摘要：孕镶金刚石钻头通过钻头胎体的持续磨损实现金刚石的自锐和高效破岩。因此,研究金刚石钻头磨损的影响因素及其影响程度和影响机理,对孕镶金刚石钻头的设计和使用非常重要。本次研究探讨了岩石物理力学性质、钻头胎体性能和钻进工艺参数等因素对孕镶金刚石钻头磨损过程和磨损机理的影响。分析表明,对钻头磨损最为显著的影响因素是岩石中的硬质颗粒导致的磨粒磨损,其次是钻头胎体与岩粉之间的粘着磨损,以及冲洗液中岩粉颗粒导致的冲蚀磨损。在此基础上,以不同硬度的钻头胎体摩擦磨损试验结果为例,探讨了钻头胎体性能及其内部硬质点对钻头磨损的影响机理。该研究成果可为科学设计与合理使用孕镶金刚石钻头提供依据。

摘要：在能源勘探与开发过程中,除了取心钻进方式之外,全面(不取心)钻进也占有较大比例。不取心钻进可以减少提钻取心所消耗的大量提下钻时间,进而增加纯钻时间、提高钻进效率和降低钻进成本。传统不取心钻头在钻探过程中容易出现钻头唇面不均衡磨损的现象,为查明和改善这种不均衡磨损规律,提出采用组合式不取心钻头改善钻头偏磨现象。首先采用数值模拟方法对一二级组合不取心孕镶金刚石钻头进行了钻进花岗岩的数值模拟分析,模拟结果显示,由钻头外缘到中心,应力值由大逐渐变小,磨损量与之相对应。在靠近水口处的钻头外缘,胎体应力值和磨损量最大,最大应力为282.14 MPa,最大磨损深度为1.1×10~(-5)mm。而在靠近钻头中心处,钻头胎体应力和磨损量值最小,分别为0.002 MPa和1.3×10~(-6)mm。在钻头唇面半径为55 mm处,钻头磨损速度出现拐点。根据数值模拟结果,设计了二级组合式不取心钻头,由外环钻头、中心钻头和相应的水路系统组成,其中外环钻头规格为?95/48 mm,中心钻头规格为?46/16 mm,水路系统由中心孔、4条主水路、4条副水路和环状间隙水路组成。以常钻遇的可钻性为7~8级岩石为基础,对钻头胎体配方、金刚石参数和烧结工艺进行了设计,提高外环钻头胎体耐磨性、金刚石浓度、小粒径金刚石比例,同时增大烧结温度和提高烧结压力,以降低外钻头磨损量,保证钻头内外磨损一致。采用所设计的二级组合式不取心钻头结构,试制了?75/16 mm不取心钻头,并在可钻等级为8级的花岗岩上进行了室内钻进试验,试验结果表明,钻头磨损均匀,钻进时效约1.84 m/h,胎体消耗高度约1 mm,能满足硬岩全面钻进的需要。本研究为不取心孕镶金刚石钻头设计、研制和施工提供了借鉴。

摘要：为了系统研究铁基金刚石钻头胎体配方组成对胎体机械性能的影响规律,本文采用极端顶点法设计胎体配方试验。胎体配方组成为Fe(含P23%)、WC、663-Cu、Ni、Co和Mn粉,试验测试指标为胎体硬度和耐磨性。对测试结果进行回归分析和非线性规划求解,分析了胎体配方组成对胎体机械性能的影响规律,从理论上得出了胎体硬度和耐磨性的最优值以及相应的胎体配方。结果表明:P可降低铁基胎体的烧结温度,有效阻止Fe对金刚石的热侵蚀作用。随着Fe(P-Fe)和WC含量的增加,胎体的硬度和耐磨性都得到明显改善,铁基胎体可以满足热压金刚石钻头对其机械性能的要求。

摘要：传统方法制造金属基金刚石复合材料工具时,存在胎体对金刚石包镶强度不够、金刚石有效出刃高度小和难以制造具有特殊复杂结构的金刚石工具等问题,而3D打印技术为金属基金刚石复合材料的设计与制造提供了新的发展契机。本研究从金属材料、激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成型工艺参数和金刚石参数3方面进行优选,开展SLM成型金属基复合材料的可行性试验,并进一步开展金属基金刚石复合材料的SLM成型试验。结果表明:采用SLM成型技术可提高金属基金刚石复合材料的性能。但同时,新技术的应用也还存在一些不足之处,需要针对性的深入研究。

