(1)對硬質含金鉆頭的要求

      1)空白鉆頭(合金鉆頭料)應具備的條件

      ①鉆頭料由厚壁無縫鋼管制成。鋼材的含碳量0.3～0.45，拉伸強度為40公斤/毫米2，延伸率為0.6的碳素鋼。鉆頭料的材質要好，要堅硬。鉆進中，軸心壓力與回轉力通過它傳遞到每塊合金上，丙每塊合金所承受的巖石阻力等，又作用于它。如果鉆頭料不抗磨，合金就會很快突露，掉落。這就像人的矛齒一樣，牙床子不好，牙齒自然不堅固。所以，合金鉆頭料選擇材質堅硬的無縫鋼管，對增長回次進尺，克服較硬巖層，提高鉆進效率很重要。

      ②鉆頭料要短，有效高度不得超過60毫米(絲扣部分除外)。鉆頭長，容易造成堵水或巖心堵塞。鉆頭上部必須加工有錐度，以便于卡巖心。

      ③鉆頭厚度，用于坎及中硬巖層，壁厚不超過7毫米，用于硬巖層為10毫米。

      2)鉆頭水口
      鉆頭必須有水口。水日的總面積應等于或大于鉆桿接手的水眼面積。永口多為斜三角形，長度依鉆頭直徑大小、鉆頭鑲焊合金的組數(shù)而定，高度一般為10～15毫米。

      3)鉆頭上的合金塊數(shù)
      鉆頭上鑲的硬合金，也叫切削具。切削具在鉆頭上的數(shù)量主要以巖石性質、鉆頭直徑以及鑲焊與修磨是否方便而定。根據(jù)使用經(jīng)驗，鉆頭上所鑲合金的外刃要多于內(nèi)刃，因外刃茌回轉鉆進中，線速度大，也就是跑道多，磨損也快。而外刃被磨，孔徑變瘦，不但影響鉆速’而且下一個鉆頭也要擴孔、崩刃，所以要加強外刃。

      直徑91毫米的各種型式的鉆頭，是煤田鉆探常用的類型。它的切削具數(shù)目見表94。
      4)切削具的刃尖角及鑲嵌角度

      切削具的各種角度見圖168。切削具的刃尖角，也稱磨銳角，對鉆速和鉆頭耐久性有很大影響，其大小依所鉆巖石性質而定。在硬巖層中鉆進，刃尖角為45°的合金不如刃尖角75°的合金耐磨。因巖石硬，刃尖，易崩刃。軟巖層刃尖角取45°較為合適。根據(jù)巖性的不同選擇刃尖角見表95。
      5)切削角
      切削角也叫鑲嵌角。一般磨角鉆頭，為了便于切割巖石，切削具在鉆頭體上鑲焊的角度也不一樣，如圖169示。
      切削角為90度的叫直鑲，小于90度的叫正斜鑲，也叫搶茬鉆頭；大于90度的叫負斜鑲。

      直鑲的現(xiàn)場不常用，切鐵或用于處理事故的鉆頭多用這種型式。正斜鑲比較常用，一般取切削角75～80度，也就是與鉆頭唇面垂直的夾角，即所謂正前角取10～15度。負角鉆頭，在研磨性較大的硬巖層中常采用，能增長鉆頭壽命，不易崩刃。一般鑲焊角取105N120度，也就是負前角取15～30°。

      每個鉆頭的內(nèi)、外、底出刃要相同，誤差不能超過0.5毫米。

      6) 鉆頭應當分為軟、中、硬的三種型式。軟巖層鉆進合金在鉆頭上的排列呈階梯形j中硬及硬巖層鉆進應當加強合金的鑲嵌強度，以增加耐磨時間。

      (2)煤田鉆探常用的幾種鉆頭

      1)三翼錐型無巖心鉆頭

      三翼錐型無巖心鉆頭，適合鉆進二到五級不取心的巖層。

      鉆頭型式和規(guī)格同圖167。規(guī)格以翼片外圓計算，直徑有76、92、112毫米的幾種。翼片厚12～15毫米。鑲焊的合金形狀根據(jù)所鉆巖層選擇：軟的，象黃土、頁巖、砂頁巖，鑲磨銳式鎢鈷8 K573型合金；流砂礫石、礫巖，鑲鎢鈷8 K533、K534型合金。為了便于鑲焊，在锿焊前，將合金排成階梯狀、用氧氣點焊在一起。

