探放水工培训教案 - 图文

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万盛煤矿安全培训中心培训教案

课程名称：探放水工总学时：90

本次课题：《煤矿安全规程》总则学时数：4 教学目的及要求：让职工了解煤矿安全生产方针及法律法规教学重点：煤矿安全生产方针及法律法规教学难点：煤矿安全生产方针及法律法规教学方法：理论结合实际教学用具：投影仪，计算机教学内容：

《煤矿安全规程》总则

第一条为保障煤矿安全生产和职工人身安全，防止煤矿事故，根据《煤炭法》、《矿山安全法》和《煤矿安全监察条例》，制定本规程。

第二条在中华人民共和国领域从事煤炭生产和煤矿建设活动，必须遵守本规程。

第三条煤矿企业必须遵守国家有关安全生产的法律、法规、规章、规程、标准和技术规范。

煤矿企业必须建立、健全各级领导安全生产责任制、职能机构安全生产责任制、岗位人员安全生产责任制。

煤矿企业应建立、健全安全目标管理制度、安全奖惩制度、安全技术措施审批制度、安全隐患排查制度、安全检查制度、安全办公会议等制度。

煤矿企业必须建立各种设备、设施检查维修制度，定期进行检查维修，并做好记录。

第四条煤矿企业必须设臵安全生产机构，配备适应工作需要的安全生产人员和装备。

第五条煤矿安全工作必须实行群众监督。煤矿企业必须支持群众安

全监督组织的活动，发挥职工群众安全监督作用。

职工有权制止违章作业，拒绝违章指挥；当工作地点出现险情时，有权立即停止作业，撤到安全地点；当险情没有得到处理不能保证人身安全时，有权拒绝作业。

第六条煤矿企业必须对职工进行安全培训。未经安全培训的，不得上岗作业。

矿务局（公司）局长（经理）、矿长必须具备安全专业知识，具有领导安全生产和处理煤矿事故的能力，并经依法培训合格，取得安全任职资格证书。

特种作业人员必须按国家有关规定培训合格，取得操作资格证书。第七条煤矿使用的涉及安全生产的产品，必须取得煤矿矿用产品安全标志。未取得煤矿矿用产品安全标志的，不得使用。

试验涉及安全生产的新技术、新工艺、新设备、新材料前，必须经过论证、安全性能检验和鉴定，并制定安全措施。

第八条煤矿企业在编制生产建设长远发展规划和年度生产建设计划时，必须编制安全技术发展规划和安全技术措施计划。安全技术措施所需费用、材料和设备等必须列入企业财务、供应计划。

第九条煤矿企业必须编制年度灾害预防和处理计划，并根据具体情况及时修改。灾害预防和处理计划由矿长负责组织实施。煤矿企业每年必须至少组织1次矿井救灾演习。

第十条入井人员必须戴安全帽、随身携带自救器和矿灯，严禁携带烟草和点火物品，严禁穿化纤衣服，入井前严禁喝酒。

煤矿企业必须建立入井检身制度和出入井人员清点制度。第十一条煤矿企业应有创伤急救系统为其服务。创伤急救系统应配

备救护车辆、急救器材、急救装备和药品等。

第一部分煤矿安全生产方针及法律法规煤矿安全生产方针

煤矿安全生产方针是党和国家为确保煤矿安全生产而确定的指导思想和行动准则，即“安全第一，预防为主”。

煤矿安全生产方针的重要意义：

安全第一，是强调安全、突出安全、安全优先，把安全放在一切工作的首位；

预防为主，是实现安全第一的前提条件。

安全第一、预防为主，是目标原则和手段的关系。不能坚持安全第一，预防为主很难落实；坚持安全第一，才能自觉地或科学地预防，达到预期目的。反之，只有坚持预防为主，才能减少事故、消灭隐患，才能做到安全生产。

煤矿安全生产方针的贯彻落实

（1）坚持管理、装备、培训并重的原则；（2）坚持煤矿安全生产方针标准；（3）坚持各项行之有效的措施；煤矿安全生产法律法规

我国煤矿安全生产法律法规体系主要内容有

法律有《安全生产法》、《煤炭法》、《矿山安全法》、《劳动法》、《矿山资源法》等。

行政法规有《煤矿安全监察条例》、《煤炭生产许可证管理办法》、《安全生产许可证条例》、《乡镇煤矿管理条例》、《矿山安全法实施条例》《特别重大事故调查程序暂行规定》、《企业职工伤亡事故报告和处理规定》等。

地方性法规有《××省矿山安全法实施办法》、《××省煤炭法实施办法》等。

部门规章和地方政府规章有《煤矿安全规程》、《爆破安全规程》、《特种作业安全技术培训考核管理办法》等。

主要安全生产法律法规

（一）《安全生产法》于2002年6月29日第九届全国人大代表常务委员会第28次全体会议通过，于2002年11月1日起施行。

（二）《矿山安全法》于1992年11月7日由第七届全国人大代表常务委员会第28次全体会议通过，由国家主席以第65号命令发布，自1993年5月1日起施行。

（三）《煤炭法》于1996年8月29日由第八届全国人大代表常务委员会第21次全体会议通过，由国家主席以第75号命令发布，自1996年12月1日起施行。是中国第一部煤炭法。

（四）《煤矿安全监察条例》于2000年11月7日以国务院第296号命令颁布，于2000年12月1日起施行。

三、《煤矿安全规程》制定的目的及意义

目的：是保障煤矿安全生产和职工人身安全，防止煤矿事故。意义：规范煤矿工作，加强管理和监察执法，遏制重大、特大事故，保护职工安全和健康，保证和促进我国煤炭工业健康发展和煤矿安全状况稳定好转，为国家步入小康社会做出应有贡献。

新版的《煤矿安全规程》自2005年1月1日起实施。四、违法与法律制裁、犯罪及其特征

1、为。

2、

违法的四要素：（1）必须是一种行为；（2）必须侵犯了客体；（3）违法――违法是指不履行法定义务或者做出的法律禁止的行

违法的主体必须是有责任能力的人或依法设臵的法人（4）必须是行为者主观上出于故意或过失。

3、

法律制裁：主要有（1）刑事制裁（2）民事制裁（3）行政制裁

三种。

4、罪。

5、

犯罪的三个特征：（1）具有社会危害性，是一切犯罪的客观属犯罪――凡是违反刑法危害社会而应受到刑事处罚的称为犯

性；（2）刑事违法性，即违反刑事法律的禁令。（3）应受惩罚性。

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课程名称：探放水工总学时：90

本次课题：煤矿生产技术学时数：4 教学目的及要求：让职工学习掌握煤矿生产技术教学重点：煤矿地质基本知识教学难点：煤矿地质基本知识教学方法：理论结合实际教学用具：投影仪，计算机教学内容：

第二部分煤矿生产技术第一节煤矿地质基本知识

1、 2、 3、 4、

煤――是由沉积形成的可燃有机岩，是一种重要的能源。煤层的顶板可分为伪顶、直接顶、老顶三类。煤层的底板可分为直接底和老底两种。

煤层一般按厚度分为3类：薄煤层 <1.3m 中厚煤层1.3――

3.5m 厚煤层>3.5m。

5、

煤层按倾角大小分为4类：

（1）近水平煤层 < 8° （2）缓倾斜煤层8°――25° （3）倾斜煤层25°――45° （4）急倾斜煤层 >45°

6、构造

煤矿地质构造主要有：（1）单斜构造（2）褶皱构造（3）断裂

第二节矿井开拓

一、矿井开拓方式

1、开拓方式有：斜井开拓、立井开拓、平硐开拓综合开拓等 1、 2、 3、 4、

斜井开拓的类型及优缺点立井开拓的类型和优缺点平硐开拓的类型和优缺点综合开拓的类型和优缺点

二、矿井生产系统

煤矿的生产系统主要有运输系统、提升系统、通风系统，排水系统，供电、供水、供压气系统等等。它们由一系列的井巷工程和机械、设备、仪器、管线等组成。

（一）运输系统包括运煤系统、辅助运输系统；（二）提升系统包括提煤系统和辅助提升系统三、井下巷道分类

煤矿井下的巷道按其作用和服务范围，可以分为开拓巷道、准备巷道、回采巷道3类。

1、

开拓巷道―――－为全矿井一个水平或两个以上采区服务的巷

道。常见的开拓巷道有：石门、运输大巷、总回风巷及风井等等。

2、

准备巷道――――为准备采区（盘区）而开凿的主要巷道，称

为准备巷道。常见的有：采区上山、采区下山、采区车场、采区石门、

3、

回采巷道―――形成采煤工作面及为其服务的巷道称为回采巷

道。常见的有工作面运输巷、工作面回风巷、开切眼。

采煤技术

采煤方法包括采煤系统和采煤工艺两项主要内容，根据不同的地质及技术条件，由不同的采煤系统和采煤工艺相配合，构成多种多样的采煤方法。

5、

主要的采煤工艺有：

（1）爆破采煤

爆破采煤主要由：爆破落煤、装煤与运煤、工作面支护、采空区处理等环节组成。（2）普通机械化采煤

普通机械化采煤由破煤和装煤、运煤、工作面支护、采空区处理等工序组成。

（3）综合机械化采煤工艺

综采工作面的设备配备主要有大功率双滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、整体自移式支架。此外还有乳化液泵站、转载机、可伸缩带式输送机、移动变电站等等。（4）综采放顶采煤法

