龍松濤

（河南省煤田地質(zhì)局一隊,河南 新鄭 451150）

在很多工程的施工過程中，都需要實用鉆探設(shè)備進行巖石掘進，這就需要使得巖延時破碎，只有這樣才能實現(xiàn)成功鉆進。在對巖石進行破碎的過程中，可以失去的性質(zhì)得到改變，當前破碎巖石的設(shè)備即就是鉆探設(shè)備的種類很多，在施工中應(yīng)用的極為廣泛的是金剛石鉆機。因此文中主要對鉆機的效率問題進行了分析。

1、巖石破碎和鉆探設(shè)備效率之間的關(guān)系

已有的研究表明，巖石在爆炸的作用下，大面積的巖石內(nèi)部都會有空隙出現(xiàn)。由于巖石的四周會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)或者是平移運動這樣地質(zhì)板塊之間有相互位移的現(xiàn)象出現(xiàn)。由此可見爆炸能量不斷會實現(xiàn)中心區(qū)巖石的粉碎，同時促使巖石具有動能，鉆探設(shè)備效率和巖石破碎的關(guān)系表現(xiàn)為。

2、提高鉆探設(shè)備效率的方法

2.1 選擇合適的鉆機

鉆機就是在鉆進時帶動鉆具實現(xiàn)對巖芯以及巖屑等的主要機械設(shè)備。當前鉆機的鉆機深度通常在2-15000 米的范圍之內(nèi)，在這個范圍內(nèi)可以分成不同的檔次，他們在人類的生產(chǎn)和生活中所起到的作用是非常重要的。不同巖石具有不同的特點，因此所使用的鉆機都是各不相同的，因此要保證鉆進的效率就要確保選擇的鉆機的合理性。在對鉆頭參數(shù)進行設(shè)計的時候，應(yīng)根據(jù)所選用的鉆機的型號、鉆進參數(shù)以及巖石的類型等綜合因素進行考慮以便于達到最佳的鉆進效果。

2.2對巖石鉆進參數(shù)的合理設(shè)計和選用

巖石的鉆進參數(shù)主要包括鉆壓、轉(zhuǎn)速以及沖洗液量這三種。下面對它們的設(shè)計和選用進行分析。

2.2.1 鉆壓

鉆壓應(yīng)卻把巖石有效的破碎，通常情況下，隨著鉆頭壓力的增大，機械鉆速也會隨之增大。如果鉆壓小于最佳值距導(dǎo)致巖石被磨光無法鉆進，想要使得鉆速得到有效提高，應(yīng)該使得鉆壓大于待鉆巖石的壓入硬度，這時巖石將會從表面破碎到整個體積破碎 ，而且鉆速也會呈現(xiàn)出迅速增長的趨勢。如果鉆壓過大會出現(xiàn)深度過大的情況，這樣就不利于孔底的凈化，容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，會致使鉆速減慢，同時會損壞鉆頭，總之鉆速過高過低都是不合理的，應(yīng)根據(jù)實際情況對鉆速進行合理控制以保證鉆進的速度。對于孕鑲鉆頭來說，鉆壓的最佳值的確定應(yīng)確保鉆速的恒定，以免給其使用壽命造成影響。通常在鉆探生產(chǎn)中，如果最佳的鉆壓確定之后就應(yīng)嚴格執(zhí)行。在確定鉆壓的時候，主要是根據(jù)鉆頭的類型來進行的，通過公式可以將孕鑲鉆頭的鉆壓計算出來。在該公式中，P、p、A 分別表示：鉆頭的壓力（N）、推薦的單位壓力（MPaz）以及鉆頭和巖石的接觸面積（m2）。而在實際生產(chǎn)中，對鉆壓可造成影響的因素有很多，因此我們應(yīng)根據(jù)實際情況而定。比如巖石的類型、鉆頭類型、鉆孔內(nèi)壓力損失等。通常情況下，新鉆頭的金剛石和孔子的情況很難相適應(yīng)，所以在使用的過程中應(yīng)以較小的壓力和轉(zhuǎn)速進行初磨，等到和孔底的情況相適應(yīng)之后，安照正常的規(guī)定進行鉆進。

