国家精品课程岩土钻掘工程学第6章__冲击回转钻进与

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国家精品课程岩土钻掘工程学第6章__冲击回转钻进与

•2020/5/25
中国地质大学勘查教研室
•第二节液动和气动冲击器
主要特点: 1)结构简单易操作； 2)无弹簧及配水活阀等零件，寿命较长； 3)能量利用率较高； 4）工作时不易堵水较好预防烧钻及蹩泵等事故； 5）钻进中产生的高压水锤波比阀式冲击器小，钻具工作较平
稳，能减少水泵、冲击器及高压管路等零件损坏.
使用风动冲击器钻进时，需配备能力较大的空压机，燃料消耗较大，设备也较复杂。
•2020/5/25
中国地质大学勘查教研室
•第二节液动和气动冲击器
1. 有阀冲击器
1.1 压差式斜面蝶状阀配气装置
所谓压差式是以风动冲击器活塞运动方向的前方增压，后方减压所造成的压力差来实现阀的变位，从而达到配气的目的。
冲锤活塞上、下面积不同产生压差使其向上移动；当冲锤上行到与活阀接合时，通道d1 被关闭，冲锤与活阀一起急速下行，当下行h 时，活阀被支撑座4限止，冲锤与活阀分离，借助惯性继续下行到s时，冲击砧子9；
由于冲锤中心通道被打开，液流恢复循环，在液流压力作用下，活阀与冲锤急剧上行，周而复始。
•2020/5/25
国家精品课程岩土钻掘工程学第6章__冲击回转
钻进与
2020年5月25日星期一
• 第一节概述
•国家精品课程
•岩土钻掘工程学
冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击力和回转切削力共同破碎岩石的钻进方法。与常规回转钻进法相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力，便可以达到破碎坚硬岩石的效果。
•2020/5/25
中国地质大学勘查教研室
•第二节液动和气动冲击器
另一路气进入外缸9和内缸8间的环形腔(活塞运动进气室)→推动活塞上下运动。

2020年【采矿课件】第六章钻眼爆破参照模板可编辑

级别 I
II
III
IIIa IV IVa V Va
VI
VIa VII VIIa VIII IX X
坚固性程度
岩石
最坚固的岩石
很坚固的岩石
坚固的岩石
坚固的岩石相当坚固的岩石相当坚固的岩石坚固性中等的岩石坚固性中等的岩石
相当软的岩石
相当软的岩石软岩软岩
土质岩石松散岩石流沙状岩石
最坚固、最致密的石英岩及玄武岩，其它最坚固的岩石
•
第三节爆破工作
► 三、起爆器材 ► 起爆器材就是供给炸药能量使其爆炸的器材。起爆器材在煤
•
第三节爆破工作
1．硝甘炸药 ► 硝甘炸药的优点是爆炸力强，并具有良好的抗水性，所以特
别适用于爆破含水较多的坚硬岩石或矿石。例如多在开凿水量较大的井筒时使用。 ► 硝甘炸药的缺点是敏感性很强，受到撞击或摩擦就可能引起爆炸。而且还易于冻结、失效和出现汗渍。 2．硝铵炸药 ► 硝铵炸药是我国煤矿中广泛采用的炸药。它的主要成分是硝锯酸末铵及(炭N粉H4等NO。3)，此外，还含有三硝基甲苯(T．N．T．)、 ► 适用于有瓦斯和煤尘爆炸危险矿井中的硝铵炸药称为安全炸药。在爆炸时它产生短而温度较低的火焰，可避免引起瓦斯或煤尘爆炸。
行的车体上，安立钻臂，钻臂上端安设推进器。凿岩机在推进器的导轨上，因推进机械的作用而前后移动，完成钻进和退钻的动作。钻臂可上下、左右摆动，以便将凿岩机安置在所需钻眼的位置。 ►台车行走机构有轨轮、履带及轮胎三种形式。国产台车目前以轨轮式为主。
•
CGJ220.2型掘进凿岩台车
•
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二节钻眼工作
很坚固的花岗岩类：石英斑岩，很坚固的花岗岩，硅质片岩；坚固程度较I级岩石稍

