在槽底。水源箱及沉淀池各兩個(gè)，容積分別為5立方米和0.5立方米以上。鉆進(jìn)復(fù)雜地層及深孔時(shí)應(yīng)適當(dāng)加大水池容積，并有大容積的備用水源箱。 場(chǎng)房的安裝； 照明安裝：各關(guān)鍵部位都要安裝燈泡。鉆孔、鉆機(jī)附近、水源箱、記錄桌旁要保證充足的照明）。嚴(yán)禁用明火照明，應(yīng)用變壓器使照明電壓降到36伏。動(dòng)力線和照明線必須與金屬鉆塔絕緣。,安全裝備的安裝： 機(jī)場(chǎng)

21、內(nèi)必須安裝下列安全防護(hù)設(shè)備： （1）安全防護(hù)欄桿：傳動(dòng)皮帶和機(jī)械的傳動(dòng)部分要安設(shè)牢固的防護(hù)欄桿和防護(hù)罩。 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，凡是有機(jī)械傳動(dòng)、轉(zhuǎn)輪的地方，必須安裝安全欄桿或防護(hù)罩。將皮帶罩住，否則，會(huì)造成傷人。 （2）防火工具：場(chǎng)房?jī)?nèi)有油料或易燃物，如有疏忽大意，就可能發(fā)生火災(zāi)，故機(jī)場(chǎng)應(yīng)備有防火工具，例如，砂箱、滅火器、防火工具等。 （3）土電梯必須安裝牢靠，并有可靠的制動(dòng)和斷繩防墜、自動(dòng)卡夾安全裝置。平衡鉈的牽引繩和導(dǎo)向鋼絲繩直徑不得小于10毫米。平衡鉈應(yīng)在塔角位置或塔外側(cè)，其接近地面部位應(yīng)設(shè)警戒或圍欄裝置。土電梯導(dǎo)向繩下端設(shè)防震裝置。梯籠要,牢固耐用、方便操作，籠底要用木板制作，要經(jīng)常檢查鋼繩的磨

22、損情況，發(fā)現(xiàn)斷股及時(shí)更換。 （4）地板安裝必須整齊、穩(wěn)固，地板厚度要大于40毫米。 （5）座式天車要有安全擋板，吊式天車要有保險(xiǎn)繩。個(gè)別情況需要塔上有人操作時(shí)，安裝臺(tái)板厚度要大于50毫米，并架設(shè)1.2米高的堅(jiān)固欄桿。鉆塔右側(cè)要架設(shè)13處立根支撐靠架，各層支撐架在同一斜面上，要與擺扶管裝置調(diào)配安裝。 （6）必須用直徑125毫米以上的鋼絲繩做鉆塔的繃?yán)K，塔高18米以下的設(shè)四根，塔高18米以上的分兩層設(shè)八根。各繃?yán)K的張力要相等，安裝位置力求對(duì)稱，繃?yán)K與水平面的夾角要小于45度?？?yán)K下端的固定錨桿要埋設(shè)堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固，不允許捆在小樹上。,（7）雷雨季節(jié)施工時(shí)，塔上必須安設(shè)避雷針，并要與鉆塔絕緣良好。避雷針截

23、面鋼質(zhì)應(yīng)大于100(毫米)2，銅質(zhì)直徑不小于20毫米，鋼質(zhì)引下線截面應(yīng)大于28(毫米)2，銅質(zhì)引下線截面應(yīng)大于16(毫米)2。避雷針應(yīng)高出塔頂15米以上。引下線與鉆塔及繃?yán)K的距離應(yīng)大于1米，接地裝置與電機(jī)接地體、孔口管、繃?yán)K錨桿的距離應(yīng)大于3米。避雷針、引下線和接地體的連接必須嚴(yán)密牢靠，不便于在現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)，應(yīng)預(yù)先將各部件連接處焊一接觸面積大于10(厘米2)的金屬板，安裝時(shí)再用螺栓緊固。接地電阻應(yīng)小于10歐姆。雷雨季節(jié)更要注意接地電阻的檢測(cè)和安全技術(shù)的改進(jìn)工作。,（8）施工區(qū)內(nèi)有高壓輸電線路，在確定鉆孔位置時(shí)，應(yīng)注意施工安全問題。鉆塔起落范圍與高壓線路保持安全距離，萬伏以上不少于50米，萬伏以下

