国家精品课程：岩土钻掘工程学第4章——回转钻进用钻头

1、第四章第四章 回转钻进用钻头回转钻进用钻头 一、一、硬质合金钻头及其孔底的碎岩过程硬质合金钻头及其孔底的碎岩过程 二、二、金刚石钻头及其孔底碎岩过程金刚石钻头及其孔底碎岩过程 三、三、钢粒钻头及其孔底碎岩过程钢粒钻头及其孔底碎岩过程 四、四、牙轮钻头及其孔底碎岩过程牙轮钻头及其孔底碎岩过程 五、五、全面钻进与钻头全面钻进与钻头 国家精品课程国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第四章第四章 回转钻进用钻头回转钻进用钻头 u 岩土钻进（井）方法绝大多数是机械方式，主要有：岩土钻进（井）方法绝大多数是机械方式，主要有： 伴有循环冲洗介质的硬质合金、金刚石、钢粒、牙轮钻头伴有循环冲洗

2、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；回转钻进和长螺旋干式回转钻进； 采用液动、气动孔底冲击器的冲击回转钻进；采用液动、气动孔底冲击器的冲击回转钻进； 钢丝绳冲击钻进；钢丝绳冲击钻进； 振动钻进。振动钻进。u 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）。孔（工程施工）。 国家精品课程

3、2022-3-15中国地质大学勘查教研室u 回转钻进选择钻头的一般原则是：回转钻进选择钻头的一般原则是： 在软岩和中硬岩层中用硬质合金回转钻头；在软岩和中硬岩层中用硬质合金回转钻头； 在中硬及部分中硬以上岩层中采用铣齿牙轮钻头；在中硬及部分中硬以上岩层中采用铣齿牙轮钻头； 在硬岩中采用金刚石钻头或钢粒钻头；在硬岩中采用金刚石钻头或钢粒钻头； 在硬脆岩层中采用镶齿牙轮钻头。在硬脆岩层中采用镶齿牙轮钻头。 金刚石钻头主要用于金刚石钻头主要用于59、76（75）、）、91 mm的小口径；的小口径； 钢粒钻头主要用于钢粒钻头主要用于91mm以上的口径；以上的口径； 硬质合金和牙轮钻头则既可钻进小口径，

4、又可钻进大口径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。水井、工程施工孔和浅井。 第四章第四章 回转钻进用钻头回转钻进用钻头 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程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。工具，这种钻进方法称为硬合金钻进。 硬合金钻进是岩土钻掘工程中的一种主要钻进方法，它用

5、于软岩层及中硬岩层的钻进（14级软的沉积岩、中硬的57级及部分8级岩浆岩和变质岩）。国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 一、钻探用硬质合金一、钻探用硬质合金 1、硬质合金的特性、硬质合金的特性 （1）钻探用的钨）钻探用的钨(WC) -钴钴(Co)合金合金,以碳化钨粉末为骨架，钴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。称为粉末为粘结剂，用粉末冶金方法制成。称为YG类合金。类合金。 （2）牌号的意义：如）牌号的意义：如YG8c：YG钨钨-钴系硬质合金；钴系硬质合金；8钴钴的百分含量为的百分含量为8%；c

6、（x）粗（细）粒合金。粗（细）粒合金。 （3）硬质合金特性：）硬质合金特性：u 含钴量含钴量相对密度相对密度,硬度硬度,耐磨性耐磨性,抗弯强度抗弯强度,冲冲击韧性击韧性；u WC的颗粒的颗粒硬度硬度,耐磨性耐磨性；u 反之反之WC的颗粒的颗粒则抗弯强度则抗弯强度、韧性、韧性。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程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、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。薄片状、方柱状、八角柱状和针状等。国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研

7、室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 u 选择切削具形状的一般原则是：选择切削具形状的一般原则是： （1）片状硬质合金）片状硬质合金：刃薄易于压入和切削岩石，但抗弯能力差，适用于级软岩； （2）柱状硬质合金）柱状硬质合金：抗弯能力较强，压入阻力也较小，主要适用于级中硬岩石；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）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。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进

8、孔底碎岩过程 二、硬合金钻进的孔底碎岩过程二、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，压入岩石压入岩石；在回转水平力的作用下，沿孔底切削碎岩切削碎岩； 在轴向力和水平力的共同作用下，孔底岩石以薄的螺旋以薄的螺旋层形式连续被破碎层形式连续被破碎。Vm=60nmh1 根据所钻岩石的不同，其破碎方式也不相同，可分为塑塑性岩石的碎岩性岩石的碎岩和弹弹- -塑性岩石的碎岩塑性岩石的碎岩两种情况。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 （一）塑性岩石的碎岩情况（一）塑性岩石的碎岩情况 1、切

9、、切入入岩石的过程岩石的过程 钻头上切削具切入岩石的必要条件是：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： PyHy F0 式中：Hy岩石的压入硬度； F0切削具刃尖处与岩石的接触面积。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程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； 切削具的刃角，度； Hy岩石的压入硬度； 摩擦力影响系数（小于1）。 tg0

10、yybHPh 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 上式表明：u 塑性岩石的切入深度塑性岩石的切入深度h0与轴向力与轴向力Py成成正比，而与切削具的刃角正比，而与切削具的刃角、刃宽、刃宽b、岩石的压入硬度岩石的压入硬度Hy成反比。成反比。u 虽然虽然角越小切削具刃尖切入岩石越角越小切削具刃尖切入岩石越容易，但如果容易，但如果很小则切削具会很快崩很小则切削具会很快崩裂，实际上裂，实际上角的最小值为角的最小值为4550。 tg0yybHPh 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻

