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第1章 绪论1

1.1“岩土钻掘工艺学”课程的内容、地位和任务1

1.2岩土钻掘工艺的渊源和发展概况1

1.3钻探的基本概念4

第2章 岩土性质及其破碎机理10

2.1岩石的物理-力学性质10

2.1.1岩石按黏结状态的分类10

2.1.2岩石的密度与容重11

2.1.3岩石的孔隙度12

2.1.4岩石的各向异性13

2.1.5岩石的强度14

2.1.6岩石的硬度16

2.1.7岩石的变形特征及其分类17

2.1.8岩石的弹性、脆性和塑性18

2.2土的物理-力学性质特征19

2.2.1土的物理性质特征19

2.2.2土的力学性质特征20

2.2.3土的工程分类21

2.3岩石的钻进特性21

2.3.1岩石的研磨性及研磨性分级21

2.3.2岩石的可钻性及可钻性分级25

2.3.3岩石的坚固性系数及其分级27

2.3.4岩石完整程度及裂隙性分级28

2.3.5岩石的稳定性及稳定性分级30

2.4岩石在外载作用下的破碎机理30

2.4.1压模压入时岩石中的应力状态30

2.4.2压模压入时的岩石破碎机理32

2.4.3双向力共同作用下岩石中的应力分布34

2.4.4双向力共同作用下的岩石破碎机理35

2.4.5影响碎岩效果的因素36

2.5本章知识在钻探工艺设计中的应用36

2.5.1岩石性质是制定钻探工艺的依据36

2.5.2根据岩石钻进特性选择钻进方法37

2.5.3根据岩石钻进特性设计套管系列37

第3章 钻杆柱与钻孔结构39

3.1钻杆柱功能与组成39

3.1.1钻杆柱的功用39

3.1.2钻杆柱的材质39

3.1.3地质岩心钻探用钻杆柱的代号41

3.1.4钻杆柱的结构41

3.1.5 铝合金钻杆44

3.2钻杆柱的工况46

3.2.1钻杆柱的工作状态46

3.2.2钻杆柱的受力47

3.2.3钻杆柱的疲劳破坏50

3.3套管柱与钻孔结构50

3.3.1套管柱50

3.3.2钻孔结构设计51

第4章 回转钻进的孔底过程及钻头54

4.1硬质合金钻进的孔底碎岩过程54

4.1.1钻探用硬质合金54

4.1.2硬质合金钻进的孔底碎岩过程56

4.1.3硬质合金切削具的磨损60

4.2硬质合金钻头62

4.2.1取心式硬质合金钻头结构要素62

4.2.2取心式硬质合金钻头65

4.2.3硬质合金钻头选型表67

4.3金刚石钻进的孔底碎岩过程69

4.3.1钻探用金刚石69

4.3.2金刚石钻进的孔底碎岩过程71

4.4金刚石钻头和扩孔器75

4.4.1表镶金刚石钻头76

4.4.2孕镶金刚石钻头78

4.4.3金刚石扩孔器81

4.4.4金刚石钻头及扩孔器选型表82

4.4.5金刚石钻头及扩孔器的制造82

4.5 PDC钻头及其孔底碎岩过程84

4.5.1钻探用复合片84

4.5.2 PDC钻头的孔底碎岩过程85

4.5.3 PDC钻头88

4.6钢粒钻头及其孔底碎岩过程90

4.6.1钢粒及钢粒钻进用钻具90

4.6.2钢粒钻进的孔底碎岩过程91

4.7牙轮钻头及其孔底碎岩过程92

4.7.1牙轮钻头的结构92

4.7.2牙轮钻头的孔底碎岩过程92

4.7.3牙轮钻头的分类法96

4.8全面钻头97

4.8.1硬质合金全面钻头98

4.8.2金刚石全面钻头102

4.8.3 PDC全面钻头104

第5章 回转钻进工艺105

5.1钻进效果指标及钻进规程参数间的关系105

5.1.1钻进效果指标105

5.1.2钻进规程106

5.1.3钻进过程中各参数间的基本关系107

5.2硬质合金钻进工艺109

5.2.1钻头压力的选择109

5.2.2钻头转速的选择111

5.2.3冲洗液泵量及其性能的选择111