24、不少于30米；在輸電線路下搬運(yùn)鉆機(jī)時(shí)，如果沿公路運(yùn)行，鉆機(jī)高度(距地面或路面)不超過5米，沿?zé)o堅(jiān)固路面或無路可行時(shí)，其高度不超過35米。鉆機(jī)搬遷時(shí)離高壓線最低點(diǎn)距離不少于2米。 拆卸各種機(jī)器時(shí)，禁止用大錘猛力敲打或盲目拆卸。由機(jī)器上拆下的零件、儀表、油管等，應(yīng)專人妥善保存；氣孔、油眼必須堵嚴(yán)。各連接螺栓、螺帽、軸座、銷子等，卸除后仍應(yīng)裝回原處。 上述工作進(jìn)行完畢后，要按照有關(guān)的規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查驗(yàn)收，合格后方可開鉆鉆進(jìn)。,開孔鉆進(jìn) 開孔鉆進(jìn)是指從地面到基巖的一段鉆進(jìn)過程，它是一個(gè)鉆孔的開始。開孔鉆進(jìn)通常在第四紀(jì)地層和風(fēng)化沖積層鉆進(jìn)，一般不做采取巖心的要求，但在這一類地層中鉆進(jìn)時(shí)，孔壁不穩(wěn)定，易發(fā)

25、生坍塌、掉塊、沖洗液漏失等現(xiàn)象，造成鉆孔容易彎曲（超出設(shè)計(jì)方位和傾角的要求）或發(fā)生孔內(nèi)事故，嚴(yán)重影響鉆探生產(chǎn)效率和后續(xù)的施工質(zhì)量，因而，應(yīng)引起重視。 鉆孔結(jié)構(gòu) 鉆孔結(jié)構(gòu)是指由開孔至終孔，孔身直徑的變化。一般講，鉆孔變換直徑的次數(shù)愈多，鉆孔結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜。,換徑次數(shù)少，則鉆孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相應(yīng)的可以簡(jiǎn)化鉆具規(guī)格。最簡(jiǎn)單的鉆孔結(jié)構(gòu)上是自開孔至終孔一徑到底的鉆孔。在開孔之前，應(yīng)首先設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)。 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就是要畫出鉆孔的總向剖面圖。鉆孔結(jié)構(gòu)剖面中應(yīng)注明以下因素：鉆孔的總深度和不同直徑的分段深度；鉆孔各口徑段的直徑；套管的直徑和下入深度；套管外環(huán)空間的封閉材料及封閉深度。 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)主要有： 鉆

26、孔地質(zhì)剖面圖，了解所施工鉆孔的巖層的物理機(jī)械性能、覆蓋層的厚度、水文地質(zhì)條件、鉆孔深度、終孔直徑、鉆孔的目的、鉆孔的質(zhì)量要求； 所用的鉆進(jìn)方法、鉆探設(shè)備的技術(shù)性能。 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則 在地質(zhì)條件允許的情況下，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化鉆孔結(jié)構(gòu)，減少換徑次數(shù)，采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，少下或不下套管。,比如，在穩(wěn)定地層鉆進(jìn)，可在開孔穿過覆蓋層或風(fēng)化層進(jìn)入基巖35米后，下入套管封閉套管底部四周，盡可能采用一徑能夠到終孔的結(jié)構(gòu)。或者，直接在基巖上鉆進(jìn)，采用一徑到底。 在復(fù)雜地層鉆進(jìn)，原則上盡可能用泥漿、水泥漿或化學(xué)漿液護(hù)壁堵漏，在保證鉆孔質(zhì)量和安全鉆進(jìn)的前提下，力爭(zhēng)不換徑，少下或不下套管，最大限度地簡(jiǎn)化鉆孔結(jié)構(gòu)，以提

27、高效率和降低鉆探成本。但在深孔鉆進(jìn)時(shí)，因地質(zhì)條件、設(shè)備能力限制等，往往需要下入套管，采取換徑鉆進(jìn)，這樣鉆孔結(jié)構(gòu)就要復(fù)雜一些。 a.鉆進(jìn)松散的砂礫石層、泥砂層，受地下水影響，泥漿及其他漿液護(hù)孔無效時(shí)，需下入套管換徑鉆進(jìn)； b.穿過較厚的節(jié)理裂隙發(fā)育的破碎帶，坍塌掉塊嚴(yán)重，其它方法護(hù)孔無效時(shí)，需下入套管護(hù)孔，換徑鉆進(jìn)；,c.鉆孔遇到含水構(gòu)造或大裂隙貫通，嚴(yán)重漏水或涌水。在這種情況下，在采取泥漿或其它方法護(hù)壁堵漏、止水無效時(shí)，可采用套管護(hù)壁、止水、堵漏，換徑鉆進(jìn)； d.因設(shè)備能力限制，在鉆孔達(dá)到一定深度后，可由較大口徑換用較小口徑鉆進(jìn)，以適應(yīng)設(shè)備負(fù)荷能力。 在能夠滿足地質(zhì)要求的基礎(chǔ)上，盡量采用小口徑

