岩土钻掘工程的应用范围

岩土钻掘工程的应用范围：普查找矿钻探、矿产勘查钻探、水文地质和水井钻、油气田钻探、工程地质勘察钻、工程施工钻、环境监测、非开挖地下管线施工技术、能源开发资源勘探开发坑探工程、冰川钻探。

施工设备的发展趋势：小型轻便化、大型多功能化、特殊专用化岩土钻掘工程的工作对象是岩土。

钻探工程，钻掘就是要钻出一定大小直径和深度的孔（井）对于坑探工程，钻掘岩土就是要掘出一定尺寸和深度的巷道、槽或浅井等岩石连接的薄弱面的存在一方面大大削弱岩石的坚固性，另一方面又对爆破有害，降低了爆破效果岩石可钻性可理解为钻进过程中岩石抵抗破碎的强度。

他表示岩石破碎的难易性。

岩石的可钻性分级：1.按实钻法分级：在规定的设备和技术条件下，在现场进行实钻，已获得的纯钻进速度作为岩石可钻性的分级指标。

可钻性级别越高，钻进时速度越低，可钻性越低，越难钻。

缺点：随着技术水平和技术条件的改变，各类岩石的实钻指标的绝对值和相对关系都会发生变化。

各地区矿区的岩面存在着差异，要找到在同深度并且和其他条件相同的测试条件是较难实现的，因而影响其测试的科学性要组织较大的测试队伍到各地各矿去测试，因而该测试方法费时费力。

2摆球硬度分析法：仪器简单，操作简便，但要求岩样两端抛光工序较为复杂3压入硬度分级法：模拟了牙轮钻进时牙齿的碎岩方式4微钻法5普氏分级法6凿碎比功法钻探生产工序：准备阶段：筹备应采用的设备和工具，然后搬运和安装。

钻进阶段：包括钻进、检修、事故处理、听钻等工作。

结束阶段：包括起拔套管、封孔、设备拆卸等工作钻探工程是按照一定要求和目的，采用适当的设备和工艺措施，以最优方式钻出一定孔径和深度的孔钻孔的基本程序：破碎孔底岩石、提取岩心和岩粉、加固孔壁钻孔结构：钻孔由开孔至终孔，随孔深口径的变换。

一般的，换径次数越多，钻孔结构越复杂。

为获得水文地质资料而进行的钻探工作，称为水文地质钻探，所形成的孔称为水文地质孔或水文地质勘探孔。

为开发地下水而进行的钻井工作，称为水井钻，所形成的井称为供水井。

水文地质孔、水文地质勘探孔、探采结合井、水文地质长期观测孔、供水井安装井内装置的工作，称为成井工艺。

破壁、换浆、探井——安装井管——填砾——止水——洗井——试抽井管包括井壁管、滤水管、沉淀管对井管的要求：井管应圆、直、无弯曲；井管内壁应平滑、圆整；井管应具有一定的抗弯、抗拉、抗压强度；应具有较高的抗腐蚀能力；滤水管应具有较大的孔隙率井壁管是保护非含水层孔段的井壁，防止坍塌堵塞井孔，同时又可隔离含有有害杂质的水涌入井中，以保证水井的水质井管可分为金属和非金属滤水管种类：骨架滤水管、缠丝滤水管、包网滤水管、砾石滤水管、贴砾滤水管止水：为了达到一定水文目的，在井孔中隔离个别岩层的工作称为止水洗井：清楚井壁上的泥皮，并把渗入到含水层中的泥浆抽吸出来，恢复含水层的空隙，进而抽吸出含水层中的一部分细小颗粒，扩大含水层的孔隙而形成一个人工过滤层。

