第二节金刚石鉆进技术参数的选择

1、第二節金剛石鉛進技術參數的選擇金剛石鉛進技術參數包括鉛壓、轉速和泵量。影響金剛石鉛進技術參數的因素很多，諸如巖石的物理力學性質、鉛頭類型和結構參數、 鋪孔直徑、孔身結構和深度、鈿探設備的性能和功率、沖洗被類型、以及各種參數之間的合 理配合等等。選擇金剛石鉛進技術參數時，要根據具體條件，對上述因素進行綜合分析，采 取相應對策，才能獲得最佳鉛進技術經濟指標。當前，作為切削材料，已經不限於天然金剛石和人造金剛石單品，以及由其制成的表、 孕鑲鮎頭。聚晶、復合片、燒結體等作為切削具制成的鮎頭，己在軟、中、硬的巖層中推 廣使用。後者與前者在碎巖機理方面存在明顯差異，因此，不能简單地認為，金剛石鉛進, 就是

2、低鉛壓、高轉速的工藝過程。評價金剛石鉛進技術參數是否合理的主要標誌是z鉛速、 鉛頭進尺和單位進尺切削具的消耗量。使每米鉛頭的費用達到最佳值時，表明所選擇的歸進 技術參數是比較合理的。一、鮎壓切削具在軸向載荷的作用下，施力於巖石。由於切削具的形狀、尺寸不同，產生的應力 區亦不同。僅就應力區而言，吃入深度、破碎區和壓力成正比。但壓力過大，將產生鉛柱 彎曲、金占頭損壞。甚至因扭矩過大，造成鉛桿脫扣、扭斷、饒鉛、或胎體脫 落等孔內事故, 或助長鮎孔偏斜等等，對鮎進都是極其不利的。(一)鉛壓的確定具體確定鉛壓值時，可根據巖石的壓入硬度、抗壓強度和金剛石的抗壓強度，同時也 應考慮到鉛速、鉛頭類型和鉛頭結構

3、等因素。1、根據巖石壓入硬度確定鉛壓作用於鉛頭上的鉛壓，應使每粒工作金剛石與巖石接 觸應力大於巖石的抗壓入硬度。其關系式為；py/mfm6c (10-1)式屮：py臨界鉛壓(n);f 單粒金剛石與巖石接觸面積(mm),見表10-7,m一一工作金剛石粒數，6c巖石壓人硬度(pa)i2、根據金剛石的強度確定鉛壓作用於鉛頭上的鉛壓，應使每粒工作金剛石的接觸壓力 小於金剛石的強度，其關系式為t式中i6d一金剛石的抗壓強度(p時，見表108。表10-7金剛石與巖石接觸面積金剛石顆粒度（粒况拉）金剛石直徑（mm）接觸面積（mm）金剛石顆粒度（米畝克拉）102.10.16-5.753333333201.80

4、.14-12.54666667301.50.12-19.341.250.1-39.4512510.08-82.893333333、根據巖石抗壓強度確定鮎壓在一般情況下，為保證金剛石有效地破碎巖石，必須 使金剛石接觸面上的單位壓力大於巖石的抗壓強度，單位壓力值應小於金剛石的抗壓強度。 三者之間的關系可用下式表達：6r<6p<6d (10-3)式屮：6p金剛石與巖石接觸而上的單位壓力(pa) j6r巖石抗壓強度(pa),見表10-9o人們通過理論推導和實踐經驗，總結出不同類型切削具計算鉛壓的公式：py=k or m f (10)(1 )對於表鑲金剛石鉛頭，所施鉛壓可根據經驗公式(10-

5、4)求出，式中ipy施 加於站頭上的站壓(n),k 工作金剛石的調整系數，一般為2/33/4. m-m頭唇面金剛石的鑲撒量；f 一一單粒金剛石與巖石的接镯面積(mm2)o(2 )對於聚晶或復合片鉛頭，所施鉛壓可根據經驗公式(105)求出。py=f-6r, q f(105)式中if調整系數，0.5-0.7,q .鉛頭唇面鑲嵌聚晶或復合片數量，粒。(3 )對於孕鑲金剛石鮎頭，所施鮎壓对根據經驗公式(10-6)計算zpy = pa (10-6)式中p推薦的單位壓力(pa),見表10-10,a 一一鉛頭工作唇面與巖石的接觸i面積(mm)o表108人造金剛石單晶抗壓強度表抗壓強度（材立）mbd6mbd8

