第二章回轉鉆進用鉆具及鉆頭

1、巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學第二章第二章 回轉鉆進用鉆具及鉆頭回轉鉆進用鉆具及鉆頭巖土鉆鑿工藝學巖土鉆鑿工藝學 第一節(jié)巖心鉆具的組成第一節(jié)巖心鉆具的組成 第二節(jié)硬質(zhì)合金鉆頭第二節(jié)硬質(zhì)合金鉆頭 第三節(jié)金剛石鉆頭第三節(jié)金剛石鉆頭 第四節(jié)鋼粒鉆頭第四節(jié)鋼粒鉆頭 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學第一節(jié)第一節(jié) 巖心鉆具的組成巖心鉆具的組成 鉆具：鉆具：鉆頭鉆頭+巖心管巖心管+異徑接頭異徑接頭+取粉管取粉管+扶正器（或擴孔器）扶正器（或擴孔器）+鉆鋌鉆鋌+鉆桿鉆桿+和主動鉆桿和主動鉆桿+水接頭等組成。水接頭等組成。 巖心管：巖心管：是在鉆進時容納巖心的，同時也承受和傳遞鉆壓是在鉆進時容納巖心的，同時也承受和傳

2、遞鉆壓和扭矩，帶動鉆頭工作。巖心管的長度限制了回次進尺的長度。和扭矩，帶動鉆頭工作。巖心管的長度限制了回次進尺的長度。 異徑接頭：異徑接頭：是用來連接巖心管和鉆桿柱的。是用來連接巖心管和鉆桿柱的。 取粉管：取粉管：用于巖粉量大，沖洗液不足的情況下，收集大粒用于巖粉量大，沖洗液不足的情況下，收集大粒巖屑。在鋼粒鉆進中，必須帶有取粉管。巖屑。在鋼粒鉆進中，必須帶有取粉管。 一、鉆具各部分名稱及作用一、鉆具各部分名稱及作用巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學主動鉆桿主動鉆桿 又稱機上鉆桿，位于鉆桿柱的最上部，由鉆機立軸或動力頭的又稱機上鉆桿，位于鉆桿柱的最上部，由鉆機立軸或動力頭的卡盤夾持，或由轉盤內(nèi)非圓形

3、卡套帶動回轉，向其下端連接的孔內(nèi)卡盤夾持，或由轉盤內(nèi)非圓形卡套帶動回轉，向其下端連接的孔內(nèi)鉆桿傳遞回轉動力矩和軸向力。主動鉆桿的斷面尺寸大，便于卡盤鉆桿傳遞回轉動力矩和軸向力。主動鉆桿的斷面尺寸大，便于卡盤夾持回轉，不易彎曲，其斷面形狀有圓形、兩方、四方、六方和雙夾持回轉，不易彎曲，其斷面形狀有圓形、兩方、四方、六方和雙鍵槽形。常用的主動鉆桿長度是鍵槽形。常用的主動鉆桿長度是4.5m或或6m。 鉆鋌鉆鋌 在大口徑鉆進中常會用到鉆鋌。鉆鋌直徑大于鉆桿，位于鉆在大口徑鉆進中常會用到鉆鋌。鉆鋌直徑大于鉆桿，位于鉆桿柱的最下部。其主要特點是壁厚大（相當于鉆桿壁厚的桿柱的最下部。其主要特點是壁厚大（相當

4、于鉆桿壁厚的46倍），具有較大的質(zhì)量、強度和剛度。鉆鋌的主要作用是：倍），具有較大的質(zhì)量、強度和剛度。鉆鋌的主要作用是： 給給鉆頭施加鉆壓；鉆頭施加鉆壓； 保證復雜應力條件下的必要強度；保證復雜應力條件下的必要強度； 減輕鉆頭減輕鉆頭的振動，使其工作穩(wěn)定；的振動，使其工作穩(wěn)定； 控制孔斜?？刂瓶仔?。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學1、鉆桿柱的功用：、鉆桿柱的功用：（1）鉆壓和扭矩傳遞給鉆頭；）鉆壓和扭矩傳遞給鉆頭；（2）提供輸送沖洗介質(zhì)的通道；）提供輸送沖洗介質(zhì)的通道；（3）鉆桿柱還是提取巖心的通道。）鉆桿柱還是提取巖心的通道。二、鉆桿柱二、鉆桿柱 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學2、鉆桿柱的材質(zhì)：