综采放顶煤采煤法，一般适用于缓斜及倾斜特厚煤层。它分两步完成：第一步是工作面采煤，第二步是放顶煤。

钻探技术知识井下钻探基本知识

1、井下钻探的目的：

矿井井下进行钻探的目的是：

（1）用来探明前方是否有矿井水（老窑水、裂隙水、岩溶水），压力

大小；

（2）用于煤层中瓦斯气体的抽放；（3）用来探明地质构造；（4）用来探煤厚；

（5）利用钻孔进行井下注浆。 2、钻探的概念：

钻探是由动力机（内燃机或电动机）带动钻机回转，由钻杆、岩芯管和钻头组成钻柱，并由钻机给一定的轴向压力和扭矩，从而使带刃具（切削具）的钻头产生克取岩石的作用，以达到不断往深部钻进的目的。

3、岩芯钻探的概念：

岩芯钻探是利用钻机及其它钻探设备，向地下钻孔，并取出孔内岩芯（岩石）、岩粉或向孔内施放测试仪器，以供地质勘探人员或有关人员了解不同深度地层的地质情况，为矿床勘探、工程施工等提供地质资料的工作。凡是需要取出孔内岩芯的钻孔工作，统称为岩芯钻探。

4、钻进方法的概念及分类：

钻探施工向地下钻孔时，破碎孔底岩石的方法及所采取的钻进技术称为钻进方法。

目前主要是应用机械方式破碎岩石，根据作用力的性质及方法不同，钻进方法可分为回转钻进、冲击钻进、冲击回转钻进及振动钻进等。

5、岩石的物理机械性质：

岩石在外力作用下所表现的性质，叫做岩石的物理机械性质。根据岩石的物理机械性质，岩石可分成坚固的、塑性的和松散的三大类。通常用硬度、强度、研磨性、弹性和塑性等来表示，它们对钻探工作有很大影响。

6、岩石的物理机械性质对钻探工作的影响：

（1）硬度：岩石的硬度是指岩石抵抗其它物体压入的能力，又叫抗

压入强度。它是影响钻进切入深度（或压入深度）的主要因素。

（2）强度：岩石强度是指岩石在各种外力（拉伸、压缩、弯曲和剪切力）作用下抵抗破碎的能力。

（3）弹性和脆性：岩石在去掉负荷后能恢复原来形状的特性称为弹性。钻进具有弹性的岩石，弹性变形要消耗一部分能量，增加了钻进的困难。

岩石在外力作用下不下引起残留变形，即破碎的特性称为脆性。（4）塑性：岩石在外力作用下改变了形状而不断裂的性质叫做岩石的塑性。在钻进中塑性变形要消耗很大一部分能量，而且易产生糊钻、缩径等现象。

（5）研磨性：岩石磨损研磨材料的性能称岩石的研磨性或摩擦性。岩石的研磨性对钻进的影响是摩擦力，它要消耗能量和使切削具磨损，大大影响钻头的有效工作时间。

（6）稳定性：岩石在有自由面（如孔壁）的情况下，不坍塌、不崩落的性质称为稳定性。岩石的稳定性与岩石本身的结构有关，与冲洗液性能的关系也很大，在沉积岩中钻进，如果泥浆配制得不合适，就会造成孔壁坍塌或掉块现象。

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课程名称：探放水工总学时：90

本次课题：钻探技术知识学时数：4 教学目的及要求：让职工学习掌握钻探技术知识教学重点：钻探技术知识教学难点：钻探技术知识教学方法：理论结合实际

教学用具：投影仪，计算机教学内容：

7、岩石的可钻性的概念及影响的因素：

岩石的可钻性是在一定的技术条件下钻进岩石的难易程度，是岩石的一种固有属性，它不是指示。

可钻性的好坏主要决定于岩石的物理机械性质，其次是钻进方法和钻进规程等。而在相同的钻进方法和相同的钻进规程中，钻进时的机械钻速（米/时）和回次进尺可作为一种可钻性指标。

8、泥浆在钻进过程中的作用：

泥浆在钻进过程中能够排除岩粉，保护孔壁堵漏，冷却钻头，润滑钻具的作用。根据孔内的情况，掌握、调整好泥浆的性能，对提高钻速、防止孔内事故有很大作用。

9、反映泥浆性能的指标：

反映泥浆性能的指标有：流变性、滤失性、密度、含砂量、胶体率、

PH值等。这些性能的优劣决定了泥浆循环功能的效果，直接影响冷却钻头、润滑钻具、排离岩粉、携带岩粉、护壁堵漏、钻头寿命、机构钻速、台月效率、钻进成本及孔内事故等一系列成孔技术问题。

10、泥浆的各项性能指标对钻进的影响：

（1）泥浆的流变性直接影响岩粉排离、携带与悬浮，泵压、泵量与功率，孔壁稳定及机械钻速等钻进工艺问题。

（2）泥浆滤失性对钻进的影响表现为：滤失性过大，使水敏性的泥岩、页岩等岩层吸水膨胀、坍塌、缩径；增加起下钻阻力；易发生泥皮夹钻事故，泥皮过厚，环状空间减小，泥包钻头，使起下钻压力增大，会导致坍塌和漏失；损害气、水层；影响下套管。

（3）泥浆的相对密度与固相含量对钻进的影响有：泥浆的固相含量低，能提高钻进速度，减少钻头磨损及延长钻头寿命；钻进喷涌地层时，

增加泥浆的相对密度，可以防止井喷；适当地调整相对密度可以平衡地层压力；采用低相对密度泥浆，对减轻和消除冲洗液漏入是较为有效的措施。

（4）泥浆含吵量：含砂量过高，会使钻头、钻具、尤其是水泵，遭到非正常磨损，有时非常严重。

泥浆的其它性能指标对钻进的影响不是很明显。 11、泥浆泵的作用：

泥浆泵是钻探设备中的重要组成部分之一。它的主要作用是把一定量的冲洗液通过钻杆送到孔底，带出岩屑和岩粉并润滑和冷却钻头，保护孔壁等。

钻探设备的安装与维护

1、钻进方法钻机的分类：

根据钻进方法的不同，钻机可分为回转式和冲击式两大类。（1）冲击式钻机是利用机械的动力使钻头冲击岩石，从而把岩石击碎形成一筒状的钻孔。

（2）回转式钻机是利用机械的动力或液压驱动，使钻头一面回一面切削、压入、压碎岩石来钻进，从而形成筒状钻孔。

2、钻机启动前的准备工作：

（1）检查钻孔的方位和角度是否与设计一致；（2）检查压柱是否齐全，牢固可靠；

（3）检查油箱油质是否清洁，油位是否符合要求；

（4）检查油管的连接情况，是否准确无误、接头是否连接到位（5）检查钻机上各螺栓，螺钉是否可靠；

（6）检查钻机的操纵手把是否在中间位臵，减压阀、溢流阀、手轮是否在最小位臵，是否打开。

3、钻机启动后的检查：

（1）检查主、副泵运转声音是否正常；（2）检查钻机各部件是否漏油；（3）检查各操作手把是否有效；

（4）检查回转卡盘和夹持器是否有效可靠；

（5）检查钻机油路是否畅通压力是否正常各压力表是否指示灵活可靠；

（6）检查钻机冷却水管是否畅通，水量是否合适。 4、钻机的启动：

当钻机启动前的准备工作完成后，接通电源，先给水，再起动钻机，先给回转，后给进。

5、停机的操作程序：

充分清洗孔底石粉，将钻具提升，距离孔底一定位臵，先停给进，再停旋转，先停钻机，再停供水，最后切断电源。

6、钻机运转时的维护工作：

（1）注意油箱的油位，检查钻机各部件是否漏油，发现异常及时停机处理；

（2）倾听电机和主付泵的运转声音是否正常；有问题及时停机处理；（3）注意钻机压力表的指针变化，根据压力指示及时调整给进压力，出现异常及时停机分析处理；

（4）密切注视钻孔的返水情况，发现水量骤大或骤小及时停机分析原因，有异常及时处理；

（5）注意水帽的状态运转不灵活漏水严重及时停机处理；（6）注意钻机压柱的使用情况，出现松动及时紧固。

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课程名称：探放水工总学时：90

本次课题：钻探设备的安装与维护学时数：4 教学目的及要求：让职工学习掌握钻探设备的安装与维护教学重点：钻探设备的安装与维护教学难点：钻探设备的安装与维护教学方法：理论结合实际教学用具：投影仪，计算机教学内容：

7、注浆泵的工作原理及其结构：

目前生产上主要采用活塞式泥浆泵，现以单缸单作用泥浆为例，介绍其工作原理：

当活塞在曲柄连杆的带动下，由左向右移动时，泵缸活塞左侧部分容积增大，压力降低，形成负压，泥浆在外界大气作用下顶开吸水阀进入泵室；当活塞由右向左运动时，泵缸活塞左侧部分容积减小，压力增大，顶开排水阀，泥浆被排出，形成了吸排泥浆的过程。