6、mbd12smdsmd25smd30smd358040049.98 (5.1)66.64 (6.8)99.96 (10.2)7(k8058.8 (6)78.4 (8.07) 117.6 (12)607064.58 (7.1)92.12 (9.4)136.16 (14.2)105.84 (10.8)126 (12.9)151.9 (15.5)177.38 (l&l)506083.32 (8.4) 108.78 (11.1)158.76 (16.2)125.44 (12.8)14&96 (15.2)179.34 ( 1&3) 208.74 (21.3)45/5097.02

7、(9.9)176.4 (18)210.70 (21.5)245.98 (25)4050161.7 (16.5)192.08 (19.6)230.3 (23.5)268.25 (27.4)注：插號內表示kg4立。表109常見巖石抗壓強度表巖石名稱抗壓強度(pa)巖石名稱抗壓強度(pa)橄欖巖2.04x107 (250)白雲巖蝕變正畏巖2.84x107 (290)矽質巖1.63x108 (1660)變質安山巖3.24x107 (330)強矽化粉沙巖1.61x108 (1646)風化花崗閃長巖3.57x107 (360)細粒斜長花崗巖1.67x108 (1720)結晶灰巖3.92x107 (400)

8、矽質頁巖1.71x108 (1748)蝕變閃長巖5.14x107 (551)花崗閃長巖白雲質粉沙巖6.18x107 (631)細粒花崗巖1.80x108(1833)大理巖矽卡巖互層6.38x107 (648)千枚巖1.80x108(1837)二雲母石英巖6.41x107 (654)細粒矽化硬質巖1.83x108(1869)純橄欖巖5.49x107 (560)石英片巖1.84x108 (1875)深灰色矽質頁巖7.4x107 (755)石英閃長巖斜長黑雲母片巖7.68x107 (784)球狀流紋巖2.52x108 (2572)輝長巖& 11x107 (828)閃長巖1.96x108 (2

9、002)菱鎂巖，9.44x107 (953)粉沙巖2.19x108 (2231)致密灰巖9.44x107(956)偉晶巖2x108 (2047)銷長斑巖1.2x107 (1024)輝綠巖安山巖1.23x107(1220)矽質板巖2.6x108 (2661)絹雲母片巖1.31x107 (1252)黑雲母石英閃長巖2.03x108 (2070)煌斑巖1.31x107(1320)綠泥石化閃長巖2.23x108 (2310)黑雲母花崗巖1.31x107(1342)矽化灰巖2.36x108 (2410)蝕變凝灰巖1.13x107(1152)周口店花崗巖絹雲母踮長巖1.38x107(1426)含鐵石英巖2

10、.42x108 (2470)角閃石閃長巖1.41x107(1440)矽化流紋巖3x108 (3068)閃長坊巖1.40x107(1430)石英磁鐵礦2.97x108 (3028)屮粒斑狀花崗巖1.5x107 (1530)石英鏡鐵礦2.23x108 (3300)細中粒花崗巖1.52x107(1548)黃鐵鉛鋅礦3.51x108 (3586)粗粒花崗巖1.53x107(1560) st：括號內為kgpcm2表10-10金剛石孕鑲鉛頭單位壓力推薦表巖石硬度單位壓力(pa)中硬-硬4一6.48x106 (5070kg)硬6080x106 (7090 kg)硬堅硬8.829.8x106 (90100kg

11、)孕鑲鉛頭的自銳工作原理，決定了恒鉛速鉛進的特點。其是否處於恒速狀態，是鑒別正 常鮎進的主耍標誌。在一定的地層和技術條件下，孕鑲鮎頭能否實現恒速鮎進，很大程度上 取決於站壓的選擇是否合理。鉛頭維持恒速鉛進的最低鉛壓，稱為恒鉛速最小鉛壓。鉛壓小 於恒鉛速最小鉛壓時，將出現鉛速下降現象，即鉛頭處於”打滑”狀態。此時，應及時調整 增大站壓，使之處於新的恒鉛速狀態。4、根據合理鉛速確定錯壓金剛石鉛進中的關鍵問題之一是使工作唇面的金剛石切入巖 石保持合理深度。鉛頭中的金剛石出刃量是非常微小的。表鑲鉛頭大致是幾百ym,孕鑲鉛頭只幾十ym。 當金剛石切入巖石深度過大肘，孔底排粉間隙太小，惡化孔底和冷卻條件，