11、进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 2、回转切削过程、回转切削过程 u 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切削作用。u 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、切屑是连续、平稳的，其切削槽宽与切削具刃宽相同。平稳的，其切削槽宽与切削具刃宽相同。u 实际上，由于振动、冲刷，岩屑将碎裂并岩屑将碎裂并被冲洗液带至地表；被冲洗液带至地表；u 在P Py y 和和P Px x 共同作用下共同作用下的切入比Py单独作用下切入更容易切入更容易，也切入的更深切入的更深。 国家精品课程2022-3-15中国地质大

12、学勘查教研室第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 （二）弹塑性岩石的孔底破碎过程（二）弹塑性岩石的孔底破碎过程 u 弹塑性岩石是硬质合金钻头的主要钻进对象。理论上，切弹塑性岩石是硬质合金钻头的主要钻进对象。理论上，切削具切入需要很大的轴向力，而在双向力的同时作用下实削具切入需要很大的轴向力，而在双向力的同时作用下实际的际的Py力为（力为（1/61/13）。）。u 碎岩显著特点：以跳跃式的剪切破碎为主。岩石破碎大体碎岩显著特点：以跳跃式的剪切破碎为主。岩石破碎大体分三个阶段：分三个阶段： 1 1、切入岩石，岩石剪切破碎，前移碰撞刃前岩石。切入岩石，岩石剪切破碎，前移碰撞

13、刃前岩石。 2 2、刃前接触面很小，挤压力较大，小剪切破碎。继续前刃前接触面很小，挤压力较大，小剪切破碎。继续前移移产生若干次小剪切。产生若干次小剪切。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 3 3、当、当刃前接触面刃前接触面较大时，前进受阻。继续挤压较大时，前进受阻。继续挤压刃前刃前岩石（部岩石（部分被压成粉状）；同时，分被压成粉状）；同时，P Px x 力急剧增大，当力急剧增大，当P Px x 力达到极限值时，力达到极限值时，产生大的剪切破碎，然后产生大的剪切破碎，然后P Px x力突然减小。力突然减小。 国家

14、精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 切削具不断向前推进，重复着压碎、小剪切、大剪切的循环过程。切槽断面近似于梯形。切槽宽度有规律地变化，切槽断面近似于梯形。切槽宽度有规律地变化，B1为大剪切时的切槽宽。孔底的破碎过程沿着倾角为倾角为的螺旋面进行。的螺旋面进行。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 u 综上所述，用切削具破碎弹综上所述，用切削具破碎弹-塑性岩石时，在每个剪切循环塑性岩石时，在每个剪切循环中和各个循环之间，水平力中和各个循环

15、之间，水平力Px都是跳跃式；而在塑性岩石都是跳跃式；而在塑性岩石中，水平力中，水平力Px 没有显著的变化，基本上是常量。没有显著的变化，基本上是常量。 三、硬质合金切削具的磨损三、硬质合金切削具的磨损 1.关于切削具磨损和钻速问题的研究关于切削具磨损和钻速问题的研究 u 费得洛夫得出磨损曲线。反映切削费得洛夫得出磨损曲线。反映切削具单位时间磨损量具单位时间磨损量W与切削具刃端与切削具刃端面积上比压面积上比压 关系。在分界点关系。在分界点=0前后属于两种不同性质的磨损前后属于两种不同性质的磨损 。国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金

16、钻进孔底碎岩过程 (1) 曲线曲线 0，岩石呈体积破碎。随着切削具上的比压，岩石呈体积破碎。随着切削具上的比压，磨损，磨损量量W不仅未不仅未，反而出现，反而出现。即在体积破碎条件下，切削具的磨。即在体积破碎条件下，切削具的磨损主损主 要不取决于轴向压力，而取决于岩石的硬度、切削具的要不取决于轴向压力，而取决于岩石的硬度、切削具的材质及切削具的磨钝面积。材质及切削具的磨钝面积。费得洛夫提出，在一定条件下切削具费得洛夫提出，在一定条件下切削具 的磨钝面积与其初始面积和钻进时的磨钝面积与其初始面积和钻进时 间有关间有关 S(t)=S0+t ； 磨损系数磨损系数国家精品课程2022-3-15中国地质大

17、学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 A A岩性、钻进规程及钻头一定时为常量。岩性、钻进规程及钻头一定时为常量。 u 切削具的磨损面积与钻进时间成正比，而机械钻速与切削具切削具的磨损面积与钻进时间成正比，而机械钻速与切削具接触面积的平方成反比。接触面积的平方成反比。u 设钻进的初始钻速为设钻进的初始钻速为 v0=A/S02，上式可写成，上式可写成：式中：式中： k0钻速下降的特征系数，钻速下降的特征系数，k0=/S0。 钻头在钻头在t时间内时间内总进尺为总进尺为 得到得到 20)(tSAvm20022020200)1 (2tkvttSSSvvmtmdtv

18、H0)1 (00tkvvm国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 u 平均钻速是进尺平均钻速是进尺H 的一元线性方程的一元线性方程，u v0 是纵坐标上的截距，u k0 为直线的斜率。u 平均钻速和进尺H 在钻进很容易测得，可以用一元回归分析的方法可以用一元回归分析的方法，在若干在若干观测计算值的基础上求出观测计算值的基础上求出 k0 和和 v0 ，从而利用（从而利用（4-7）式来预测切削具磨）式来预测切削具磨损对钻速的影响。损对钻速的影响。 Hkvvm00Hvmv0k0国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教