第6章钻眼爆破

第三节爆破工作
掏槽眼：首先爆炸的炮眼，其作用在于增加自由面。辅助眼：在掏槽眼的外围，除崩落岩石外，还能扩大所掏的槽，提高周边眼的爆破效果。周边眼：靠近巷道的周边，其作用在于使巷道获得一定的形状和规格。炮采工作面常用的炮眼布置图（演示）
第三节爆破工作
二、矿用炸药炸药是一种固体或液体的化合物或混合物。当这种物质受到一定的外界能量作用时 (遇热、机械冲撞力、其它炸药爆炸的影响)，就能迅速分解，同时产生大量的气体和热量。在炸药迅速分解的过程中，由于气体的膨胀作用对周围介质产生突然的冲击压力，致使介质破坏，同时发生巨大的音响和振动，这种现象称为爆炸。爆炸与燃烧的区别：爆炸与燃烧的共同点均是散发气体和热量，但燃烧的反应速度很慢，所以热量不能聚积，气体产生随即溢散。爆炸则反应速度很快，每秒钟达几百乃至几千米，而且产生很高的温度(1500—4500℃)和大量的气体。
2
VIa
相当软的岩石
碎石土，破碎的页岩，结块的卵石及碎石，坚硬的烟煤，硬化的粘土
1.5
VII
软岩
致密的粘土，软的烟煤，坚固的表土层
1.0
VIIa
软岩
微砂质粘土，黄土，细砾石
0.8
VIII
土质岩石
腐植土，泥煤，微砂质粘土，湿砂
0.6
IX
松散岩石
砂，细砾，松土，采下的煤
0.5
X
流沙状岩石
流砂，沼泽土壤，包含水的黄土既包含水的土壤
河南理工大学《采煤概论》精品课程
第三篇井巷掘进与支护第6章钻眼爆破
本章主要内容
第6章钻眼爆破第一节岩石的性质及分级第二节钻眼工作第三节爆破工作
第一节岩石的性质与分级
井巷掘进是煤矿生产一项经常而重要的工作。不论开掘何种井巷，其主要工作都是破岩和支护。破岩和支护的主要对象是各种不同的岩石，其物理力学性质各异。因而，了解岩石的性质，对于合理的确定破岩方法和支护方式，选用适当的凿岩机械、爆破器材和掘进机械，以及正确确定工作定额，具有重要的意义。

【采矿课件】岩钻掘工程学[精品]

• •
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。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。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。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。
随着工业技术的进步，破岩磨料及钻探工具都在不断改进。 19 19世纪末期，美国在硬岩（裂隙性）岩石中使用钢粒钻进。 1953~54年瑞典和美国GE公司合成了单晶人造金刚石，前苏联 1966年开始用人造金刚石钻头。我国从20世纪70年代末开始大批量生产人造金刚石钻头。
岩土钻掘工程学
随着科技进步和经济发展，岩土钻掘工程在国民经济中发挥着越来越大的作用 (1) (2) (3) (4) 地质灾害的防治 (5) 工民建和道路桥梁 (6) 国防工程及海岸 (7) 科学钻探。胜利油田
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
绪论
1. 课程的内容、地位和任务
“岩土钻掘工程学” 研究如何借助机械方式或化学方式（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。它涉及了资源和环境两大主题
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学应包括原“钻探工艺学”和“坑探工程学 ”的内容。但在目前市场经济条件下，本专业涉及的与“钻 ”有关的工作量更大，服务领域更宽。因此，本课程的讲授以“钻”为主，兼顾“探”与“掘”。 1994年美国政府在“国家钻探和采掘技术（NADET）计划”中指出：钻探和采掘是石油、矿业、现代交通、地下公用设施等关键部门所急需的…，其未来的状况取决于我们钻采技术的领先程度。在高新技术流行的今天，这些并不诱人的美国的“NADET”计划，从另一个角度说明了岩土钻掘工部门的生命力对我们的持续繁荣和昌盛是必不可少的。程是与国计民生息息相关、保证国民经济可持续发展不可替代的重要技术手段。

《岩土钻掘工艺学》教学大纲3

岩土钻掘工艺学一、课程说明课程编号：010205Z10课程名称：岩土钻掘工艺学/Rock & Soil Drilling and Tunneling课程类别：专业课学时/学分：64/4先修课程：《地质学基础》、《机械制图》、《理论力学》、《材料力学》等适用专业：地质工程教材、教学参考书：1.鄢泰宁. 《岩土钻探工艺学》长沙：中南大学出版社2014，32.汤风林. 《岩心钻探学》武汉：中国地质大学出版社19963.李世忠. 《钻探工艺学》（上册）北京：地质出版社1992，64.鄢泰宁. 《岩土钻掘工程学》武汉：中国地质大学出版社2001，85.张绍和. 《钻探事故预防与处理知识问答》长沙：中南大学出版社2010，3二、课程设置的目的意义岩土钻掘工艺学课程是为地质工程专业设立的构建专业必备知识体系的专业课程。

课程设置的目的是让学生通过学习岩土钻掘工艺学这门重要的专业课程，了解岩土钻掘工艺施工方法、钻探工程质量保证措施和技术手段、相关钻具和仪器的结构和工作原理，熟悉在钻探工程、工程地质、岩土工程、土木工程等领域施工中如何选用合理的钻探工艺和钻具，关注岩土钻掘工艺方法的特点和在使用中存在的不足，有利于创新性地改进和研制满足现代岩土钻掘工艺需求的技术手段和施工器具，为从事地质工程领域及相关行业工作时，正确合理地设计、选用、改进、评价、使用各类岩土钻掘工艺和器具等奠定基础。