28、鉆進(jìn)，以提高鉆進(jìn)效率。 鉆孔的終孔直徑在設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)時(shí)是個(gè)先決條件，根據(jù)已設(shè)計(jì)的終孔直徑和其它要求，對(duì)照鉆孔地質(zhì)剖面圖，自下而上地推出開孔口徑。 鉆孔孔口必須下孔口管（定向管、導(dǎo)向管），以保護(hù)孔口，防止偏斜；必要時(shí)，應(yīng)下表層套管，以防止表層漏失。 根據(jù)巖層情況確定出需要下入的技術(shù)套管的深度，,應(yīng)盡零使套管一次下入到需要的最大深度，以減少換徑次數(shù)，簡(jiǎn)化鉆孔結(jié)構(gòu)。 在地質(zhì)條件復(fù)雜或地質(zhì)情況不明的情況下，可以考慮使終孔的口徑比所要求的增大一級(jí)，以預(yù)防可能出現(xiàn)的意外情況?；蛘咴诓桓淖兘K孔直徑的情況下，在開孔時(shí)預(yù)留一級(jí)口徑，以備在遇到意外情況時(shí)采取相應(yīng)的處理措施。 開孔前的準(zhǔn)備及開孔 在開孔鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)充

29、分了解鉆孔的設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)深度、鉆孔傾角、各種巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、各項(xiàng)質(zhì)量要求，認(rèn)真研究巖層分布，分析可能出現(xiàn)的一些問題，制定完成鉆孔施工及保證鉆孔質(zhì)量的技術(shù)方案、技術(shù)措施，做好施工之前的思想、物質(zhì)、技術(shù)準(zhǔn)備工作。,（1）.認(rèn)真做好各種鉆具、材料的準(zhǔn)備工作。一般開孔口徑為130、110、91，所以應(yīng)準(zhǔn)備必需的、足夠數(shù)量的套管、鉆頭、磨料、油料、巖心管、鉆桿以及擰卸工具、專用取芯工具、必要的處理事故工具、各種原始記錄報(bào)表、巖芯箱等。要準(zhǔn)備一定數(shù)量的短巖芯管、短鉆桿以便于開孔鉆進(jìn)。 （2）.開孔前必須檢查驗(yàn)收鉆探設(shè)備安裝質(zhì)量。如果不符合要求，應(yīng)馬上進(jìn)行調(diào)整。要求鉆機(jī)、鉆塔、動(dòng)力機(jī)安裝必須穩(wěn)固；天車

30、、立軸中心、孔口三點(diǎn)必須成一線；立軸或主動(dòng)鉆桿傾角必須與鉆孔設(shè)計(jì)傾角一致；沖洗液循環(huán)系統(tǒng)符合要求；鉆塔有避雷設(shè)施，鉆探場(chǎng)地有防洪水措施、防山上滾石措施；機(jī)臺(tái)的電氣線路及其它設(shè)施安裝符合安全規(guī)定。,（3）.在第四紀(jì)、第三系地層或松散的地層開孔鉆進(jìn)時(shí)，可使用肋骨鉆頭、刮刀鉆頭并使用泥漿護(hù)壁，也可以用硬質(zhì)合金鉆頭干鉆開孔。坍塌嚴(yán)重時(shí)可采用從孔口投入粘土球或稠泥漿鉆進(jìn)或者用其它護(hù)壁方法鉆進(jìn)。鉆進(jìn)到基巖后一定深度下入孔口管換徑鉆進(jìn)。 （4）.開孔鉆進(jìn)必須用小規(guī)程鉆進(jìn)。換徑鉆進(jìn)時(shí)要導(dǎo)正，并逐步加長(zhǎng)巖芯管；孔口管周圍要密封；換徑鉆進(jìn)后要及時(shí)測(cè)量鉆孔彎曲度，采取綜合式導(dǎo)向鉆具，防止孔斜。 （5）.開孔前要組織