19、研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 2、硬质合金切削具在孔底磨损的实际状况、硬质合金切削具在孔底磨损的实际状况 前述理论分析的基础是假定切削具刃部为均匀磨损，实际钻进中，切削具出刃的内、外侧切削具出刃的内、外侧磨损量是不均匀的，磨损量是不均匀的，即： y外y内y， t外t内t 切削具底端也不是被磨损成切削具底端也不是被磨损成平面，而是呈圆弧形，刃前缘平面，而是呈圆弧形，刃前缘和后缘磨损更厉害。和后缘磨损更厉害。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第一节第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程硬质合金钻进孔底碎岩过程 3、减轻切削具磨损的措施、减轻切

20、削具磨损的措施 (1) 避免切削具在表面破碎状态下工作。避免切削具在表面破碎状态下工作。尤其在高转速、低钻压的条件下钻进研磨性岩石时，切削具磨损更快。 (2) 切削具的磨损速度取决于切削具的硬度与所钻岩石的硬度之比、岩石的研磨性、裂隙性等性质，还取决于切削具在钻头唇面的布置。应根据岩性选用合适的硬质合金牌号和型号，采用合理的钻应根据岩性选用合适的硬质合金牌号和型号，采用合理的钻头唇面结构。头唇面结构。 (3) 及时修磨切削具，及时修磨切削具，减小初始接触面积，以降低其磨损率。 (4) 采取等强度磨损的原则，采取等强度磨损的原则，对磨损严重的内外侧面进行补强。 (5) 采用有润滑作用的乳化液或泥

21、浆洗孔，采用有润滑作用的乳化液或泥浆洗孔，减轻切削具的磨损。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 一、取心式硬质合金钻头结构要素一、取心式硬质合金钻头结构要素u 一定数量的硬质合金切削具，按一定的形式排布在钻头体上，一定数量的硬质合金切削具，按一定的形式排布在钻头体上，形成钻进不同地层的钻头结构。形成钻进不同地层的钻头结构。u 硬质合金钻头的结构要素主要包括：切削具出刃、切削具的硬质合金钻头的结构要素主要包括：切削具出刃、切削具的镶焊角度、切削具在钻头体上的数目及布置方式等。镶焊角度、切削具在钻头体上的数目及布置方式等。1、钻头体、钻头

22、体u 硬合金切削具的支撑体，传递轴载和扭矩，承受切削具破岩硬合金切削具的支撑体，传递轴载和扭矩，承受切削具破岩的反作用力、孔底的动载和摩擦。的反作用力、孔底的动载和摩擦。u DZ-40DZ-40无缝钢管制成。上有外螺纹与岩心管连接，内壁有内无缝钢管制成。上有外螺纹与岩心管连接，内壁有内锥，便于卡取岩心。锥，便于卡取岩心。国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 2 2、切削具出刃、切削具出刃 （1） 内、外出刃内、外出刃使使 钻头体与孔壁、钻头体与孔壁、岩心之间的间隙，避免摩擦孔壁和岩心，岩心之间的间隙，避免摩擦孔壁和岩心，提供循环冲洗通道。提

23、供循环冲洗通道。u 出刃过大，合金抗外力的能力降低、碎出刃过大，合金抗外力的能力降低、碎岩岩断面和功耗增大，钻孔断面和功耗增大，钻孔易易弯曲。弯曲。u 出刃过小，流阻出刃过小，流阻增增大，容易堵塞岩心、大，容易堵塞岩心、冲毁孔壁、漂浮钻具。冲毁孔壁、漂浮钻具。u 合理选择合理选择出刃出刃：一般：一般13 mm。岩硬、孔。岩硬、孔壁稳、钻速低，取小值；反之取大值。壁稳、钻速低，取小值；反之取大值。u 遇水膨胀或大量岩粉的软地层，加焊肋遇水膨胀或大量岩粉的软地层，加焊肋骨，增大内、外环状空间，一般取内、骨，增大内、外环状空间，一般取内、外出刃外出刃3 36 6mm ，底出刃，底出刃45mm 。 国

24、家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 （2 2） 底出刃底出刃 作用：作用：保证切削具能顺利地切入岩石，并为冲洗液冷却切削具和排除孔底岩粉提供通道。 底出刃大小：底出刃大小：由切入深度和过水间隙两部分组成。 H值过大，在硬岩和裂隙性岩层中容易造成崩刃，应增加补强。一般为25 mm。 底出刃有平底式、阶梯式。底出刃有平底式、阶梯式。阶梯式可 增加切削具破碎岩石的自由面，容易产 生体积破碎。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 3、切削具的镶焊角度、切削具的镶焊角度 具有一定刃角刃角的切削

25、具以不同的前角前角（亦称镶焊角）镶焊在钻头体上，形成不同的切削角切削角，从而获得不同的钻进效果。 切削具在钻头唇面上有三种镶焊三种镶焊方式：方式：u正斜镶，正斜镶，u直镶，直镶，u负斜镶。负斜镶。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 （1）刃角）刃角的选择：的选择： u=4550，级非裂隙性岩石；级非裂隙性岩石；u=65，级岩石；级岩石；u=90的小切削具，用于自磨式钻头。的小切削具，用于自磨式钻头。（2）选择镶焊形式（正斜镶、直镶、负斜镶）应考虑下述原则：选择镶焊形式（正斜镶、直镶、负斜镶）应考虑下述原则：u对所钻岩石切入和回转阻力小