双缸双作用泵的工作原理与单作用相似，不同的是活塞两侧均起吸排泥浆作用。

8、泥浆泵常见的故障、故障原因和排除方法：

故障故障原因取出清洗。排除方法泵排1、莲蓬头露出水面吸入空气。量小或不2、莲蓬头堵塞。能排水、压3、吸水管接头、软管或管路堵塞。拧下清洗。力表指针4、吸水管路连接不严密、软管磨剧烈摆动损破裂吸进空气。 5、填料箱塞填不良或泵头压盖的衬垫破裂吸入空气。拧紧螺栓或更换塞线、 13

6、吸入阀和排水阀磨损、动作失衬垫。灵或被砂等杂物堵住。 7、活塞的胶皮圈磨损串水。 9、缸套及拉杆磨损过大。倒换阀或阀座或清洗、除去杂物。更换新件。更换新件。 9、起动前吸水管路中没有满水或重新打开阀盖灌水。前后水缸内无水。 10、吸水高度超过允许高度。降低泵安装高度。 11、吸水管路过长或直径过小。缩短水管长度或更换大直径 12、皮带打滑。 13、离合器打滑。泵运转困难 1、填料（塞线）太紧。 2、连杆铜瓦包的太紧。 3、齿轮的间隙太小。吸水管。上皮带油或拉紧。修理、调节离合器。放松一些。在衬瓦间增加衬垫。 4、泵与动力机的位臵不在一条直对直。线上。运转时内1、连杆轴承松驰。有响声将轴承上紧或更换轴2、吸水阀排水阀弹簧松驰或断列。瓦更换新的。 3、空气室内没有空气。 4、泵的转数过高。 5、负荷超过额定功率。 6、拉杆上的活塞松驰。停泵将空气室内的水经过三通阀放出。查出上紧。零部件发1、轴承发热过高。热 A、轴承不同心，轴线不平行。进行检查，消除故障 14

B、轴承润滑不充分。 C、润滑油太脏。 D、轴承已损坏。加润滑油更换润滑油更换轴承 2、拉杆发热、填料箱发热、石棉放松石棉盘根盘根箍的太紧。 9、安装钻探设备的基本要求：

（1）钻探地基应根据勘探设计施工要求进行选择，孔位由地质、钻探及有关部门进行现场查勘后确定，一经确定，不得擅自改动。

（2）钻探地基必须平坦、稳固、适用。由于井下空间条件受限以及所打钻孔的方位不同，对地基也有不同的要求。

（3）基台必须安装稳固。 10、钻探用的管材：

钻探用管材包括钻杆、岩芯管、套管、沉淀管、钻铤和主动钻杆。（1）钻杆是进行钻进的重要工具。它是钻头传递破碎岩石的扭矩和轴向力、输送冲洗介质。按其用途分为正丝钻杆（用于正常钻进）、反丝钻杆（主要用于处理事故和纠正孔斜）。

（2）岩芯管是容纳岩芯和导正钻孔用。

（3）套管可做为孔口管或下入孔内防止孔壁坍塌、隔离涌水、漏水层的作用。

（4）沉淀管也叫取粉管或捞砂管，其作用是收集钻进时产生的较重的岩粉和失去克取能力的细小钢粒等。

沉淀管上部开口呈斜头或马蹄形，下端以左螺纹与沉淀管接头连接。（5）钻铤由厚壁无缝钢管制成。其单位长度重量较大，接续在岩芯管上部可起加压和“拉直”钻杆的作用，同时还起防斜作用。

（6）主动钻杆是夹持在立轴或转盘中的非圆环断面的钻杆，其作用是向孔内钻具传递扭矩。

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本次课题：钻进方法学时数：6 教学目的及要求：让职工学习掌握钻进方法教学重点：钻进方法教学难点：钻进方法教学方法：理论结合实际教学用具：投影仪，计算机教学内容：

钻进方法

金刚石钻进

1、影响钻进速度的因素：

概括来讲，影响钻进度的因素有：钻头的选择和使用、钻进参数（压力、转速、泵量）的确定、冲洗液的性质和水力功率的利用等。（1）钻压对钻速的影响：在其他条件相同的情况下，随着钻压的增加，钻速是增加的。但是，如果钻压过大，钻头切削具“吃入”过深，孔底的岩石和钻出的岩悄被钻头压得太紧，泥浆不能及时把岩屑冲跑，结果钻头不能继续有效地“吃入”的破碎岩石，钻速反而变慢。这时旋转所需扭距会很大，易出现严重的憋泵、跳钻或动力负荷增大等现象。

（2）转速对钻速的影响：钻速随转速的增加而提高。因为转速较大，单位时间内钻头切削岩石的次数也越多，二者基本上是成正比的。但是在实际钻进中，转速由于受下列因素的限制，不能任意增大。

a、设备和钻具等条件，特别是在钻深孔孔段作业，应考虑动力和钻具的质量，不宜用高转速，否则会产生机械故障或断钻具等事故。

b、岩石性质。在研磨性大的地层，钻头磨损十分厉害，如果转速过

大，钻头寿命会显著降低，使回次进尺缩短，因此不宜用过大的转速。硬质地层因为钻压必须加大，所以转速受到限制，需要适当降低。

（3）冲洗液的排量对钻速的影响：在钻进过程中如果孔底岩屑、岩粉不能及时冲洗清除，那么钻头就首先重复破碎这些岩屑，然后才能钻进新地层，这不仅降低了钻速，而且还存在着糊钻的危险。随着泵排量的增加、孔底清洁，钻速相应增大，使钻头冲进尺提高。

（4）钻压、转速、泵量配合的基本原则：

钻压、转速、泵量三者呈互相联系、互相制约的辩证关系。只有三个参数合理地配合，才能获得较高的钻速。对于较软地层，采用大排量、高转速、适当的钻压，其中排量是主要的。对于中深孔、深孔和较硬地层，则采用高钻压、大排量、适当的转速，而钻压是主要的。

当然泥浆的比重、粘度、固相的含量，对提高钻速也有很大影响。 2、钻孔结构的概念及钻孔结构的确定：

钻孔结构是指钻孔由开孔至终孔孔径的变化。一般情况下，变径次数多，钻孔结构复杂；换径次数少，钻孔结构简单。在钻孔设计与施工时，要充分考虑矿区岩石的性质、水文地质条件、钻孔终孔口径、钻孔深度、钻进方法、钻孔用途等因素。在保证钻孔质量和正常钻进的前提下，尺可能地采用泥浆护孔，力争少换径，少下或不下套管，最大限度地简化钻孔结构，以降低钻进成本。

根据地质设计要求确定相应的终孔直径：根据地质条件、钻孔设计深度、钻进方法、护壁措施及设备能力因素，合理确定开孔直径、换径次数及其深度，在条件允许的情况下应简化钻孔结构。

3、金刚石的主要性能：

（1）硬度大。是目前自然界所发现的矿物中最硬的，在莫式硬度分级中它是最高一级。

（2）耐磨性高。相当于硬质合金的100倍，钢铁的900倍。

（3）脆性大。受冲击时会破碎成许多小块，甚至发生解理现象。（4）热稳定性有一定的范围。在空气中加热至800℃以上时，会部分或全部石墨化。

（5）一般情况下不与酸发生化学反应。利用这个特性可以回收钻头上的金刚石。

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本次课题：钻进方法学时数：8 教学目的及要求：让职工学习掌握钻进方法教学重点：钻进方法教学难点：钻进方法教学方法：理论结合实际教学用具：投影仪，计算机教学内容：

4、金刚石钻头的组成及常见的金刚石钻头的形式：金刚石钻头由金刚石、合金胎体和钻头体三部分组成。

根据金刚石在胎体中的包镶形式，金刚石钻头可分为表镶式和孕镶式两种。

表镶式金刚石钻头是将金刚石镶在钻头胎体表面，每颗金刚石露出1/4~1/3于胎体外（出刃量）。金刚石呈放射状排列、螺旋状排列或脊形排列。按金刚石的颗粒大小，表镶金刚石钻头又可分为大（粗粒）粒钻头、中粒钻头、细粒钻头。

孕镶金刚石钻头是将较细粒的金刚石均匀分布在胎体中，钻进时随着胎体不断磨损，金刚石也不断露出。该型钻头用于钻进坚硬及较破碎地层。

金刚石钻头按用途不同，可分为取芯钻头、不取芯钻头、套管钻头（无

内刃）等，其中取芯钻头又分单管钻头和双管钻头。

按金刚石的成因不同，可分为天然金刚石钻头和人造金刚石钻头。井下钻探中常用的金刚石钻头。 5、金刚石钻头护孔器的组成及其作用：

金刚石扩孔器由扩孔器钢体、金刚石、胎体组成。

金刚石扩孔器的重要功能是修整孔壁，防止因钻头磨损缩径而造成直径减小或新钻头不能下入孔底进行正常钻进。扩孔器外径一般比钻头外径大0.3mm。

钻进时，扩孔器还起减少钻具摆动的作用，有利于延长钻头的使用寿命。单管扩孔器在钻进时，还起贮存卡簧和限制卡簧活动高度的作用。

6、金刚石钻头的选择：

（1）根据岩石的性质选择钻头：钻进不同岩性岩层，要选用不同粒度的金刚石表镶钻头或胎体硬度不同的孕镶钻头，因为颗粒大小不同的金刚石和硬度不同的孕镶胎体在各种岩石中的克取效率及破碎的程度不同。使用不当，就会降低钻进效率或缩短钻头的使用寿命。所以选用钻头时，一定要依据岩石的可钻性。

