(一)鉆頭體(空白鉆頭)

      鉆頭體是由DZ-40地質(zhì)鉆探用無縫鋼管制成。絲扣為地質(zhì)專用特殊梯形扣，鉆頭上端內(nèi)壁有一定錐度，以便卡取巖心。空白鉆頭的同心度、各端面與中心的垂直度以及各尺寸間的相互關(guān)系都應(yīng)嚴(yán)格要求；否則會直接影響鉆進(jìn)效率和質(zhì)量。

      空白鉆頭的結(jié)構(gòu)如圖3-13所示，各種鉆頭的規(guī)格尺寸見表3-3。

      (二)鉆頭上合金的數(shù)目
      影響鉆頭上合金數(shù)目最優(yōu)值的因素很多，目前還不能用理論公式來表示。一般情況下，在確定合金數(shù)目時，要綜合考慮鉆頭直徑、鉆探設(shè)備能力、鉆進(jìn)規(guī)程、巖粉的排除及合金的冷卻等條件。從理論上分析，只要保證每個合金在鉆進(jìn)某種巖石時的軸心壓力值，合金數(shù)目的增加與鉆速應(yīng)成正比。但在生產(chǎn)實踐中，情況并不如此，合金數(shù)目過多反而會使鉆速下降。其原因是過密的合金(或合金組)會使合金之間的距離縮小，使巖石在大剪切時體積破碎的過程受到限制，而使巖石破碎的體積減小，鉆速下降。

      在確定或設(shè)計鉆頭上合金數(shù)目時，應(yīng)考慮以下因素：

      (1)在一定的巖性條件下，合金之間的距離應(yīng)有一定值，以保證碎巖時能產(chǎn)生大剪切體進(jìn)行體積破碎。

      (2)在保證每個合金所需壓力的情況下，在一定范圍內(nèi)增加合金數(shù)目就等于增加同時工作的切削量，可以提高鉆進(jìn)速度。

      (3)確定合金數(shù)目時，還應(yīng)考慮鉆頭體上所允許的水口數(shù)目，以保證每個合金的完全冷卻與沖洗。

      (4)研磨性大的巖石，要適當(dāng)增加合金數(shù)目，以保證每個合金的體積磨損量不致過大。

      (5)由于合金體積的磨損量與合金切削運動的路程有關(guān)，所以大口徑鉆頭在相同轉(zhuǎn)速條件下，應(yīng)適當(dāng)增多合金數(shù)目；鉆頭的外沿亦應(yīng)比內(nèi)沿合金數(shù)目多；或增加補(bǔ)強(qiáng)合金以保持鉆頭內(nèi)外沿合金體積磨損量大致相同，以避免鉆孔縮徑。

      確定鉆頭上合金數(shù)目時，可參考表3-4。

      (三)鉆頭上的合金出刃
      鉆進(jìn)時，為了使合金能順利地切人巖石，并保持沖洗液暢通，以及減少鉆頭體的磨損，合金必須突出鉆頭體一定高度，此突出部分則稱為出刃。合金出刃有內(nèi)出刃、外出刃和底出刃，如圖3-14所示。
      外出刃是在鉆頭體的外側(cè)與鉆孔側(cè)壁之間留有一定的通水間隙；內(nèi)出刃是在巖心的外側(cè)與鉆頭體內(nèi)側(cè)壁之間留有一定的通水問隙；底出刃是切人巖石的深度h。和保持水流沖洗的高度h1之和，即底出刃H=h0+h1，如圖3-15所示。

      鉆頭上內(nèi)、外、底出刃的尺寸，應(yīng)根據(jù)巖石的性質(zhì)來確定：在軟巖中鉆進(jìn)，所需軸心壓力不大，為能使大量巖粉及時排除孔底，需要加大內(nèi)、外、底出刃；在堅硬巖層中鉆進(jìn)，合金切入巖石淺，巖粉少，同時為減少回轉(zhuǎn)阻力和彎曲力矩，避免合金崩刃，應(yīng)減小內(nèi)、外、底出刃。

      不同地層鉆進(jìn)時，硬質(zhì)合金鉆頭的合金出刃量可參考表3-5所列。
     (四)鉆頭上合金的排列方式

      合金在鉆頭上的排列形式，歸納起來可分成以下幾種：

      1.按階梯破碎方式排列

      圖3-16所示為多環(huán)階梯式排列底出刃的孔底狀況：
      (a)是二環(huán)階梯排列，內(nèi)環(huán)合金比外環(huán)合金底出刃大，因而形成孔底階梯狀；(b)是三環(huán)階梯排列，中環(huán)合金是以超前方式比內(nèi)、外合金的底出刃大，故可起到掏槽作用；(c)是四環(huán)多階梯排列，此種鉆頭所鑲合金較小，故稱小切削具鉆頭；(d)是肋骨鉆頭的排列形式，肋骨刃與主刃高差較大。