31、機(jī)臺(tái)人員進(jìn)行技術(shù)、安全教育。讓職工了解鉆孔施工的要求，采取的技術(shù)措施、質(zhì)量保證措施；要開展安全教育，讓機(jī)臺(tái)人員接受安全教育，做好安全預(yù)防工作。,鉆進(jìn) 在開孔鉆進(jìn)完成后，就要進(jìn)行常規(guī)鉆進(jìn)。隨著鉆孔的不斷延伸，鉆桿柱逐漸加長(zhǎng),在作業(yè)過程中或因需要更換磨損的鉆頭、鉆具，或因需要把鉆進(jìn)所得的巖心取出來，就必須把孔內(nèi)鉆桿柱及粗徑鉆具提到地面（提鉆），若需繼續(xù)鉆進(jìn)還需把鉆具、鉆桿柱再重新放入孔內(nèi)（下鉆），這就是鉆具的升降工作。很顯然，鉆進(jìn)工作包括鉆進(jìn)破損巖石和升降鉆具工作兩個(gè)必要的作業(yè)基本程序。通常將鉆進(jìn)過程中向孔內(nèi)降入鉆具鉆進(jìn)到提升鉆具至地面的過程稱為一個(gè)回次鉆進(jìn)。鉆探工作就是由許多個(gè)回次鉆進(jìn)循環(huán)而完成

32、鉆孔。 鉆進(jìn)工作中的重要工作內(nèi)容：確定合理的鉆進(jìn)工藝規(guī)程，采取巖心、保證鉆孔彎曲度、預(yù)防孔內(nèi)事故等,特種工作 主要指為了保證鉆孔質(zhì)量或維持正常鉆進(jìn)而進(jìn)行的工作。如：巖礦心采取與整理、鉆孔彎曲度測(cè)量與糾正、簡(jiǎn)易水文觀測(cè)、鉆孔孔深測(cè)量與校正、原始記錄、封孔工作、護(hù)壁堵漏工作、處理孔內(nèi)事故等工作 沖洗介質(zhì)循環(huán) 鉆進(jìn)過程中破碎下來的巖粉需要及時(shí)地排除孔外，以避免妨礙鉆進(jìn)工作的進(jìn)行，同時(shí)鉆頭在破碎巖石的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，需要及時(shí)冷卻，否則，會(huì)由于鉆頭溫度的急劇升高而失去工作能力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生鉆頭金屬熔化而產(chǎn)生孔內(nèi)事故。在鉆探工作中排除巖粉、冷卻鉆頭工作是靠沖洗介質(zhì)循環(huán)來實(shí)現(xiàn)的。鉆探工作中采用的沖洗

33、介質(zhì)有液體的和氣體的，根據(jù)液體沖洗介質(zhì)的組成成分不同可以分為泥漿類（其中含有不同比例的粘土）、乳化液（清水+乳化油）、,化學(xué)漿液等，有時(shí)將液體類統(tǒng)稱為沖洗液。 鉆進(jìn)過程中，沖洗液循環(huán)分為正循環(huán)和反循環(huán)。正循環(huán)是沖洗液經(jīng)泥漿泵進(jìn)入鉆桿內(nèi)孔經(jīng)鉆頭唇面底下攜帶巖粉后由鉆桿與孔壁之間的間隙從孔口返回地面。反循環(huán)與正循環(huán)的沖洗介質(zhì)的循環(huán)路線相反。 沖洗介質(zhì)的地面循環(huán)系統(tǒng)通常包括水源箱（池）、沉淀池、循環(huán)槽等。,四、巖石的性質(zhì)及破碎理論 1.巖石的分類和組成 巖石是礦物的集合體，是各類地質(zhì)作用的產(chǎn)物。巖石根據(jù)成因可分為巖漿巖，沉積巖和變質(zhì)巖。 巖漿巖是地殼深處的巖漿沿地殼裂隙上升冷凝而成。 沉積巖是在地表

34、條件下母巖(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。 變質(zhì)巖是巖漿巖，沉積巖甚至變質(zhì)巖本身在地殼中受到高溫、高壓及化學(xué)活動(dòng)性流體的影響而變質(zhì)形成的巖石。 2、巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 巖石的微觀組織特征，即巖石的結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了巖石中礦物或碎屑的粒度、形狀和表面性質(zhì)，反映著巖石的非均質(zhì)性和孔隙性。,巖石的宏觀組織特征，即巖石的構(gòu)造，與巖石中礦物或碎屑彼此之間的組合形式和空間分布情況有關(guān)。它決定著巖石的各向異性和裂隙性。 巖漿巖主要具有塊狀構(gòu)造，且組成巖石的礦物分布均勻，但排列方向無一定規(guī)律；其次是有氣孔狀和杏仁狀構(gòu)造，即巖石中分布著大小不等的圓形或橢圓形