5、、鉆桿柱的材質(zhì)： 常規(guī)的鉆桿由不同成分的常規(guī)的鉆桿由不同成分的合金無縫鋼管合金無縫鋼管制成，合金成分有制成，合金成分有Mn、MnSi、MnB、MnMo、MnMoVB等，并且限制磷、硫等有害成分等，并且限制磷、硫等有害成分不得大于不得大于0.04%，按照，按照GB3423-82的規(guī)定，用作鉆桿柱的鋼管力學的規(guī)定，用作鉆桿柱的鋼管力學性能如表性能如表2-1所列。所列。表表2-1 鉆桿鋼管的力學性能鉆桿鋼管的力學性能(不小于表中數(shù)據(jù)不小于表中數(shù)據(jù))表表 鋼鋼 級級屈服點屈服點s(MPa)抗拉強度抗拉強度p(MPa)伸長率伸長率s(%)DZ40DZ50DZ55DZ60DZ65DZ75400500550

6、600650750650700750780800850141212121210巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學3、鉆桿柱的連接方式、鉆桿柱的連接方式 圖圖2-1 鉆桿柱的連接方式鉆桿柱的連接方式 1-內(nèi)絲鉆桿內(nèi)絲鉆桿; 2-外絲鉆桿外絲鉆桿; 3-公鎖接頭公鎖接頭;4-母鎖接頭母鎖接頭; 5-接箍接箍 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學 鉆桿對連接螺紋的要求十分嚴格。鉆探管材螺紋鉆桿對連接螺紋的要求十分嚴格。鉆探管材螺紋是專門設計的，并已定為國家標準（是專門設計的，并已定為國家標準（GB3423-82）。）。一般鉆桿采用一般鉆桿采用螺距螺距48mm每邊傾斜每邊傾斜5的梯形螺紋的梯形螺紋，為了防止應力集中

7、，螺紋根部有規(guī)定的為了防止應力集中，螺紋根部有規(guī)定的圓弧角圓弧角。螺。螺紋部分承受著交變應力，所以它既要有足夠的強度，紋部分承受著交變應力，所以它既要有足夠的強度，又要能在經(jīng)常擰卸中耐磨。同時鉆管中承受著沖洗又要能在經(jīng)常擰卸中耐磨。同時鉆管中承受著沖洗液流的高壓作用，要求在鉆桿接頭端部有專門的端液流的高壓作用，要求在鉆桿接頭端部有專門的端面密封。面密封。 3.1 螺紋連接螺紋連接 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學3.2 焊接連接焊接連接 這種鉆桿的兩端與鉆桿接頭之間用焊接的方法連接起來，這種鉆桿的兩端與鉆桿接頭之間用焊接的方法連接起來，接頭之間再用螺紋。在水井、地熱井鉆進中常采用烘裝焊接接頭之間再

8、用螺紋。在水井、地熱井鉆進中常采用烘裝焊接連接方式的鉆桿，在金剛石繩索取心鉆進中則采用對焊連接連接方式的鉆桿，在金剛石繩索取心鉆進中則采用對焊連接的鉆桿。的鉆桿。 為減少升降工序中擰卸鉆桿的次數(shù)與時間，由為減少升降工序中擰卸鉆桿的次數(shù)與時間，由24根鉆根鉆桿連接成桿連接成立根立根，一次升降一個立根，在鉆孔過程中不再卸開。，一次升降一個立根，在鉆孔過程中不再卸開。為便于擰卸，立根之間用兩個一組的公母鎖接頭連接（圖為便于擰卸，立根之間用兩個一組的公母鎖接頭連接（圖2-1），其外徑與接箍相同。為了升降鉆具擰卸與掛提引器方），其外徑與接箍相同。為了升降鉆具擰卸與掛提引器方便，公母鎖接頭上均開有方切口。

9、公母鎖接頭上的連接螺紋便，公母鎖接頭上均開有方切口。公母鎖接頭上的連接螺紋錐度大、螺距大，自動對中好，擰卸省力又省時。錐度大、螺距大，自動對中好，擰卸省力又省時。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學表表2-2 普通鉆桿及其連接的主要規(guī)格普通鉆桿及其連接的主要規(guī)格YB235-70 加加厚厚方方式式 鉆鉆 桿桿 接接 箍箍 鎖鎖 接接 頭頭外徑內(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)內(nèi)加加厚厚4250603239483.04.54.54.566.047.990.650.961.445765751301401401.41.72

10、.04576575222838404550165190215230255290355395445外外加加厚厚6073894859696.06.08.07.9911.419.481.52.53.5861051181401651652.74.75.28610512144.5 6850 50241 355310 280481 533 除單獨說明者外，表中單位均為mm。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學三、鉆桿柱的受力三、鉆桿柱的受力（ 1 ）軸向壓力和拉力）軸向壓力和拉力 當鉆孔達到一定深度時，孔內(nèi)鉆桿柱的重力已當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。超過了鉆

