鉆孔工程設(shè)計

1、鉆孔工程設(shè)計第一節(jié)鉆孔結(jié)構(gòu)一、概念鉆孔結(jié)構(gòu)是指開孔至終孔孔身口徑的變化。換徑次數(shù)愈多，鉆孔結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，反之越簡單。鉆孔結(jié)構(gòu)的選擇，要充分考慮礦區(qū)的巖石性質(zhì)、水文地質(zhì)條件、終孔口徑、鉆孔深度、鉆進方法、鉆孔用途等因素。二、確定鉆孔結(jié)構(gòu)總的原則以終孔直徑做為擬定鉆孔結(jié)構(gòu)的標準， 對照理想巖層剖面自下而上擬定各段的口徑和開孔直徑。 在保證鉆孔質(zhì)量和安全鉆進的前提下，盡可能地采用泥漿護孔從而減少或不下套管和少換徑，最大限度地簡化鉆孔結(jié)構(gòu)。三、鉆孔結(jié)構(gòu)選擇示例勘探某金屬礦床時，設(shè)計孔深700 米， 采用金剛石鉆進，地質(zhì)剖面包括以下層位：（1）0 至 100 米為可鉆性 1-7級的巖石，該段全漏水不循環(huán)；

2、（3）100 至 700 米為可鉆性 9 至 10 級的穩(wěn)定巖石；（ 4）地質(zhì)取樣要求以59mm終孔。試確定該鉆孔結(jié)構(gòu)。 分析 從已知條件，自160 米至終孔適于一徑到底，不下套管；分析地質(zhì)剖面，該鉆孔下孔口管和一層套管即可；為封閉漏失層，套管下放深度為 120-130 米，管鞋伸進穩(wěn)定層 10 至 20 米，套管直徑為 73mm，因此該孔段須用 76mm鉆進；孔口管長18至 20米。直徑 89mm，因此開孔取 91 或 110mm。據(jù)此可作出如上圖的鉆孔結(jié)構(gòu)圖。在礦區(qū)鉆探技術(shù)設(shè)計書中，值得注意的是應(yīng)該將礦區(qū)的鉆孔結(jié)構(gòu)劃分為簡單鉆孔結(jié)構(gòu)和復(fù)雜鉆孔結(jié)構(gòu)二種類型加以作圖說明，同時作圖時應(yīng)將各要素如

3、直徑、換徑深度等標明。1第三節(jié)鉆進方法目前巖心鉆探工作中，一般根據(jù)各礦區(qū)地層巖石力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造，結(jié)合鉆探設(shè)備與護壁堵漏措施等因素，常采用合金與金剛石分層鉆進的方法。一般地，開孔采用合金鉆進至完整巖面 3 至 5 米，然后擴孔下孔口管隔離上部松散層、覆蓋層等不穩(wěn)定地層，然后改用金剛石鉆進至終孔。因此，在此只介紹這二種鉆進方法。一、硬質(zhì)合金鉆進1 概念 將具有一定強度和形狀的硬質(zhì)合金，按鉆進要求固定于鉆頭上，在一定的技術(shù)條件下，作為切削具破碎巖石的一種鉆進方法。2 鉆探對硬質(zhì)合金的要求合金鉆進是靠固定在鉆頭體上的硬質(zhì)合金來破碎巖石的，而各種巖石都具有一定的強度和研磨性，鉆進時鉆頭上受力也很復(fù)

4、雜，因此，所使用的硬質(zhì)合金應(yīng)具有如下性能： 硬度大且耐磨性強。便于鉆頭能有效地切入或壓入巖石，并能抵抗巖石對硬質(zhì)合金的磨蝕作用。 抗彎強度大且韌性好。便于能承受破碎巖石過程中各種變化的負荷而不至于崩刃和碎裂。 熱硬性好而導(dǎo)熱性高。鉆進中孔底會產(chǎn)生很高的溫度，因此要求較高的熱硬性，而且在沖洗液中易于釋放熱量。成型性好，容易鑲焊在鉆頭體上。地質(zhì)勘探用的硬質(zhì)合金主要是鎢鈷合金，這類合金其性能滿足上述要求。3 硬質(zhì)合金鉆頭鉆探用的硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)合理與否直接影響到鉆進效率、鉆頭壽命、鉆孔質(zhì)量以及材料成本，因此要認真對待合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素的研究與選擇。它一般分為二大類：取心鉆頭和全面鉆頭。地質(zhì)勘探中一