摘要：旋挖钻孔灌注桩在不稳定地层施工过程中因成孔质量差造成混凝土充盈系数过高,严重影响工程效益。基于此,分析了混凝土充盈系数的影响因素,在工程现场泥浆具有局限性的的情况下,可以从控制最大允许提钻速度和改进钻头结构两方面开展研究工作。建立了最大允许提钻速度的理论计算模型,获得了环空比和泥浆密度对最大允许提钻速度的影响规律和显著性。针对具体工程地质条件,采用两瓣斗钻头结构,并从辅助排水孔和非光滑结构的合金球加强型截齿等方面进行改进设计,以提高旋挖钻进和排渣效率,从而降低成孔时间。现场试验结果表明,通过控制提钻速度和改进钻头结构,单桩旋挖成孔时间缩短28.57%,旋挖钻孔的混凝土充盈系数降低3.62%,显著节约了项目施工成本。

摘要：甘肃省天水至平凉铁路六盘山特长隧道赋存条件复杂,围岩种类多,施工难度大,隧道围岩稳定性对施工安全十分重要。应用3DEC软件建立含有两条节理的三维数值模型对围岩稳定性进行计算分析。研究结果表明:在洞室开挖后,应力场发生调整,围岩向洞室内收敛,其中洞顶的位移较大,洞壁两侧位移相对较小,在无支护条件下后,围岩基本处于稳定状态,节理接触面某些部位存在岩石塌落的危险,在开挖过程中应及时进行支护。在拱顶和底板以张拉性破坏为主,拱腰和拱脚以剪切破坏为主,围岩整体上保持稳定。

摘要：在深部钻探中,WC–Cu基金刚石钻头胎体被广泛使用。为了提高钻头使用性能,在同一胎体配方下,采用正交试验方案对热压参数进行设计,并烧制试样进行抗弯强度和显微硬度测试。通过方差和极差分析不同烧结温度(A)、烧结压力(B)、保温时间(C)、冷却方式(D)对金刚石钻头胎体力学性能的影响。试验结果表明:对纯胎体和含金刚石胎体抗弯强度影响的顺序为A>D>B>C;对胎体维氏硬度影响的顺序是A>C>B>D。本次正交试验中的最优理论烧结参数为A3B3C1D4,即烧结温度为960℃、烧结压力为16 MPa、保温时间为3 min、冷却方式为400℃保温炉冷。此时,与理论参数最接近的工艺试验结果为:纯胎体抗弯强度为983.33 MPa、硬度为437.40 HV,金刚石胎体试样抗弯强度为525.00 MPa。

摘要：基于岩石破碎原理分析研究用于钻进坚硬致密岩石的钻头及其性能,设计预合金粉胎体性能以及热压工艺参数。在此基础上,提出使用氧化铝空心球弱化钻头胎体,并对添加粒度尺寸0.3mm、0.6mm、0.9mm和体积分数12%、15%和18%的氧化铝空心球制备的胎体进行耐磨性能试验。结果表明:胎体耐磨性分别降低了9%～31%;当氧化铝空心球粒度尺寸为0.3mm,体积分数为18%时,胎体的耐磨性降幅达到最大的31.25%。

摘要：钢筋混凝土结构因内部有钢筋,且自身强度等级较高,在钻孔过程中施工难度大,钻进效率低,经常出现钻头断齿现象。针对这些现象,从调整钻头胎体性能、改进钻头结构和增加磨料种类3个方面进行试验。为提高金刚石钻头钻进效率,采用中软性能的钻头胎体,并添加立方氮化硼(CBN)磨料,提高钻头工作唇面上磨料的切削性能;为使钻头钻进平稳,采用斜水口和奇数齿结构钻头,防止钻齿在孔底与钢筋产生全断面接触,避免钻齿瞬时冲击载荷过大而发生断齿。试验结果表明:使用75mm钻头,钻进压力6.5MPa、钻头线速度2.1m/s、冷却液流量25L/min时,钻头的平均钻进时效可达到1.12m/h,钻头寿命28m,无断齿现象;表明本试验的钻头设计工艺正确,结构合理,可满足施工现场的生产需求。

摘要：钴基胎体金刚石钻头具有性能好、价格高的特点,以Fe代Co作为胎体材料是提高金刚石钻头性价比的主要方法之一。但是Fe替代Co后存在金刚石热损伤严重、被包镶强度不足、胎体抗冲击和耐磨性差等问题,因此改善热压铁基金刚石钻头胎体力学性能对降低钻探成本、提高钻探效率具有重要研究意义。利用自行设计的磁处理设备对铁基热压金刚石钻头胎体进行磁化处理,通过正交试验等方法研究了磁感应强度、磁场频率和磁处理时间对胎体硬度、抗弯强度和耐磨性的影响及其规律。试验结果表明:试验胎体硬度最优磁处理参数为0.8 T/8 Hz/3 min,磁处理后胎体抗弯强度最高提升了13.8%,耐磨性增加,特别是含金刚石的胎体磁处理后其磨损量可降低38.1%。