11、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，向下逐即上部鉆桿柱受拉，其中孔口處拉力最大，向下逐漸減小；下部鉆桿柱受壓，孔底壓力最大（圖漸減??；下部鉆桿柱受壓，孔底壓力最大（圖2-3）。在某一深處軸向力等于零，稱之為）。在某一深處軸向力等于零，稱之為零斷面或零斷面或中和點中和點。在施工中我們應該設計使中和點落在剛度。在施工中我們應該設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，也應避免落在強度和剛度較弱的舊鉆桿

12、上，用鉆鋌，也應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，在自轉中造成疲勞破壞。以免加劇其受壓彎曲，在自轉中造成疲勞破壞。 軸向力分布示意圖 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學（ 2 ）扭矩）扭矩 鉆進中鉆桿柱受到扭矩的作用，在鉆桿柱各個截面上都產(chǎn)鉆進中鉆桿柱受到扭矩的作用，在鉆桿柱各個截面上都產(chǎn)生剪應力。生剪應力。 鉆桿柱在孔口處承受的扭矩最大，在孔底最小。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）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，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，如繞自身軸旋轉則會產(chǎn)生交變的彎曲應力。如鉆桿柱公

13、轉，則如繞自身軸旋轉則會產(chǎn)生交變的彎曲應力。如鉆桿柱公轉，則產(chǎn)生離心力。離心力又將加劇鉆桿柱的彎曲變形。產(chǎn)生離心力。離心力又將加劇鉆桿柱的彎曲變形。巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學（ 4 ）縱振、扭振與擺振）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鉆進破碎巖石的條件下）會引起鉆桿柱的縱向振動，在擊回轉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)生交變的軸向應力。當產(chǎn)生共振時，鉆桿柱容易中和點附近產(chǎn)生交變的軸向應力。當產(chǎn)生共振時，鉆桿柱容易疲勞破壞。當孔底巖石對鉆頭的回轉阻力不斷變化時，會引起疲勞破壞

14、。當孔底巖石對鉆頭的回轉阻力不斷變化時，會引起鉆桿柱的扭轉振動，從而產(chǎn)生交變的剪應力。在某一臨界轉速鉆桿柱的扭轉振動，從而產(chǎn)生交變的剪應力。在某一臨界轉速下，鉆桿柱會出現(xiàn)擺振，其結果是迫使鉆桿柱公轉，引起鉆桿下，鉆桿柱會出現(xiàn)擺振，其結果是迫使鉆桿柱公轉，引起鉆桿柱嚴重的偏磨。柱嚴重的偏磨。 由以上分析不難看出，鉆桿柱受力嚴重部位是下部、孔口由以上分析不難看出，鉆桿柱受力嚴重部位是下部、孔口處和零斷面附近。處和零斷面附近。巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學四、鉆桿柱的工作狀態(tài)四、鉆桿柱的工作狀態(tài) 在在起下鉆時起下鉆時，鉆桿柱不接觸孔底，整個鉆桿柱處于懸持，鉆桿柱不接觸孔底，整個鉆桿柱處于懸持狀態(tài)，在自

15、重作用下，鉆桿柱處于狀態(tài)，在自重作用下，鉆桿柱處于受拉伸受拉伸的穩(wěn)定狀態(tài)。的穩(wěn)定狀態(tài)。 在在正常鉆進時正常鉆進時，由于鉆桿柱自身的偏心和由于自重失穩(wěn)，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)量偏離回轉中心。而產(chǎn)生的某些彎曲，造成鉆桿柱有一定的質(zhì)量偏離回轉中心。這些偏心質(zhì)量在回轉運動中產(chǎn)生離心力，更促使鉆桿柱彎曲。這些偏心質(zhì)量在回轉運動中產(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；如果于鉆桿柱自身的質(zhì)量，多余的部分由鉆機提拉而減

16、壓；如果壓力不足，則需靠鉆機補充（即所謂加壓鉆進）。壓力不足，則需靠鉆機補充（即所謂加壓鉆進）。 在離心力、縱向壓力和扭矩的聯(lián)合作用下，在離心力、縱向壓力和扭矩的聯(lián)合作用下，鉆桿柱軸線鉆桿柱軸線一般呈變節(jié)距的空間螺旋彎曲曲線形狀一般呈變節(jié)距的空間螺旋彎曲曲線形狀。巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學半波長：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，以度稱為半波長，以l表示。表示。 根據(jù)薩爾基索夫的理論推導，距零斷面距離為根據(jù)薩爾基索夫的理論推導，距零斷面距離為Z處的半波長可處的半波長可按下式計算。按下式計算。 式中：式中： q

