孔深、孔底、孔壁等要素组成。 钻孔结构选择以岩石的物理性质、覆盖层厚度、开孔地层情况、水文地质条件、钻孔深度、终孔直径、以及钻进方法和钻探用途为依据。开孔钻穿覆盖层或风化带，钻入基岩3~5m下入孔口管，为稳定地层，力争少换径，尽可能一径或二径到底，终孔口径根据勘探目的确定。 2 开孔 开孔前必须准备好所有钻进器材，对钻探设备及安装质量进行全面检查，制定钻孔的施工方案和技术措施。 开孔要防止孔斜，必要时可在孔口挖坑下入定向管，以防止发生坍塌、掉块和冲洗液漏失等现象，钻进规程应该轻压慢转。

第四章 硬合金钻进

第一节 概述

一、概念 硬质合金钻进：利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具，作为破碎岩石工具的钻进方法。以碎岩切削研磨材料命名，如金刚石钻进、钻粒钻进。 占我国煤田地质钻探工程量的80%

二、硬合金钻进的特点 1、优点 ①硬合金镶焊在钻头体上比较坚固，可以应用于任意方向的钻孔。②根据不同岩性，可以灵活改变钻头结构参数。③操作简便，钻进规程参数容易控制，孔内事故较少。④钻孔质量易于保障，岩心采取率较高，孔斜较小。有利于控制矿层顶底板矿心的采取。 2、缺点 硬质合金的强度有限。 硬合金的硬度较刚玉还硬，但对钻探而言其硬

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度、强度、耐磨性、抗折弯的能力仍嫌不足，与金刚石和钻粒钻进相比，硬合金不能钻进坚硬、及强研磨性岩石。 主要用于钻进1~7级及部分8级岩石。

第二节 硬质合金钻进的碎岩过程与钻头磨损

一、硬质合金钻头钻进的孔底碎岩过程 可分为塑性岩石碎岩过程、脆性岩石碎岩过程、切入与切削同时作用下的碎岩过程 1、塑性岩石的碎岩过程 岩石切入岩石的过程：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

须大于或等于岩石的抗压强度（压入硬度），即：Py/So≥ σ 式中： Py—一个切削具上的轴向压力；S0—切削具与岩石的接触面积；σ—岩石的临界抗压入强度（相当于在该条件下岩石的硬度）。

即：Py≥σS0是切削具切入岩石的必要条件，否则切削具在井底不能切入岩石，碎岩过程变成切削具对岩石的表面磨蚀，碎岩效果很差。 因此，钻进中必须有足以使切削具切入岩石的轴向压力。

钻进中钻头上的硬质合金切削具主要受轴向压力Py和水平回转力Px作用。回转运动时切削具前的岩石在切向分力F作用下不断塑性流动并自由滑移(切削作用)。Px大体不变，切槽与刃宽基本吻合

2、塑脆性岩石的碎岩过程 塑脆性岩石的碎岩过程为压碎、剪裂。岩石破碎大体分为三个过程：（1）切削具在双向力作用下

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吃入岩石，刃前岩石沿剪切面破碎后，Px力减小，继续前移，碰撞刃前岩石。（单面锲形切削具切入脆性岩石） （2）切削具刃前接触岩石的部分面积很小，对前方岩石产生较大的挤压力，压碎刃前的岩石，随着Px力的增大，使岩石产生小的剪切破碎；继续前进可能重复产生若干次小的剪切体，向自由面崩出。（3）当切削具前端接触岩石的面积较大时，前进受阻：一方面切削具继续挤压前方的岩石；另一方面Px急剧增大，当达到极限值时，迫使岩石沿剪切面产生大剪切破碎，并在刃尖前留下一些被压实的岩粉，然后Px突然减小。

切削具不断向前推进，上述推进过程重复出现形成循

环。在每次循环中，切削具两侧的岩石也和刃前岩石一样，分别产生一组相近似的小剪切体与大剪切体，使切槽断面近似梯形，造成孔底和切槽边缘粗糙不平、有规律地变化。 二、硬质合金切削具及磨损

1、硬质合金切削具的性能 切削具通常采用钨(WC)－钴(Co)类硬质合金。碳化钨为骨架材料，钴为粘结材料。 这类钻头称之为YG类硬质合金。硬度可达HRA90，比钢玉还硬，抗弯强度达1.4*109Pa，基本能满足钻探对切削具的必须要求：强度大、耐磨、抗弯、抗冲击、导热性能好、易镶焊和更换。 含Co量高，合金密度小，硬度低，耐磨性弱，但抗弯折强度高，冲击韧性强。成分相同时，碳化钨的颗粒越细，硬质合金的硬度越大，耐磨性越高。反之，抗弯强度提高，韧性增加。依此

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规律，可合理的选择。 硬质合金钻进一般适用于软、中硬岩层钻进。不同规格、形状的切削具适用于不同的地层 2硬质合金切具的形状和规格 片状——有短片状、直角片状、菱形片状。易于切入切削岩石，但抗弯能力低,主要用于1-5级软岩。须采用大出刃。

柱状——方柱状、八角柱状，抗弯、抗压能力较强，主要用于6~7级中硬岩石。

针状——主要用于制造自磨式钻头，用于中硬、硬岩或高研磨性岩石中。为便于镶焊，针状合金按现场需要可加工成排状或胎块。 3、硬质合金切削具的磨损 费得洛夫等用鱼尾钻头对硬质合金切削具的磨损研究得出的磨损曲线：切削具单位时间磨损量W与切削具刃端面积上比压σ的关系。横坐标的分界点表示岩石的压入硬度，在其前后属于两种不同性质的磨损。

（1）曲线Ⅰ当σ＜σ0时，切削具未能有效地吃入岩石，钻进处于表面破碎状态，此时切削具单位时间的磨损量W正比于切削具上的比压σ

（2）曲线Ⅱ当σ＞σ0时，岩石呈体积破碎。随着切削具上比压σ的增大，单位时间的磨损量W呈下降趋势。即在体积破碎的条件下，切削具的磨损主要不取决于轴向压力，而取决于岩石

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