地質(zhì)金剛石鉆頭鉆進(jìn)的孔底碎巖過程

1. 表鑲金剛石鉆頭的孔底碎巖過程

把鉆頭上的一粒金剛石看作在軸向壓力Py和切向力Px作用下沿巖石表面移動(dòng)的切削具（圖4-19），巖石破碎時(shí)切向力Px消耗在克服巖石抵抗破碎的反力Pg和摩擦力T上T=Pyf。

Px=Pg T=Pg Pyf (4-8)

式中：f--金剛石與巖石的摩擦系數(shù)；Py--分配在一粒金剛石上的載荷。

1-被壓皺的巖石; 2-巖石中的拉應(yīng)力; 3-被壓碎,剪切的巖石; Ⅰ-鉆頭體; Ⅱ-表鑲金剛石出刃; Ⅲ-巖石

當(dāng)金剛石沿同心圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，它向巖石傳遞一定的能量，巖石吸收能量后產(chǎn)生破碎并形成小的溝槽。在彈脆性巖石中，由于大、小剪切體的產(chǎn)生，溝槽的寬度大大超過了金剛石吃入巖石的深度。在破碎巖石的同時(shí)，金剛石逐漸被磨鈍。這時(shí)磨鈍的金剛石在軸載的作用下使巖石產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變的結(jié)果是在巖石中出現(xiàn)一些微小的裂紋，使巖石的致密結(jié)構(gòu)被改變（圖4-19）。裂紋的數(shù)量及其深度取決于傳遞給每粒金剛石的軸載大小和鉆頭轉(zhuǎn)速。金剛石被磨鈍后，必須在孔底某一點(diǎn)處多次重復(fù)補(bǔ)充載荷才可能使巖石產(chǎn)生破碎，即這時(shí)的巖石破碎過程具有疲勞破碎的性質(zhì)。

2. 孕鑲金剛石鉆頭的孔底碎巖過程

孕鑲金剛石鉆頭的孔底碎巖過程不同于表鑲鉆頭。因?yàn)樗玫慕饎偸w粒小，且埋藏于胎體之中，孕鑲鉆頭必須在鉆進(jìn)規(guī)程中保持自磨出刃的性能（稱為"自銳"），才能維持鉆速恒定而不衰減。

總體來說，孕鑲鉆頭的實(shí)際碎巖機(jī)理類似于砂輪磨削工件，即以唇面上多而小的硬質(zhì)點(diǎn)（金剛石）對(duì)加工件（孔底巖石）進(jìn)行刻劃、磨削，并隨著硬質(zhì)點(diǎn)的逐漸磨損和消失及粘結(jié)胎體的不斷磨耗，新的硬質(zhì)點(diǎn)又裸露出來參加工作。當(dāng)然，如果唇面金剛石出露較好時(shí)，也不排除在磨削的同時(shí)存在著孔底的微剪切和微壓碎作用。實(shí)際上，砂輪在高速磨削工作中，自身也被磨耗，由于它的"自銳"作用而常處于銳利狀態(tài)。對(duì)孕鑲金剛石鉆頭而言，如果胎體性能與所鉆巖石不適應(yīng)或沒有保證足夠的鉆壓，胎體不能超前磨耗并讓喪失破巖能力的金剛石顆粒自行脫落，則無法實(shí)現(xiàn)"自銳"。在孔底過程中表現(xiàn)為鉆頭"打滑"，鉆速迅速下降。

無論表鑲或孕鑲鉆頭在孔底的工作過程都是非常復(fù)雜的。鉆頭被鉆具緊壓在孔底巖石表面，鉆具的振動(dòng)和彈性變形加強(qiáng)或減弱了加在孔底的鉆壓，而往復(fù)泵送出的壓力流體也是脈動(dòng)的，更加劇了鉆具和鉆頭的振動(dòng)。因此，學(xué)者們認(rèn)為孔底還存在著微動(dòng)載的破巖過程。