35、空洞，甚至空洞中還被硅質(zhì)物或鈣質(zhì)物所充填；第三是流紋狀構(gòu)造，即巖石中沿一定方向分布著不同顏色的條帶、拉長(zhǎng)了的氣孔或長(zhǎng)條狀礦物。 沉積巖的成因廣泛，因而其結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。碎屑巖具有碎屑結(jié)構(gòu)，按碎屑的大小又可分為礫狀結(jié)構(gòu)(碎屑直徑大于2mm)、粗粒結(jié)構(gòu)(碎屑直徑21mm)、中砂結(jié)構(gòu)(碎屑直徑10.1mm)和粉砂結(jié)構(gòu)(碎屑直徑0.10.01mm)。,碎屑巖的膠結(jié)形式主要有三種(圖1.12)；碎屑顆粒彼此不接觸，顆粒周圍被膠結(jié)物布滿，稱為基底膠結(jié)；碎屑顆粒相互接觸，碎屑之間為膠結(jié)物充填，稱為充填膠結(jié)；碎屑顆粒接觸處才有膠結(jié)物存在，而碎屑之間留有空隙，稱為接觸膠結(jié)。碎屑巖膠結(jié)形式對(duì)巖石的自然性質(zhì)和力學(xué)性

36、質(zhì)有著明顯的影響。 沉積巖經(jīng)常具有層狀構(gòu)造。這種層狀構(gòu)造是由層理所決定的。層理反映巖石在其垂直方向上成分的變化。這些變化主要表現(xiàn)為巖石顆粒大小在垂直方向上的改變，不同成分顆粒的交替，或者某些巖石顆粒的定向排列。層理導(dǎo)致巖石的各向異性。沉積巖也可能具有塊狀構(gòu)造。在這種情況下層理不明顯，礦物排列無一定規(guī)律。有時(shí)沉積巖具有頁片狀構(gòu)造,變質(zhì)巖常具有片理狀構(gòu)造。所謂片理就是巖石沿平行平面分裂為薄片的能力。片理面常常發(fā)生在單向壓力作用的方向與層理面不一致的地方。片理會(huì)引起巖石的各向異性。 各種巖石并非完全致密，在不同程度上都具有裂隙或孔洞，所以裂隙和孔洞也是巖石所具有的一種組織特征 3、巖石的自然性質(zhì) 巖

37、石的自然性質(zhì)是巖石在形成過程中形成的特姓。通常也稱為物理性質(zhì)或物理地質(zhì)性質(zhì)。 巖石的自然性質(zhì)包括：巖石的比重、密度、孔隙率、巖石的水理性質(zhì)如含水性、透水性、吸水率，巖石的松散性、流動(dòng)性和巖石的穩(wěn)定性。 （1）巖石的密度：是指巖樣質(zhì)量m與其總體積V之比。 （2）巖石的容重：是指巖樣的重量與巖石的總體積之比,巖石的比重：是指巖石中固體物質(zhì)的重量G與固體物質(zhì)的體積V固之比 巖石的比重取決于其組成礦物的比重，并且與巖石的風(fēng)化程度有關(guān)。組成巖石的礦物的比重越大，巖石的比重也越大；巖石的風(fēng)化程度越重，巖石的比重就越輕。 （3 ） 巖石的孔隙率(度)是指巖石中孔隙的體積與巖石的總體積之比，用百分?jǐn)?shù)表示。 （

38、4）、巖石的內(nèi)聚性：巖石內(nèi)部顆粒聯(lián)系的緊密和強(qiáng)弱程度稱為巖石的內(nèi)聚性。 按內(nèi)聚性的大小巖石可分為三類：堅(jiān)固的巖石；粘結(jié)的巖石；松散的巖石 堅(jiān)固巖石的破碎，往往是由于受剪切或斷裂作用而發(fā)生的，一般說其鉆孔孔壁較穩(wěn)定，不需加固。,只是在那些裂隙發(fā)育引起掉塊和沖洗液強(qiáng)烈漏失的孔段才要求護(hù)壁堵漏。 粘結(jié)的巖石主要是粘土質(zhì)巖石。它具有較高塑性、較低強(qiáng)度和不大的研磨性。 粘結(jié)的巖石易于鉆進(jìn)。用泥漿洗孔時(shí)，一般其孔壁穩(wěn)定。但是，也遇到這樣的粘土，它迅速吸水而體積膨脹，因此引起縮徑、垮塌和卡鉆。穿過這類巖石時(shí)，通常采用低失水量泥漿或?qū)妆诳s徑無影響的沖洗液。 松散的巖石包括砂和礫石。在完全干燥或被水飽和時(shí)，顆