5、般都只采用取心鉆頭。 鉆頭體：它是鑲嵌切削具的基體，用 D35或 D45號無縫鋼管制成，針狀合金鉆頭的內(nèi)外出刃應(yīng)與相應(yīng)的金剛石鉆頭一致，鉆頭體長度不得短于 95mm，其中絲扣部分長度 40mm，鉆頭鋼體壁厚 7 至 9mm，過厚克取巖石面積大，消耗功率多，過薄影響強度而容易變形。壁厚在保證足夠強度與剛度的條件下力求減小，以使克取面積減少以提高鉆進效率。2 合金鑲焊數(shù)目和排列形式：應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)、鉆頭直徑、合金質(zhì)量、鉆具強度和設(shè)備功率等因素來確定。鉆頭直徑大、孔較深、巖石硬度大和研磨性較高時，合金數(shù)量要適當增加。地質(zhì)勘探中常用的數(shù)量如下表所示。鉆頭規(guī)格（ mm）合金數(shù)量（個）3646597691

6、110130150巖石性質(zhì)研磨性較強的巖層3-43-44-666-88-1010-1412-14弱研磨性巖層3-43-444-666-8810在排列形式上一般采用均勻單環(huán)排列。 切削具的出刃：主要是底、內(nèi)、外三種出刃。其中底出刃起切入并破碎巖石的任務(wù)，大出刃利于破碎巖石和沖洗液流通，但過大容易造成崩刃與折斷；內(nèi)外出刃主要是形成環(huán)狀間隙，以保證沖洗液流通，較大的內(nèi)外出刃會導(dǎo)致鉆頭回轉(zhuǎn)阻力增大，容易崩刃折斷，但有利于排粉和減少巖心堵塞的機會，太小了則容易造成巖心堵塞和影響排粉效果甚至?xí)斐珊@等不良現(xiàn)象。因此，出刃的大小應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)來考慮，實際工作中可參考下表進行選擇。巖石性質(zhì)內(nèi)刃（ mm）外刃

7、（ mm）底刃（ mm）松軟、弱至中等研磨性1.5-2.52.5-32-3巖石中硬、強研磨性巖石1-21-21.5-2.53 鑲焊角：合金顆粒與鉆頭唇面的夾角，一般采用正前角鑲焊，這種鑲焊切削具有自磨作用也有利于排粉，但所需軸向壓力要較其他方法大些。 水口及水槽：起到?jīng)_洗液流通冷卻鉆頭和攜帶巖粉的作用，其形狀與大小應(yīng)根據(jù)巖層性質(zhì)、鉆頭結(jié)構(gòu)形式、沖洗液種類的不同而考慮。一般地，水口面積的總和要大于鉆頭與巖心之間或鉆頭與孔壁之間的環(huán)狀面積，以減少循環(huán)阻力。4 合金鉆進技術(shù)參數(shù)合金鉆進的技術(shù)參數(shù)主要包括鉆壓、轉(zhuǎn)速和沖洗液量。它們對鉆進效率、鉆孔質(zhì)量、磨料消耗、施工安全等直接有關(guān)系。在操作過程中，應(yīng)根

8、據(jù)巖石的物理機械性質(zhì)、鉆頭結(jié)構(gòu)、鉆探設(shè)備和鉆具的可能性以及鉆孔質(zhì)量要求等條件來合理掌握，并通過實踐當中進行修正、總結(jié)出適合礦區(qū)的最優(yōu)鉆進技術(shù)參數(shù)。 鉆壓：合理的鉆壓應(yīng)該既保證鉆頭耐久性又獲得最大的平均機械鉆速。在其它條件不變的情況下，在一定范圍內(nèi)，鉆速隨著鉆壓的增加而成比例地增加。實踐證明：鉆速的提高主要是依靠鉆頭壓力的增加來實現(xiàn)。但壓力過大會導(dǎo)致崩刃、鉆具折斷、鉆孔彎曲、軟巖層中容易燒鉆等事故。鉆壓可通過下式進行計算：鉆頭總壓力 = 每顆切削具上應(yīng)加的壓力（如柱狀合金70-120kgf/ 顆） X 鉆頭上切削具的顆數(shù)實際工作中應(yīng)該根據(jù)所鉆的巖層性質(zhì)而選擇的合金切削具型式和鉆頭的排列與數(shù)目進行