6~7级的中硬岩层，可采用大颗粒表镶钻头。 8~9级的硬岩层，可采用中粒表镶钻头。

10~12级的坚硬岩层，可采用细粒表镶钻头或胎体硬度较大的孕镶钻头。

研磨性很强的岩石如石英砂岩，应该采用细粒表镶钻头或胎体硬度较大的孕镶钻头。

对节理发育、构造复杂的破碎岩层，应采用胎体硬度大的孕镶钻头或细粒表镶钻头。而且应尽可能地采用双管钻头（配用单动双层岩芯管）。

根据岩石的类完整性来选择金刚石钻头的照下表。（2）钻头：对同批的扩孔器，在游标卡尺较精头的外径尺尺寸大小排列用大的，后用在坚硬岩层中器的外径要控

由于钻孔往扩孔器的外右，因此下一孔器（或钻头）

型、研磨性和不同类型的扩孔器，可参按顺序使用使用的钻头使用前要用确地量出钻寸，并根据其使用顺序，先小的。特别是钻进，对扩孔制严格一此。实际直径往径大0.2mm左个回次用扩的外径也允

许比上一个回次用扩孔器（或钻头）提钻后的外径大0.2mm，另外对于个别内径特别小的钻头应尽量先使用。避免造成岩芯堵塞。

（3）扩孔器、卡簧与修路头的配合：

A、扩孔器与钻头的配合：通常扩孔器的直径应比钻头的外径大0.1~0.5mm，在硬岩层中一般不能超过0.3mm。

B、卡簧与钻头的配合：卡簧的内径应比钻头内径小0.33mm。将卡簧套在岩芯上，用手可以轻轻推动为合格。如果推动很费劲，则容易发生岩芯堵塞和影响效率；如果卡簧在岩芯上固定不住，就易发生岩芯脱落，甚至取不上岩芯的情况。

7、钻压对金刚石钻进中的影响：

根据实践经验，每一个金刚石钻头的整个使用过程大体上可分为初磨阶段和一般钻进阶段，在不同的阶段应采用不同的钻压。

（1）初压力：金刚石钻头初次下至孔底时所给的压力为初压力。由于新钻头的金刚石出刃不一致，以及钻头外径与孔壁之间、内径与岩芯根底之间不一定相适应。因此应采用小钻压、慢转速磨一段时间，以免发生金刚石崩刃、胎体掉块或岩芯堵塞。

（2）一般钻进压力：在新钻头适应孔底环境之后，可逐渐加大钻压，同时转速也应加快，使其保持较高的钻进效率。当金刚石逐渐磨钝，效率有下降的趋热时，为了保持原有效率，则可继续加大钻压，一直到钻头停用为止。这一过程的钻压就叫一般钻进压力。

金刚石的抗压能力虽然比任何岩石的都大的多，但是由于目前钻具（主要是钻杆）还不十分稳定，如果无止境地加压，就将造成金刚石的碎裂。

金刚石钻进压力参照表表3

钻头力钻头类压

初压力表镶正常压力正常压力 100-200 400-800 400-800 200-30200-400 0 57 67 77 600-12800-1600 00 孕镶 500-10600-1200 00 说明：钻头直径单位为毫米；压力单位为公斤。

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8、送水量对金刚石钻进的影响：

由于金刚石钻进转速高，钻头底部与岩石的摩擦很大，要产生高热，而金刚石本身的导热性和抗热性较差，因此必须很好的解决金刚石的冷却问题，否则会产生烧钻现象。

同时由于转速高，产生岩粉多，而粗径钻具与孔壁的间隙小，如果不连续送水排除岩粉，就会引起糊钻烧坏钻头。

上述情况说明金刚石进送水量的重要性。在操作中一定要重视。送水量的大小与钻头直径、岩石性质各冲洗液性质有关，可参照下表。

金刚石钻进水量参照表

岩石量类钻头直径水较硬、硬坚硬 77 67 57 完整破碎完整破碎 80-110 110-120 60-90 90-110 70-100 100-120 50-80 80-100 60-90 90-110 40-70 70-90 22

说明：钻头直径单位：毫米；转速单位：转/分 9、泵压对金刚石钻进的影响：

在金刚石钻进中，不能忽视泵压的作用。钻进中如果泵压发生小幅度的升降，一般是孔底换层的征兆，这时要注意进尺情况和听取声音，必要时可以调整钻进参数，以防岩芯堵塞。如果钻进效率突然下降或不进尺，而泵压猛然大幅度增高，这是严重岩芯堵塞的反映，要尽快将钻具提离孔底，否则将会发生烧钻事故。如果泵压突然大幅度下降，这可能是钻具折断或脱扣了，应立即停车进行检查。总之泵压的变化可以帮助我们迅速判断孔内情况（当然，也不是唯一的办法）。在操作中要注意观察和分析。

10、金刚石钻进中钻头与扩孔器的选择：

（1）应根据岩石的可钻性、研磨性及其完事程度选择钻头、扩孔器类型及金刚石粒度、浓度和胎体硬度。具体可参照下表：

（2）在硬、坚硬、可钻性级别高以及裂隙、破碎的岩层中钻进，应选用细粒表镶或细目孕镶钻头及扩孔器；在中硬、可钻性级别低及均质、完整的岩层中钻进，应选用粗粒表镶或细目孕镶钻头及扩孔器；在研磨性强的岩层中硬胎体孕镶器；在塑性大进，可选用复孔器。

11、金钻具结构：

（1）金采用双管单芯器应具有

刚石钻进一般动取芯器。取良好的单动、刚石钻进中的钻进，应选用钻头及扩孔的岩石中钻合片钻头及扩

内管扶正、卡芯可靠等性能；内管与外管同心，其环状间隙应不小于1.5mm，以保证水路畅通。

（2）扩孔器外径应比钻头外径大0.3-0.5mm（岩石硬时取下限值）；钻头内径应比卡簧自由内径大0.2-0.4mm；卡簧座与钻头内台阶的间隙一般为3-5mm，并可调整。

（3）异径接头、扩孔器、钻头、短节、卡簧座等同心度要好，而且内管与短节、短节与卡簧座装好提起后不得自由脱落。

（4）取芯器上还应没有扶正器、稳定器等装臵。

（5）取芯器内外管应无坑疤、裂纹、不扁、不呈喇叭形；丝扣完好。 12、金刚石钻进中，钻进操作注意事项：

（1）在每一个回次钻进时应由一人操作。操作时必须保持钻压稳定、进尺速度均匀，不得随意提动钻具；操作人员不得擅离岗位，并严禁停泵干钻取芯。

（2）钻进操作中应注意观察各种仪表变化、机器运行及进尺速度等情况，若发现异常必须及时处理。

（3）在钻进过程中，应有专人观察水泵的工作情况，严防送水中断，并严禁用三通阀调节泵量。

（4）孔底必须保持洁净，不得残留金属及磨料等杂物。由硬质合金钻进后换用金刚石钻进时，必须磨孔；换径后应修整孔壁台阶。

（5）坚持“四必提”措施，即下钻过程中遇阻经转动钻具无效时；钻进同类岩石时骤然下降时；岩芯堵塞时及发现烧钻征兆时，必须立即提钻。

（6）钻头及扩孔器必须排队使用，即轻压（2-3KN），慢转（＜100r/min＝，初钻10分钟后逐渐加至正常技术参数；若发现钻进速度不正常时应提钻检查钻头。

（7）减压钻进时，应先用升降机将钻具绷紧后倒杆，之后缓慢开车，

逐渐加压，初钻1分钟后再恢复正常技术参数。

（8）下钻时当钻头距孔底0.3-0.5m处，应先开泵冲孔，然后慢扫至孔底，钻进数分钟后再施加正常参数。

（9）在任何情况下，均不得盲目施加钻压及提高转速；当钻进中发觉岩层变软、进尺较快时，应减压控制钻进速度。

（10）严禁使用新钻头或完好的钻头扫孔、扫残留岩芯、扫脱落岩芯、扫掉块或探头石。禁止金刚石与钢粒钻进交替进行。

（11）钻头及扩孔器遇有下列情况时停止使用：

a表镶钻头内外径标准尺寸磨损＞0.2mm；复合片钻头或孕镶钻头内外径标准尺寸磨损＞0.4mm；

b表镶钻头金刚石颗粒裸露胎体＜1/3或30%以上的金刚石颗粒脱落或破碎时；

c钻头出现异常变形（钻头体、丝扣部分）或磨损（磨偏、裂纹、掉块、沟槽或严重冲蚀等）；

d孕镶钻头发现石墨化现象； e钻头虽属正常磨损，但影响钻速； f扩孔器严重磨损。

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本次课题：钻进方法学时数：8 教学目的及要求：让职工学习掌握钻进方法教学重点：钻进方法教学难点：钻进方法教学方法：理论结合实际教学用具：投影仪，计算机