三、课程的基本要求知识：掌握岩土钻掘工艺学的基本概念；从钻掘工艺的角度，熟悉岩石的各种性能特别是可钻特性，了解岩石在钻进时的破碎机理；掌握钻探施工中的钻孔结构及其施工设计；知晓钻探过程中所用的杆柱及其受力状况；根据硬质合金钻进、金刚石钻进等工艺方法的特点，学会根据岩石情况和钻孔用途合理选择钻进施工方法，并熟知每种钻进方法的碎岩过程；学会特种情况如坑道钻探、水文水井钻探等的施工特点和技术手段。

了解钻探工程质量的重要性，能够根据岩矿心采取率等质量要求，在钻探施工中设计选用合理的取心钻探方法和技术措施，熟悉各类取心钻探工具和方法的性能和使用目的及范围，并能根据钻探矿区的岩性，选用各种测斜仪器，根据孔斜情况提出防斜治斜方法。

岩土钻掘与设备回转钻进用钻头2011资料

回转钻进和长螺旋干式回转钻进；
② 采用液动、气动孔底冲击器的冲击回转钻进；
③ 钢丝绳冲击钻进；
④ 振动钻进。
上述方法中，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）。
2021/6/27
硬质合金；8—钴的百分8.含9量为18.5%7；c（x）—粗（细）粒合金。
（3）硬质合金的特性：合金中含钴量增加，相对密度下降，硬度、耐磨性降低，而抗弯强度、冲击韧性增高；WC的颗粒越细，硬度越大、耐磨性越强；反之，则抗弯强度、韧性增强。
2021/6/27
中国地质大学勘查教研室
第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程岩土钻掘工程学
分被压成粉状）；同时，Px 力急剧增大，当Px 力达到极限值时，产生大的剪切破碎，然后Px力突然减小。
2021/6/27
中国地质大学勘查教研室
第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程岩土钻掘工程学
（二）弹塑性岩石的孔底破碎过程
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，B1为大剪切时的切槽宽。孔底的破碎过程沿着倾角为γ的螺旋面进行。
第三章回转钻进用钻头
一、硬质合金钻头及其孔底碎岩过程二、金刚石钻头及其孔底碎岩过程三、钢粒钻头及其孔底碎岩过程四、牙轮钻头及其孔底碎岩过程五、全面钻进与钻头
第二章回转钻进用钻头
岩土钻掘工程学
岩土钻进（井）方法绝大多数是机械方式，主要有：
① 伴有循环冲洗介质的硬质合金、金刚石、钢粒、牙轮钻头
2000 2000

第六章冲击回转钻进与冲击振动钻进

2012-7-25 中国地质大学勘查教研室
第二节液动和气动冲击器
其主要特点： (1)正作用冲击器结构简单，性能稳定，调试容易。 (2)冲击器中弹簧的反作用要消耗一部分能量，抵消了很大一部分高压液流所产生的冲击力。 (3)弹簧在1500次／min或更高的循环压缩、伸张下，容易损坏。

国家精品课程
岩土钻掘工程学
2012-7-25
中国地质大学勘查教研室
第二节液动和气动冲击器
1.2 反作用冲击器
国家精品课程
岩土钻掘工程学
利用高压液流推动冲锤上行，压缩工作弹簧储存能量，经弹簧释能作功。高压液流进入，由于水路封闭当冲锤上下端压力差超过弹簧1的压缩力和冲锤本身质量时，迫使冲锤上行，并压缩工作弹簧储存能量；同时，铁砧4的水路被逐步打开，高压液流流向孔底，液压下降，冲锤利用惯性继续上行到上死点时，冲锤利用自身质量和工作弹簧的弹力使冲锤急速向下冲击铁砧。同时，由于冲锤与铁砧相接触而又封闭了液流通向孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值再次作用于冲锤使其上行，开始第二个工作周期。
图 . 斜面蝶状阀配气装置 1-阀箱，2-阀片，3-阀座。
2012-7-25
中国地质大学勘查教研室
第二节液动和气动冲击器
如果活塞串联使用时，C1孔道的压气去下一个活塞的上气室，推动活塞向下冲击作功。压缩气体的少部分经配气阀中心孔、活塞中心孔流入孔底，冲洗岩粉。活塞向下冲击又产生压差，阀片又摆动变位，开始第二个循环工作。
2012-7-
1.3 双作用冲击器冲锤正冲程和反冲程均由液体压力推动。钻具自重使活接头f压紧到外套g处，工作腔d 的液流分别作用在活阀2和塔形冲锤6上，由活阀上下端的压差使活阀上移到最上位置；冲锤活塞上、下面积不同产生压差使其向上移动；当冲锤上行到与活阀接合时，通道d1 被关闭，冲锤与活阀一起急速下行，当下行h 时，活阀被支撑座4限止，冲锤与活阀分离，借助惯性继续下行到s时，冲击砧子9；由于冲锤中心通道被打开，液流恢复循环，在液流压力作用下，活阀与冲锤急剧上行，周而复始。

