第三章 金刚石钻进教案.ppt

第三章 金刚石钻进 第一节 钻探用金刚石 第二节 金刚石钻探原理 第三节 金刚石钻头及扩孔器 第四节 金刚石钻进规程 第五节 金刚石钻探的操作及注意事项 金刚石又称“钻石”，是大自然中最坚硬的宝石。英文中钻石一词，源自希腊文“adnmas”，是“无法征服”的意思。长期以来，人类就利用金刚石特有的坚硬性来钻凿岩石或切割瓷器等。但金刚石以切削具的形式用于钻探工作，则是近百年来的事情。世界上第一台金刚石手摇钻机，出现于1862年，当时用于隧道工程掘进中的爆破孔。此后，金刚石钻进逐渐在一些发达国家中获得应用；由于当时所用金刚石都是大颗粒的高级品，价值十分昂贵，所以它的发展受到了限制，后来随着粉末冶金技术的发展，廉价的细粒金刚石被应用于钻孔技术；从此，金刚石钻进才得到较大的发展。近年来随着人造金刚石和金刚石复合超硬材料的应用，更展示了金刚石钻进技术具有广阔的发展前景，目前，金刚石钻进是矿山勘探中的主要钻进、探矿方法。 我国金刚石钻进技术的研究工作，开始于1957年，1963年制成了表镶天然金刚石钻头。与此同时，人造金刚石在我国也已开始制造；1972年制成了人造金刚石钻头并试用于生产实践中；此后，金刚石钻进技术在我国迅速发展起来，人造金刚石厂和钻头制造车间大量兴起，产品成倍增加，质量不断提高，品种亦不断增多，制造钻头的新方法也相继研究成功。在钻探设备方面还研制出多种适用于小口径金刚石钻进的新型钻机；小口径管材和工具亦形成系列；此外，还研制出各种适用的冲洗液及孔内、地表用的各种仪表。 现今。金刚石钻进技术已推广到全国各行业的矿山勘探中。 金刚石钻进的常用钻具由钻头1、扩孔器2、岩心管3、异径接头4和钻杆5等所组成，如图 3?1所示。钻头1镶有作为切削具的金刚石以破碎岩石；扩孔器2上也镶有金刚石以修整孔壁；岩心管3以容纳所钻岩心，有单层与双层之分。双层岩心管应用较为广泛。 单层岩心管如图 3?2(a)所示；卡簧2装在钻头1上方的扩孔器3内，提钻时，卡簧可把岩心卡住并随钻具提出孔外。单管钻具只用于钻进完整地层。双层岩心管如图 3?2(b)所示；内管7是静止不转的，可容纳岩心使之不受扰动。外管6传递扭矩于钻头1。冲洗液经内外管间隙流向孔底，使岩心不受冲蚀。内管下端装有卡簧2的卡簧座，其作用与单层管相同。 实践证明，金刚石钻进比其它钻进方法有许多优越性，它具有钻进效率高、钻探质量好、孔内事故少、钢材消耗少、成本低及应用范围广等特点。 金刚石钻进的孔径不受限制，最小为28mm，最大达300mm；孔深可超过4000m。因此，它广泛地用于金属和非金属、煤田、石油等地质勘探中，也用于石油、天然气、地下水的开采及其它工程孔上。 金刚石钻进的钻孔倾角不受限制，它不仅能钻垂直孔、斜孔，还能钻水平孔和仰孔，因此，它可广泛用于隧道掘进工程及矿山坑道中钻凿爆破孔和追索矿体的勘探孔钻进中。 第一节 钻探用金刚石 一、金刚石的分类 金刚石是迄今为止人类发现的最坚硬的研磨切削材料，它在机械、采矿、冶金、光学仪器、电子等工业部门得到广泛的应用。地质钻探用金刚石约占世界工业金刚石用量的五分之一。 (一)天然金刚石 在国际上一般按其结晶形态和产地，可分为以下几种： 1、包尔兹(bortz)，即浑圆金刚石 多呈不规则或放射状结构，颜色变化很大：无色、黄色、灰色和黑色等，呈透明或不透明状，具有硬度高多边缘等特征，且价格低廉，最适宜作钻头用。凡结构异于“黑色金刚石”和“巴拉斯”的，又不能列到宝石级的，都属于这一类。 2．刚果(congo)，亦称刚果包尔兹 颜色有白、灰、黄、绿等，细品结构，多数呈碎粒状，硬度略低于包尔兹。可作孕镶钻头用，精选后也可作表镶钻头用。 3．卡邦纳多(carbonado)．亦称黑色金刚石 产于巴西。颜色有黑、钢灰，灰绿、灰褐和暗红等，有树脂光泽，呈细粒多孔结构，无节理面，圆粒状。密度为(3200～3400)kg/m。耐磨性和韧性都超过所有金刚石，是理想的钻头切削具。但因产品稀少，价值昂贵。所以很少用于钻探。 4．巴拉斯(ballas) 产于巴西及非洲。颜色由透明到暗褐，多呈粒状晶体或近似圆球体，外壳为细晶结构，外壳的强度、硬度都高于中心内部，密度为3520kg/m。巴拉斯具有很高工业用途，但很少用钻探作业。 5．雅库特(якут)，亦称包尔兹 产于俄罗斯的雅库特．结晶似刚果。 (二)人造金刚石 1．单晶 人造单晶是人造金刚石的基本品种。由于合成时使用的触媒不同，因而具有不同的颜色。目前，生产的以不同深浅的黄绿色晶体及含硼黑色晶体为主，是我国金刚石钻探使用的主要品种。 2．聚晶 是由细小的金刚石微粒(直径大约在1～100μm之间)，在粘结剂参与下烧结而成的较大颗粒的多晶金刚石。聚晶的形状可根据需要制成圆柱形、三角形或其它多边形状或立方形。 3．金刚石复合片 由一