      鉆進時，上部必須加足60到70米長的、直徑68毫米或83毫米的鉆鋌，有的可加到100米，并且用同徑巖心管導正(參閱沖積層鉆進)。

      軟硬互層頓角大(50到70度)的巖層，用三翼鉆頭鉆進，容易造成孔斜。最好選用小直徑(95～120毫米)的牙輪鉆頭鉆進。鉆進參數(shù)的選取見表96。
      2)三翼、四翼針狀三階梯自磨無巖心鉆頭

      針狀自磨無巖心鉆頭的特點是：

      ①三翼針狀適用于5到7級巖層，特別是欽硬互層更適應.田翼針狀適用于6～lO級均質的硬巖層，在這類巖層中鉆進比鋼粒提高效率20～30%，可部分地代替鋼粒鉆進。

      ②鉆進時間長：因合金突出鉆頭底唇面長(20毫米)，并鑲嵌在肋骨上，具有抗掰、耐窯等性能，一次鉆程達8小時以上，最高達26小時。

      ③鉆進均衡，效率高。合金為針狀，斷面積小，有若干個尖銳的切削面與巖石接觸。同時隨著肋骨片的逐漸磨損，使合金出刃保持不變。在鉆進中即使有崩刃，由于體積小，對鉆頭在孔底工作無大影響。

      ④合金在鉆進中能全部有效利用，減少合金的消耗。

      ⑤減少鋼粒鉆進的不安全因素。

      ⑥上下鉆具次數(shù)減少?？s短輔助時間，減輕工人體力勞動。

      鉆頭結杓如圖170所示，由鉆頭體和四個或三個翼片組成，水跟在翼片電焊后形成。翼片與鉆頭體交角設有4～6度的給進角，可減少井底巖石阻力，并起螺旋給進作用。底唇面呈三階梯狀，可增加巖石破碎面積，提高鉆進效率。
      鑲焊時，首先在翼片模樣里把小合金排好焊在一起。一般三翼鉆頭焊2層到3層小合金，四翼則焊3層合金。鉆進中的壓力取2000～2600公斤，轉數(shù)可取每分鐘200轉左右，水量120～150升/分。

       3)肋骨型鉆頭

      ①普通肋骨鉆頭

      肋骨鉆頭適用于二到五級或一部分的六級巖層。它的最大特點是：鉆進時孔底利索；排水通暢，效率高。由于孔壁間隙大，所以鉆孔安全。在鉆進巖層傾角大或軟硬變化層數(shù)多的巖層，要注意防止孔斜。
   
      三片螺旋肋骨鉆頭

      適合鉆進二到四級、松軟、遇水膨脹、產(chǎn)狀比較平穩(wěn)、傾角小于30度的巖層。排水通暢，鉆進利索，每小時能鉆進12到15米，不容易夾鉆。

      鉆頭型式見圖171，規(guī)格見表97。鉆進時的技術參數(shù)見表98。
      四片螺旋肋骨鉆頭

      適予鉆進三到五級、松軟、遇水膨脹的巖層。在鉆進互層多，軟硬變換次數(shù)多、傾角大(45到60°)的巖層，要用與鉆孔同徑的巖心管導正，防止孔斜。如果鑲焊粗顆粒4號鎢鈷合金，就可以鉆進六級巖層或薄的軟硬互層。鉆進技術參數(shù)見表98。鉆頭型式見圖172。
      ②刮刀(階梯)肋骨鉆頭
   
       適用于三到五級松軟、遇水膨脹的巖層，導正鉆進。這種鉆頭比普通肋骨鉆頭每小時能多打10到15米。鉆進壓力600到1000公斤，轉數(shù)200到250轉/分，水量120到150升/分。鉆頭型式純圖173，規(guī)格見表99。
      ⑧短肋骨打硬鉆頭(圖174)
      適合鉆進五到七級比較硬的安山巖、玄武巖。鑲焊YG4CK533型合金，每小時能鉆進3到3.5米。鉆進壓力800～1200公斤，比筒狀鉆頭和普通肋骨鉆頭在同～級巖層中提高效率3到4倍。

      ④四翼片針狀取心自磨鉆頭

      這種鉆頭的特點和針狀無心自磨鉆頭相同，適用于六級到八級均質中硬巖層，效率高，鉆進時間長，耐磨，它的結構是：在鉆頭唇面上焊四個爪子，高出鉆頭20毫米，其上焊兩排或三排直徑2毫米長20毫米的小合金。為保持孔徑，在鉆頭體與唇面相齊處也等分的焊三個保持孔徑的肋骨片，鑲YG。CK533型合金。肋骨片的規(guī)格是35×18×10(厚度)，保徑肋骨片與普通肋骨片同。這個鉆頭沒有水口，當爪子磨光，發(fā)生憋泵現(xiàn)象時，要及時提鉆。鉆進壓力1000到1500公斤，轉數(shù)每分鐘150到200轉，水量每分鐘100～120升。鉆頭結構如圈175所示。

