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    地质勘探用的硬质合金钻头

    时间:2015-07-25 22:05:38来源:本站人气:972

         在地质勘探工程中要查明一地的地层情况,除采用坑探外,还用钻探的方法。钻孔的深度自数米至数千米。所以,钻孔使用的钻头材料要有很高的耐磨性。岩心钻进时采用的材料有三种:

          1)金刚石。将金刚石竣于钻头端部;这种钻头的生产率很高,但由于金刚石价格昂贵、稀缺,难以推广;

          2)铁砂。在钻进时,将铁砂倒入钻孔中,借铁砂来刘取岩石;

          3)硬质合金。根据不同的岩石选择不同型号和牌号的硬质合金片镇焊于钻头端部,借合金片来刻取岩石。

          钻进坚硬的岩石时,最通用的硬质合金型号为K53型;在中硬和中硬以下的岩石有用K51型的。在我国除使用这两种型号外,现在使用最广还有K57型,新生产的K55型和K56型亦在推广中。不输使用何种型号的硬质合金,其端部伸出钻头体外不得超过1.5~2.5毫米,里出刃和外出刃一般为0.75~1.0毫米,这样在钻进岩石时,才不致使钻头在钻孔中卡佳。在钻进软岩层时,里出刃和外出刃可达2.0~3.0毫米。图109为镶八角柱状合金片的钻头。图110为壤K51型合金片的钻头。


          近年来,我国正进行自磨式钻头的弑骇和推广。这种钻头的特点是在钻进过程中不需要多次提升钻头,因而大大地降低了辅助时间,增加了纯钻进时间,提高了生产率。这种钻头是用薄片合金和φ2毫米的圆桂合金镶成的。试验证明,这种钻头可钻进极坚硬的岩层。图111为壤K55和K56型合金片的自磨式钻头。
          镶片状合金的岩心钻头的缺点,是在钻进过程中容易产生脱片现象。采用图112的硬质合金片来镶制钻头,就能大大地减少脱片现象。
          在设计镶焊硬质合金片的钻头时,根据硬质合金齿进入岩石的深度来确定钻头每转的给进量。要使硬质合金齿进入岩石中,必须使施于工作面的轴向压力大于与岩石接触的齿部支持面和岩石的极限抗压强度之乘积,即C>Sσ

    式中 C—施于工作面的轴向压力,公斤;

           S—与岩石接触的齿部支持面,毫米2;

           σ—岩石的极限抗压强度,公斤/毫米2(仅有一个自由面时)。

          若轴向压力C < Sσ,就不能使岩石破坏和刻取岩石,而造成齿与岩石的摩擦,因此,钻进速度非常低。同时,釉向压力过大,亦会造成钻杆弯曲和折断。所以,钻头上齿的数量应根据容斡的轴向压力和每个齿所需的压力来确定。钻进极限抗压强度很大的岩石(大于250~300公斤/毫米)时,钻头直径在75毫米以下,镶4~6个合金齿,可用方形或片状的合金片,如K53,K55,K57型等。钻进粘土、粘土砂质页岩和白垦层时,最好使用菱形或梯形的合金片,如K52型和K54型。直径为85~100毫米的钻头应镶焊6~8个合金齿。

          硬质合金片应具有下列几个角度:

          1.钻进莫氏硬度为3或3以上的岩石和各种有裂救的岩石时,斜角应为60~65°;

          2.钻进硬度在3以下的无裂隙的岩石时斜角为45~50°。

          镶槽宽度不应大于合金片厚度的0.2毫米。在镶焊前应将合金片表面磨光至呈金属光择为止,然后用汽油将合金片洗净,清除油污后,配置于镶槽中。将配好的合金片的钻头匿于饱合的硼砂水中煮沸5~10分钟,取出烘干,然后在合金片上撒上硼砂,装入炉中;待硼砂熔化后,取出装上焊铜,在焊铜上撒上硼砂后,再装入炉中;焊铜熔化后,从炉中取出,属于保温介质(如木炭粉、泊石灰或于砂中)中,使之慢慢冷却,冷却后,再清除多余的焊料及硼砂。

          在野外工作的条件下焊接钻头时,通常用氧乙炔焰加热。这种方法的缺点是,虽然加热快,但不均匀,所以焊接质量差,且容易产生裂牧现象。

          修磨钻头时,硬质会金部分用碳化硅(绿色或黑色)砂轮,粒度为46~60,硬度为CM1~CM2。在修磨时应使用遵横水冷却,水源不便时,亦可进行干磨。但不得采用断横的冷却水,因为断横冷却水会使合金片产生裂放。

          使用硬质合金钻头钻进时,必须合理地选择钻进制度,如钻头的轴向压力的大小、旋转速度及钻孔的冲洗强度等。大家知道,提高轴向压力,可以提高钻进速度,所以应根据硬质合金片和钻杆来选择最大的轴向压力。同时,应孩考虑到,轴向压力提高后,会造成孔壁的歪斜,所以,在某些情况下,是不允静提高袖向压力的。

          根据实际经验证明,八角柱状的K53型合金片每个刃所能承受的压力为80~120公斤,而片状的合金则可达100~150公斤。施于钻头上的压力可以根据岩石的硬度和钻头上合金片的齿数来调整。钻进单一的坚硬岩石时,可采用最大的压力;钻进软岩层时,压力可以降低40~50公斤;而钻进多裂隙的岩层时,压力还要减小。

          新钻头或重磨过的钻头在开始钻进时,应使用较小的压力,然后逐渐增大。钻进的耱速可以根据钻头亩径和岩石的特征选择,见表32。

          钻孔的直径对于钻进速度有很大的影响??拙对龃?,刻取岩石的工作量就会增加,但会改善钻孔的拂渣条件,这会提高速度。

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