9、初步計算，同時在施工中不斷總結(jié)出最優(yōu)的鉆壓。 轉(zhuǎn)速：鉆具轉(zhuǎn)速有二種表示方法，一是鉆頭每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)（轉(zhuǎn) / 分），另一個是用鉆頭的圓周速度 V（米 / 秒）來表示。 V = （D + D1） n / （2X60）生產(chǎn)實踐表明：在一定條件下，提高鉆頭轉(zhuǎn)速可增大鉆速，但超過最優(yōu)值后反而隨轉(zhuǎn)速的增高而使鉆速降低。一般情況下，在軟至中硬巖中鉆進時，可采用較高的轉(zhuǎn)速；在堅硬和強研磨性巖石或非均質(zhì)和裂隙發(fā)育的巖石中鉆進，則應(yīng)降低轉(zhuǎn)速；深孔或大口徑鉆進也應(yīng)降低轉(zhuǎn)速。4 沖洗液量 ：沖洗液量的大小應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)和鉆孔直徑等因素而定。一般地，在軟巖層中鉆進因進尺快所產(chǎn)生的巖粉多而選擇較大的沖洗液量；在巖石顆粒粗

10、比重大的巖層鉆進也應(yīng)相應(yīng)加大沖洗液量；在大直徑孔、深孔鉆進時，鉆桿和孔壁滲漏多也應(yīng)加大沖洗液量；而在松散、破碎地層鉆進，為防止沖蝕巖心和沖垮孔壁，應(yīng)選擇較小的沖洗液量。沖洗液量Q的大小一般用經(jīng)驗公式進行計算：Q= KDK經(jīng)驗系數(shù)（ 615l/cm.min ） D 鉆頭直徑（ cm）實際鉆進工作當中，各參數(shù)之間有著密切的聯(lián)系，要達到合理的配合，其配合關(guān)系大致如下：巖石鉆壓轉(zhuǎn)速沖洗液量研磨性大的硬巖石大小小裂隙巖層小小相應(yīng)地小軟巖小大相應(yīng)地大設(shè)計中可根據(jù)下面的技術(shù)參數(shù)表的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)根據(jù)礦區(qū)地層巖性特點加以選擇，同時應(yīng)在實際工作中摸索出適合礦區(qū)地層的最優(yōu)技術(shù)參數(shù)。不同巖層鉆進技術(shù)參數(shù)范圍表鉆進技術(shù)參

11、數(shù)鉆頭壓力巖石級別轉(zhuǎn)速泵量取心鉆頭刮刀鉆頭(rpm min)( Lmin)（ kg粒）（ kgcm）514 級50601001202003508056部分 7級8012012015015025080注：（ 1）針狀硬質(zhì)合金塊每塊能承受的壓力為150 200kg；（ 2） 100 型鉆機的泵量，以水泵最大有效排水量送給。（ 3）刮刀鉆頭單位壓力（ kgcm）中的 cm，系指鉆頭直徑。5 合金鉆進注意事項采用合金鉆進，除了合理選用鉆頭結(jié)構(gòu)和鉆進技術(shù)參數(shù)外，還必須有正確的操作方法，才能達到提高鉆進效率和鉆頭使用壽命的目標。因此，應(yīng)注意以下幾方面： 新鉆頭入孔內(nèi)，應(yīng)離孔底 0.5 米以上并輕壓慢轉(zhuǎn)掃至

12、孔底，以防止新鉆頭被擠夾住。掃孔時速度要慢，以防止合金崩刃或因孔底有殘留巖心而堵塞。 要經(jīng)常保持孔底清潔。孔內(nèi)的巖粉、崩落的合金須及時撈取，孔內(nèi)有殘留巖心在0.5 米以上或有脫落巖心時不得下入新鉆頭。 為保持孔徑一致，鉆頭應(yīng)排隊使用。原則是先用外徑大內(nèi)徑小，后用外徑小內(nèi)徑大的。 正常鉆進壓力要均勻，不得無故提動鉆具，并隨著合金的磨鈍逐步加大壓力。發(fā)現(xiàn)巖心堵塞時要及時處理，無效時立即提鉆以防止孔內(nèi)事故。6 合理掌握好回次進尺時間。合金鉆進時因磨料逐漸磨鈍而出現(xiàn)鉆孔縮徑和鉆速逐步下降，因此，為避免下一回次的擴孔、起下鉆時間和提高回次效率，應(yīng)當確定合理的回次進尺時間，這是提高鉆速的有效措施之一。可通

13、過計算法或作圖法進行現(xiàn)場確定，各礦區(qū)地層情況不一，在此無法具體給出數(shù)據(jù)?；卮毋@速 = （回次累計進尺） / （鉆進時間累計+ 起下鉆時間）二、金剛石鉆進1 金剛石鉆進的優(yōu)點：與其它方法相比具有如下優(yōu)點： 鉆進效率高； 鉆孔質(zhì)量好（采取率可達 90%以上，巖礦心代表性好，巖礦心光滑完整、無選擇性磨損和富礦流失、污染等現(xiàn)象，鉆孔彎曲?。?事故少； 勞動強度低； 成本低； 應(yīng)用范圍廣。2 金剛石鉆頭在這里我們要了解和掌握金剛石鉆頭的組成、類型和規(guī)格及其結(jié)構(gòu)等知識，才能在進行設(shè)計或?qū)彶樵O(shè)計時對礦區(qū)所選擇使用的鉆頭是否合理做出一個評價。 鉆頭的組成：由三個部分組成，即金剛石、胎體、鉆頭體。金剛石：分底

