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适合金川矿区的特种孕镶金刚石钻头研制

陈章文  
【摘要】: 金川矿区工程地质条件复杂,围岩破碎,地应力大,钻孔多布置于软弱地层,在钻孔施工中,钻头寿命、效率低,甚至出现“打滑“现象,孔内事故频繁,机台钻进效率及岩矿芯采取率较低,有的钻孔甚至报废,严重制约了矿山勘探工程的进度和质量,直接影响了钻探效率、钻探效益。为此本课题采用现场调研、室内试验相结合的方式获取数据、资料,在此基础上进行钻头设计理论研究,进行岩石测试,胎体试制及测试,钻头试制及微钻试验等,并通过现场试验反馈信息调整方案,最后对所研制钻头进行综合评价,主要取得如下成果: 1.矿区主要岩层为混合岩和超基性岩,岩石软硬互层频繁,混合岩中石英、长石含量较高,研磨性较强,适宜于用耐磨性较强的金刚石钻头钻进,而对于超基性岩石英、长石的含量较低,岩石的研磨性较弱,适宜于耐磨性较弱的金刚石钻头钻进,加上混合岩中有少量硬度特高、研磨性特强的打滑地层,因此金川的地层宜采用三种不同性能的金刚石钻头,并且要钻头具有一定的广普性。 2.初步得出矿区岩石破碎前的应力状态、破碎过程;利用摩擦学中的公式求出钻头-岩石相互作用付三个阶段的分析表达式,得出正常钻进的边界条件。 3.分析了金刚石钻头的唇面状态,包括金刚石出刃状况、参与切削岩石的金刚石数目、金刚石切入岩石深度、金刚石受力、钻头唇钻头唇面压力分布,在此基础上研究了基于金刚石钻头的唇面状态分析的金刚石钻头定量设计理论,理论具有一定的指导意义。 4.设计了金刚石表面覆层工艺、胎体分层工艺及两种技术集成的工艺,通过室内试验优选出适合金川矿区高效率孕镶金刚石钻头的普适性体配方:WC45%左右、Co10%左右、Ni8%左右、CuSn_(10)30%左右、Mn7%左右。 5.设计制造了三个系列八个品种金刚石钻头,现场应用证明,无论寿命和时效,都优于其他同类钻头,最好的钻头寿命达384.0m、时效达2.5m/h。


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