26、；对所钻岩石切入和回转阻力小；u可保证钻头体上的切削具有较大的抗弯和抗磨损能力；可保证钻头体上的切削具有较大的抗弯和抗磨损能力；u有利于及时排除岩粉；有利于及时排除岩粉；u磨损后的端面接触面积不能过快增大，应保持一定的切削能力。磨损后的端面接触面积不能过快增大，应保持一定的切削能力。u上述条件很难同时满足，设计钻头应根据岩性有所侧重地考虑。上述条件很难同时满足，设计钻头应根据岩性有所侧重地考虑。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室(3)三种镶焊形式的特征分析三种镶焊形式的特征分析o 切入深度相同时，切入所需轴向力切入深度相同时，切入所需轴向力Py和水平力和水平力Px： o 磨

27、损体积相同时，切削刃端的磨损面积磨损体积相同时，切削刃端的磨损面积: o 三者出刃一致时，切削刃上的弯矩三者出刃一致时，切削刃上的弯矩: o 排粉条件排粉条件: o 通常正斜镶的钻头在软岩通常正斜镶的钻头在软岩 中具有高钻速，而负斜镶钻头中具有高钻速，而负斜镶钻头适用于硬岩和非均质岩层，最常用的是直镶。适用于硬岩和非均质岩层，最常用的是直镶。 第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 4、硬质合金切削具在钻头体上的布置方式、硬质合金切削具在钻头体上的布置方式 切削具的排列方式有：单环排列、多环排列、密集

28、排列等。 （1）确定切削具布置方式的原则：）确定切削具布置方式的原则： 能保证钻头在孔底工作平稳； 多环排列时，每个切削具只破碎孔底的一部分，叠加起来完成整个唇面的切削，若各环之间能相互造成自由面，则破岩效果更佳； 尽量使每个切削具负担的破岩量接近，避免局部磨损过甚； 切削具之间应保持一定的距离，以利于排粉； 对切削具的镶焊和修磨方便。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 （2）切削具布置方式）切削具布置方式 单环排列：单环排列：一个或二个切削具并联覆盖唇面，加工简单； 多环排列：多环排列：多个切削具分环覆盖唇面，造成多的碎岩自由面；

29、密集排列：密集排列：多个切削具集中为一组排列，前刃掏槽，后刃扩槽，相互支撑，承载大，抗弯、抗磨损好。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 5、切削具在钻头体上的数目、切削具在钻头体上的数目 钻头上切削具数目越多，切削点就多，单位时间完成的切削量就大，钻速也越高，钻头寿命较长。但是，由于轴向载荷有限，单个切削具上的载荷不足，只能形成表面破碎；同时，切削具数目太多，使剪切体变小，孔底冷却效果变差。 切削具数目取决于岩性、钻头直径和切削具形状。对软岩取对软岩取较少的数量，对较硬和非均质及研磨性岩石，为保证钻头寿命，较少的数量，对较硬和非均质及

30、研磨性岩石，为保证钻头寿命，一般应取密集式排列。一般应取密集式排列。国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 6、钻头的水口和水槽、钻头的水口和水槽 （1）作用：）作用：是冲洗液流经钻头、冲洗孔底并返回钻柱外环空间的通道。保证切削具的冷却和孔底及时排粉。（2）水口形状：）水口形状：矩形、半圆形、梯形和三角形，三角弧形水口效果最好。（3）水口的数目：）水口的数目：等于切削具的数目或组数。总面积应大于或等于钻头外环空间（包括回水槽）的面积。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 二、取心式硬质合金钻头二、取心式硬质合金钻头 取心式

31、硬质合金钻头分为磨锐式和自磨式。取心式硬质合金钻头分为磨锐式和自磨式。 1、磨锐式硬质合金钻头、磨锐式硬质合金钻头 钻头上的合金切削具磨钝后可用砂轮修钻头上的合金切削具磨钝后可用砂轮修磨锐利的钻头。磨锐利的钻头。切削具一般是单斜面锐角，钻进中，随切削具磨损，机械钻速逐渐下降。一般适用于研磨性小的软及中硬岩石。 2、自磨式硬质合金钻头、自磨式硬质合金钻头 采用小断面切削刃，磨损后，接触面积不变，无变钝的弱点，机械钻速基本平稳。 第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 3、典型典型钻头钻头结构举例结构举例

32、（1）螺旋肋骨钻头）螺旋肋骨钻头u 外焊三块呈外焊三块呈45螺旋肋骨，有助液流上返，提高清粉能力。螺旋肋骨，有助液流上返，提高清粉能力。u 正斜镶，利于切软岩。通水截面积大，循环阻力小，使孔底正斜镶，利于切软岩。通水截面积大，循环阻力小，使孔底比较干净，避免重复破碎，提高钻进效率。比较干净，避免重复破碎，提高钻进效率。u 适用于钻进适用于钻进级（部分级（部分级）松软岩层、粘土层、风化级）松软岩层、粘土层、风化砂岩及铝土页岩等。砂岩及铝土页岩等。国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 （2 2）薄片硬合金钻头：）薄片硬合金钻头：u 切削具锋利

33、，采用掏槽刃容易切入岩石；切削具锋利，采用掏槽刃容易切入岩石；u 出刃较大，保证较大间隙冲洗岩粉；出刃较大，保证较大间隙冲洗岩粉；u 主要用于钻进粘结性较小的软岩主要用于钻进粘结性较小的软岩。 （3 3）“品品”字形硬合金钻头字形硬合金钻头u 三颗合金呈三颗合金呈“品品”字形焊成一组。字形焊成一组。u 中间的出刃较大中间的出刃较大掏槽，两边的出刃较掏槽，两边的出刃较小小扩槽。扩槽。 u 主要用于主要用于级和软硬互层的岩石。级和软硬互层的岩石。u 切削具可以直镶也可切削具可以直镶也可 以正斜镶。以正斜镶。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头