5.2.4P、n、Q参数间的合理配合112

5.2.5确定最优回次钻程时间的方法112

5.2.6自磨式硬合金钻头的规程特点114

5.3金刚石钻进工艺114

5.3.1合理选择金刚石钻头114

5.3.2金刚石钻进规程115

5.3.3金刚石钻进的临界规程119

5.3.4金刚石钻头的合理使用121

5.4 PDC钻进工艺122

5.4.1 PDC钻进规程参数122

5.4.2 PDC钻头的使用122

5.5钢粒钻进工艺125

5.5.1影响钢粒钻进效果的因素125

5.5.2钢粒钻进的规程选择125

5.5.3钻进规程合理性的判断127

5.6牙轮钻进工艺127

5.6.1牙轮钻头的选用127

5.6.2牙轮钻头钻进工艺129

5.7全面钻头钻进工艺134

5.7.1硬质合金全面钻头的规程选择135

5.7.2金刚石全面钻头的合理使用及规程选择138

5.8涡轮与螺杆钻具钻进139

5.8.1 涡轮钻具139

5.8.2涡轮钻具钻进的工艺特点142

5.8.3螺杆钻具144

5.8.4螺杆钻具钻进的工艺特点146

5.8.5螺杆钻具与涡轮钻具的性能对比147

第6章 冲击回转钻进与冲击、振动钻进149

6.1概述149

6.2液动冲击器和气动潜孔锤150

6.2.1液动冲击器的结构与工作原理150

6.2.2气动潜孔锤的结构与工作原理155

6.3冲击回转钻进用钻头159

6.3.1液动冲击回转钻进用钻头159

6.3.2气动潜孔锤钻头162

6.4冲击回转钻进工艺165

6.4.1冲击回转碎岩机理165

6.4.2影响冲击回转碎岩效果的因素166

6.4.3冲击回转钻进规程167

6.5钢丝绳冲击钻进与振动钻进工艺171

6.5.1钢丝绳冲击钻进工艺171

6.5.2振动钻进工艺174

第7章 钻孔取样技术与工艺177

7.1土样的采取177

7.1.1原状土样的概念177

7.1.2取土的方法177

7.1.3取土器的基本技术参数178

7.1.4取土器的类型和结构180

7.1.5减少土样扰动的注意事项181

7.2岩矿心采取181

7.2.1岩矿心采取的基本要求181

7.2.2影响岩矿心采取率与品质的因素182

7.2.3关于岩心堵塞问题183

7.2.4岩矿层取心难度分类185

7.3提钻取心钻具及工艺186

7.3.1卡取岩矿心的方法186

7.3.2单层岩心管188

7.3.3普通双层岩心管189

7.3.4改进型双层岩心管191

7.3.5孔底局部反循环取心工艺193

7.3.6组合循环式强制取心单动双管196

7.4绳索取心钻具及工艺197

7.4.1绳索取心钻具及辅助工具197

7.4.2绳索取心钻进工艺203

7.4.3液动冲击回转绳索取心技术205

7.4.4局部反循环绳索取心技术210

7.5全孔反循环连续取心（样）工艺211

7.5.1水力反循环连续取心212

7.5.2气举反循环连续取样215

7.6采集气体样品、岩屑和补取岩样219

7.6.1采集气体样品219

7.6.2采集岩粉220

7.6.3补取岩样221

第8章 地下坑道钻探223

8.1概述223

8.1.1坑道钻探的意义与特点223

8.1.2坑道钻探的类型223

8.2坑道钻探设备与钻具224

8.2.1坑道钻探设备的选择和安装224

8.2.2坑道钻探用钻具230

8.3坑道钻进工艺235

8.3.1坑道钻进工艺参数236

8.3.2坑道水平孔钻进工艺特点236

8.3.3坑道定向钻进的工艺特点238

8.3.4松软突出煤层钻进的排粉工艺239

第9章 钻孔弯曲与测量241

9.1钻孔的空间状态要素241

9.2钻孔弯曲的原因与规律244

9.2.1钻孔弯曲的条件244