教学内容：

（13）每回次均应检查卡簧的磨损情况及其卡芯性能。一般采用上回次的岩芯塞入将有卡簧的卡簧座内，依靠岩芯自重卡紧不脱落者为合格，不则禁用。

（14）当升降或取放拧卸钻具时，应注意保护钻头及扩孔器。拧卸时应用多触点工具，并严禁猛力敲打钻头或咬夹金刚石及胎体。

（15）在复杂地层钻进时，下钻必须谨慎，适当控制下降速度；提钻时应向孔内回灌冲洗液。

（16）当孔底残留岩芯超过0.3m时，必须专程捞取。

（17）建立与健全钻头及扩孔器的保管、使用制度。应同专人保管、检查、发放及回收，并登记造册，填写明细卡片，随同保存。

第二节硬质合金钻进

1、钻探用硬质合金的主要成份及特点：

钻探用的硬质合金切削具为钨钴类合金。它具有厚度高、韧性大、耐磨性强、酸碱中抗腐蚀、潮湿中不氧化、在高温度（不超过900℃）镶焊不变质等特点。

2、硬质合金牌号的意义：

硬质合金常用牌号为YG4C、YG8、YG6等。Y表示碳化钨，G表示钴，后面的数字表示钴含量的百分数，最后面的C表示粗粒结晶颗粒合金。常用硬质合金牌号、规格、性能及其选用范围，可参照下表：

硬质合金牌号、性能及适用范围表

物理机械性能牌号抗弯强度(kPa) 硬度 (HRC) 适用范围 26

泥岩、砂岩、灰岩、YG4C 13720 90 软硬互层、煤系地层 YG6 13230 88.5 中硬、均质岩石 YG6X 13230 91 中硬岩石 YG8C 14760 87.5 中硬岩石 YG8 14210 YC11C 16660 88 87 中硬岩石坚硬岩石（适用于牙轮钻头）中硬、坚硬岩石YG13C 16660 86 （适用于牙轮钻头） YG15 17150 86 坚硬岩石（适用于冲击回转钻头） 3、硬质合金钻头组成部分及其结构：

硬质合金钻头包括空白钻头和硬质合金两部分。其结构是硬质合金在空白体钻头上的排列形式、镶嵌数量、出刃（空白钻头底唇以下的合金部分）等，依据钻进岩石的性质而定。它的合理与否，直接影响钻进的速度、钻头的使用寿命和技术参数的确定，同时也影响钻头原材料的消耗。

4、空白钻头（钻头体）的结构：

答：空白钻头用D-40、D-45号无缝钢管制成。钻头壁厚一般为7-9mm。钻头高度一般85-100mm左右（包括丝扣部分）。内圆锥度一般在1°48`-3°25`左右。钻头体上均开有水口、水槽，或钻有水眼，根据钻头型式不同而变化。水口高度一般为10-15mm，钻进软岩层可增至20mm。水口的形状有三角形、弧形、梯形、矩形等。

5、硬质合金在空白体上的排列：

硬质合金的排列形式有单圈排列、多圈排列和密集排列三种。（1）单圈排列钻头适用于研磨性小的软岩石；

（2）多圈排列钻头适用于研磨性不大，中等硬度的岩石；

（3）密集式钻头（包括针状胎块钻头）适用于研磨性大、坚硬或节理、裂隙发育的岩石。

硬质合金的排列应满足：

（1）排列形式与刃对称，保持钻头工作平稳；（2）每颗合金工作时受力均匀、磨损均匀；

（3）每颗合金能分别破碎岩石、创造自由面，以提高钻进效率，延长使用寿命；

（4）合金间保持一定距离，以利于排除岩粉，便于修磨。 18、硬质合金切削具的数量和出刃大小：

硬质合金切削具的数量主要根据岩石性质和钻头直径而定。数量过多会降低单位面积所受的压力，使切入岩石深度减小，从而降低钻速；数量过少则会造成硬质合金迅速磨损，回次进尺减少，同样降低钻速。钻头直径越大，所需硬质合金数目也越多，单圈排列钻头所需硬质合金数目少于多圈排列，尤其是少于密集排列钻头所需的硬质合金数目。不同规格钻头所需合金数，可参照下表：

不同规格钻头所需金数（个）参照表岩石名称摩擦性岩石弱摩擦性岩石钻头直径（毫米） 57 67 77（75） 91 6 6-9 6-9 110 9-12 12-15 4 4 4-6 6-9 9-12 硬质合金在空白钻头上的镶嵌形式有三种，主要根据镶嵌角的大小来

区分。镶嵌角即切削角，是合金刃面与岩石切削表面的夹角。镶嵌角小于90°的为正前角斜镶；镶嵌角等于90°的为直镶；镶嵌角大于90°的为负前角斜镶。

常用的出刃规格参照表

外出岩石性质内出刃刃底出刃（毫米）（毫（毫米）米）松软、塑性、粘性、弱摩擦性中等硬度、强摩擦性岩石 1.5-2.5 2-3 2-4 1-2 1-2 1.5-2.5 切削上的出刃是为了保持钻头和岩石之间有一定的间隙，以保证冲洗液畅通和钻头体不受磨损。因此，切削具出刃的大小应根据岩石的性质和切削具的型号来确定。为了防止由于松软的、塑性很大的、遇水膨胀的岩石缩径和岩芯膨胀而造成的堵水和糊钻现象，应采取加大出刃规格，在这种岩层中钻进，常用肋骨式钻头。对中等硬度岩石和摩擦性强、有裂隙的岩石，应采取减小出刃规格，以防止崩刀。一般常用的出刃规格可参照上表：

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本次课题：钻进方法学时数：8 教学目的及要求：让职工学习掌握钻进方法教学重点：钻进方法教学难点：钻进方法

教学方法：理论结合实际教学用具：投影仪，计算机教学内容：

6、硬质合金钻进规程：

硬质合金钻进技术操作规程包括轴心压力、钻头转速、冲洗液量及冲洗液性质等。它们对钻进效率、钻孔质量、材料消耗、施工安全等有直接影响。在操作过程中应根据岩石性质、钻头结构、钻探设备和钻具的可能性，以及钻孔质量要求等条件来合理掌握，尽可能采用“二大一快”（压力大、水量大、转速快）的钻进规程，通过生产实践总结出最优的钻进工艺参数。

7、钻压对硬质合金钻进的影响：

钻头压力与回转力构成了切削具破碎岩石的切削力，钻速的提高主要依靠钻头压力增加来实现。切削钻进时，由于切削具上单位面积的压力不同，岩石破碎情况就有所区别。根据压力大小，可以把岩石破碎情况分为三个不同区域。

在第一区域内，钻压很小时，接触面上的压力达不到破碎体的抗压入强度，切削具压不进岩石，只能产生表面研磨破碎，称为表面破碎区。这个区域内不仅效率很低，而且切削具受到严重磨损。

第二区域属过渡区，和表面破碎区一样，接触面压力小于岩石抵抗压入强度。这时岩石的破碎是属于疲劳破碎，钻进速度比钻压增加的快些。

第三区域，接触面上的压力等于或大于破碎体的抗压入强度。这时切削具能够切入岩石，岩石进行体积破碎，使钻进速度大大提高，并且钻压和钻进速度几乎成直线增加。

合理的钻头压力应是既能获得最大平均速度，又能保证钻头的耐久性。不同的岩石有不同的抵抗破碎强度，钻进中硬岩石，应采用较大的钻头压力，否则光磨切削具，进尺少；钻进软的岩石，虽然增大压力在一定的范

围内可以获得较快的进尺，但要注意解决排除岩粉、岩屑的问题，否则造成重复破碎或糊钻现象，也会降低钻进效率；在钻进有裂隙的岩层时，一般钻头压力应比正常压力降低20-30%，要防止切削具崩刃；钻进倾角大的岩层时，也应适当减少压力，以防造成孔斜。根据一般经验，开始接触孔底时的初压力，应比正常压力小1/3-1/4，钻进5-10分钟左右再转为正常压力。初压小，主要防止合金崩刀和修磨合金刃角时间；在一个回次的最后（半小时左右），又要适当增大压力，因为切削具刃角磨钝后与岩石接触底面积增大，从而降低了单位面积的压力，为保持其加压均匀所以需较大压力。

在各种不同地层和采用不同型号硬质合钻头进时每颗切削具压力见下表：

常用钻压、转速、冲洗液量参照表

钻头压力岩石岩石取芯钻刮刀钻级别性质头(KN/头立轴转速(转/分) 冲洗液量（升/分）粒) (KN/cm) 1-3部分4级岩石塑性、弱摩擦性0.5-0.6 1-1.2 200-350 80 均质岩石 5-7均质、级部磨擦分8性较0.8-1.2 1.2-1.5 150-250 80 级岩强中石硬岩 31

石 8、转速对硬质合金钻进的影响：

钻头转速是衡量钻具回转快慢的参数，也是决定切削具在孔底单位时间内破碎岩石速度的因素之一，它与钻头压力配合组成切削力。

不同性质的岩石要求的最优转速也不相同。对于较软研磨性比较小的岩石，可以用高转速，其极限值很高，这时转速和钻进速度，几乎成正比地直线上升(如图3-2)，因为磨擦性低的岩石，进（的）刀深，转速高时，钻速就高而摩擦性高的岩石，进刀浅，转速高时，缩短合金的使用寿命，钻速也不高。