这个高渗透率的人工过滤层的形成叫做洗井。

清孔有两个目的，一是清除孔底的沉渣，提高桩端承载力；二是清除孔壁上的泥皮，提高桩身摩擦力灌注混凝土作业步骤：灌注混凝土；提升导管；拆除导管；控制灌注标高；拔出护筒断桩处理方法：当断桩位置较深、断桩处承受的弯矩不大且断处以上以灌注混凝土时，可用压浆方法处理；当断桩位置较深，断桩处承受较大弯矩且断处以上以灌注混凝土时，为了加强其抗弯性能，沿桩身钻的孔要大些，穿过断处要深些；断桩处靠近地面而断桩后又停止灌注混凝土，可视具体情况，用打入长的钢护筒或沉入导管等方法；补桩。

爆扩桩是用钻机成孔，桩下端爆扩成扩大头的就地灌注混凝土的断桩。

油、气井钻井方法可分为转盘钻井法和井底动力钻井法，后者又有涡轮钻、螺杆钻和电钻之分。

转盘钻井法使用最广，他的钻井工艺与技术比较成熟。

在软地层中常用刮刀钻头全面钻进，在中硬以上地层可以采用不同类型的三牙轮钻头或金刚石钻头全面钻进，只有在含油地层才取心钻进。

固井包括下套管和注水泥两项工作。

在准备固井井段，先下入按设计做好的套管柱，然后再在套管与井壁之间注入一定高度的水泥浆，把井壁和套管间的环状间隙严密封闭起来，做到既不漏、不窜，隔绝油、气、水层，又保护套管不断、不裂和不变形。

坑探工程：为了达到地质勘探的目的——了解岩性和地质构造、矿体的赋存情况，寻找有用矿床而在地表或地下岩层中挖掘各种不同形状的空间场所。

钻机基本组成部分：回转装置、调压及给进装置、升降装置、变速装置、机架。

传动系统任务a接通和切断动力b变速和变矩c分配动力和改变旋转方向d改变运动形式e 实现柔性转动和过载保护f其他，比如驱动仪表硬质合金钻进是采用具有相当硬度的硬质合金做碎岩切削具的一种钻进方法。

钢粒钻进是用未镶有切削具的钻头刚体压住不与钻头钢体镶在一起。

呈自由状态、尺寸不大的钢粒，并带动它们在孔底翻滚而破碎岩石的钻进方法。

孕镶钻头的胎体磨耗和金刚石磨耗状态基本上有下属三种a胎体与金刚石相应地磨耗b胎体磨耗过快使金刚石过早脱落或破裂c胎体磨耗过慢，致使金刚石不出刃。

冲击回转钻进之所以能够提高钻进效率a冲击载荷为接触应力，瞬间可达极高值b切削刃具的磨损减少c在冲击时加有一定轴向压力，可改善冲击功能的传递条件，增大了冲击效果。

D高频并连续给岩石施加冲击荷载e在冲击中又有连续不断地回转切削作用，改变了单冲击载荷的破岩方式，充分发挥了冲击碎岩和切削碎岩的效果。

钻孔冲洗介质的功用a冷却钻头b清洗孔底c保护孔壁d润滑钻具水化作用：由于电的作用使粘土颗粒吸附水，粘土颗粒因吸水而形成一层水化膜。

失水量和造壁能：失水量和造壁能是泥浆最重要的性能之一。

在钻进时，若泥浆液柱与地层间有压力差存在时，泥浆中的自由水逐渐脱离泥浆向孔壁岩层的孔隙中渗入，这个过程称为泥浆的失水。

表示泥浆失水多少的性能成为失水量。

触变性：泥浆静止时，粘土颗粒两端水化膜薄处粘结，而形成结构，稠化成胶状物质。

当再进行搅拌或振荡时，又恢复其原有的流动性，这种性质称为泥浆的触变性。

30钻探质量包括：岩矿心的采取、钻孔弯曲、简易水文测量、孔深校正、原始报表和封孔。

前两项最重要。

对岩矿心质量的要求：a岩矿心的采取率b完整性c纯洁性d避免选择性磨损钻孔弯曲：在施工过程中，由于种种原因，钻孔都要偏离设计的轴线，凡是钻孔实际轴线偏离了设计的钻孔轴线者，均称为钻孔弯曲，简称孔斜。