14、刃、邊刃、側(cè)刃金剛石。底刃用于克取巖石，要選擇晶形較好的金剛石；邊刃主要用于克取巖石并要保內(nèi)外徑。因此要選擇質(zhì)量最好的金剛石；側(cè)刃僅用于保內(nèi)外徑，可選擇較次質(zhì)量的金剛石。胎體：是鉆頭底部包鑲金剛石的一圈假合金，采用粉末冶金法或電鍍法制成各種需要的形狀，用來包鑲金剛石顆粒并牢固地與鉆頭體焊接在一起。胎體部分開有水口，供沖洗液流通之用。金剛石鉆頭胎體硬度一般在 HRC2050 之間，要根據(jù)礦區(qū)巖性研磨性、破碎程度等因素來合理選擇鉆頭胎體硬度。7鉆頭體：鉆頭鋼體部分，用中碳鋼制作，上部車有絲扣，用來與擴孔器連接。3、合理選擇金剛石鉆頭與磨料生產(chǎn)實踐證明，金剛石鉆頭并非能全部順利鉆進各類巖石，在某些巖

15、層中鉆進鉆速非常低甚至不進尺（如俗稱的“打滑地層 ”）。因此，必須根據(jù)巖石的硬度、強度、研磨性、完整度進行合理的選擇，做到鉆頭分層選用 “對號入座 ”，以充分發(fā)揮金剛石鉆進的優(yōu)越性。如果選擇不當，不但不能發(fā)揮其效能，相反會增加金剛石的消耗量使鉆探成本增加、事故增多、效率低、質(zhì)量差，因此必須在設(shè)計與實際工作中重視這項工作。3.1 分層鉆進的選擇原則 在中硬至堅硬巖層以及中、強研磨性巖層、破碎巖層中宜采用孕鑲鉆頭鉆進。3.2 金剛石鉆頭選擇的基本原則鉆頭型式的選擇原則應(yīng)根據(jù)巖石研磨性、完整度和可鉆性進行選擇。表鑲鉆頭適用于軟的、中硬完整巖層鉆進；孕鑲鉆頭適用于硬的、堅硬的、破碎的和軟硬不均的、裂隙

16、性的巖層鉆進。鉆頭胎體的選擇原則：在研磨性強，很破碎、較軟、顆粒度粗的巖層鉆進所選擇的胎體硬度應(yīng)大；反之，研磨性弱、均質(zhì)完整、硬度大、顆粒度細的巖層所選用的胎體硬度應(yīng)偏軟；而在研磨性強、硬度特硬的巖層不應(yīng)選用偏軟胎體，而是要選擇特硬的胎體，否則胎體很快被巖層磨損使鉆頭失去工作能力。具體選擇條件：根據(jù)上述原則，目前常用的人造孕鑲金剛石鉆頭的金剛石濃度、粒度和胎體硬度的具體設(shè)計和使用時可按下表從不同廠家生產(chǎn)的鉆頭中選擇適合礦區(qū)地層的鉆頭。8巖石性質(zhì)堅硬中硬軟細粗金剛石粒度100 目8046 目46 目低高金剛石濃度50%5075%100%較軟較硬胎體硬度HRC30±HRC40HRC405

17、04 合理使用金剛石鉆頭與擴孔器目的在于以最小的金剛石消耗量，取得最高的機械鉆速和最長的鉆頭使用壽命，達到降低成本。其原則是：先用外徑大的，后用外徑小的。同時也應(yīng)考慮先用內(nèi)徑小的，后用內(nèi)徑大的。這樣做的好處在于：4.1 使鉆頭的外徑與孔底部位的孔徑盡量吻合，避免掃孔；4.2 使鉆頭內(nèi)徑與卡簧內(nèi)徑和殘留巖心外徑盡量吻合，防止掃巖心而造成巖心堵塞或損壞鉆頭；4.3 防止鉆頭、擴孔器下不到底被擠卡造成事故；4.4 可防止單個鉆頭連續(xù)進行多回次鉆進而形成“喇叭形 “鉆孔，造成長距離掃孔；94.5 可使鉆頭與擴孔器均勻磨損以延長壽命，降低成本。5 鉆頭與擴孔器、卡簧的配合5.1 擴孔器外徑與鉆頭外徑的配