39、粒之間實(shí)際上沒有聯(lián)結(jié)力，但有一定的內(nèi)摩擦力存在。 松散巖石的強(qiáng)度取決于內(nèi)摩擦力，而內(nèi)摩擦力又受正壓力的影響。因此，此類巖石埋藏越深，強(qiáng)度越大。,松散的巖石不穩(wěn)定。當(dāng)鉆孔穿過接近地表的松散巖石后，易造成孔壁坍塌，應(yīng)立即下套管或采取其它有效措施護(hù)壁。 巖石的自由面有極力趨向于水平的性能(保持能量最低)，稱為巖石的流散性。如流沙，鉆進(jìn)時(shí)極易造成孔壁坍塌。 4、巖石的力學(xué)性質(zhì) 巖石在外力作用下所表現(xiàn)出來的變形和破壞的性質(zhì)，叫做巖石的力學(xué)性質(zhì)。 強(qiáng)度：巖石的強(qiáng)度是指巖石在各種外力作用下(如拉、壓、剪、彎)，抵抗破碎的能力稱為巖石的強(qiáng)度。按照外力作用的方式，巖石的強(qiáng)度存在著抗壓、抗剪、抗拉、抗彎強(qiáng)度；,巖

40、石的強(qiáng)度取決于巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦力，巖石的內(nèi)聚力主要是顆粒內(nèi)部晶體之間的連結(jié)力和膠結(jié)力。巖石的內(nèi)摩擦力是顆粒之間的原始狀態(tài)即將被破壞而產(chǎn)生位移時(shí)的摩擦力。堅(jiān)固的和塑性巖石的強(qiáng)度主要取決于巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦力；而松散巖石的強(qiáng)度主要取決于內(nèi)摩擦力 影響巖石強(qiáng)度的主要因素有 礦物成分:巖漿巖中石英的含量越多，并且石英顆粒在巖石中連接成骨架時(shí)，則巖石的強(qiáng)度越大。碳酸類巖石中方解石含量增加，則巖石的強(qiáng)度降低。沉積巖中，膠結(jié)物的成分對(duì)巖石的強(qiáng)度有較大的影響，一般情況下，同一類巖石中，比如砂巖，硅質(zhì)膠結(jié)的強(qiáng)度大于鈣質(zhì)膠結(jié)的強(qiáng)度，而泥質(zhì)膠結(jié)的強(qiáng)度最小。沉積巖的膠結(jié)物的含量越多時(shí)，則膠結(jié)物對(duì)巖石的強(qiáng)度影響越

41、大，而被膠結(jié)的巖石碎屑或礦物成分對(duì)巖石強(qiáng)度的影響越小。,礦物的顆粒尺寸: 通常情況下，同一種巖石由細(xì)顆粒組成時(shí)其強(qiáng)度比由粗顆粒組成時(shí)的強(qiáng)度大。 巖石的容重和孔隙率:同一種巖石，當(dāng)孔隙率增加時(shí)，其容重降低，強(qiáng)度降低。巖石的孔隙率隨著埋藏的深度增加而降低，其強(qiáng)度增加。 巖石的層理:層理對(duì)于巖石強(qiáng)度的影響表現(xiàn)為巖石的強(qiáng)度有明顯的各向異性。垂直于層理方向的抗壓強(qiáng)度最大，平行于層理方向的抗壓強(qiáng)度最小。 巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造方面的缺陷:巖石的孔隙、層理、節(jié)理等可以看成是巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造方面的缺陷。另一方面，巖石是多種礦物的集合體，在不同的礦物顆粒的集合處和膠結(jié)處，會(huì)出現(xiàn)許多微小的孔隙和裂隙，破壞了介質(zhì)的連續(xù)性

42、和完整性。,在外力地作用下，應(yīng)力集中首先出現(xiàn)存巖石結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的缺陷部位，從而使巖石首失在這些缺陷處產(chǎn)生局部破碎，降低了巖石的強(qiáng)度。巖石的結(jié)晶程度也影響巖石的強(qiáng)度，在巖漿巖結(jié)構(gòu)中非結(jié)晶物質(zhì)多，則巖石的強(qiáng)度明顯下降。如細(xì)粒橄欖玄武巖的強(qiáng)度高達(dá)500MPa,而玄武質(zhì)熔巖的強(qiáng)度卻降低到30150MPa. 破碎巖石的工藝技術(shù)方面的因素。 巖石的形變方式:即：巖石受到拉力、壓力、剪切力、彎曲力的方式。在單向應(yīng)力狀態(tài)下，巖石的強(qiáng)度一般有下列規(guī)律：抗壓強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度。這主要是因?yàn)閹r石受壓時(shí)顆粒之間的距離縮小，顆粒間相互作用力增加，所以強(qiáng)度增加；而在巖石受拉力時(shí)，顆粒之間的距離增加，,顆粒間的相互