综上所述。钻头的转速必须根据岩石性质和所用钻头类型来选择。

在具裂隙的岩层中，为了防止崩刃，转速适当降低。

22、送水量对硬质合金钻进有何影响？

答：送水量的大小与压力，转速的关系是主攻与协同的关

系。硬质合金钻时时，应尽可能采用最大的送水量，以迅速地排除岩粉、岩屑，经常保持孔底清洁，同时也起冷却润滑钻头切削具的作用，减少其磨损。送水量过小，造成岩粉岩屑在孔底工作面的堆积，增加了切削具钻进时的阻力，加速了刀尖的磨损，甚至会产生埋钻，烧钻及折断钻杆等事故；送水量过大，液流经过钻头底部由于急剧转向，造成很大水压，对钻头产生很大的浮力，使钻头有效压力减少，导致效率降低。因此，送水量的大小，应根据岩石性质，钻头直径、钻进速度等因素合理的选择。

（1）钻头直径越大或钻速越高，单位时间内产生的岩粉、岩屑数量就越多，水量也应越大。

（2）在摩擦性高的岩层中钻进，水量应适当加大，以减少岩粉、岩

屑对切削具的磨损。

（3）在松软岩层中钻进，为了保证井壁不被冲垮，水量应适当减小。技术规程的各个因素（压力、转速、送水量）是互相影响又密切联系的，在操作过程中，必须注意它们之间的关系和变化。

9、冲洗液的性质对钻进效率的影响：

冲洗液的性质对钻进效率的影响也很大，实践证明，清水钻进比泥浆钻进效率高。因为岩石和矿物都具有良好的亲水性，在岩石破碎过程中，表面有很多裂缝，由于毛细作用，清水易沿微隙侵入裂隙深处，象楔子一样，增加了破碎岩石的附加应力，使岩石抗破碎强度降低；而泥浆渗入微隙的能力比清水要差一些，对降低岩石抗破碎强度作用不大。因此在可能的情况下，应尽可量采用清水钻进，即使不允许使用清水，也应大力推广使用低固相或无固相的性能合乎要求的泥浆。

10、提高硬质合金钻进效率的途径：

（1）根据地层特点，正确选用不同类型的钻头和操作工艺。（2）合理掌握回次进尺时间，是提高钻进效率的有效途径。根据钻头类型、岩石性质、钻孔深度，选择合理的提钻时间。合理的提钻时间，可从机械钻速和回次钻速的关系中求得。

回次进尺纯钻时间机械钻速= 性米/小时

回次进尺纯钻时间+辅助时间回次钻速= 米/小时

根据上述两个公式，绘制机械钻速和回次钻速曲线（如图3-3），从图中可以看出回次钻速与时间变化的关系。开始一段时间，回次钻速随时间的增加不断提高，但上升到某一最高值后逐渐下降，回次钻速的最大值就是合理的提钻时间，这时应提钻，更换或修整钻头，过早过晚都不好。过

早，起下钻所占时间比理过大，纯钻进时间少，影响钻进效率；过晚，虽然增加了纯钻进时间，但机械钻速过低，也同样影响效率的提高。

合理的提钻时间，表明一个回次钻速的高低，是检查一个小班组织生产的水平和选择钻头类型是否适宜的重要标准。

（3）采用大压力、大泵量、快转速的强力钻进规程和快速升降的措施，这是取得高效率的手段。但要注意处理好三个关系，好钻头选型与地层实际情况相适应的关系；强力钻进规程与钻探设备实际水平相适应的关系；快速升降与遵守操作规程、保证安全生产的关系。

（4）采用小口径钻进。小口径钻进是一种快速钻进方法，它可以更有效地采用强力钻进

规程。因为小口径钻头与岩石接触面积小，在相同的钻头压力情况下，单位面积上的压力比大口径钻进要大，破碎岩石的功率提高；小口径可改善钻具的工作条件，钻杆弯曲小，便于传递大的压力，而不致折断；小口径消耗的功率小，有更多的动力来满足大压力快转速的需要；钻头直径小，可以提高钻头转速；由于钻孔小，在泵量相同的情况下，冲洗液上升速度快，能有效地排除岩粉。

另外小口径钻进时孔内事故少，即使出现了事故，也好处理，而且由于孔径小，孔壁岩石自由面小，增加了孔壁的稳定性，可减少掉块、坍塌现象。致于岩、煤芯采取率，只要根据不同地质条件，分别选用合适的小口径钻具（包括取煤器），加强技术管理，采取相应的技术措施，也可以满足地质要求。

（5）无岩芯钻进。在地质条件允许的情况下，采用无岩芯钻进，也是提高钻进效率的一个重要手段。无岩芯钻进，不仅可以采取强力钻进规程，而且由于不取芯，可以大幅度增加回次进尺长度，减少取岩芯的辅助时间。

11、硬质合金钻进操作中的注意事项：

（1）新钻头下入孔底前，要严格检查钻头镶焊质量。下入孔内离孔底一定距离时，再提前开泵缓慢下放，慢速扫孔，待到孔底钻进正常后，再给予所需的压力与转速。

（2）正常钻进时，严禁无故提动钻具。发现孔内有异状如憋泵、岩芯堵塞或回转阻力增大时应立即处理。

（3）钻进砾岩或有裂隙的岩层时，钻头合金的底出刃应比钻进它岩层时低。

（4）使用无岩芯或针状胎块自磨钻头钻进时，均应带扩孔器或加保径合金。

（5）要保持孔底清洁和孔径一致，孔内残留岩芯超过0.3m或脱落岩芯，尤其是使用针状胎块自磨钻头钻进时，应采取措施，以防胎块掉入孔内。避免新钻头扫孔，旧钻头钻进。

（6）拧卸钻头时，严防管钳咬伤合金或夹扁钻头，取岩芯时，严禁猛墩钻具。

（7）掌握合理钻程，严格控制回次进尺时间，严禁打“懒钻”。（8）与金刚石钻头分层钻进时，合金钻头的内外径一致。（9）用硬质合金钻进时，严禁用钻粒卡岩芯。

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本次课题：液压冲击回转钻进学时数：8 教学目的及要求：让职工学习掌握液压冲击回转钻进教学重点：液压冲击回转钻进教学难点：液压冲击回转钻进教学方法：理论结合实际

教学用具：投影仪，计算机教学内容：

第三节液压冲击回转钻进

1、液压冲击器的选择及要求：（1）根据设备条件、钻孔设计深度、孔径、岩石可钻性及冲洗液性能

等选择冲击器。

（2）要求钻机有低档调节器速性能，一般要求配泵压为5MPa、泵量160~200L/min的往复泵。输出管路应设稳压灌，其容积应大于60L，耐压力应大于10Mpa，并配设相应的压力表。高压胶管的耐压力大于80Mpa，其内径应大于38mm。水接头钻杆接头等内径不得小于25mm。

2、液压冲击回转钻进的技术参数：

（1）钻压：每块硬质合金为588~980N（钻进硬岩时取下限值）。金刚石钻进时为7~10kN。

（2）转速：采用硬质合金钻进时为15~40r/min;钻进中硬岩石时可调增为60~100r/min；金刚石钻进时为300~600r/min。

3、液动冲击回转钻进操作中的注意事项：（1）现场应配备2~3套性能良、好的冲击器，并在使用前必须进行地面或台架试验，确认性能良好后方准下入孔内。

（2）下钻后当钻头距孔底0.2m以上时，可启动冲击器，以轻压、慢转、低频冲击至孔底。待一切正常后再逐渐增回泵量。提高泵压，使冲击器达到额定额定频率进行钻进。

（3）在钻进过程中，若发现进尺缓慢或冲击器作用不正常时应立即提钻检查。

（4）使用冲击回转钻进，可配用卡簧或后循环取芯钻具，但岩芯管不宜过长。

（5）若提钻遇阻经窜动无效时，可启动冲击器，以震动排阻。

（6）钻具各丝扣连接部位及输出管路各部均应密封。

（7）在钻进时为便于排水畅通及降低泵压，可将硬质合金钻头底部冲压成近似三角形或四边形的凸台。

（8）确保冲洗液的性能和质量，并加强管理和净化，在吸水龙头处设过滤网，严防杂物堵塞冲击器。

（9）冲击器的拆装、检查维修及调试等，均应按说明书的要求进行。

第四节定向钻进

1、定向钻进的概念：

定向钻进是指利用钻孔自然弯曲规律或采用人工导斜工具，使钻孔按设计的轨迹弯曲，以达到地质及其安工程目的的钻进方法。用定向钻进反钻成的钻孔称定向钻孔。定向钻孔在井下有着很多用途。

2、定向钻孔按施工技术方法不同的分类：按施工技术方法可分为：

（1）自然弯曲定向孔：是利用钻孔在一定的地质条件下的自然弯曲规律进行钻孔铀线设计，并通过移动孔位，改变开孔顶角和方位角和方位角的方法，以一般的增斜、减斜和纠斜措施，达到按设计轴线钻孔。