34、 （4）针状自磨式钻头针状自磨式钻头 u 把预制好的胎块焊在钻头体上。胎块内包裹针状硬质合金。u 支撑体胎体硬度要合适，保证超前磨耗，以利于针状硬质合金自磨出刃。u 钻头可用于钻进57级中等研磨性的岩石。国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室三、硬质合金钻头选型表三、硬质合金钻头选型表 钻头类型钻头类型 岩石可钻性级别岩石可钻性级别 岩岩 石石螺旋肋骨钻头螺旋肋骨钻头 松散可塑性岩层松散可塑性岩层阶梯肋骨钻头阶梯肋骨钻头 页岩，页岩， 砂页岩砂页岩薄片式钻头薄片式钻头 砂页岩砂页岩 ，碳质泥岩，碳质泥岩方柱状钻头方柱状钻头 均质大理岩均质大理岩,灰岩灰岩,软砂岩软砂岩,页岩页岩单

35、双粒钻头单双粒钻头 中研磨性砂岩，灰岩中研磨性砂岩，灰岩品字形钻头品字形钻头 灰岩，灰岩， 大理岩，细砂岩大理岩，细砂岩破扩式钻头破扩式钻头 砂砾岩砂砾岩 ，砾岩，砾岩负前角阶梯钻头负前角阶梯钻头 玄武岩玄武岩 ，砂岩，辉长岩，灰岩，砂岩，辉长岩，灰岩胎体针状钻头胎体针状钻头 中研磨性片麻岩，闪长岩中研磨性片麻岩，闪长岩钢柱针状钻头钢柱针状钻头 研磨性研磨性 石英砂岩，混合岩石英砂岩，混合岩薄片式自磨钻头薄片式自磨钻头 研磨性研磨性 粉砂岩，砂页岩粉砂岩，砂页岩 第二节第二节 硬质合金钻头硬质合金钻头 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第三节第三节 金刚石及其孔底碎岩过程金

36、刚石及其孔底碎岩过程金刚石是迄今最坚硬的研磨切削材料，钻探用金刚石约占世界工业金刚石1/5。 一、一、钻探用钻探用金刚石金刚石 1、钻探用钻探用金刚石的金刚石的分类分类 钻探用金刚石分为天然的、人造的两大类。钻探用金刚石分为天然的、人造的两大类。u 天然金刚石 “包布兹包布兹”（Bortz）制造表镶钻头；u 天然金刚石“刚果刚果”（Congo）孕镶钻头；u 天然“卡邦纳多卡邦纳多”（Carbonado）“巴拉斯巴拉斯”（Ballas）首饰；u 天然“雅库特雅库特”（）主要在前苏联境内使用。国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室第三节第三节 金刚石及其孔底碎岩过程金刚石及其孔底碎岩

37、过程u人造金刚石单晶人造金刚石单晶u人造金刚石聚晶人造金刚石聚晶由细小的金刚石颗粒、粘合剂烧结成较大颗粒的多晶金刚石u人造金刚石复合片人造金刚石复合片（PDC）由一层金刚石多晶薄层、一层较厚的硬质合金层复合而成。2. 2. 天然金刚石的特性天然金刚石的特性 u 金刚石为结晶体碳原子之间以共价键相连，结构非常稳定。金刚石为结晶体碳原子之间以共价键相连，结构非常稳定。u 金刚石的弱点：金刚石的弱点：脆性较大，遇冲击出现碎裂；脆性较大，遇冲击出现碎裂；热稳定性热稳定性较差，高温下氧化并较差，高温下氧化并“石墨化石墨化”。u 金刚石工具制造过程中，须隔氧，避长时间高温；在使用中，金刚石工具制造过程中，

38、须隔氧，避长时间高温；在使用中，须避免承受冲击载荷并及时冷却切削刃。须避免承受冲击载荷并及时冷却切削刃。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室第三节第三节 金刚石及其孔底碎岩过程金刚石及其孔底碎岩过程 3. 与钻探有关的金刚石物理力学性质与钻探有关的金刚石物理力学性质(1) 硬度极高，研磨硬度是刚玉的硬度极高，研磨硬度是刚玉的150倍，石英的倍，石英的1000倍。倍。(2) 有极大的抗静压强度。天然金刚石的抗压强度大约有极大的抗静压强度。天然金刚石的抗压强度大约8600MPa，约为刚玉的约为刚玉的3.5倍，硬质合金的倍，硬质合金的1.5倍，钢的倍，钢的9倍。用于钻探的倍。用于钻

39、探的人造金刚石一般要求强度达人造金刚石一般要求强度达2500MPa以上。以上。(3) 极高的耐磨性是刚玉的极高的耐磨性是刚玉的90倍，硬质合金的倍，硬质合金的40200倍，钢的倍，钢的20005000倍。人造金刚石聚晶体一般与中硬碳化硅砂轮的倍。人造金刚石聚晶体一般与中硬碳化硅砂轮的磨耗比在磨耗比在1：30000以上。以上。(4) 金刚石是热的良导体，它散热比硬质合金刃具快。线膨胀系金刚石是热的良导体，它散热比硬质合金刃具快。线膨胀系数仅为硬质合金的数仅为硬质合金的1/41/5，钢的，钢的1/81/10，但随温度升高而，但随温度升高而增长较快，这对金刚石的包镶和增长较快，这对金刚石的包镶和钻头