18、合擴孔器外徑過大，形成 “ 臺階式 ”鉆進，擴孔器易崩刃或過早磨損，導(dǎo)致鉆進效率低；而擴孔器外徑過小就起不到擴孔的作用導(dǎo)致鉆頭過早磨損。因此，擴孔器的外徑與鉆頭外徑的合理配合尺寸為：擴孔器外徑比鉆頭外徑大0.3 0.5mm，在堅硬巖層中不得大于0.3mm。5.2 鉆頭內(nèi)徑與卡簧自由內(nèi)徑的合理配合卡簧內(nèi)徑是巖心進入內(nèi)管的第一道“關(guān)口 ”，若卡簧內(nèi)徑過大，則取不上或卡不住巖心而造成巖心脫落或殘留孔底過長；而卡簧內(nèi)徑過小，則會造成巖心堵塞或巖心頂死卡簧被迫提鉆。因此，它們間的配合尺寸是：卡簧自由內(nèi)徑比鉆頭內(nèi)徑小 0.3 0.4mm?，F(xiàn)場機臺使用時應(yīng)有 2 至 3 種規(guī)格的卡簧供機臺選擇，在使用時先用

19、內(nèi)徑小的后用大的。值得注意的是短節(jié)與卡簧座為過渡配合，卡簧座的下端與鉆頭內(nèi)臺階應(yīng)有 45mm的間隙（防止巖心堵塞）。6 金剛石鉆進常見事故的預(yù)防措施6.1 如何防止巖心堵塞實際鉆進中，當巖層節(jié)理發(fā)育、巖石破碎或因工藝規(guī)程不合理及操作不當，鉆具配合不好等因素存在時，將容易導(dǎo)致巖心堵塞。采取單動雙管鉆具鉆進或?qū)ｉT的取心工具來進行預(yù)防。單動雙管的內(nèi)管有扶正巖心、減少鉆具曠動和容納巖心的作用，同時卡簧座與鉆頭內(nèi)臺階必須有 3 至 4mm的間隙，以保證內(nèi)管自由扶正巖心從而防止堵塞；而在節(jié)理發(fā)育、破碎傾角大的巖礦層中應(yīng)設(shè)計帶容納管的或活塞式的等專門取心工具。另外要保證巖心順利進入內(nèi)管，主要的措施有：內(nèi)管光

20、滑平直；雙管內(nèi)設(shè)減振機構(gòu)或加半合管；良好的卡簧自由內(nèi)徑和鉆頭內(nèi)徑的配合；精心操作，技術(shù)參數(shù)穩(wěn)定，不無故提動鉆具等。6.2 如何防止燒鉆事故10當井底鉆頭得不到充分冷卻時將會發(fā)生燒鉆，燒鉆事故嚴重時會伴隨惡性卡鉆和斷鉆桿等孔內(nèi)事故，因此應(yīng)該做好預(yù)防工作。燒鉆事故主要原因 ：鉆桿中途滲漏，到達孔底沖洗液量不足；水泵工作不正常；巖心堵塞不及時提鉆；孔底巖層漏水；鉆速過快巖粉沒及時排清等方面的原因都會引起燒鉆事故。事故征兆 ：泵壓突然增高，返水變??；回轉(zhuǎn)阻力增加，進尺變慢或不進尺；機械運轉(zhuǎn)不正常；柴油機聲音異?；螂妱訖C電流表值增高等均是發(fā)生燒鉆事故的征兆。預(yù)防措施 ：要防止沖洗液從鉆桿漏失?？稍谔徙@時

21、認真檢查鉆桿磨損情況，不合格都及時更換；下鉆時鉆桿接頭絲扣纏棉紗等措施。 要防止泵量不足?？赏ㄟ^經(jīng)常檢查水泵、使用變量泵和抗震性能好的抗震壓力表和隨時檢查水眼、水路是否暢通來實現(xiàn)； 較軟地層控制鉆速，不得盲目加壓追求進尺。地層由硬變軟時，壓力要隨之改小。 經(jīng)常修磨水口、水槽。要求水口高度不小于3mm，水槽深不小于1.5mm。 精心操作。操作者隨時觀察泵壓表、孔底壓力表、電流表（使用電動機時），孔內(nèi)返水情況，觀察進尺速度和動力機的負荷變化，發(fā)現(xiàn)異常立即提鉆。 下鉆不能一次到孔底，必須離孔底0.5m 以上開泵送水待循環(huán)暢通后再慢速回轉(zhuǎn)下放鉆具到孔底。 發(fā)現(xiàn)巖心堵塞或蹩泵時，應(yīng)立即提鉆。不得用加大壓