【采矿课件】第六章钻眼爆破

河南理工大学
《采煤概论》精品课程
第三篇井巷掘进与支护
6 第章钻眼爆破
本章主要内容
6 第章钻眼爆破
▪ 第一节岩石的性质及分级 ▪ 第二节钻眼工作 ▪ 第三节爆破工作
第一节岩石的性质与分级
►井巷掘进是煤矿生产一项经常而重要的工作。不论开掘何种井巷，其主要工作都是破岩和支护。破岩和支护的主要对象是各种不同的岩石，其物理力学性质各异。因而，了解岩石的性质，对于合理的确定破岩方法和支护方式，选用适当的凿岩机械、爆破器材和掘进机械，以及正确确定工作定额，具有重要的意义。
腐植土，泥煤，微砂质粘土，湿砂
砂，细砾，松土，采下的煤
流砂，沼泽土壤，包含水的黄土既包含水的土壤
坚固性系数f 20
15
10
8 6 5 4 3
2
1.5 1.0 0.8 0.6 0.5 0.3
第二节钻眼工作
► 井巷施工首先要破碎岩石，常用的破岩方法有机械破岩和爆破破岩两种。
► 进行爆破破岩，就是要在采掘的煤岩中用钻研工具钻凿炮眼，其深度一般不超过3～4m，直径 35～75mm。然后在炮眼中安放一定数量的炸药，炮眼口直至炸药间的一段炮眼放置以不燃的惰性物质（一般为粘土与砂子混合物）做得炮泥，再用一定的方法是炸药在炮眼内起爆，从而产生巨大压力使煤和岩石从其整体中分离出来，并破碎成便于装运的块度。
► 二、矿用炸药 ► 炸药是一种固体或液体的化合物或混合物。当这种物质
受到一定的外界能量作用时 (遇热、机械冲撞力、其它炸药爆炸的影响)，就能迅速分解，同时产生大量的气体和热量。 ► 在炸药迅速分解的过程中，由于气体的膨胀作用对周围介质产生突然的冲击压力，致使介质破坏，同时发生巨大的音响和振动，这种现象称为爆炸。

岩土钻掘工程学考试重点(经典)

岩土钻掘工程题型：填空1’×16，判断1’×10，名词解释3’×5，简答6’×4，论述10’×1&12’×1，计算10’×1第一章岩土的物理力学性质及其破碎机理1. 岩石按粘结状态的分类：坚固岩石、粘结性岩石、松散性岩石、流动性岩石2. 影响岩石强度的因素（自然和工艺因素）：（1）一般情况下，造岩矿物强度越高，岩石的强度也越高。

（2）岩石的孔隙度减小，密度增大，强度则升高。

因此，一般岩石的强度随埋深的增大而增大。

（3）岩石的强度具有明显的各向异性。

垂直于层理方向的抗压强度最大，平行于层理的抗压强度最小，在与层理斜交方向上的抗压强度介于两者之间。

（4）岩石的受载方式导致岩石的强度值差异很大：岩石的抗压强度最大，抗剪强度约为抗压强度的10%。

因此，钻掘过程中，破岩工具应主要以剪切的方式来破碎岩石。

（5）多向应力状态下的岩石强度比简单应力状态下的强度高出许多倍。

（6）加载速度的影响：①加载速度增加，岩石的强度提高；②加载速度对塑性岩石强度的影响大，对脆性岩石强度的影响小。

影响岩石硬度的因素（自然和工艺因素）（1）岩石中坚硬矿物愈多、胶结物的硬度越大、岩石的颗粒越细、结构越致密，岩石的硬度越大。

而孔隙度高、密度低、裂隙发育的岩石硬度将会降低。

（2）岩石的硬度具有明显的各向异性。

层理对岩石硬度的影响与对岩石强度的影响相反。

垂直于层理方向，硬度值最小；平行于层理方向，硬度最大；两者之间可相差1.05～1.8倍。

（3）在各向均匀压缩的条件下，岩石的硬度增加。

在常压下硬度越低的岩石，随着围压增大，其硬度值增长越快。

（4）一般而言，随着加载速度增加，将导致岩石的塑性系数降低，硬度增加。

但当冲击速度小于10m/s时，硬度变化不大。

加载速度对低强度、高塑性及多孔隙岩石硬度的影响更显著。

3. 岩石硬度的测定：静压入法：以1～5mm2的压头压入岩样表面，岩石破碎时的载荷Pmax 除以接触面积S，则为岩石的硬度值Hy（通常称为压入硬度）。

《岩土钻掘工程学》课程试题库1及答案共享

《岩土钻掘工程学》课程试题库1参考答案试题库2（钻井液）一. 判断题（请选择正确的观点或方案）1.减压钻进时，钻杆柱的受力状态：A.上部钻杆柱受拉，下部钻杆柱受压；B.上部钻杆柱受压，下部钻杆柱受拉；C.全部钻杆柱受压；D.全部钻杆柱受拉。