17、-鉆桿柱在沖洗液中單位長度的質(zhì)量，鉆桿柱在沖洗液中單位長度的質(zhì)量，kg/m； -鉆桿柱轉速，鉆桿柱轉速，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號，反之所求斷面距零斷面的距離，在零斷面以下壓縮部分取負號，反之取正號，取正號，m；J-鉆桿柱橫斷面的軸慣性矩，鉆桿柱橫斷面的軸慣性矩，cm4。 （m）巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學鉆桿柱在孔內(nèi)的實際彎曲狀態(tài)：鉆桿柱在孔內(nèi)的實際彎曲狀態(tài)：螺旋彎曲螺旋彎曲。鉆桿柱在孔內(nèi)的旋轉運動可能有三種形式：鉆桿柱在孔內(nèi)的旋轉運動可能有三種形式： （1）鉆桿柱圍繞自身彎曲軸線旋轉（自轉）。鉆桿柱自轉時）鉆桿柱圍繞自身彎曲軸線旋轉（自轉）。鉆桿柱自

18、轉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，但受到交變彎曲應力的作用。應力的作用。 （2）鉆桿柱圍繞鉆孔軸線旋轉并沿著孔壁滑動（公轉）。鉆）鉆桿柱圍繞鉆孔軸線旋轉并沿著孔壁滑動（公轉）。鉆桿柱公轉時不受交變彎曲應力的作用，但產(chǎn)生一邊偏磨。桿柱公轉時不受交變彎曲應力的作用，但產(chǎn)生一邊偏磨。 （3）鉆桿柱圍繞鉆孔軸線旋轉，但不是沿著孔壁滑動而是沿）鉆桿柱圍繞鉆孔軸線旋轉，但不是沿著孔壁滑動而是沿著孔壁反向滾動（公轉與自轉的結合），鉆桿柱同時圍繞自身著孔壁反向滾動（公轉與自轉的結合），鉆桿柱同時圍繞自身軸線和鉆孔軸線旋轉。其磨損均勻，也受到交變彎

19、曲應力的作軸線和鉆孔軸線旋轉。其磨損均勻，也受到交變彎曲應力的作用，但循環(huán)次數(shù)比第一種形式低得多。用，但循環(huán)次數(shù)比第一種形式低得多。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學第二節(jié)第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆頭硬質(zhì)合金鉆頭 機械式鉆進方法主要有：機械式鉆進方法主要有： 硬質(zhì)合金、金剛石、鋼粒、牙輪鉆頭回轉鉆進（伴有循環(huán)沖洗介硬質(zhì)合金、金剛石、鋼粒、牙輪鉆頭回轉鉆進（伴有循環(huán)沖洗介質(zhì)）和長螺旋回轉鉆進（干式）；質(zhì)）和長螺旋回轉鉆進（干式）； 采用液動、氣動孔底沖擊器的沖擊回轉鉆進；采用液動、氣動孔底沖擊器的沖擊回轉鉆進； 鋼絲繩沖擊鉆進；鋼絲繩沖擊鉆進； 振動鉆進。振動鉆進。 選擇回轉鉆進用鉆頭的一般原則是：在軟巖和

20、中硬巖層中用硬質(zhì)選擇回轉鉆進用鉆頭的一般原則是：在軟巖和中硬巖層中用硬質(zhì)合金回轉鉆頭；在中硬及部分中硬以上巖層中采用銑齒牙輪鉆頭；在合金回轉鉆頭；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。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。巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學一、鉆探用硬質(zhì)合金的特性一、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；鈷粉為粘結劑，保證了硬質(zhì)合的高硬度保證了硬質(zhì)合金的耐磨性；鈷粉為粘

21、結劑，保證了硬質(zhì)合金的韌性。金的韌性。 表表4-1中列出了中列出了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、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，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，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。韌性增強。 實踐證明，采用含鈷量不高的粗顆粒硬質(zhì)合金切削具有助于提實踐證明，采用含鈷量不高的粗顆

22、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。高鉆進效率，并保證一定的鉆頭壽命。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學表表4-1 YG類硬質(zhì)合金的性能表類硬質(zhì)合金的性能表 合金牌號化學成分（）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適用于回轉鉆進，使用效果僅次于YG4cYG6x94