43、作用力減小，所以強(qiáng)度下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，巖石的抗剪強(qiáng)度約為其抗壓強(qiáng)度的1/51/11，巖石的抗彎強(qiáng)度約為其抗壓強(qiáng)度的1/51/12，巖石的抗拉強(qiáng)度僅為巖石抗壓強(qiáng)度的1/101/15。利用巖石的這一規(guī)律，尋求相應(yīng)的破碎巖石的方法，對(duì)提高鉆進(jìn)效率非常有利。 巖石所處的應(yīng)力狀態(tài):在雙向應(yīng)力和多向應(yīng)狀態(tài)下，巖石的抗壓強(qiáng)度高于單向應(yīng)力狀態(tài)下巖石的強(qiáng)度。主要原因是：巖石圍壓增加（如在三向壓縮應(yīng)力下），巖石體積受到壓縮，顆粒之間的距離縮小，甚至使顆粒內(nèi)部的體積也縮小，導(dǎo)致顆粒之間，顆粒內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間的作用力加強(qiáng)，從而表現(xiàn)為強(qiáng)度增加。,外加載荷的作用速度:巖石的強(qiáng)度與其內(nèi)部應(yīng)力的增長(zhǎng)速度或外加載荷的作用速度有關(guān)

44、。在巖石內(nèi)部，由于外力引起的應(yīng)力狀態(tài)會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)以某一速度減弱。當(dāng)外力作用時(shí)，如果外力引起的應(yīng)力增長(zhǎng)速度超過了物體內(nèi)部因松弛而引起的應(yīng)力減弱速度，則外力作用速度的增大將會(huì)引起巖石強(qiáng)度地提高。尤其是對(duì)塑性巖石這一作用更為明顯。 濕度和溫度的影響:由于巖石可吸附水，而水會(huì)從巖石連結(jié)力弱的地方主要是交界面孔隙或細(xì)微的裂隙侵入到表層的深處，降低了巖石顆粒表面的自由表面能，削弱了顆粒之間的作用力，使巖石的強(qiáng)度降低。侵入裂隙中的水在外力作用下還會(huì)對(duì)巖石產(chǎn)生楔壓力，在巖石變形過程中保持和擴(kuò)展其細(xì)微裂隙，因而降低了巖石的強(qiáng)度。,介質(zhì)對(duì)巖石強(qiáng)度的影響，主要取決于巖石中的孔隙和原始裂隙的狀況以及組成礦物的親水

45、性和水的物理化學(xué)性質(zhì)。 試驗(yàn)表明，溫度對(duì)巖石的抗壓強(qiáng)度也產(chǎn)生影響。如花崗巖，隨著溫度的上升，其抗壓強(qiáng)度下降，在小于500時(shí)下降幅度較大，而大于500后，下降幅度較小。 巖石的硬度 巖石的硬度是指巖石抵抗其它物體壓入的特性。 巖石的硬度與抗壓強(qiáng)度有一定的聯(lián)系，但又有很大的區(qū)別。對(duì)于鉆進(jìn)破碎巖石來說，巖石的壓入硬度比單向抗壓強(qiáng)度更接近實(shí)際情況。因?yàn)楣ぞ邔?duì)孔底巖石的破碎方式，在大多數(shù)情況下是局部破碎,注意：巖石硬度指的是巖石的組合硬度或膠結(jié)硬度，而不是巖石中某一礦物的硬度。很多巖石的膠結(jié)硬度雖然相同，但是組成該巖石的礦物及其硬度卻大不相同。一般認(rèn)為，巖石的組合硬度對(duì)鉆進(jìn)時(shí)巖石破碎的速度起重大影響，而

46、礦物顆粒的硬度，對(duì)鉆進(jìn)過程中工具的磨損有顯著的影響。 影響巖石硬度的因素有： 巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。當(dāng)膠結(jié)物成分相同時(shí)，巖石中石英及其它礦物或碎屑的含量越多時(shí)，則巖石的硬度也就越大；當(dāng)組成巖石的碎屑或礦物成分相同時(shí)，膠結(jié)物的硬度越大，則巖石的硬度也就越大；,對(duì)于碎屑巖，當(dāng)膠結(jié)物成分相同時(shí)，膠結(jié)形式不同時(shí)，巖石的硬度也不相同，一般基底膠結(jié)的巖石最硬，接觸膠結(jié)的巖石次之，充填膠結(jié)的巖石最軟。 當(dāng)巖石的顆粒越小時(shí)，巖石的結(jié)構(gòu)越致密，其硬度也就越高；巖石的孔隙率增高、裂隙發(fā)育時(shí)，巖石的密實(shí)度降低，其硬度也隨著降低。 層理對(duì)巖石的硬度的影響恰恰與對(duì)強(qiáng)度的影響相反，在垂直于層理方向上的硬度最小，而平