2.轴向力等于零处称为钻杆柱的中和点。

钻杆柱中和点处的应力状态是：A.纯扭；B.压扭；C.拉扭。

3.钻杆柱各个截面受扭矩作用都产生剪应力。

其中扭矩最大处在：A.孔口处；B.在孔底处。

4.用硬质合金钻头回转钻进中硬及中硬以下岩石时，A.应以高转速为主；B.应以高钻压为主。

5.硬质合金切削具在孔底磨损的实际状况：6.7.钻进过程中切削具处于表面破碎状态的条件是：A.σ＞σ0 ，其中σ—切削具上作用的比压，σ0—岩石的压入硬度；B.σ＜σ0 ，其中σ—切削具上作用的比压，σ0—岩石的压入硬度。

7.取心式硬质合金钻头的切削具底出刃设计成阶梯式，其主要目的是：A.增加自由面——体积破碎；B.利于排除岩粉；C.增大比压。

8.金刚石钻进时，孔底碎岩效果主要取决于钻头自磨出刃(自锐)状态的是：A.表镶金刚石钻头；B.孕镶金刚石钻头。

9.用孕镶金刚石钻头回转钻进坚硬致密岩层时，A.应选用硬胎体；B.应选用软胎体。

10.金刚石钻头的水路设计原则是：A.孕镶金刚石钻头加工小水口、多水口；B.表镶金刚石钻头加工小水口、多水口。

11.在钻压基本不变的条件下，那种钻头将表现出机械钻速逐渐下降：A.针状硬质合金自磨式钻头；B.磨锐式硬质合金钻头；C.表镶金刚石钻头；D.孕镶金刚石钻头。

12.13.为保证好的钻进效果，钢粒钻头的唇面硬度应：A.大于钢粒的硬度；B.等于钢粒的硬度；C.小于钢粒的硬度。

14.牙轮钻头的孔底碎岩过程中，牙轮的自转是：A.ωb；B.ωc。

C.15.牙轮钻头破碎岩石时，造成钻头对地层产生冲击、压碎作用主要靠：A.牙轮牙齿与孔底单齿、双齿交替接触；B.牙轮的超顶、复锥和移轴结构。

《岩土钻掘工程学》课程教学大纲

《岩土钻掘工程学》课程教学大纲（2013年修订，58学时）该课程是一门实践性非常强的主干专业本课程。

因此，该课程教学分三大部分：课堂（理论）教学46学时、伴随课堂教学的实验教学12学时、实训教学（课堂教学前的教学实习3周、课堂教学后的生产实习7周，课外执行）。

本大纲主要针对课堂教学和实验教学部分。

一、课程的性质与任务1、性质：专业课2、目的和任务：本课程主要讲述钻探过程中的的基本工艺原理、各主要钻进方法的工艺技术及保证钻探质量的各种工艺原理及方法。

通过本课程教学，使学生全面掌握钻探过程中的基本工艺原理，基本掌握各种工艺方法。

通过实践教学环节使学生掌握一个机台的基本组成情况（人员及技术力量、设备、钻具、仪器、材料等）。

从生产技能上讲应具有能组织一个机台生产的能力，具有一个熟练班长的基本技能。

从技术水平上讲，应对一个矿区的钻探生产起到一个工程师的作用，应能根据地质、岩层等情况和地质要求进行整个矿区的钻探工艺设计和钻探施工管理，保证钻探六大质量指标全面完成。

二、课程的基本内容：第一章绪论第1节岩土钻掘工程的发展和应用第2节钻进的基本过程第3节钻进方法分类第二章岩土的物理力学性质及其破碎机理第1节岩石的物理力学性质概述第2节外载作用下岩石的应力状态第3节岩石在外载作用下的破碎机理第4节岩石的可钻性指标及坚固性系数第三章钻掘设备及管具第1节钻机第2节钻塔第3节泵及钻井液处理装置第4节空气压缩机第5节钻杆及套管第四章回转钻进钻头与工艺第1节钻进效果指标及钻进规程参数间的关系第2节硬质合金钻进碎岩过程及钻进工艺第3节金刚石钻进碎岩过程及钻进工艺第4节牙轮钻进碎岩过程及钻进工艺第5节钢粒钻进碎岩过程及钻进工艺第6节全面钻头及其钻进工艺第五章冲击、振动载荷作用下的钻进技术第1节概述第2节冲击碎岩机理第3节冲击回转概述第4节液动冲击器及其原理第5节气动潜孔锤原理第6节冲击回转钻头第7节冲击回转钻进规程第8节钢丝绳冲击钻井第9节振动及声波钻井第六章钻井液第1节钻井液的功用与分类第2节泥浆性能及其测试方法第3节造浆粘土与处理剂第4节钻井泥浆配方设计第5节无粘土与气体型钻井液第6节钻井液的循环与固控第七章护壁堵漏第1节复杂地层分类及治理方法综述第2节井壁稳定性及漏涌地层分析第3节水泥护壁堵漏第4节化学浆材及特殊护壁堵漏工艺第八章钻孔弯曲与防治第1节钻孔弯曲及其危害第2节钻孔弯曲的原因及规律第3节钻孔弯曲度测量及仪器第4节钻孔轨迹的描述方法第5节钻孔弯曲的预防与纠正第九章钻探取样第1节钻探取样概述第2节常用取心工具及方法第3节绳索取心工具第4节反循环钻进取心第5节水平井钻进取心钻具第6节岩粉采集和岩样补取第7节特种取心技术三、课程的基本要求注重基础性、系统性和实用性，突出理论联系实际和工程理念。