23、614.615.0911350細粒合金，強度接近YA6，耐磨性較YA6高YG892814.014.8891500地質(zhì)勘探和石油回轉鉆進用主要品種YG8c92814.014.8881750粗粒合金，沖擊韌性較高適于沖擊回轉鉆進YG11c891114.014.4872000耐磨性最差，沖擊韌性最高，適于沖擊回轉鑿巖YG15851513.914.1872000注：硬質(zhì)合金中的附加字母注：硬質(zhì)合金中的附加字母x表示細粒合金，表示細粒合金，c表示粗粒合金。表示粗粒合金。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學選用硬質(zhì)合金切削具的基本原則：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

24、和針狀等。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：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，片狀硬質(zhì)合金：刃薄，易于壓入和切削巖石，但抗彎能力差，適用于適用于級軟巖，它在鉆頭體上的出刃應大些。級軟巖，它在鉆頭體上的出刃應大些。 柱狀硬質(zhì)合金：抗彎能力較強，壓入阻力也較小，主要適用于柱狀硬質(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，其中級中硬巖石，其中八角柱狀八角柱狀切削具抗崩能力強，利于排粉和切削具抗崩能力強，利于排粉和破巖，并易于焊牢，故在

25、較硬巖層和裂隙發(fā)育的地層中得到廣泛的破巖，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用。應用。 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?；蜓心バ詭r石中使用。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學二、硬質(zhì)合金鉆進的孔底碎巖過程二、硬質(zhì)合金鉆進的孔底碎巖過程 回轉鉆進時，切削具在軸向力的作用下壓入巖石，回轉鉆進時，切削具在軸向力的作用下壓入巖石，在回轉水平力的作用下沿孔底破碎巖石。軸向力和水平在回轉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致孔底巖石以薄的螺旋層形式被連續(xù)破力的共同作用導致孔底

26、巖石以薄的螺旋層形式被連續(xù)破碎。碎。 回轉鉆進的機械鉆速回轉鉆進的機械鉆速vm取決于切削具切入巖石的深取決于切削具切入巖石的深度和鉆頭轉速：度和鉆頭轉速：vm=60nmh1 式中：式中：n-鉆頭轉速，鉆頭轉速，r/min；m-鉆頭上切削具個鉆頭上切削具個數(shù)；數(shù)；h1-每個切削具每轉切入巖石的深度。每個切削具每轉切入巖石的深度。巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學影響切入深度的主要因素有：影響切入深度的主要因素有： (1) 巖石破碎工具上的軸向力大小；巖石破碎工具上的軸向力大小； (2) 巖石的物理力學性質(zhì)及破碎下來的巖屑從孔底清巖石的物理力學性質(zhì)及破碎下來的巖屑從孔底清除的速度；除的速度； (3) 切

27、削具的硬度、幾何形狀及其在鉆頭工作唇面上切削具的硬度、幾何形狀及其在鉆頭工作唇面上的布置方式；的布置方式； (4) 鉆頭的轉速與切削具的磨鈍程度。鉆頭的轉速與切削具的磨鈍程度。巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學（一）塑性巖石的孔底破碎過程（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：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：式中：Hy-巖石的壓入硬度；巖石的壓入硬度；F0-切削具刃尖處與巖石的接觸面積。切削具刃尖處與巖

28、石的接觸面積。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學 當磨銳式鉆頭上的切削具未磨鈍時，切入深度可用下式表達：當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：式中：Py-切削具上的軸載力，切削具上的軸載力，N；b-切削具的刃寬，切削具的刃寬，mm；-切削具的刃角，度；切削具的刃角，度；Hy-巖石的壓入硬度；巖石的壓入硬度；-考慮到摩擦力的系數(shù)（考慮到摩擦力的系數(shù)（永遠小于永遠小于1）。）。 圖圖4-1 單個切削具示意圖單個切削具示意圖 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學 鉆進過程中，切削具前面的巖石在分力鉆進過程中，切削具前面的巖石在分力F的作用下不斷產(chǎn)生塑的作用下不斷產(chǎn)生塑性流動，并向自由面滑

29、移，即所謂切削作用（圖性流動，并向自由面滑移，即所謂切削作用（圖4-2）。這與軟金）。這與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。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。 圖圖43 塑性巖石中的回轉切削塑性巖石中的回轉切削Py-軸向壓力；軸向壓力； Px-水平力；水平力； h0-切入深度；切入深度；b-切削槽寬（切削具寬度）切削槽寬（切削具寬度）圖圖4-2 切削具在雙向力作用下破碎切削具在雙向力作用下破碎塑性巖石塑性巖石 巖土鉆鑿工程學