40、钻头使用不利使用不利。u 金刚石容易受热损伤，虽然温度低于燃烧温度，但金刚石的强度、耐磨性已受到严重影响。所以钻进中必须充分冷却，防止发生金刚石钻头烧钻事故。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第三节第三节 金刚石及其孔底碎岩过程金刚石及其孔底碎岩过程 4 4、钻探用金刚石的粒度和品级、钻探用金刚石的粒度和品级 （1）金刚石的粒度）金刚石的粒度 国际上通用的计量单位是克拉。钻探用金刚石常用一克拉(0.2g) 多少粒或过筛网目数来衡量。钻探用的金刚石粒度：u 粗粒520粒/克拉；u 中粒2040粒/克拉；u 细粒40100粒/克拉；u 粉粒100400粒/克拉。 粗、中粒多用

41、于表镶钻头和表镶扩孔器，细、粉粒多用于孕镶钻头和孕镶扩孔器。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第三节第三节 金刚石及其孔底碎岩过程金刚石及其孔底碎岩过程 （2）金刚石的品级）金刚石的品级国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室第三节第三节 金刚石及其孔底碎岩过程金刚石及其孔底碎岩过程 二、金刚石钻进的孔底碎岩过程二、金刚石钻进的孔底碎岩过程 1. 表镶金刚石钻头的孔底碎岩过程表镶金刚石钻头的孔底碎岩过程 u 把钻头上的一粒金刚石看作在轴向压力把钻头上的一粒金刚石看作在轴向压力Py和切向力和切向力Px作用下作用下沿岩石表面移动的切削具，沿岩石表面移动的切削具，

42、u 岩石破碎时力岩石破碎时力Px 克服岩石抵抗破碎的反力克服岩石抵抗破碎的反力Pg和摩擦力和摩擦力T上，上， Px = Pg +T= Pg + Py f f金刚石与岩石的摩擦系数；金刚石与岩石的摩擦系数； Py 每粒金刚石上的载荷。每粒金刚石上的载荷。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第三节第三节 金刚石及其孔底碎岩过程金刚石及其孔底碎岩过程u 表镶单粒金刚石在表镶单粒金刚石在Py,Px联合作用下，类似球体压入岩石联合作用下，类似球体压入岩石(弹弹脆性岩石脆性岩石)产生大小剪切体，切槽宽度金刚石颗粒直径。产生大小剪切体，切槽宽度金刚石颗粒直径。u 金刚石被磨钝时，在金刚石

43、被磨钝时，在Py,Px作用下岩石中出现一些微小的裂纹，作用下岩石中出现一些微小的裂纹，岩石的致密结构被改变。岩石的致密结构被改变。u 孔底某一点经多次重复加载产生破碎，具有疲劳破碎的性质。孔底某一点经多次重复加载产生破碎，具有疲劳破碎的性质。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室第三节第三节 金刚石及其孔底碎岩过程金刚石及其孔底碎岩过程 2. 孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程 u 孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程不同于表镶钻头。孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程不同于表镶钻头。u 金刚石颗粒小埋藏于胎体之中，孕镶钻头必须在钻进规程中保金刚石颗粒小埋藏于胎体之中，孕

44、镶钻头必须在钻进规程中保持自磨出刃的性能（持自磨出刃的性能（“自锐自锐”），才能维持钻速恒定而不衰减。），才能维持钻速恒定而不衰减。u 其碎岩机理类似于砂轮磨削工件。以唇面上多而小的硬质点其碎岩机理类似于砂轮磨削工件。以唇面上多而小的硬质点（金刚石）对加工件（孔底岩石）进行刻划、磨削，随着硬质（金刚石）对加工件（孔底岩石）进行刻划、磨削，随着硬质点的逐渐磨损和消失及粘结胎体的不断磨耗，新的硬质点又裸点的逐渐磨损和消失及粘结胎体的不断磨耗，新的硬质点又裸露出来参加工作。露出来参加工作。u 唇面金刚石出露较好时，也存在孔底的微剪切和微压碎作用。唇面金刚石出露较好时，也存在孔底的微剪切和微压碎作用。

45、国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第三节第三节 金刚石及其孔底碎岩过程金刚石及其孔底碎岩过程q 如果胎体性能与所钻岩石不适应或没有保证足够的钻压，如果胎体性能与所钻岩石不适应或没有保证足够的钻压，胎体不能超前磨耗并让丧失破岩能力的金刚石颗粒自行脱胎体不能超前磨耗并让丧失破岩能力的金刚石颗粒自行脱落，则孔底过程中表现为钻头落，则孔底过程中表现为钻头“打滑打滑”，钻速迅速下降。，钻速迅速下降。q 微动载碎岩微动载碎岩 有学者认为，无论表镶或孕镶钻头在孔底的碎岩过程中，有学者认为，无论表镶或孕镶钻头在孔底的碎岩过程中，孔底还存在着微动载的碎岩过程。孔底还存在着微动载的碎岩过程。钻

46、压、钻柱弹性变形、回转振动和泵压脉动对孔底岩石的破碎起到了积极的促进作用。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器 根据碎岩特点，可分为表镶金刚石钻头、孕镶金刚 石钻头和聚晶烧结体(包括复合片)金刚石钻头。国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器 一、表镶金刚石钻头一、表镶金刚石钻头 1. 1. 金刚石的粒度和选择金刚石的粒度和选择 u 表镶金刚石钻头大都选用天然