采矿课件第六章钻眼爆破

式中：
——岩石的单轴抗压强度，
。
倒炒撬荫溃塔啸瞻瑰缩摇瓮豆烬咯覆伞瘸肃奴铲烛萄窍船图督森泌绷刁驴【采矿课件】第六章钻眼爆破【采矿课件】第六章钻眼爆破
表6-1 岩石强度分级表
级别
坚固性程度
岩石
I
最坚固的岩石
最坚固、最致密的石英岩及玄武岩，其它最坚固的岩石
20
II
很坚固的岩石
很坚固的花岗岩类：石英斑岩，很坚固的花岗岩，硅质片岩；坚固程度较I级岩石稍差的石英岩；最坚固的砂岩及石灰岩
采偶羡涯则歧深跳肺搏闰厩腆凌锅份别机视鉴酌费奋甸栖谭姜沾铂泅法迭【采矿课件】第六章钻眼爆破【采矿课件】第六章钻眼爆破
第三节爆破工作
三、起爆器材起爆器材就是供给炸药能量使其爆炸的器材。起爆器材在煤矿中包括导爆索、雷管及发爆器。 1．导爆索导爆索(又称导爆线)是用来传递爆炸波，并直接引爆炸药的。但它本身需要雷管引爆。 2．雷管雷管是用来起爆炸药和导爆索的。它是最常用的起爆器材。雷管呈圆柱形，管壳用纸、铜和铝制成，内盛起爆炸药，直径为6～8mm，长约40～50mm。国产毫秒延期电雷管各段的微差时间从25ms到300ms，最大延期可达2000ms。段数可达20段。
财塔榷法媳箭湿框鸭潍跪犹贿痢糖吭升辅堰芥沼盟衅勉辅懒菊掖牡铁媳颗【采矿课件】第六章钻眼爆破【采矿课件】第六章钻眼爆破
第三节爆破工作
二、矿用炸药炸药是一种固体或液体的化合物或混合物。当这种物质受到一定的外界能量作用时 (遇热、机械冲撞力、其它炸药爆炸的影响)，就能迅速分解，同时产生大量的气体和热量。在炸药迅速分解的过程中，由于气体的膨胀作用对周围介质产生突然的冲击压力，致使介质破坏，同时发生巨大的音响和振动，这种现象称为爆炸。爆炸与燃烧的区别：爆炸与燃烧的共同点均是散发气体和热量，但燃烧的反应速度很慢，所以热量不能聚积，气体产生随即溢散。爆炸则反应速度很快，每秒钟达几百乃至几千米，而且产生很高的温度(1500—4500℃)和大量的气体。

岩土钻掘工程学—回转钻进用钻头课程课件

回转钻进和长螺旋干式回转钻进； ② 采用液动、气动孔底冲击器的冲击回转钻进； ③ 钢丝绳冲击钻进； ④ 振动钻进。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）。
2020/11/22
2020/11/22
第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程岩土钻掘工程学
上式表明：
h0
Py bH y tg
塑性岩石的切入深度h0与轴向力Py成正比，而与切削具的刃角β、刃宽b、岩石的压入硬度Hy成反比。
虽然β角越小切削具刃尖切入岩石越容易，但如果β很小则切削具会很快崩裂，实际上β角的最小值为45°～50°。
水井、工程施工孔和浅井。
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第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程岩土钻掘工程学
0、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。硬合金钻进是岩土钻掘工程中的一种主要钻进方法，它用于软岩层及中硬岩层的钻进（1—4级软的沉积岩、中硬的5—7级及部分8级岩浆岩和变质岩）。
设钻进的初始钻速为 v0=A/S02，上式可写成：
v2t 2
v0 (1 k0t)2
式中： k0——钻速下降的特征系数，k0=θ/S0。钻头在t时间内
总进尺为 H
t
0 vmdt
得到
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vm v0 (1 k0t)
第一节硬质合金钻进孔底碎岩过程岩土钻掘工程学
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第二节硬质合金钻头
岩土钻掘工程学
一、取心式硬质合金钻头结构要素