30、巖土鉆鑿工程學（二）脆性巖石的孔底破碎過程（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著特點則是在切削具的作用下以跳躍式的剪切破碎跳躍式的剪切破碎為主（圖為主（圖4-4）。）。巖石破碎大體分三個階段：巖石破碎大體分三個階段： 圖圖4-4 切削具破碎彈塑性巖石的過程切削具破碎彈塑性巖石的過程 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學 (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，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，碰撞刃前巖石圖力減

31、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)生小的剪切力增大，使巖石產(chǎn)生小的剪切破碎圖破碎圖4-4(b)。繼續(xù)向前推進可能重復產(chǎn)生若干次小剪切，碎。繼續(xù)向前推進可能重復產(chǎn)生若干次小剪切，碎裂的巖屑向自由面崩出圖裂的巖屑向自由面崩出圖4-4(c)。 (3) 當切削具前端接觸巖石的面積較大時，前進受阻。一方面切當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

32、面削具繼續(xù)擠壓前方的巖石（部分被壓成粉狀）；另一方面Px力急劇力急劇增大，當增大，當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，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，然后并在刃尖前留下一些被壓實的巖粉，然后Px力突然減小圖力突然減小圖4-4(d)。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學 切削具不斷向前推進，重復著碰撞、壓碎、小剪切、大剪切的切削具不斷向前推進，重復著碰撞、壓碎、小剪切、大剪切的循環(huán)過程。在每次循環(huán)中，切削具兩側的巖石也會和刃前巖石一樣，循環(huán)過程。在每次循環(huán)中，切削具兩側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

33、，使切槽斷面近似于梯分別產(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。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，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。而且有規(guī)律地變化著。 當數(shù)次小剪切使槽壁也產(chǎn)生側崩時，便改善當數(shù)次小剪切使槽壁也產(chǎn)生側崩時，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，所示，圖圖4-4(f)中中b為切削具刃寬，為切削具刃寬，B1為大剪

34、切時巖石的切槽寬。整個破碎為大剪切時巖石的切槽寬。整個破碎過程沿著傾角為過程沿著傾角為的螺旋面進行。的螺旋面進行。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學 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，水平力個循環(huán)之間，水平力Px都是跳躍式的有規(guī)律地變化著（圖都是跳躍式的有規(guī)律地變化著（圖45）；）；而在塑性巖石中，水平力而在塑性巖石中，水平力Px沒有顯著的變化，基本上可以認為是常沒有顯著的變化，基本上可以認為是常量。量。 圖圖4-5 水平力的跳躍過程水平力的跳躍過程 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學（三）硬質(zhì)合金切削具的磨損（三）硬

35、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，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。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，得出如圖大量研究，得出如圖4-6中的磨損曲線。中的磨損曲線。 圖圖4-6 不同比壓下切削具的磨損情況不同比壓下切削具的磨損情況-表面碎巖；表面碎巖； -體積碎巖體積碎巖 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學（1）曲線）曲線：當：當0時，切削具未能有效地吃入巖石，鉆進處于時，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

36、削具單位時間的磨損量表面破碎狀態(tài)。此時切削具單位時間的磨損量W正比于切削具上的正比于切削具上的比壓比壓。（2）曲線）曲線：當：當0時，巖石呈體積破碎。隨著切削具上的比壓時，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。不僅未增加，反而出現(xiàn)下降的趨勢。即在體積破碎條件下，切削具的磨損主要不取決于軸向壓力，而取即在體積破碎條件下，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。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費得洛夫提出，在

37、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和鉆進時間有關 ；硬質(zhì)合金鉆進的機械鉆速隨著切削具接觸面積的硬質(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。與切削刃磨鈍面積的平方成反比。（有關理論推導可參閱教材。）（有關理論推導可參閱教材。）巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學切削具在孔底磨損的實際狀況：切削具在孔底磨損的實際狀況： 前述理論分析的基礎是假定切削具刃部為均勻磨損，實際上在前述理論分析的基礎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)、外側磨損量是不均勻鉆進過程中，鉆頭硬質(zhì)合