22、力或加快轉(zhuǎn)速的辦法來處理。 保持孔內(nèi)清潔，殘留孔底巖粉不得超過0.3m。同時也要經(jīng)常清除清除沖洗液凈化系統(tǒng)內(nèi)的雜物異物和沉渣。8 金剛石鉆進技術(shù)參數(shù)11在正確選擇金剛石鉆頭的情況下，金剛石鉆進效率取決于鉆進規(guī)程參數(shù)的合理調(diào)節(jié)，即鉆頭軸向載荷、鉆頭轉(zhuǎn)速和沖洗液量。許多可變因素對規(guī)程參數(shù)均有直接影響，如巖石物理機械性質(zhì)、鉆頭類型、鉆孔直徑和深度、所用設(shè)備與鉆具等。金剛石鉆進所采用的是以高轉(zhuǎn)速為主體的鉆進規(guī)程，轉(zhuǎn)速參數(shù)的變化影響鉆進效果非常明顯。評價所選擇的鉆進規(guī)程的合理性，主要是根據(jù)鉆速、鉆頭進尺和單位進尺金剛石的消耗量（克拉 / 米），其中以單位進尺金剛石消耗量和鉆頭進尺尤為重要。在實際工作中應(yīng)

23、結(jié)合以下的分別論述根據(jù)礦區(qū)地層巖性特點和選擇的設(shè)備、孔徑和深度等因素，綜合選定出自己所在礦區(qū)施工的技術(shù)參數(shù)范圍，而不是盲目在設(shè)計中套用規(guī)程參數(shù)。8.1 鉆壓是指鉆進過程中直接加在鉆頭上的軸向壓力。合適的鉆壓可保證金剛石鉆頭有效地破碎巖石，效率高、進尺多、金剛石消耗量少。鉆壓低于巖石抗壓強度時，金剛石無法克取巖石而在巖石上滑動并迅速被拋光；鉆壓過大會造成孔底巖屑聚集而使鉆頭胎體磨損過快，金剛石消耗量大，導(dǎo)致鉆速不高甚至糊鉆和燒鉆。選擇壓力時要根據(jù)巖石的可鉆性、研磨性、完整程度、鉆頭類型、金剛石的質(zhì)量、數(shù)量和粒度以及鉆頭克取巖石的環(huán)狀面積等，籠統(tǒng)地按鉆頭直徑推薦鉆壓是不夠全面的。一般地，從巖石性質(zhì)

24、的角度在軟或弱研磨性巖層中用較小的鉆壓；在完整、中硬到堅硬或中等研磨性的巖層中適當加大鉆壓；在破碎裂隙和非均質(zhì)的巖層中應(yīng)視裂隙程度適當減小鉆壓（減少 2550%）。從鉆頭類型上看，口徑大、壁厚、胎體較硬時，用較大的鉆壓，反之用較小的鉆壓，值得注意的是如果用表鑲鉆頭時所采用的鉆壓要較孕鑲鉆頭大，以利于金剛石能壓入所鉆巖石產(chǎn)生體積破碎。從鉆頭的成份看，當所有的鉆頭金剛石品級高、質(zhì)量好，量多、粒度大時，鉆壓應(yīng)大些，反之應(yīng)小些。同時，在實際工作中，確定鉆壓時也應(yīng)考慮鉆頭的新舊程度和估計好鉆壓在孔底的損失，新鉆頭在初磨階段應(yīng)用較小的鉆壓（ 200300kgf ）等正常出刃后方可用正常鉆進壓力；孔底損失主

25、要是受孔深與泵壓的影響，隨著孔深的增加，鉆柱與孔壁間的磨擦及泵壓的增大抵消了部分鉆壓，因此也要相應(yīng)地加大鉆壓以保證鉆頭有效地破碎巖石。設(shè)計時，可根據(jù)下列公式進行計算：表鑲鉆頭的壓力： P = （ 0.66 0.76 ） g m p12式中 P表鑲鉆頭總壓力（ kgf ）；g鉆頭上的金剛石的克拉數(shù)；m金剛石粒度（粒 / 克拉）；p經(jīng)驗單位壓力（ 1.5 2.5kgf/ 粒）；0.66 0.76 是系數(shù)，表示實際克取巖石的金剛石數(shù)量為鉆頭總克拉數(shù)的6676%。孕鑲鉆頭壓力的計算：P = F p式中： P 鉆頭總壓力（ kgf ）； F 鉆頭環(huán)狀克取面積（ cm2）， F=/4（D2 d2）D 鉆頭