12、引起巖粉堵塞, 鋪頭磨損和鋪速下降，甚至發生燒鮎事故。當金剛石切人巖石深度過小時，則鮎顒易”打滑”、 拋光，鉛速降低，影響正常鉛進。通過對鉛速快慢的分析，確定金剛石合理的切入巖石深度, 以達到既有適當的高鉛速，乂有較小的鈣頭磨損率。通過大量的統計數字表明，在7級灰巖 中鉛進，當站壓為8800n時，錯速為4.62m/h左右，鉛進lh零5min,鉛頭蘑耗1000pm;而當 鉛壓為5899n時，鉛速為3.47m/h,鉛進lh23min,鉛頭才麟耗30ym左右。二影響鉛壓的有關因素1、使用新錯頭，切削單元鋒利，初磨階段應輕壓慢轉，待鉛頭與孔底之間，內徑同巖 心之間磨合後，再調整到正常的鮎壓與轉速值。在

13、正常鉛進過程中，切勿隨意變更壓力。確 系切削具磨鈍，方可適當增大鮎壓。2、鉛柱對壓力的影響在鉛進過程中，施於鉛頭上的軸向載荷，主要來自巖心管上部鉛 柱的重量。在孔深100m以內鉛進 時，多釆用鉛機加壓。而大於100m,則用減壓鉛進。 施加於站頭上的軸向載荷可用公式(10-7)計算：py=w x l+ w (10-7)式中：w-鉛桿單位長度重量，n/m, -鉛桿單位長度重量，n/m,圖101錯桿旋轉時與孔 壁摩擦示意圖w*鉛機油缸施加的軸向壓力，n。利用鮎桿自重加壓的條件下，施加於鮎頭上的壓力可用(108)式計算zpy=wl(10-8)式中：l鉛桿總長，m。鉛桿總長，m。在減壓站進的條件下，施加

14、於站頭上的壓力可用(10-9)式計算py=wl-p,.(10-9)式中p,鮎機提升力，n。2、轉速對鉛壓的影響由於鉛柱與鉛孔不同心，站柱高速旋轉所產生的離心力對孔壁存 在側向壓力凡，見圖10-1,它與轉速的平方成止比。由於鉛柱與孔壁之間存在摩擦，當鉛 柱向下移動時，側壓力fn必然產生一個向上的摩擦力fuo其大小與fn、鉛桿與孔壁間的 摩擦系數有關。摩擦力fu.抵消部分鮎柱重量，造成壓力損失。根據公式推導和實測轉速所造成的鉛柱重量損失，大致是表1011所列數值。表1011轉速對壓力補償值轉速 壓力補償值(規程規泄值)600800100012001 /41 /31 /21 /22、泵壓對鉛壓的影響

15、因為金剛石鉛進的孔壁間隙小，粗徑鉛具在孔內尤如活塞，必然 被沖洗液的反作用力往上推，抵消部分鉛柱壓力。在淺孔中，泵壓的影響更為明顯。泵壓的 反作用力又稱舉升力，它與站頭上的液壓降有關，可按下式計算z 舉升力=5.06 x鮎頭液壓力降x(i.2x鉛頭直徑一 1.2) (10-10)綜合上述，影響鈿壓的因素很多，又很復雜，難於用準確的公式推算出來。但有了全 面了解，就能作出止確判斷。從實踐屮總結出的經驗是z采用控制站速的辦怯來控制站壓, 原則是，鉛頭磨損正常，鉛速平穩。二、轉.速轉速亦是影響金剛石鉛進效率的主要因素之一。研究轉速與鮎速和鮎頭磨損之間的關 系，對正確選擇轉速具有重要意義。1、在細砂巖

16、、灰巖、花崗巖中鮎進，轉速和錯速的變化規 律，呈線性關系，如圖10-2所 7j o2、在不同的鉛探條件下，轉速與鉛速的變化規律，如圖1 0 3所示.圖屮表明：(1 )、較高的鉛壓下，轉速對鉛速的影響更為顯著，成正比關系。(2 )、錯壓偏低未達到碎巖應力時，站頭反而有被拋光的趨勢，鉛速隨輒速的增加而 下降。3、轉速與鮎頭的磨損關系，其規律如圖104所示。表示了隨轉速的提高，鈿頭磨損顯 著降低。這是因為隨線速度提高，單位時間內的磨損暈雖然有所增加，但是鉛頭單位時間內 的進尺量亦隨轉速增加而增加。鉛頭的磨損呈增長低於碎巖效率的提高，從而表現為轉速 增加，而相對磨損量下降。4、於轉速的選擇，大體遵循以