      階梯破碎方式排列合金的目的，是使孔底增多自由面，以提高破碎效果。在5～6級以上、研磨性較大的巖石中鉆進(jìn)時，要注意超前刃的過快磨損或折斷；否則發(fā)揮不出理想的效果。

      2.按分區(qū)破碎方式排列

      合金在鉆頭底面上的分布，除單環(huán)排列的(圖3-17)外，大都采取了分區(qū)破碎方式排列，如圖3-18所示。分區(qū)破碎方式排列的合金都呈內(nèi)、外、中三環(huán)排列和四環(huán)排列(圖3-19)；合金排列的特點是沿鉆頭徑向?qū)挾纫酝膱A式排列，整個孔底寬度是按同心圓方式分區(qū)破碎的，每個合金只破碎一條環(huán)形孔底巖石。
      采用分區(qū)破碎能保證合金的穩(wěn)定性，減少了合金破碎巖石的寬度，因此減輕了合金所承受的負(fù)荷，增加了合金的壽命和碎巖速度。

      很多現(xiàn)代高效率的鉆頭，往往是將階梯式破碎和分區(qū)式破碎結(jié)合，組成多樣化鉆頭。

      3.密集式排列
      密集式排列主要用于研磨性巖石和較硬巖石的鉆進(jìn)，它以成組的合金比較集中地排列在一起，有堆狀排列(圖3-20)和疏松排列(圖3-21)兩種：前者每組合金堆集在一起，互相補(bǔ)強(qiáng)，前刃掏槽，后刃擴(kuò)槽，如一個單元合金；后者每組合金成疏松的一組，可完成一個寬槽的切削量。
      密集式排列的硬質(zhì)合金鉆頭有很多優(yōu)點，在我國應(yīng)用較為廣泛。

     (五)硬質(zhì)合金的鑲嵌角度

      砸后合會繹鑲嵌后所形成的各種角度，如圖3-22所示。
      合金的刃尖角口(也稱磨銳角)的大小，對鉆頭耐久性和鉆速有很大影響。其大小應(yīng)根據(jù)所鉆巖性而定。

      切削角僅，也稱鑲嵌角。為便于切入巖石，合金的鑲嵌角也不相同：切削角為90°的角叫直鑲；小于90°的叫正斜鑲；大于90°的叫負(fù)斜鑲，如圖3-23所示。
      選擇合金在鉆頭上的不同鑲嵌角時，應(yīng)考慮以下三點：

      (1)合金在切入巖石和回轉(zhuǎn)時，應(yīng)有較小的阻力；

      (2)鉆進(jìn)過程中隨合金的磨損它與巖石的接觸面不迅速增大

      (3)在堅硬巖層鉆進(jìn)時，應(yīng)使合金有較大的抗彎斷面，以防崩刃。

      在選擇合金鑲嵌角時，應(yīng)根據(jù)所鉆巖石性質(zhì)和鉆進(jìn)規(guī)程來確定，可參考表3-6所列。

      (六)鉆頭的水口和水槽

      鉆頭上的水口、水槽主要作用是使孔底沖洗液暢通，并能及時冷卻鉆頭和攜帶巖粉離開孔底。水口和水槽開得是否合理，直接影響著鉆進(jìn)效率和合金的磨損。

      通常每組合金應(yīng)當(dāng)至少開一個水口，水口的總面積大于鉆頭與巖心之間的環(huán)狀間隙的面積，以免因過水面積太小而引起不必要的水頭損失。水1:3的大小應(yīng)能滿足沖洗液暢通、很好地排除巖粉和及時冷卻鉆頭的要求。一般在松軟、膨脹、縮徑等地層鉆進(jìn)時，應(yīng)加大水口，甚至增加肋骨進(jìn)一步擴(kuò)大孑L壁問隙，以保證正常沖孔。水口的位置應(yīng)盡可能地接近合金的前邊，以使沖洗液的流動中心靠近合金前棱。目前，各地勘單位應(yīng)用的鉆頭水VI形式如圖3-24所示，有矩形(a)、梯形(b)、半圓形(c)、偏斜形(d)及弧形(e)等。
      鉆頭上的水槽和水1：3連接，其目的是補(bǔ)充增加鉆頭內(nèi)、外環(huán)形間隙過水?dāng)嗝娴牟蛔?。水槽有直槽和與順鉆頭旋轉(zhuǎn)方向成60°～80°的斜槽兩種；水槽一般深1.5～2mm，寬7～10mm。