第一章 绪论

一、 课程的内容、地位和任务

“钻掘工程学” 研究如何借助机械或化学方式（爆破能）破碎岩土层，在地下形成规格和质量符合设计要求的钻孔或坑道，以达到找矿、采矿及其他工程建设或灾害治理的目的。它与地质学、矿业科学、机械工程、土木工程等有着密切的关系。涉及资源和环境两大主题。 本课程的主要任务：

讲授有关钻掘工程，尤其是钻探工作的原理。综合分析钻探的实践经验；了解和掌握钻探的工作过程和基本规律；熟悉工程施工方法和程序；了解相关的新技术、新方法以及发展方向等。 本课程的目的：

使学生在未来的工作中能够运用所学的知识和技能，合理解决生产实际中遇到的问题；并能根据生产需要，采用新技术、新方法，提高劳动生产率和地质勘查水平。 二、岩土钻掘工程的渊源和发展概况

冲洗冷却方式不断改进完善：(1) 全孔正循环；(2) 全孔反循环；(3) 孔底局部正循环；(4) 孔底局部反循环；(5) 节水钻进 三、岩土钻掘工程的应用

(1) 矿产资源勘探和部分矿产的开采（如普查、采铀、石油开采等）；(2) 水文地质勘探和水井钻（按人均拥有水资源量计算：中国属于严重缺水的国家。西北地区占全国面积1/3，水资源量仅

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占全国总量的8%，严重制约了经济的发展。）；(3) 工程地质勘查和生态环境研究(地基勘察、南极冰川钻探) ；(4) 地质灾害的防治与环境治理(三峡、小浪底)；（我国每年地质灾害的损失达几百亿元，地质灾害治理正是本学科的主要服务领域之一。）；(5) 工民建和路桥基础工程；(6) 国防工程及海岸工程；(7) 科学钻探 四、钻探工艺及程序*

钻探主要程序：破碎岩石；排除岩屑；保护孔壁；升降钻具。 包含两个主要工序：钻进、起下钻

岩心钻探的基本工艺过程：(1)平整场地，挖好循环系统，安装钻塔、钻机、泵和动力机；(2)按设计的方向开孔,在孔口固定孔口管；(3)据所钻岩石物理力学性质、钻头直径、钻头类型和孔深选择合理的规程参数，一边冲洗钻孔，一边通过给进机构、钻柱给钻头加轴向压力和回转速度 ；(4)钻头在孔底钻出一个环形空间，并形成岩心，随着钻孔加深岩心将充满岩心管。(5)清洁孔底、冷却钻头切削具后，携带岩屑的冲洗液上返流出孔口，并在沉淀槽、沉淀池中清除掉岩屑后，清洁的液体再流回泥浆池，如此循环。(6)把钻具提至地表，从岩心管内取出岩心。重新配好钻具，再下放至孔内继续钻进。

完成钻孔的主要工艺流程图*：钻机搬迁，平整场地，设备安装，调试，开孔，选钻进工艺参数，钻孔冲洗及冲洗介质循环，冲洗液及选择，提钻，取心下钻，下套管护壁，测斜，测井、封孔

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常用的钻进方法及选用原则：软岩和中硬岩层:用硬质合金回转钻头钻进；硬岩:用金刚石钻头或钢粒钻头钻进；硬脆岩层:用液动（气动）孔内冲击器钻进或镶齿牙轮钻进更有效 ； 钻孔的直径取决于钻进目的、钻孔结构和钻进方法：金刚石钻头主要用于小口径；钢粒钻头主要用于91mm以上的口径、中硬岩钻进； 硬质合金和牙轮钻头则既可钻进小口径孔 又可钻进直径达2m以上的大口径水井、工程施工孔和浅井； 钻孔深度可在几米至几千米范围内变化 五、钻探工程的应用范围*

1．地质勘探（普查找矿钻探；矿产勘探钻探；水文地质、水井钻探；工程地质钻探）2。开采矿产资源钻探；3。工业工程施工钻探

六、钻探方法的分类*

1 根据钻进时取心的特点分类： 岩心钻探；不取心钻探 2 根据钻孔的用途分类： 普查找矿钻探；勘探钻探；开采钻探；辅助钻探

3 根据钻孔中心线的倾角和方位角分类： 垂直孔；倾斜孔；水平孔

4 根据钻孔位置分类：地表钻探；水上钻探（河上、湖上、海上）；地下坑道钻探

5 根据钻孔布置方法的分类：丛状布孔；多井筒钻进；多孔底钻进

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6 根据碎岩方式分类： 物理方法破碎岩；化学方法破碎岩石；机械方法破碎岩石（冲击钻进；回转钻进；其它）。 冲击钻进又分为：手动冲击钻进；机械冲击钻进。 回转钻进又分为：手动回转钻进；勘探回转钻进；深井回转钻进。其它包括：螺旋钻进；震动钻进；冲击回转钻进。 勘探回转钻进再分为：硬合金钻进；刚粒钻进；金刚石钻进。 深井回转钻进再分为:转盘回转钻进;井底发动机钻进. 井底发动机钻进可再分为：涡轮钻进；螺杆钻进；电钻进。

7 根据钻进使用的冲洗液分类:清水；泥浆；加重冲洗液；充气冲洗液；乳化液；饱和盐溶液；冷的压缩空气（气体）。

第 2 章 岩石性质及碎岩机理

钻掘工程指在地壳中破碎各类岩石，钻出不同直径、深度的钻孔或不同形状、长度的坑道。 第一节 岩石的物理力学性质

一、岩石的组成与分类：岩浆岩 ；沉积岩；变质岩。 岩石是矿物颗粒的集合体。矿物的解理和劈理发育程度及方向，矿物硬度、晶体结构等特征，一定程度上决定着岩石抵抗外力的能力。 硬度高的矿物组成的岩石强度及硬度较高。 通常造岩矿物中石英含量愈多，胶结物的强度愈大，矿物颗粒愈细，岩石的强度愈大；粘土矿物愈多，岩石的硬度愈低。从硅质－铁质－钙质－泥质胶结，岩石强度依次下降。 二、岩石的结构

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