47、金刚石，常用的粒度为表镶金刚石钻头大都选用天然金刚石，常用的粒度为1560粒粒/克拉。克拉。表镶钻头用的金刚石粒度表镶钻头用的金刚石粒度粒度粒度粗粒粗粒中粒中粒细粒细粒粒粒/克拉克拉152525404060岩层岩层中硬中硬硬硬坚硬坚硬国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器 2. 2. 金刚石在唇面的排列金刚石在唇面的排列 u 钻进过程中，钻头外侧的规径刃和内边棱部的金刚石负担最钻进过程中，钻头外侧的规径刃和内边棱部的金刚石负担最重，其次为底刃，再次为侧刃。重，其次为底刃，再次为侧刃。u 制造钻头时须选择优质金刚石作规径刃和内边刃

48、，用回收的制造钻头时须选择优质金刚石作规径刃和内边刃，用回收的金刚石作侧刃，以求均衡磨损。金刚石作侧刃，以求均衡磨损。u 金刚石在钻头唇面上的排列方式有放射排列，螺旋排列和等金刚石在钻头唇面上的排列方式有放射排列，螺旋排列和等距离排列等。距离排列等。 u 金刚石在钻头唇面厚度方向多采用同心环分列，并在径向有金刚石在钻头唇面厚度方向多采用同心环分列，并在径向有一定的重叠度，以保证钻进中不会在孔底形成一定的重叠度，以保证钻进中不会在孔底形成“岩脊岩脊”。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器 3. 3. 钻头的唇面断面形状钻头的唇

49、面断面形状(1) (1) 圆弧形唇面：较好保护内外径，用于中硬和硬岩层；圆弧形唇面：较好保护内外径，用于中硬和硬岩层；(2) (2) 半圆形唇面：可布置较多金刚石，缓解规径刃过分磨损，半圆形唇面：可布置较多金刚石，缓解规径刃过分磨损，适用于坚硬和软硬互层的研磨性岩层；适用于坚硬和软硬互层的研磨性岩层；(3) (3) 多阶梯形唇面多阶梯形唇面：用于厚壁钻头用于厚壁钻头( (绳索取心绳索取心) ) 用于中硬和硬用于中硬和硬岩，有利于破岩和导向；岩，有利于破岩和导向；(4) (4) 内锥形唇面内锥形唇面：用于强研磨性和破碎岩层及内边刃过早磨用于强研磨性和破碎岩层及内边刃过早磨损的岩层，也可钻砾岩用于

50、厚壁钻头；损的岩层，也可钻砾岩用于厚壁钻头； 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器(5) (5) 外锥形唇面外锥形唇面:用于较软和易碎地层，双管和绳索取心钻头。用于较软和易碎地层，双管和绳索取心钻头。 4. 4. 钻头的水口与水槽钻头的水口与水槽 u 钻头的水路直接影响着孔底冲洗及钻进效果。钻头的水路直接影响着孔底冲洗及钻进效果。u 表镶钻头的主水路是唇面与孔底之间的间隙，水口和水槽的表镶钻头的主水路是唇面与孔底之间的间隙，水口和水槽的数目不能太多，可强制冲洗，有效地冷却唇面金刚石和及时数目不能太多，可强制冲洗，有效地冷却唇面

51、金刚石和及时排除孔底岩粉。排除孔底岩粉。国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室二、孕镶金刚石钻头二、孕镶金刚石钻头 我国钻探生产主要用孕镶钻头，比表镶钻头优越性：我国钻探生产主要用孕镶钻头，比表镶钻头优越性：对于金刚石品级的要求低于表镶钻头；对于金刚石品级的要求低于表镶钻头；抗冲击载荷能力较好，如果唇面金刚石发生剪崩对钻进效抗冲击载荷能力较好，如果唇面金刚石发生剪崩对钻进效果的影响小，对违反操作规程的敏感程度也小。果的影响小，对违反操作规程的敏感程度也小。不必用手工摆放金刚石颗粒，工业制造过程更简单。不必用手工摆放金刚石颗粒，工业制造过程更简单。o 孕镶钻头用的金刚石孕镶钻头用的

52、金刚石 孕镶钻头使用的天然和人造金刚石粒度取决于所钻岩性孕镶钻头使用的天然和人造金刚石粒度取决于所钻岩性。 第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器粒度粒度(目目)人造人造464660608080100天然天然2030304040606080岩层岩层中硬中硬硬硬硬硬坚硬坚硬国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室2. 金刚石在胎体中的含量金刚石在胎体中的含量 o 浓度表示金刚石在胎体中的含量，是影响孕镶钻头性能的重浓度表示金刚石在胎体中的含量，是影响孕镶钻头性能的重要参数。要参数。o 浓度沿用砂轮制造业的浓度沿用砂轮制造业的“400%浓度制浓度制”，当金刚石的体积占，当金

53、刚石的体积占胎体工作层体积胎体工作层体积1/4时浓度为时浓度为100%，全部是金刚石浓度，全部是金刚石浓度400%。o 选择金刚石浓度的依据是所钻岩性、金刚石的品级和粒度，选择金刚石浓度的依据是所钻岩性、金刚石的品级和粒度，兼顾胎体的包镶能力和钻压值的大小。兼顾胎体的包镶能力和钻压值的大小。o 岩石越坚硬致密，金刚石质量好，粒度细，浓度宜较低；唇岩石越坚硬致密，金刚石质量好，粒度细，浓度宜较低；唇面比压较大时可选较高的浓度，这样对提高胎体耐磨性也有面比压较大时可选较高的浓度，这样对提高胎体耐磨性也有好处。常用浓度好处。常用浓度70%120%，过高了将影响胎体的包镶能力，过高了将影响胎体的包镶能