47、行于層理方向上的硬度最大。這是因?yàn)檠貙永矸较驇r石顆粒的定向排列而使硬度升高。這說明了在垂直于巖石層理方向上鉆進(jìn)比較容易。巖石硬度的這種各向異性現(xiàn)象，可以很好地解釋孔斜的原因和規(guī)律性，并利用這一現(xiàn)象來實(shí)施定向鉆進(jìn)。,巖石受到的應(yīng)力狀態(tài)。巖石中各向均勻壓縮時(shí)，其硬度增高。 外加載荷的作用速度。與對(duì)巖石施加靜載荷相比，對(duì)巖石施加動(dòng)載荷時(shí)，巖石的塑性降低，而硬度增高，屈服極限增高。 動(dòng)載荷一般用于破碎強(qiáng)度大、硬度大的和低塑性的巖石 巖石的研磨性：巖石磨損切削具的能力稱為巖石的研磨性 影響巖石研磨性的因素： 一般隨著巖石中的造巖礦物的顯微硬度、堅(jiān)硬礦物碎屑和顆粒的含量與粒度、巖石的壓入硬度、孔隙率、非均

48、質(zhì)性等指標(biāo)的增高，巖石的研磨性增高。,對(duì)于晶質(zhì)巖石，研磨性與其礦物組分的硬度成正比，礦物顆粒硬度越大時(shí)巖石的研磨性就越強(qiáng)，該類巖石的研磨性由小到大的順序是：硫酸鹽類巖石(石膏、重晶石)，碳酸鹽類巖石(石灰石、白云巖)，硅質(zhì)巖石(玉髓、燧石)，鐵鎂長(zhǎng)石巖，石英巖。 對(duì)于碎屑巖來講，它與晶質(zhì)巖石的主要區(qū)別在于它的膠結(jié)物的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)對(duì)研磨性有顯著的影響，尤其是石英砂巖和粉砂巖。 如果組成巖石碎屑的成分是石英，則巖石的研磨性隨巖石中石英的含量與粒度的增加而增高。 一般碎屑巖石的膠結(jié)物愈弱、孔隙率愈大、顆粒愈粗、棱角愈尖銳則其表面愈粗糙，巖石的研磨性增強(qiáng)。,砂巖的研磨性與其壓入硬度成反比，即隨砂巖膠結(jié)強(qiáng)

49、度的降低，顆粒越容易從巖石上剝落而形成新的磨擦表面并造成表面粗糙度增高，而增強(qiáng)了研磨性。粉砂巖的粒度比砂巖小得多，因而其研磨性也小于砂巖。 切削具的磨損程度與動(dòng)摩擦系數(shù)成正比。只有在單位面積上的正壓力達(dá)到巖石的硬度時(shí)動(dòng)摩擦系數(shù)才穩(wěn)定或略有降低。 滑動(dòng)速度即工具與巖石的摩擦速度增大時(shí)，工具的磨損增加，但增加幅度不大，當(dāng)摩擦速度增大到某一數(shù)值時(shí)，工具的磨損率急劇增大。說明工具的滑動(dòng)速度有一極限，而不同的巖石的極限值有所不同，工具的磨損率急劇增加主要是由于工具在摩擦力作用下，其溫度急劇升高達(dá)到臨界值而造成的。,介質(zhì)可以改變工具和巖石之間的摩擦特性。一般情況下，巖石的表面干燥時(shí)，摩擦系數(shù)大；表面濕潤(rùn)時(shí)，摩擦系數(shù)?。划?dāng)有表面活性劑或乳化液時(shí)，因其潤(rùn)滑作用強(qiáng)而使摩擦系數(shù)變小。 5、巖石的可鉆性及分級(jí) 巖石的可鉆性是指在一定的條件下鉆進(jìn)巖石的難易程度。巖石的可鉆性及其分級(jí)在鉆進(jìn)生產(chǎn)中極為重要，它是合理選擇鉆進(jìn)方法、鉆頭結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)工藝參數(shù)的依據(jù)，同時(shí)也是制定鉆進(jìn)生產(chǎn)定額和編制生產(chǎn)計(jì)劃的基礎(chǔ)。 還是考核機(jī)臺(tái)生產(chǎn)效率的依據(jù)。,影響巖石可鉆性的因素主要有： 巖石的物理力學(xué)性質(zhì)：巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造、巖石的密度、孔隙度、含水性及透水性、巖石的硬度、