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冲锤活塞上、下面积不同产生压差使其向上移动；当冲锤上行到与活阀接合时，通道d1 被关闭，冲锤与活阀一起急速下行，当下行h 时，活阀被支撑座4限止，冲锤与活阀分离，借助惯性继续下行到s时，冲击砧子9；
由于冲锤中心通道被打开，液流恢复循环，在液流压力作用下，活阀与冲锤急剧上行，周而复始。
2020/10/24
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第二节液动和气动冲击器
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岩土钻掘工程学
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第二节液动和气动冲击器
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主要特点: 1)结构简单易操作； 2)无弹簧及配水活阀等零件，寿命较长； 3)能量利用率较高； 4）工作时不易堵水较好预防烧钻及蹩泵等事故； 5）钻进中产生的高压水锤波比阀式冲击器小，钻具工作较平
当活塞行至衬套的花键槽被关闭时→下腔压力开始上升→活塞上端中心孔离开配气杆→上腔通大气压力降低，工作行程结束。
活塞冲击钻头尾部后→阀片因其上、下压差作用 →换向→活塞重复返回行程动作。
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2. 无阀潜孔锤
潜孔锤控制活塞往复运动的配气系统装在活塞或气缸壁上，活塞运动时自动配气。
蝶状阀片为圆形，两面带有斜面，靠阀片左右摆动实现阀体变位。
压缩空气P由风动冲击器上接头进入气室A，经开启的左侧气孔沿B进入下气室，推动活塞上行。产生压差后，蝶状阀片在压差作用下摆动变位，阀的右翼开启而左翼盖严。于是压缩气体经开启的右侧气孔沿C向进入上气室，推动活塞向下运动产生一次冲击作用。
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第六章冲击回转钻进与冲击、振动钻进
1、概述； 2、液体和气动冲击器； 3、冲击回转钻进用钻头; 4、冲击回转钻进工艺; 5、钢丝绳冲击钻进及振动钻进工艺.
2020/10/24
第一节概述
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冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击力和回转切削力共同破碎岩石的钻进方法。与常规回转钻进法相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力，便可以达到破碎坚硬岩石的效果。
上部，推活塞下行，冲锤冲击砧。在C输出高压水的同时，有一小股高压液流(反馈信
号)进入D控制孔。在活塞行程末了时，反馈信号很强，促使射流由C切换到E输出，高压液流由左通道输出，进入下腔，推动活塞向上。活塞上行时，反馈信号又回到F，射流又切换到右输出通道。如此反复循环，实现冲锤的冲击动作。
活塞在冲程过程中，气体经活塞上环形气槽进入上缸→经历冲程进气、空气膨胀、活塞惯性滑行三阶段，不同的是各阶段运行长度不同，冲程要保证有足够的进气长度，使活塞获得较大的速度，而具有较大的冲击能。
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3. 油气钻井用的气动潜孔锤
该类冲击器的主要缺点是需要刚度较大的弹簧，工作寿命只有40~lOO小时。
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1.3 双作用冲击器
冲锤正冲程和反冲程均由液体压力推动。
钻具自重使活接头f压紧到外套g处，工作腔d 的液流分别作用在活阀2和塔形冲锤6上，由活阀上下端的压差使活阀上移到最上位置；
气动冲击器(风动潜孔锤) 以压缩空气驱动。由于单次冲击功大，上返岩屑风速高，钻进效率可比液动冲击器高2~3倍。近年来出现了贯通式冲击器、跟管钻进、成集束式潜孔锤用于大口径钻进、潜孔锤解卡、起拔套管等。钻孔深度从埋线杆孔2.3m——油气井1000m以上。
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第二节液动和气动冲击器
使用风动冲击器钻进时，需配备能力较大的空压机，燃料消耗较大，设备也较复杂。
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1. 有阀冲击器
1.1 压差式斜面蝶状阀配气装置
所谓压差式是以风动冲击器活塞运动方向的前方增压，后方减压所造成的压力差来实现阀的变位，从而达到配气的目的。
（2）输出输入技术参数范围较宽，能在高频状态下稳定冲击，耐背ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压特性好。
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3.其他型式的液动冲击器:
3.1 绳索取心式液动冲击器
不仅具有绳索取心钻进的各种优点，同时冲击载荷可克服绳索取心钻进钻头唇部较厚，钻头比压较小在坚硬致密岩石中钻速较低的缺点。
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活塞杆端面越过衬套12上的沟槽Ⅲ时，下腔压气经钻头中孔与大气通，在压差作用下阀片7迅速上移关闭下腔气路，开始冲击行程的配气工作。