38、金切削具出刃的內(nèi)、外側磨損量是不均勻的（圖的（圖4-7），即），即 ：y外外y內(nèi)內(nèi)y， t外外t內(nèi)內(nèi)t 。圖圖4-7 切削刃的實際磨損情況切削刃的實際磨損情況y-切削刃磨損高度切削刃磨損高度; y內(nèi)，內(nèi)， y外外-切削刃內(nèi)、切削刃內(nèi)、外側磨損高度外側磨損高度; t-刃端磨損寬度刃端磨損寬度; t內(nèi)，內(nèi)，t外外-刃端內(nèi)、外側磨損寬度刃端內(nèi)、外側磨損寬度; b-環(huán)槽寬度環(huán)槽寬度; r,R-環(huán)槽內(nèi)、外徑環(huán)槽內(nèi)、外徑 由于磨損不均勻，切削刃中部磨損還不由于磨損不均勻，切削刃中部磨損還不大，而內(nèi)外兩側已成鈍刃，嚴重影響切大，而內(nèi)外兩側已成鈍刃，嚴重影響切入作用。所以，不均勻磨損對鉆進是十入作用。所以，不

39、均勻磨損對鉆進是十分不利的。分不利的。巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學 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（圖形，刃前緣和后緣磨損更厲害（圖4-8）。）。 圖圖48切削具刃端磨損的切削具刃端磨損的理想情況（理想情況（a）與實際情況（）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

40、，只影響鉆頭壽命。在磨損中不變，則磨損不會影響鉆速，只影響鉆頭壽命。巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學三、取心式硬質(zhì)合金鉆頭結構要素三、取心式硬質(zhì)合金鉆頭結構要素 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。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，可形成鉆進不同地層的鉆頭結構。這些決定鉆頭結構的因素稱為硬質(zhì)形成鉆進不同地層的鉆頭結構。這些決定鉆頭結構的因素稱為硬質(zhì)合金鉆頭的合金鉆頭的結構要素結構要素。 取心式硬質(zhì)合金鉆頭結構要素取心式硬質(zhì)合金鉆頭結構

41、要素包括：包括：鉆頭體，切削具出刃，切鉆頭體，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。的數(shù)目，鉆頭的水口與水槽。巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學1、鉆頭體、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，并長時間處于孔底的受切削具破巖的反作用力和孔底的動載效應，并長時間處于孔底的摩擦環(huán)境中。因此，鉆頭體要用摩擦環(huán)境中。因此，鉆頭體要用DZ-40地質(zhì)鉆探用無縫鋼管制成。地質(zhì)鉆探用

42、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計的內(nèi)錐度。計的內(nèi)錐度。 圖圖49 硬質(zhì)合金鉆頭體硬質(zhì)合金鉆頭體巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學2、切削具出刃、切削具出刃 切削具出刃指的是切削具在鉆頭體內(nèi)、切削具出刃指的是切削具在鉆頭體內(nèi)、外側和底唇面突出的一定高度，其出刃高外側和底唇面突出的一定高度，其出刃高度取決于巖石的硬度、均質(zhì)性和在該巖石度取決于巖石的硬度、均質(zhì)性和在該巖石中的鉆進速度。中的鉆進速度。 (1) 內(nèi)、外出刃：其作用是保證鉆頭體內(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與孔

43、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。一般對摩擦力，并為循環(huán)沖洗提供通道。一般對于軟巖層應取較大的出刃值。于軟巖層應取較大的出刃值。 (2) 底出刃：底出刃的作用是保證切削具底出刃：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。切削具和排除孔底巖粉提供通道。圖圖 410 硬質(zhì)合金鉆頭底出刃示意圖硬質(zhì)合金鉆頭底出刃示意圖 b-環(huán)槽寬度；環(huán)槽寬度；r環(huán)槽內(nèi)半徑環(huán)槽內(nèi)半徑巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學表表 硬質(zhì)合金切削具出刃規(guī)格

44、硬質(zhì)合金切削具出刃規(guī)格 單位：單位：mm 巖石性質(zhì)巖石性質(zhì)內(nèi)出刃內(nèi)出刃外出刃外出刃底出刃底出刃松軟、塑性、粘性、弱研磨性22.52.5335中硬、強研磨性11.51.5223 若鉆進遇水膨脹或單位時間內(nèi)產(chǎn)生大量巖粉的軟地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)、外出刃出刃36mm，底出刃，底出刃45mm。巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學 底出刃大小包括切削具的切入深度和過水間隙（圖底出刃大小包括切削具的切入深

45、度和過水間隙（圖4-11），）， 即即H=h1+h2。 若若H值過大，值過大， 容易在硬巖和裂隙性巖層中造成切削具容易在硬巖和裂隙性巖層中造成切削具崩斷，崩斷， 故應在鉆頭體上增加補強部分，有很好的防崩效果。故應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），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。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。尤其

46、對具有一定脆性及較硬的巖層效果更佳。尤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 圖圖 411 硬質(zhì)合金切削具底出刃和補強硬質(zhì)合金切削具底出刃和補強H切削具底出刃；切削具底出刃；h0-切入深度；切入深度；h1-鉆頭底面過水間鉆頭底面過水間巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學3. 切削具的鑲焊角度切削具的鑲焊角度 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。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