54、力和钻速。和钻速。 第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器 3. 钻头的胎体性能钻头的胎体性能 孕镶钻头钻进时，胎体的磨损速度应适当超前于金刚石的磨孕镶钻头钻进时，胎体的磨损速度应适当超前于金刚石的磨损速度，使金刚石不断出刃。如果损速度，使金刚石不断出刃。如果胎体不磨损或磨损极慢，则金刚石胎体不磨损或磨损极慢，则金刚石出刃甚小，发挥不了多刃微切削作出刃甚小，发挥不了多刃微切削作用，钻速很低。反之，如果胎体磨用，钻速很低。反之，如果胎体磨损太快，则造成金刚石过早的崩刃损太快，则造成

55、金刚石过早的崩刃或脱粒，从而失去钻进能力、钻头或脱粒，从而失去钻进能力、钻头寿命缩短。合适的胎体耐磨性应能寿命缩短。合适的胎体耐磨性应能使唇面金刚石正常出刃，且在每粒使唇面金刚石正常出刃，且在每粒金刚石的后面形成蝌蚪状支撑。金刚石的后面形成蝌蚪状支撑。国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器o 当岩石更硬时，金刚石磨损得更快，但这时产生的岩屑更当岩石更硬时，金刚石磨损得更快，但这时产生的岩屑更薄，数量更少，因此岩屑对胎体的磨蚀作用弱于稍软的岩薄，数量更少，因此岩屑对胎体的磨蚀作用弱于稍软的岩石。所以在坚硬的岩石中钻进时，必须选择低

56、耐磨性（硬石。所以在坚硬的岩石中钻进时，必须选择低耐磨性（硬度较小）的胎体。度较小）的胎体。o 由于测定硬度的方法简单，虽然胎体的硬度不能完全代表由于测定硬度的方法简单，虽然胎体的硬度不能完全代表其耐磨性，但目前仍习惯用胎体的硬度来表示其耐磨性。其耐磨性，但目前仍习惯用胎体的硬度来表示其耐磨性。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器 4. 4. 钻头的唇面形状钻头的唇面形状 u 孕镶金刚石钻头的唇面形状比较简单，多为平底形，在孔内孕镶金刚石钻头的唇面形状比较简单，多为平底形，在孔内磨合一段时间后便自然形成圆弧形。磨合一段时间后

57、便自然形成圆弧形。u 坚硬、弱研磨性的岩石或钻头壁较厚，唇面做成同心环槽、坚硬、弱研磨性的岩石或钻头壁较厚，唇面做成同心环槽、锯齿状或阶梯形，使比压集中并在孔底形成破岩自由面。锯齿状或阶梯形，使比压集中并在孔底形成破岩自由面。u 孕镶金刚石钻头常用聚晶保径，可取得满意的钻进效果。孕镶金刚石钻头常用聚晶保径，可取得满意的钻进效果。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室 第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器 5. 5. 钻头的水口与水路钻头的水口与水路 u 对孕镶金刚石钻头而言，因为它的金刚石出刃非常小，故它对孕镶金刚石钻头而言，因为它的金刚石出刃非常小，故它的主水路

58、不是钻头唇面与孔底的间隙，而是水口。的主水路不是钻头唇面与孔底的间隙，而是水口。u 在唇面扇形块的下面只存在漫流（或湿润）区，用于冷却和在唇面扇形块的下面只存在漫流（或湿润）区，用于冷却和排粉的水流主要通过水口和水槽。排粉的水流主要通过水口和水槽。u 孕镶钻头往往设计成多水口、小水口，这样对防止烧钻有利。孕镶钻头往往设计成多水口、小水口，这样对防止烧钻有利。 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室第四节第四节 金刚石钻头和扩孔器金刚石钻头和扩孔器 三、金刚石扩孔器三、金刚石扩孔器 金刚石扩孔器安装于钻头和岩心管之间，是金刚石钻进不可缺少的组成部分。扩孔器的作用：扩孔器的作用： u

59、 修修扩扩孔壁，保证钻孔直径符合要求孔壁，保证钻孔直径符合要求减少新钻头下孔的扩孔量减少新钻头下孔的扩孔量； u 保持孔内钻具的稳定性，使钻具在高转速下保持动平衡状态；保持孔内钻具的稳定性，使钻具在高转速下保持动平衡状态； 四、金刚石钻头及四、金刚石钻头及 扩孔器制造扩孔器制造 u 无压浸渍法无压浸渍法 u 热压法热压法 u 电铸法电铸法 国家精品课程2022-3-15中国地质大学勘查教研室第五节第五节 钢粒钻头及其孔底碎岩过程钢粒钻头及其孔底碎岩过程 u 用未镶焊切削具的钻头压住自由状态的钢粒，并带动它们在用未镶焊切削具的钻头压住自由状态的钢粒，并带动它们在孔底滚动而破碎岩石的钻进方法称为钢

60、粒钻进。孔底滚动而破碎岩石的钻进方法称为钢粒钻进。u 曾广泛用于曾广泛用于级岩石，随着金刚石钻进普及，它在中小级岩石，随着金刚石钻进普及，它在中小口径中已逐渐被取代。但在大口径硬岩钻进中仍有一席之地。口径中已逐渐被取代。但在大口径硬岩钻进中仍有一席之地。 一、钢粒及钢粒钻进用钻具一、钢粒及钢粒钻进用钻具1. 1. 钢粒的特性钢粒的特性u 抗压碎强度、硬度、耐磨性和屈服极限较高，可减少破岩过抗压碎强度、硬度、耐磨性和屈服极限较高，可减少破岩过程中自身的消耗程中自身的消耗 ，在轴向载荷下不至于产生明显的塑性变，在轴向载荷下不至于产生明显的塑性变形，利于在孔底翻滚。形，利于在孔底翻滚。u 为保证钢粒