（2）人工弯曲定向钻孔：采用人工导斜工具与技术措施，以克服钻孔自然弯曲的影响，使钻孔按设计的空间位臵弯曲，从而达到设计目的钻孔。

（3）综合弯曲定向钻孔：利用自然弯曲和人工弯曲方法的综合作用钻至预定位臵的钻孔。根据设计要求，两种方法可在不同孔段分别采用，或在同一孔段同时采用。

3、常用向钻进的器：

（1）定向方法分为间接定向、直接定向和随钻定向。定向仪有BD-14、KDJ-1型YS-1型。

（2）定向造斜钻进，可使用LZ型连续造斜器及YL型液动螺杆钻等。 4、定向钻进时的注意些事项：

（1）造斜段（含分支点）应选择在中硬岩层及孔壁稳固的孔段。（2）孔身曲段设计，宜为平面弯曲型。

（3）按设计要求和造斜、定向器具有使用说明认真操作和施工。（4）施工中，应加强技术指导。

（5）应在优质低回相冲洗发液中加润滑剂。

第五节复杂地层钻进

1、复杂地层的概念：

复杂地层是由于构造运动、地下水的溶蚀和冲刷作用及岩石本身性质的影响，破坏了地层的稳定性和完整性造成的地层。如破碎、易坍塌、掉块的地层、砾石层或溶洞、流砂发育的地层等。

2、破碎易坍塌地层钻进时的注意事项：这种地层的特点是节理发育，裂隙多，硬、脆、碎。钻进中易坍塌、掉块、漏水，钻速低，岩芯不好采取，极易发生孔斜和卡钻、埋钻等事故。为此在钻进中应注意以下几点：

（1）合理设计钻孔结构。开孔直径要大些，以便在必要时下入套管或采取其它技术措施。

（2）保护孔壁。一般常用优质泥浆保护孔壁，这是一种比较方便的方法；泥球补壁，泥球具有比泥浆更大的粘结力，就象补壁缝一样；用套管护壁等。

（3）合理掌握钻进规范。对这种地层最好采用硬质合金钻进，钻头出刃应尽量小，以防崩刀。

3、在其溶洞和裂隙的地层中钻进采取的措施：

在石灰岩地区，经常会遇到溶洞和裂隙，溶洞小的仅几十厘米，大的达几米，甚至更大。另外在老矿区还常遇到老硐（老窿）。这些都给钻进带来不同程度的困难，甚至造成掉钻事故，为此应采取相应的措施：

（1）在溶洞、裂隙、漏水地层中，若供水条件充足孔壁完整，可采用清水钻进，掌握一定的水量以使钻头冷却。

（2）注入超早强变性水泥堵漏时，必须先搞清楚漏失地段以及裂隙大小等情况。计算水泥用量时一定要考虑余量。

（3）采取化学堵漏的方法。 4、无芯钻进时钻头的选择：

（1）钻进可钻性为1~3级岩石，可使用矛式或三翼锥形钻头。（2）钻进可钻性为4~5级岩石，可使用三翼平底钻头或三牙轮钻头。（3）钻进可钻性为6~7级岩石，可使用三翼钻头或复合片钻头、金刚石无岩芯钻头等。

5、无岩芯钻进时钻进技术参数的确定：

（1）钻压：应根据岩石可钻性、钻具组合、钻头类型及钻头直径等因素综合考虑。

一般使用三翼钻头为120-200N/mm（钻头直径，下同）；使用三牙轮钻头为350-500N/mm；使用金刚石无芯钻头为390-470N/mm；使用复合片钻头时，一般为200-300N/片。

（2）转速：应根据岩石可钻性、钻头直径及岩石完整程度等条件选择。一般采用150-300r/min。

（3）泵量：应根据孔径、钻速及孔壁情况选择，一般为100-250L/min。 6、无岩芯钻进时，钻进操作的注意事项：（1）钻进时，必须使用钻铤或加重钻铤加压，其总重量应超过所需钻压的20-30%。

（2）为防止孔斜，应采用带防斜装臵的钻具钻进。

（3）注意检查钻头水眼畅通情况及钻头侧刃磨损情况，不合格严禁使用。

（4）钻进时注意观察泵压及孔口返水等情况，发现异常应及时处理。

（5）保持冲洗液良好性能；提钻时应灌孔。

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本次课题：液压冲击回转钻进学时数：4 教学目的及要求：让职工学习掌握液压冲击回转钻进教学重点：液压冲击回转钻进教学难点：液压冲击回转钻进教学方法：理论结合实际教学用具：投影仪，计算机教学内容：

第六节钻探工程质量

1、岩、煤芯采取的具体要求：

保持岩、煤芯的代表性，主要是解决岩煤层的定位、定量和定性问题。岩、煤芯取出后，首先要进行一般性量长，然后进行产装、结构、岩性及古生物化石等和鉴定描述、记录工作，以便进行岩相旋回对比，对煤芯样品还要进行煤样试验及化验分析。上述各项工作的结果，要求能够正确地反映出岩、煤层的原生产状，以及煤层在沉积旋回中的位臵。故在钻进中，应尽量注意岩、煤芯的采取率和纯洁性，换层界面的完整性和准确性。

（2）岩、煤芯的采取率，是钻探质量要求中的一个重要指标，是决定岩、煤层层位与厚度的关键，特别是对不稳定的薄煤层有着更重要的意义。采取率应以自然分层计算，而不应以回次计算。

岩（煤）芯采取长度岩（煤）层总进尺岩（煤）芯采取率= % 为了正确反映煤层与顶底板岩层的换层界面，确定岩煤层的起止深度

和厚度，一般钻孔煤芯采取率不低于75%。初见煤（顶末）和止煤（底初）两个回次的岩、煤芯缺失量的总和不得大于下列规定：

煤层厚度（真厚）最低可采厚度1.30米 1.31-3.50米＞3.50米不大于0.40米不大于0.50米缺失量的总和不大于0.30米为了使煤层结构不受破坏，要求煤芯能保持块状或柱状。煤芯的纯洁度将影响煤样化验的正确性，当煤芯中渗入泥浆、泥皮、岩粉或孔内磨灼变质或受其它油类污染时都会人为地增加灰分，因此，应保持煤芯的纯洁度。

2、影响岩、煤采取的主要因素：

（1）地质方面的因素：主要指岩性和地质构造对岩、煤芯采取的影响。如松散、松软的岩层和煤层；岩性变化大、软硬相间的岩层或煤层；以及地质构造成的破碎带等。

（2）人为及其它因素；

a.钻进中单纯追求进尺，忽视提高岩煤芯的采取率； b.钻进方法选择不当；

c.没有按岩石的物理机械性质选用钻头结构或取芯工具；

d.由于钻具与孔壁的间隙过大。因为间隙越大，钻具产生的振动越大，岩煤芯采取率就越低；

e.钻进操作不当，使岩、煤芯堵塞，造成磨损，或在松软破碎岩层中回次钻进时间过长；

f.卡芯不牢或未卡住；

g.频繁活动钻具造成岩煤芯重复磨损； h.岩芯脱落或残留岩芯过长；

k.在松软地层中冲洗液速度过大。因为冲洗液的速度愈大，对岩、煤芯破坏愈严重。

3、提高岩芯采取率的技术措施：

（1）选用合理的有效的钻进方法，采用合金和金刚石钻进，消除选择性磨损。

（2）减少机械对岩芯的磨损，不使用过度弯曲的钻具；简化钻孔结构，缩小钻孔与钻具的环状间隙，减轻钻具振动；采用优质泥浆，保持孔径大小一致；推广减振措施，使用润滑油、减振器等；机械安装要稳、牢固，立轴不晃动。

（3）在较难获取足够数量岩芯的地层中，应尽量采用合金钻进，并按“一慢、二限、三卡”即慢转速，限制回次进尺和回次时间，用大、中、小卡料卡取岩芯的方法进行操作。

（4）采取正确的取芯方法。在提钻后，常常由于取出岩芯的方法不当，使岩芯破坏或顺序混乱，而影响岩芯的质量。因此，应卸钻头后掏取岩芯，或采用水压退芯方法。严禁那种用大锤猛敲岩芯管，使岩芯一堆而下分不出先后顺序的粗鲁作法。