(2) 冲击行程工作原理冲击行程开始→活塞和阀片均处于极上位置→压
气经阀盖和阀座的径向孔进入气缸上腔→推动活塞高速向下运动冲击钻头。
空气锤提离井底时，压缩空气从公接头流到钻头清理井眼，并没有激发活塞。
当空气锤放到井底同时加上钻压时，钻头接头被压紧到空气锤内部密封舱上。活塞的一个通气口(流体通过活塞的流道之一) 对准控制杆的一个窗口，压缩空气→活塞底部空间→推动活塞向上运动。
在活塞上行中，没有空气通过钻头流到孔底。实际上吹洗岩屑的工作暂停了。
即使在悬吊状态时，亦不允许承受冲击负荷（即所谓空打）。
用防空打孔Ⅰ来实现这一功能。当潜孔锤处于悬吊状态时，钻头23及活塞9均借助于自重向下滑行一段距离，则防空打孔Ⅰ露出，于是来自配气机构的压气被引入缸体，并经活塞中心孔道及钻头孔道流入孔底，使潜孔锤自行停止工作。
2020/10/24
第二节液动和气动冲击器
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图 . 斜面蝶状阀配气装置 1-阀箱，2-阀片，3-阀座。
第二节液动和气动冲击器
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如果活塞串联使用时，C1孔道的压气去下一个活塞的上气室，推动活塞向下冲击作功。压缩气体的少部分经配气阀中心孔、活塞中心孔流入孔底，冲洗岩粉。活塞向下冲击又产生压差，阀片又摆动变位，开始第二个循环工作。
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1.2 反作用冲击器
利用高压液流推动冲锤上行，压缩工作弹簧储存能量，经弹簧释能作功。
高压液流进入，由于水路封闭当冲锤上下端压力差超过弹簧1的压缩力和冲锤本身质量时，迫使冲锤上行，并压缩工作弹簧储存能量；同时，铁砧4的水路被逐步打开，高压液流流向孔底，液压下降，冲锤利用惯性继续上行到上死点时，冲锤利用自身质量和工作弹簧的弹力使冲锤急速向下冲击铁砧。
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1.3 配气机构及工作原理
(1) 返回行程工作返回行程→阀片7,活塞9处于下限→压气经阀
片7后面、阀盖6上的轴向与径向孔进入环形腔Ⅱ→至气缸前腔，推动活塞向上运动。
气缸上腔经活塞9及钻头23的中心孔与孔底相通→压气使活塞9加速向上运动。
当活塞9端面与配气杆22配合时，上腔排气孔关闭→处于压缩状态→活塞做减速运动。
第二节液动和气动冲击器
其主要特点：（1）双作用液动冲击器的液流能利用率
较大；（2）结构比较复杂，部分零件磨损较快
等缺点。
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第二节液动和气动冲击器
2.无阀冲击器
2.1 射流式冲击器
双稳射流元件控制的液动冲击钻具。高压水射流从喷嘴喷出产生附壁作用。若先附于右壁，高压液流则流入通道C并进入缸体
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一、液动冲击器
液动冲击器根据结构不同可分为: 阀式液动冲击器
又可分为: (1) 正作用阀式液动冲击器; (2) 反作用阀式液动冲击器; (3) 双作用阀式液动冲击器.
无阀式液动冲击器又可分为: (1) 射流式液动冲击器; (2) 射吸式液动冲击器。
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冲击回转钻进最适用于粗颗粒的不均质岩层，在可钻性 Ⅵ～Ⅷ级，部分Ⅸ级的岩石中，钻进效果尤为突出。
冲击回转钻进不仅应用于硬质合金钻进，还应用于金刚石钻进及牙轮钻进。
冲击回转钻进不仅可提高效率和钻头寿命，而且还可解决 “堵心” 、“打滑”、“防斜”等问题。在岩土工程的大口径施工中也有用武之地。
第一节概述
第二节液动和气动冲击器
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1.阀式液动冲击器
1.1 正作用冲击器
液体压力推动冲锤下行冲击，弹簧力复位—“正作用” 。
冲锤5在簧6作用下处上位，中孔被活阀4盖住，液流瞬间被阻，液压↑产生水锤。冲锤和活阀一同下行，压缩阀簧3和锤簧；活阀下行时被阀座9限制与冲锤脱开，液流经中心孔流向孔底，液压↓，活阀在阀簧作用下返位；冲锤在动能作用下利用惯性继续运行，冲击铁砧7，冲击能量经铁砧→岩心管接头→钻头。
冲锤在锤簧力作用下弹回再次与活阀接触。
2020/10/24
第二节液动和气动冲击器
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其主要特点：
(1)正作用冲击器结构简单，性能稳定，调试容易。
(2)冲击器中弹簧的反作用要消耗一部分能量，抵消了很大一部分高压液流所产生的冲击力。
(3)弹簧在1500次／min或更高的循环压缩、伸张下，容易损坏。
稳，能减少水泵、冲击器及高压管路等零件损坏.
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第二节液动和气动冲击器
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2.2 射吸式液动冲击器

国家精品课程岩土钻掘工程学第6章__冲击回转钻进与

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