26、外徑（ cm）d 鉆頭內(nèi)徑（ cm）8.2 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速是主要技術(shù)參數(shù)之一，金剛石鉆進破碎巖石時切入深度?。ò俜种坏角Х种缓撩祝氆@得高的鉆速就必須采用較高的轉(zhuǎn)速。生產(chǎn)試驗研究表明，在一定范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，鉆速也越高。因此，在實際工作當中，當巖層比較完整、管材有足夠的強度和穩(wěn)定性、配有潤滑劑、設(shè)備能力允許的情況下，應(yīng)該選用較高的轉(zhuǎn)速。值得注意的是，當轉(zhuǎn)速超過一定的限度時鉆速會下降且嚴重影響鉆頭壽命，國內(nèi)長壽命鉆頭一般均在800rpm/min 下獲得。一般地，孕鑲鉆頭出刃很小，切入巖石的深度更小，為獲得較高鉆速，要求線速度達到 1.5 3.0m/s ；表鑲鉆頭的出刃較孕鑲鉆頭大，轉(zhuǎn)速過高時容易

27、引起振動而損傷金剛石，因此表鑲鉆頭的線速度要求在1.0 2.0m/s 。13轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)從鉆孔深度、設(shè)備能力、鉆孔結(jié)構(gòu)及巖石性質(zhì)等方面綜合考慮。深孔鉆進時，鉆具重量大受力情況復(fù)雜，鉆具回轉(zhuǎn)所消耗的功率也大，受功率和鉆具強度的限制以及在泵壓和泵量不足時，轉(zhuǎn)速應(yīng)該降低；淺孔鉆進可選用較高的轉(zhuǎn)速；鉆孔結(jié)構(gòu)簡單，鉆具級配合理時，適當采用高轉(zhuǎn)速；反之，鉆孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鉆桿與孔壁間隙大時，鉆具穩(wěn)定性差，則不宜開高轉(zhuǎn)速。在完整巖層應(yīng)采用高轉(zhuǎn)速；在巖層破碎、裂隙發(fā)育、軟硬不均時鉆具振動大，容易損壞金剛石，應(yīng)降低轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的劃分為高、中、低三個范圍，高轉(zhuǎn)速一般在 700800rpm/min 甚至 1000rpm/

28、min 以上；中轉(zhuǎn)速一般在 400600rpm/min；低轉(zhuǎn)速一般在 200300rpm/min ，最低速100rpm/min 左右。那么在設(shè)計和實際工作中，可根據(jù)上面的這些選擇原則，先確定采用多大的線速度，通過 V = Dn/60 進行換算出轉(zhuǎn)速 n，式中： V 是線速度（ m/s）、D鉆頭平均直徑（ m）、n 是鉆頭轉(zhuǎn)數(shù) (rpm/min) 。同時根據(jù)鉆孔深度、設(shè)備能力和巖石性質(zhì)等因素綜合考慮后確定合理的轉(zhuǎn)速。8.3 沖洗液量一般地說，金剛石鉆進要求不大的泵量和較高的泵壓，同時也要求泵量均勻連續(xù)，有較高的流速。其原因在于孔底與孔壁間隙小加之巖粉顆粒細，必須要有較高的上返流速和較大的沖洗液壓

29、力才能克服流動阻力。因此，鉆探工作中要求使用變量泵作為沖洗液的輸送設(shè)備。確定泵量時考慮因素是巖石性質(zhì)、鉆桿與鉆孔的環(huán)狀間隙、鉆頭類型、金剛石粒度、胎體性能等主要因素。泵量的確定原則如下：從巖石性質(zhì)角度看：鉆進堅硬、顆粒細的巖層時，因鉆速低、顆粒細巖粉少，可用較小的沖洗液量；軟的、中硬、顆粒粗的巖層。因鉆速較高，沖洗液早應(yīng)用大些；在裂隙、輕微漏失的巖層中鉆進，為補償一些漏失應(yīng)用較大的沖洗液量；鉆進研磨性高的巖層摩擦產(chǎn)生的熱量多，用較大的沖洗液量，但注意如果太大會在強烈的液流作用下沖蝕鉆頭胎體而使金剛石顆粒過早暴露導(dǎo)致崩刃脫落。從鉆頭類型看：孕鑲鉆頭鉆進時用大的沖洗液量，原因是轉(zhuǎn)速高需要及時冷卻胎