4、提高煤芯采取率的措施：

煤层是井下地质钻探的主要对象之一。钻进中，为了防止打丢、打薄煤层，提高煤芯采取率，必须认真采取以下措施：

（1）了解地质和地层特征，掌握见煤预兆。

a.顶板岩层特征。煤层直接顶板，一般由细粒炭质泥岩、细粉砂岩组成，植物化石较多，具有较多的炭化面，或含有某种结核体及水平层理，颜色较深。而有些矿区，直接顶板岩性常不稳定，故必须寻找间接顶板岩层的特征。为了掌握顶板特点，可将相邻钻孔同一煤层具有代表性的顶板岩石标本送到现场，以便对取出的岩芯及时进行对比、鉴别。

b.标志层。从钻探角度来理解，标志层就是距煤层上部有一定距离、

普遍发育于一个矿区、其厚度和岩性较稳定易于鉴别的某一有代表的岩层。掌握了标志层就可以预计煤的深度。

c.层间距。原生沉积较稳定的煤田，这一层煤与另一层煤之间，或与标志层之间的垂直距离称之为层间距离（岩层真厚）。层间距在矿区内基本是一致的，或其变化有一定的规律层间距，是预测煤层位臵的基本依据。

d.化石的赋存规律。在某些煤田的煤层，其上部岩层中常出现化石，这些化石的赋存规律，也是见煤前的标志之一，应引起重视。

（2）掌握钻进中的见煤预兆：

a.由于煤层比其它岩层较松软且性脆，故钻入煤层时钻速会突然加快，指重表指数也会突然上升。

b.当钻头钻入煤层后，钻具回转轻快，关车回劲减小，这种现象在浅孔时更为突出。

c.由于钻速增快，钻头急骤切入煤层，冲洗液流间隙变小，泵压增高。 5、保证煤芯质量，防止打丢、打薄煤层，在操作中的规定：（1）下达见煤预告书后，应严格执行守煤制度及班长负责操作制，并根据煤层情况，研究与制定见煤及“打煤”措施。

（2）在煤层顶板中钻进，应认真观察见煤预兆及坚持“见软提钻”制度。若岩芯残留或脱落后，必须专门捞取，并严禁使用金属卡料卡取煤层顶板岩芯。

（3）煤层顶板岩石松软或破碎时，宜采用双管钻进；煤层顶板紧硬时，可采用金刚石钻进。严禁采用钢粒钻进煤层顶板。

（4）煤层钻进时，必须使用双管单动取芯器。一般宜选用MQY-Ⅱ型、MQR-Ⅱ型及MQS型取芯器。

（5）下钻前必须对取芯器性能进行全面检查，取芯器必须单动灵活、水路畅通、半合管封闭严密可靠、钻头切削具出刃锋利、内管与钻头间隙调整适宜，钻头体阶梯高差适宜。

（6）根据煤质及煤层结构情况，合理选用底喷或侧喷钻头及卡、爪、托簧。

（7）钻进煤层时，技术参数要合理，进尺均匀，使煤芯能自然顺利进入容纳管，煤层钻进时严禁提动钻具和停泵干钻取芯。

（8）认真做好判断记录；取出煤芯后，应按原状顺序摆放，并妥善保管。

6、钻孔弯曲的原因与规律：

造成钻孔弯曲的原因很复杂，但总的说来是地质因素和工艺技术综合作用的结果。

（1）地质因素：

a.钻头在松软的地层中遇到大砾石时，钻孔易沿砾石斜面弯曲。 b.钻孔遇裂隙，而裂隙方向与钻孔方向相近时，钻孔沿裂隙方向弯曲。 c.钻孔遇溶洞或老窿时易发生弯曲。

d.断层，节理发育，岩脉穿插多的地方钻孔易偏斜，且递增幅度大。 e.软硬岩层换层时，钻孔的顶角和方位角易发生变化。

当钻头由软岩层进入硬岩层时，如钻孔轴线与岩层层面夹角大小30°，钻孔向直于岩层顷斜方向弯曲（如图4-1）；如钻孔轴线与岩层层面夹角小于20°，则钻孔易顺岩层倾斜方向弯曲（如图4-2）。

当钻头由硬岩层进入软岩层时，钻孔向硬岩层方向弯曲（如图4-3），

但弯曲程度不大。

图4-3由硬岩层进入软岩层时，钻孔向硬岩层方向弯曲

（2）工艺技术因素： a.机械安装不合格。

b.定向管下得不正、不牢。

c.回转器固定不牢，立轴、枢纽轴松动 d.使用的岩芯管过短或岩芯管、钻杆过弯。 e.变换孔径或扩孔时没有使用导向管或导向管过短。 f.钻具的刚度太小。

g.处理孔内事故时造成钻孔弯曲。如在切割岩芯管或钻头时，未使用带导向的割铁钻头，使切割钻具钻入岩层内引起孔斜。这种情况在软岩层中易发生。

h.钻进方法选择不当。在地质条件相同的情况下，钢粒钻进比金刚石钻进容易造成孔斜。

k.不根据地质条件和设备条件盲目采用强化规程，片面追求进尺，是造成钻孔弯曲的重要因素。

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7、预防钻孔弯曲的措施：

（1）坚持开孔验收制度，对钻机稳固程度及立轴角度进行检查和校正。并保持提引器、立轴及孔口中心位于同一条直线上。

（2）严禁使用已旷动的立轴导管及已弯曲的立轴钻杆。

（3）开孔后下臵的孔口管，必须与立轴同心并固定牢固。

（4）开孔时应逐次加长岩芯管，直至正常长度（一般为5m左右）。随孔深增加钻铤，直至钻铤总重量超过所需钻压的20-30%为止。

（5）力求简化钻孔结构，条件允许时可同径终孔。（6）可采用偏重钻铤防斜，或采用反转钻进纠斜。

（7）钻具组合应合理，保证冲洗液畅通及孔内安全的情况下可尽量减小粗径钻具与孔壁环状间隙。使用刚、直长的钻具。以增强粗径钻具的稳定性和垂直性。

（8）当换径、扩孔、大段距扫孔或钻进煤层时，应采用同径粗径钻具导向；换径时导向钻具要长，换径岩芯管要短。

（9）在岩层倾角较大（＞60°）破碎带或软硬互层的岩层中钻进时，应适当控制钻压和钻速；换层时应轻压慢转钻进。

（10）回次结束前，钻头切削具已磨钝时，严禁加压强行钻进。（11）钻进时遇有溶洞，老窑或纵向节理发育的岩层时，应加长粗径钻具。

8、钻孔弯曲的纠正：

在钻探施工过程中，必须随时掌握钻孔弯曲的情况，发现急剧弯曲时，应及时调整测斜间距，增加测点，摸清钻孔弯曲的原因和规律，确定“狗腿”部位，以选择适当的纠斜位臵和方法。常用的钻孔纠斜方法有以下几种：

（1）堵塞老孔纠斜法：

此法是在弯曲的孔段，即“狗腿”部位往下，用充填物（粘土球、废岩芯、水泥）堵塞后，再用同径钻具进行钻进。钻进时应用直、长、重的粗径钻具，及无内出刃的合金钻头（指软岩层、中硬岩层），待取上完整岩芯后再换正常钻头。在换正常钻头以前要反复扫孔几次，使孔径均匀一致，无弯曲的状态存在。钻头应靠“边”，不走老孔。钻进规程采用轻压

慢转。并在钻进到5、10、15米时进行测斜检查。

（2）井底定向纠斜法：

纠斜主要工具有取出式楔子，球式定位器以及有关的一些特殊工具。采用的方法是定向与偏斜钻进：

a.准备工作。按要求将定位器、楔子、钻头连接好，定位器方向尖与楔子方向一致，方能下井。

b.定位操作。当钻具下完后，将楔子放到离孔底0.5m处停住，然后将电极线与触头通过提引器滑轮和水接头下入钻杆内，使上下触头接通。再将电线末端与万用表接通，这时慢慢转动钻具，当定位器触点与楔子斜面相一致时，整个电路接通，电表指示的电阻变小，这证明楔子的方向已找准。为了检验定向结果，可反复进行3-5次，如结果均相同，说明定向无误，此时可以下墩钻具，将小钻具与销钉切断，楔子固定于井底即可钻进。

c.偏斜钻进。钻进时用慢速轻压扫过楔子斜面至井底，然后改用中速钻进0.4-1m，即可将楔子取出。第二回将要用大一级的锥形钻头，沿小孔边扩孔、边钻进，将孔深一直延至3-6m。然后测斜检查，认为合格后方可用1米长的同径钻具扩孔到正常钻进。

（3）用阶梯钻进纠斜法。（4）利用万向接头纠斜法。（5）用反回转钻进法纠正钻孔方向。 9、纠斜操作时的注意事项：

（1）人工定向纠斜必须按设计程序进行，即测斜检查；扫平孔底残留岩芯；下楔子、钻小眼、取出楔子；大一级钻具扩孔，将新孔延深到4-6米；测斜检查；确认天顶角减小后，用同径扩孔到底，正常钻进。

（2）偏斜位臵，应选在硬度为4-5级，且较完整的岩石中进行。楔子斜面应位于较软的岩石中，以利偏斜钻具能较快的通过斜面打出新孔。

（3）纠斜工具在下井前，必须详细检查各部连接情况，应做到各部完

整，配合适当，定位准确，性能可靠。不合格的部件严禁下井使用。

（4）在下墩钻具前，应在立轴上标明楔子一底和刹闸的记号，切勿松绳过多，以免将偏斜钻具墩坏。

（5）偏斜钻具在过楔子斜面时，以压力不大于40KN、转速75r/min、水量100Lmin为宜。当穿过楔子面后，钻进规程可适当进行调整。

（6）为了减少纠斜处的阻力，可用扩孔器将急弯处的孔径扫大。为了避免扭断钻具，要求新孔钻进20m以后，再使用钻铤。

（7）钻具下到纠斜位臵时，下降速度要慢、要稳，以防墩坏钻具，造成事故。

（8）纠斜前后必须测斜，以便分析研究纠斜效果，总结经验教训。

10、用反回转钻进法纠正孔斜时的注意事项：