47、以正前角斜鑲的稱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為正斜鑲圖4-13(a)，垂直擺放的為直鑲圖，垂直擺放的為直鑲圖4-13(b)，以負前，以負前角斜鑲的稱為負斜鑲圖角斜鑲的稱為負斜鑲圖4-13(c)。圖圖4-13 切削具的鑲焊方式切削具的鑲焊方式 -切削角切削角; -刃角刃角; -前角前角; -切切削具相對于鉆頭徑向的扭轉角削具相對于鉆頭徑向的扭轉角; 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學 究竟選擇何種鑲焊角形式（正斜鑲、直鑲、負斜鑲），應考慮究竟選擇何種鑲焊角形式（正斜鑲、直鑲、負斜鑲），應考慮下述原則：下述原則： (1) 對所鉆巖石切入和回轉阻力??；對所鉆巖石切入和

48、回轉阻力小； (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；損能力； (3) 有利于及時排除巖粉；有利于及時排除巖粉； (4) 磨損后的切削具應保持一定的切削能力，即端面的接觸面積磨損后的切削具應保持一定的切削能力，即端面的接觸面積不能過快地增大。不能過快地增大。 上述條件很難同時滿足，設計鉆頭時應根據(jù)巖性，有所側重地考上述條件很難同時滿足，設計鉆頭時應根據(jù)巖性，有所側重地考慮。慮。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學 分析表明，在切入深度相同的條件下，切入巖石所需的分析表明，在切入深度相同的條件下，切入巖石所需的軸向力軸向力

49、Py和水平力和水平力Px正斜鑲最大，直鑲次之，負斜鑲最??；正斜鑲最大，直鑲次之，負斜鑲最小；當磨損體積相同時，切削刃端的磨損面積正斜鑲最大，直鑲當磨損體積相同時，切削刃端的磨損面積正斜鑲最大，直鑲次之，負斜鑲最??；當三者出刃大小一致時，切削刃上的彎次之，負斜鑲最??；當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，負斜鑲最小；排粉條件是正斜鑲矩正斜鑲最大，直鑲次之，負斜鑲最小；排粉條件是正斜鑲最好，直鑲次之，負斜鑲最差。所以，通常正斜鑲的鉆頭在最好，直鑲次之，負斜鑲最差。所以，通常正斜鑲的鉆頭在軟巖中具有高鉆速，而負斜鑲鉆頭適用于硬巖和非均質(zhì)巖層，軟巖中具有高鉆速，而負斜鑲鉆頭適用于硬

50、巖和非均質(zhì)巖層，最常用的是直鑲。最常用的是直鑲。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學 不同刃角的切削具使用范圍也不同，其推薦值如下：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，用于級非裂隙性巖石；級非裂隙性巖石； (2) =65，用于，用于級巖石；級巖石； (3) =90的小切削具，用于自磨式鉆頭。的小切削具，用于自磨式鉆頭。 切削角切削角的大小應根據(jù)所鉆巖性來選擇。一般來說，鉆進軟的大小應根據(jù)所鉆巖性來選擇。一般來說，鉆進軟巖巖應取小些，但不宜過小。因為應取小些，但不宜過小。因為過小可能使切削具后面直接過小可能使切削具后面直接與巖面摩擦。與巖面摩擦。 巖土鉆鑿工程學巖

51、土鉆鑿工程學4. 切削具在鉆頭體上的布置方式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，是否扭轉一定的角度等因素都可有再加上切削具擺放的密集程度，是否扭轉一定的角度等因素都可有所變化，從而構成多種類型的鉆頭形式。所變化，從而構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)-多環(huán)排列 巖土鉆鑿工程學巖土鉆

52、鑿工程學確定切削具布置方式時應考慮以下原則：確定切削具布置方式時應考慮以下原則： (1) 能保證鉆頭在孔底工作平穩(wěn)；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；成自由面，則破巖效果更佳； (3) 盡量使每個切削具負擔的破巖量接近，避免局部磨損過甚；盡量使每個切削具負擔的破巖量接近，避免局部磨損過甚； (4) 切削具之間應保持一定的距離，以利于排粉；切削具之間應

53、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。對切削具的鑲焊和修磨方便。 巖土鉆鑿工程學巖土鉆鑿工程學5. 切削具在鉆頭體上的數(shù)目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，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，造成重復破碎，孔底冷卻效果變差，最終持狀態(tài)，使剪切體變小，造成重復破碎，孔底冷卻效