复杂地层：由于地质构造的运动，地下水的溶蚀、冲刷以及由于岩石本身的特点而使其稳定性和完整性遭受破坏的地层。

硬质合金切削具主要受到的两个力的作用，轴向压力和水平回转力。

当轴向压力达到一定值后，切削具对岩石的单位压力超过岩石的抗压入岩石一定深度。

同时，在回转力的作用下，切削具也向前推挤岩石。

如果岩石较脆，则受力体被剪切推出；如果岩石是塑性的，则切削具前部岩石被削去一层。

切削具在轴向压力和水平回转力的双重作用下，遂使孔底呈螺旋状不断加深。

直镶，用于各种岩层正斜镶，用于软岩，硬度小于5 负斜镶，用于硬岩单颗钢粒破碎岩石的机理：压碎破碎，压裂破碎常用的投砂方法：一次投砂法，结合投砂法，连续投砂法一次投砂：在回次钻进前将所需钢粒量一次性投入孔内结合投砂法：又称分批投砂法，在回次钻进前先投入孔内所需钢粒的50%，所剩下的50%钢粒量分2~3次投入连续投砂法：是利用连续投砂器，在钻进过程中不断送砂表镶钻头上的金刚石对于球体压入坚硬脆性岩石的作用过程中，一般认为主要破坏方式为压裂、压碎加体积剪切，而切削破碎方法是次要的；对于塑性较大的中硬岩石，则主要以切削方式破碎岩石，而以压碎压裂为辅。

冲击回转钻进的井底碎岩，三种力，回转力，轴向静压力，冲击力；岩石以冲击剪切和回转切削方式破碎。

在硬的、脆性的岩石中钻进，岩石破碎主要是冲击力的结果，钻具的回转只是移动切削具位置；对于中硬、塑性较大的岩石，其破碎方式仍然是以回转切削为主，冲击作用是辅助的。

钻头切削具的磨损主要发生在回转过程中。

冲击回转钻进之所以能够提高钻进效率，原因有：1冲击荷载为接触应力，瞬时可达到极高值，应力比较集中；2切削刃具的磨损减少3在冲击时加有一定轴向压力，可改善筹集功能的传递条件，增大冲击效果。

4高频并连续地给岩石施加冲击荷载5在冲击中又有连续不断的回转切削作用。

钻探质量包括：岩矿心的采取、钻孔弯曲、简易水文测量、孔深校正、原始报表、封孔。

尤其以岩矿心的采取和钻孔弯曲更重要。

封孔：是钻孔施工的最后一项工作。

钻孔终结后为了地质因素（1）岩石的各向异性：垂直层理的钻速大于顺层理的钻速，钻孔得顶角和方位角都趋于垂直岩层的层面方向。

（2）岩层遇层角的影响：岩层的遇层角是指钻孔的轴线与沿层面之间小于90度的夹角。

钻孔穿过软硬互层时，因软硬岩石抵抗破碎的能力不同，使孔底产生不均匀破碎，造成钻速差，因而引起钻孔顶角和方位角的变化。

钻孔偏斜的方向与顶角弯曲的强度取决于遇层角的的大小和岩石的硬度差。

差值越大，钻孔弯曲强度越大。

当钻头由软岩进入硬岩，且遇层角小于15到30度，互层的软硬又相差较大时，顺层溜的趋势，反之有顶层进的趋势。

当钻头自硬岩进入软岩中，钻孔同时向硬岩方向弯曲，当软硬岩层接触面倾角越大时，表现越明显。

钻头由软岩进入硬岩，再由硬岩进入软岩，且硬岩厚度较小时，钻孔顶角有回原的趋势。

（3）松散、溶洞地层-钻孔在松散地层钻进时，因岩层松散、孔壁不牢靠，故在钻具自重下，钻孔极易下垂。

遇到大溶洞时，由于自重，钻孔顶角急剧缩小而向下弯曲，直孔钻进时，孔底不规则，粗径钻具也容易偏离钻孔轴线发生弯曲。

封闭和隔离含水层而进行的止水工作。