      ⑤肋骨鉆頭的修整
      鑲完的鉆頭，必須把有可能與巖石接觸的銅焊磨去，使水口正好從切削具底出刃的根部圓滑地切過。切削具在鉆進一開始就與巖石順利接觸。修正以后，象圖176甲的樣子。
      如果鉆頭鑲好．象圖176乙那樣，雖然切削具與巖石按觸，但回轉時，巖石對鉆頭的阻力很大，進尺就慢。為了增加切削具取巖石的抗，鑲焊時，在切削具刃口的后面，最好用銅焊焊平。

     4)簡狀環(huán)形鉆頭

      鑲焊YG8型合金，可鉆進三到五級巖層。鑲焊YG4C型合金，可以鉆進六到七級中硬巖層，象砂巖、石灰?guī)r等。

      這種型武的鉆頭，在三到五級巖層中鉆進，比肋骨鉆頭的鉆進效率低50～70%。對于控制軟硬變換次數(shù)多的互層和煤層頂板最適用。

      ①鉆頭料規(guī)格，見圖177和表100。
      鉆頭料外徑磨損1到1.5毫米時，便不能使用。

      ②鉆頭型式

      燕尾鉆頭(圖178)，鑲YG8K573型合金鉆進二到四級巖石;鑲YG4CK573型合金，鉆進四到五級巖石。

      燕尾補強鉆頭(圖179)鑲YG4K573型合金，鉆進四到五級巖石鑲YG4CK573型合金，鉆進四到六級巖石。
      六組九粒單雙粒鉆頭(圖180)鑲YG8K573型合金，鉆進五到六級巖石；鑲YG。CK573、K533型合金，鉆進六到七圾巖石。

      九組十二粒補強鉆頭(圖181)鑲YG4CK573、K533型合金，鉆進六到八級巖石，可增加耐磨時間，保持孔徑的均一。

      負前角鉆頭(圖182)鑲YG8、YG4C型合金，鉆進中砂礫巖時，要防止合金崩刃，增加耐磨時間。

      品字型鉆頭(圖183)鑲YG4C型合金，鉆進七到丸級巖石。
      密集式鉆頭(圖184)鑲YG4CK533型合金，鉆進八到十級巖石，適合深孔鉆進，增加耐磨時問。要求鉆頭料材質一定要好、硬、耐磨。合金鑲焊時，必須按規(guī)格在鉆頭料上打眼鑲焊。
      (3)鉆頭與鉆桿直徑的關系

      鉆頭是鉆進的前鋒，鉆進效率與質最的高低與鉆頭的關系很密切，因此，合理地選用鉆頭是一項比較重要的工作。

      鉆頭與鉆桿的直徑配合得適當，可以加快轉數(shù)，防止孔斜，提高鉆進效率，避免鉆具折斷。

      根據(jù)煤田鉆探的特點，鉆頭與鉆桿直徑的關系應當按下式選擇：

      鉆頭直徑(毫米)=(1.5～2)×鉆桿直徑(毫米)。

      例如，選用直徑50毫米的鉆桿，鉆孔直徑75到100毫米是合理的，現(xiàn)場多采用91到110毫米。

      (4)鉆頭的兩級加壓方法
      為了提高每一個回次的鉆進效率，降低硬質合金與巖石的相對磨損，鉆壓必須加足，加的合理。當前生產(chǎn)中慣用的逐步緩慢加壓的操作方法，是加速硬質合金早期磨損的主要原因，尤其是在堅硬研磨性巖石中鉆進，更為明顯。

      為此，在生產(chǎn)中試用了鉆頭的兩級加壓方法。首先在鉆進初期一個較短的時間內(nèi)(YG8合金20到30分鐘，YG4C合金25到40分鐘，根據(jù)巖石的性質決定)以不大的壓力鉆進(為全部鉆壓的五分之三左右)。等合金鉆頭消除鑲焊質量造成的出刃誤差，并且適應孔底的條件以后，再加全壓(額定鉆壓)。圖185表示YG4C合金兩級加壓時的回次進尺曲線。其中，曲線5是一次加壓的進尺曲線，初期進尺很好，但是回次進尺少。曲線1、2、3、4是采用了兩次加壓的曲線，獲得了良好的效果。
      (5)合理使用鉆頭和合理回次進尺