17、下幾個原則：(1) 在川硬至硬、中等研磨性的完整巖層中鉛進，一般可采用較高轉速(2) 在堅硬致密的巖層中錯進，主要靠壓碎巖石，宜采用 較低輒速，(3) 在復雜地層中鮎進，宜采用較低轉速，(4) 此外，轉速與切削具磨損z間的關系比較復雜，其間存在一個合理值，即在一定 的轉速下，切削具的磨損量最小z而錯速適中，鉛頭進只最佳。轉速過快或過慢，切削具的 磨損量都 會增加，鉛速雖高，但站頭進只量減少。轉速與線速度的關系可用(1011)式計算：v=hdi%0 103 (10-11)式中iv 一圓周線速度，(m/s)11一一圜周率(3416). d站頭外徑(mm) n 一一鮎頭轉數(r/min)o鉛頭轉速一

18、般根據圓周線速度計算，由於鑲嵌在其上的金剛石出刃只有幾十pm至幾 百因此，要獲得較好的鉛進效率，主要靠提高單位時間內的切削巖石的次數。一般孕鑲站頭，采用2-4m/s的線速度，推薦輒數見表10-12.而表鑲鉛頭，一般采用 13m/s的線速度。表1012金剛石孕鑲鮎頭適用轉數推薦表錯頭公稱直徑(mm)3646597591適用轉數（vinin）1000-200075015006001200400850350-700三、泵量泵量系指將沖洗介質，如清水、泥漿等泵入孔底的量。在金剛石鉛進過程屮，沖洗液 起冷卻切削具、排出巖粉、保護孔壁、潤滑和減震作用。因此，泵量對金剛石鉛進具有特 殊的意義。（一）金剛石鮎

19、進對沖洗液量的特殊要求1、金剛石鉛頭唇面排粉漫流間隙小，極易形成巖屑重復破碎、巖粉堵塞，其至形成堅 實的“巖粉墊”，使孔底排粉和冷卻條件惡化。對鉛頭水力學提出了特殊要求。2、金剛石熱穩定性差，溫度過高將導致金剛石石墨化，胎體變形，機械性能降低。3、鮎孔環狀間隙小，約2-3mm,水力損失大，無用循環功耗大，亦影響鮎頭水馬力的 利用。有必要研究孔內水力能量的有效利用。4、表鑲鉛頭鉛進時，是靠漫流通道冷卻唇面金剛石和排粉。因此，調整水口和漫流水 路斷面之間的關系，是保證提高水力效應、冷卻和沖洗效果的關鍵。孕鑲鮎頭鈿進時，鮎頭漫流通過小，沖洗被對金剛石冷卻和清除巖粉的效果差，加強 水口的水力作用是水路

20、設計的主要研究對象。在站進過程中，站頭與巖石摩擦，導致站頭唇面溫度升高。圖10-5. 10-6是花崗巖和粉砂巖在不同規程鉛進時，鉛頭溫升的變化規律。上述結果表明：（1）溫升隨鉛壓、轉速的增加而增高，基木上呈正比線性關系；（2）在正常鉛進規程條件下，胎體溫度大致在20-120°c左右，（3）當采用較強的鮎進規程時，錯頭結構和水馬力設計，是降低胎體溫升的重要因素。 二泵量對鉛速的影響如圖107所示。在粉砂巖和花崗巖屮鉛進，泵量對鉛速的影響是：1）對鉛速產生明顯的影響。2）當泵量減少到一定程度後巖石種類和泵量亦有關系。在細砂巖中鉛進，泵量降至5l/min,鮎速才下降，而花崗巖泵量降至ll/

21、min,速才發生明顯變化。三）沖洗液的返流速度沖洗液排粉和冷卻鉛頭的效率，和返流速度有關。雖無怯準確算出將巖粉從孔底送到 地表所需沖洗液量，但可以返流速度為依據。-般按公式00-12）計算zq=6va（ 1 0-12）式屮：q 一一沖洗液量（l/皿in）, 一一沖洗液量（l/皿 in）,v 一一壞狀間隙上返流速，對金剛石鉛進>0.4<0.7m/s甚 至lom/s,a鉛孔環狀斷面（cm2）o可用。（10 13）式計算液體返流中巖粉懸浮時的最大顆粒直徑。r= （0.0055v2y1） 一 （y 1 y）（10-13）式中：r最大顆粒直徑，（mm） , v 一液體返流速度，（cm/s）,最大顆粒直徑，（mm） , v 液體返流速度，（cm/s）,yl顆粒比重，丫沖洗掖比重。影響沖洗