30、體避免金剛石損傷和防止胎體磨損過快。表鑲鉆頭出刃量較孕鑲鉆頭大，排粉和冷卻條件好，沖洗液量較孕鑲鉆頭小。從環(huán)狀間隙看：鉆孔環(huán)狀間隙內(nèi)巖粉的下沉速度一般在0.1m/s ，沖洗液的上返流速超過下沉速度時方可攜帶巖粉至孔口。因此，金剛石鉆進時要求沖洗液上返流速在 0.3 0.5m/s 。當沖洗液上返流速超過 0.5m/s 時，會沖刷巖石和孔壁上不穩(wěn)固的巖石，容易導(dǎo)致事故的發(fā)生。14從鉆孔深度看：孔深的增加，鉆桿接頭處的滲漏也增加，泵量應(yīng)適當增加。泵量的計算可用經(jīng)驗公式：Q = K D式中： Q 泵量（ l/min ）； D 鉆頭直徑 (cm) ；K 經(jīng)驗系數(shù)，取 5 至 8。根據(jù)上述，在設(shè)計或?qū)嶋H工

31、作中，可先從直徑大小初步計算出沖洗液量，再結(jié)合所在礦區(qū)的鉆進巖石性質(zhì)、鉆孔深度、采用的鉆頭類型、鉆具級配等方面綜合考慮確定合理的沖洗液量。關(guān)于泵壓問題：金剛石鉆進鉆孔環(huán)狀間隙小，鉆頭水口窄，過水斷面小，因此流動阻力大從而泵壓較高。泵壓的損失包括地表管路、鉆桿內(nèi)孔、雙管、鉆頭和環(huán)狀間隙幾部分，其中地表管路（包括高壓膠管、水龍頭、主動鉆桿等）、雙管和鉆頭的壓力損失大約 8 個大氣壓；每百米鉆桿約損失 2 個大氣壓。設(shè)計時在設(shè)備選擇中應(yīng)該將這些因素考慮在內(nèi)。同時，在實際工作中，可根據(jù)泵壓的變化來判斷孔內(nèi)情況作出相應(yīng)的處理對策。一般地，鉆進過程中泵壓發(fā)生小幅度的上升或下降現(xiàn)象，是孔底換層的征兆，這時要

32、注意進尺情況和鉆具響聲，必要時可調(diào)整鉆進參數(shù)（包括三個參數(shù)），以防巖心堵塞；泵壓如果大幅度增高，是發(fā)生嚴重堵塞的反映，要盡快將鉆具提高孔底以防止發(fā)生燒鉆；如果泵壓大幅度下降，多半是鉆桿折斷或脫扣，應(yīng)立即停車檢查。因此，鉆進過程中經(jīng)經(jīng)常觀察泵壓的變化，嚴防送水中斷和中途泄漏，同時也要配備性能良好的泵壓表，以便幫助迅速地判斷孔內(nèi)情況。8.4 技術(shù)參數(shù)的合理配合鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量三者間是相互配合與相互制約的一種關(guān)系。在一定條件下存在最優(yōu)的配合關(guān)系，這種最優(yōu)關(guān)系稱最優(yōu)鉆進規(guī)程。只有在最優(yōu)的規(guī)程下鉆進。才能在以最小的金剛石消耗量獲得最高和鉆速和較長的鉆頭壽命，達到優(yōu)質(zhì)、高效、低成本和安全的目的。一般地，在

33、較軟地層鉆進，采用高轉(zhuǎn)速、大泵量和適當?shù)膲毫Γ辉趫杂驳难心バ詮姷膸r層鉆進，則采用大鉆壓和適當?shù)霓D(zhuǎn)速和泵量；在裂隙發(fā)育的破碎巖層和研磨性強的巖層鉆進，則采用最小限度的鉆壓、轉(zhuǎn)速中低和適當?shù)谋昧?；?“打滑層 ”中鉆進，應(yīng)用大鉆壓、中低轉(zhuǎn)速和適當?shù)谋昧?。總之，各參?shù)的合理配合要結(jié)合實際情況加以摸索、總結(jié)，不斷積累經(jīng)驗，逐步豐富和完善礦區(qū)的鉆進工藝規(guī)程。15繩索取心鉆進規(guī)程參數(shù)較普通金剛石鉆進參數(shù)大些，這主要取決于鉆頭唇面的不同而引起的，其鉆壓較普通外頭大些，轉(zhuǎn)速在動力條件允許情況下宜選擇高轉(zhuǎn)速，而水量因環(huán)狀間隙很小應(yīng)采用比普通雙管要小（一般3535 升/ 分），具體在此就不講了。9 鉆具的的選擇目前我區(qū)鉆探中除了開孔使用單管外，換徑后一般均采用雙管鉆具進行