      鉆頭的使用必須適應鉆進的巖石，也就是鉆進某一種巖層應固定使用某種型式的鉆頭。如鉆進頁巖、砂頁巖等三到五級比較軟的巖層，使用肋骨鉆頭、筒狀單雙粒合金鉆頭；鉆進六到八級巖層使用耐磨性較強的YG4C型合金鉆頭；八級以上的巖層以鋼粒鉆進為主，

       一個鉆頭的工作好壞，操作者是可以感覺出來的。例如，一個硬合金的鉆頭下去后，叮鐺!叮鐺!晌了幾下，過一定時間就不晌了，這時往往認為鉆頭工作平穩(wěn)，仍然繼續(xù)鉆下去。其實，鉆頭上的硬合金已經(jīng)掰掉，用鉆頭料上的合金根在鉆進了。

      每種型式的鉆頭，都有它本身的回次進尺，鉆進中必須加以標定，超過合理鉆程的規(guī)律，必須提鉆。不提鉆，雖然有進尺，但由于合金已經(jīng)磨鈍，里外出刃磨完，孔徑縮小，下一個回次更換新鉆頭，外出刃是新的，直徑大，必須經(jīng)擴孔后才能正常鉆進。擴孔后，鉆頭工作極不穩(wěn)定，孔徑對其回轉的夾持力很大，硬質合金容易崩刃，到底后不能鉆進，被迫提鉆。這樣往返幾次，孔底堆積大量合金，造成鉆進困難，有時根本不能鉆進，很容易發(fā)生擠夾鉆具事故。

      合理的回次進尺，是由回次進尺速度決定的。

      回次鉆速按下式計算 V=e/T+t

      式中  V—回次鉆速(米/小時);
          e—回次進尺(米)；
          T—純鉆進時問(小時)；
          t—起下鉆具和其它輔助時間。

      回次鉆速在開始鉆進時，隨著進尺的增加，不斷提高。由于起下鉆具及其它輔助時間的影響，回次進尺提高到某一最高值后，逐漸下降?；卮毋@速達到最大值，又降了2到3次以后，就是鉆頭的合理提鉆時間。

      合理回次進尺的計算過程中，包括了一定的輔助時間，并且孔的深部、淺部在一定的地質條件下，各有不同的輔助時間，這樣也就是將鉆頭進尺有關孔深的影響基本上概括在內(nèi)了?；蛘哒f鉆頭在某一深度上已經(jīng)充分地發(fā)揮作用了。

      為了便于掌握，鉆進過程中必須每隔一定時間(控制煤層為10分鐘，其它為20到30分鐘或為一小時)記錄進尺數(shù)值，現(xiàn)場有的也把它叫十分鐘記錄，按此時間和數(shù)值隨時計算回次鉆速。

      回次進尺記錄的格式見表101。

      e——回次進尺(米)；
      T——純鉆進時問(小時)，
      t——起下鉆具和其它輔助時間。

      回次鉆速在開始鉆進時，隨著進尺的增加，不斷提高。由于起下鉆具及其它輔助時間的影響，回次進尺提高到某一最高值后，逐漸下降?；卮毋@速達到最大值，又降了2到3次以后，就是鉆頭的合理提鉆時間。

      合理回次進尺的計算過程中，包括了一定的輔助時間，并且孔的深部、淺部在一定的地質條件下，各有不同的輔助時間，這樣也就是將鉆頭進尺有關孔深的影響基本上概括在內(nèi)了?；蛘哒f鉆頭在某一深度上已經(jīng)充分地發(fā)揮作用了。

      為了便于掌握，鉆進過程中必須每隔一定時間(控制煤層為10分鐘，其它為20到30分鐘或為一小時)記錄進尺數(shù)值，現(xiàn)場有的也把它叫十分鐘記錄，按此時間和數(shù)值隨時計算回次鉆速。

      回次進尺記錄的格式見表101。
      (6)硬合金的小孔徑鉆進
      小孔徑鉆進是提高鉆進效率，減少管材磨損，減少事故，降低成本的重要途徑。

      我國煤田鉆探鉆頭直徑一般在78～113毫米之向，根據(jù)我國目前管材和其它設備的條件，鉆孔直徑應當壓縮到70～95毫米之間。硬合金鉆進，根據(jù)現(xiàn)場試驗小孔徑鉆頭可平均提高時效20%左右。

      目前，世界各國的鉆孔直徑也都在向小的方向發(fā)展。美國、加拿大鉆頭直徑47.4毫米的占60%，31.7毫米的占15%，有的還在大量推廣直徑22毫米的鉆頭。瑞典常用鉆頭直徑為46毫米，最小的為28毫米。

      為加速我國煤田地質劫探速度，積極推廣使用小口徑鉆進是一個重要方法。