2.2.2 轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速作為影響鉆進設(shè)備鉆進效率的主要因素。在很多硬度較高的巖石中，隨著鉆頭轉(zhuǎn)速的增大鉆速也會增大，但是金剛石的消耗量是不會增加的。通常轉(zhuǎn)速和鉆頭磨損之間的關(guān)系是比較復(fù)雜的。但是在一的巖石條件下，可以確定出最佳的轉(zhuǎn)速，這時金剛石鉆頭的磨損是最小的，同時還可以確保鉆速的穩(wěn)定性?？梢酝ㄟ^公式將鉆頭的轉(zhuǎn)速計算出來，在該式中，n、D、Vk分別表示鉆頭的轉(zhuǎn)速（r/min）、鉆頭的直徑大?。╩）以及推薦的線速度（m/s）.對于孕鑲鉆頭來說，若巖層比較堅硬的話，線速度應(yīng)控制在1.5-2 m/s；若硬度更高的話應(yīng)將線速度控制在 1.8-3 m/s、若巖層的硬度較軟應(yīng)將線速度控制在 2-2.5 m/s。除此之后，有很多因素都會對轉(zhuǎn)速造成影響，比如巖石的性質(zhì)、鉆頭的類型、鉆孔深度等等，在生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)具體情況進行必要的調(diào)整。

2.2.3 沖洗液量

沖洗液的的類型、泵量和泵壓作為非常重要的鉆進參數(shù)，其中泵量應(yīng)該連續(xù)均勻確保高流速，以便于將孔底鉆出來的巖粉清理干凈，對鉆頭還可以起到冷卻的作用。在鉆進的過沉重，為了克服沖洗液的流通阻力，應(yīng)控制好泵壓、流速以及泵量。通常情況下，沖洗液量的大小是由多種因素決定的，而在實際中，我們在對沖洗液量進行確定的時候主要的依據(jù)就是看其是否能有效的將巖粉排出。而液流返回的速度在很大程度上會決定從洗液排粉的效率，這樣看通過反流速度來確定沖洗液量，通過公式就可計算出來，在該式中，Q、V、S 分別表示流量（L/min）、鉆孔和鉆桿之間的環(huán)狀面積大?。╟m2）、推薦的返流速度（m/s）除了上述的因素之外，還應(yīng)對鉆頭的類型、巖石的性質(zhì)以及完成性等進行考慮。

2.3對鉆頭的合理設(shè)計以及選用

文中主要以金剛石鉆頭為例進行闡述，該種鉆頭具有較強的適用性，但是地層是處于變化的狀態(tài)中的，這就對鉆頭有了一定的限制，也就是說一定性能的鉆頭是有一定適用范圍的，對于不適合的巖層就無法保證鉆進效率，或者是對鉆頭的壽命會產(chǎn)生一定的影響。因此為了使得鉆頭的效果能在最大程度上得以發(fā)揮，我們應(yīng)綜合多種因素鉆機鉆頭的參數(shù)進行設(shè)計和選用。通常金剛石鉆頭的選擇主要包括以下幾個方面：第一，在選擇鉆頭類型的時候，應(yīng)根據(jù)巖石的硬度、均勻、完整程度以及研磨性來決定，巖石的硬度越大，而均勻性和完成程度差，研磨性越強則應(yīng)該選用孕鑲鉆頭，否則看采用表鑲鉆頭；第二，對胎體性能的選擇主要是根據(jù)巖層的破碎程度以及研磨性，所用鉆機的型號以及巖層的硬度等；第三，對金剛石質(zhì)量和粒度的選擇，如果巖層越厚而且具有較強的研磨性，就要求金剛石的質(zhì)量越高，粒度應(yīng)較細，反之應(yīng)較粗；第四，金剛石的濃度，若金剛石的研磨性越差，其濃度應(yīng)降低，反之應(yīng)增高；第五，鉆頭端面形狀的選擇，對于硬度較高的巖石所采用的鉆頭和巖石之間的接觸面積應(yīng)小；在鉆進具有裂隙性而且是軟硬交替的巖石所采用的鉆頭應(yīng)具有較強的耐磨性和適應(yīng)能力；若巖層的傾角大，所采用的鉆頭應(yīng)就有較好的導(dǎo)向性。

2.4對鉆頭的使用要求

在以上的所有因素都得到合理的設(shè)計和選擇時，應(yīng)確保對鉆頭的合理使用，這對提高鉆進效率以及延長使用壽命等都有著重要的作用和意義，我們在使用的過程中，應(yīng)確保鉆頭的排隊使用，做到和鉆具的有效配合，控制合理的失效，以提高鉆進的效率。

[1]趙曉冬，吳浩.中國煤炭地質(zhì)總局鉆探設(shè)備現(xiàn)狀之思考[J].中國煤炭地質(zhì).2011(7).