9.2.2钻孔弯曲的原因及危害244

9.2.3钻孔弯曲的规律249

9.3钻孔弯曲的测量与仪器251

9.3.1测量钻孔弯曲的原理251

9.3.2测斜仪的分类与选用原则254

9.3.3非磁性矿体用测斜仪255

9.3.4磁性矿体用测斜仪261

9.4钻孔测斜数据处理266

9.4.1测斜误差的产生与消除266

9.4.2基于测斜数据绘制钻孔轨迹267

9.4.3建立矿区（施工区）孔斜规律数学模型267

9.5钻孔弯曲的预防与纠正268

9.5.1钻孔弯曲的预防268

9.5.2钻孔弯曲的纠正271

第10章 定向钻进工艺273

10.1定向钻进设计273

10.1.1定向钻孔的分类273

10.1.2定向钻进的设计原则与内容274

10.1.3定向孔轴线基本参数的计算方法275

10.2定向钻进造斜工具276

10.2.1偏心楔277

10.2.2连续造斜器278

10.2.3辅助造斜工具279

10.2.4造斜工具的特性对比281

10.3定向钻进随钻测量仪器概述282

10.3.1有缆MWD系统282

10.3.2泥浆脉冲式MWD系统282

10.3.3电磁波式MWD系统285

10.4定向钻进施工工艺286

10.4.1多孔底定向钻进工艺概述286

10.4.2偏心楔定向钻进工艺288

10.4.3连续造斜器定向钻进工艺288

10.4.4螺杆钻具定向钻进工艺289

10.5定向取心技术与工艺291

10.5.1岩心定向方法291

10.5.2定向取心钻具及其工作原理292

10.5.3由定向岩心求解岩层产状294

第11章 水文地质钻探与水井钻296

11.1水文地质孔和水井的钻进方法296

11.1.1钻孔结构296

11.1.2回转钻进工艺300

11.2水井成井306

11.2.1下过滤器306

11.2.2止水与封闭309

11.2.3洗井方法311

11.3抽水试验314

11.3.1抽水试验概述314

11.3.2射流泵抽水314

11.3.3潜水泵抽水316

11.3.4空气压缩机抽水316

11.3.5抽水时水位水量的测量319

第12章 复杂地层钻进工艺及事故防治321

12.1复杂地层的分类321

12.1.1复杂地层综合分类321

12.1.2不稳定地层分类323

12.1.3冲洗液漏失地层分类323

12.2复杂地层钻进工艺324

12.2.1力学不稳定地层钻进工艺324

12.2.2遇水不稳定地层钻进工艺327

12.3典型钻探事故的分类及处理原则329

12.3.1典型事故分类329

12.3.2防治钻探事故的原则330

12.3.3处理钻探事故的常用方法330

12.4处理钻探事故的常用工具331

12.4.1打捞工具331

12.4.2切割工具335

12.4.3专用接头337

12.4.4孔内振动器338

12.5典型钻探事故的处理工艺339

12.5.1孔壁塌陷与崩落339

12.5.2钻具折断与脱落340

12.5.3卡钻、埋钻、糊钻与烧钻事故342

12.5.4套管事故与孔内落物344

12.5.5钻孔漏失和涌水事故345

12.5.6钻头事故与偏斜事故346

第13章 封孔348

13.1封孔材料348

13.1.1水泥封孔348

13.1.2黏土封孔349

13.2封孔工艺350

13.2.1洗孔换浆350

13.2.2下隔离塞350

13.2.3孔内注浆方法351

第14章 钻孔施工设计及钻探环境保护355

14.1钻孔施工组织设计355

14.1.1单孔施工组织设计355

14.1.2矿区施工组织设计357

14.2钻探环境保护360

14.2.1我国钻探环境保护的现状360

14.2.2钻探环境保护的规范361

第15章 坑探技术与工艺364

15.1勘探坑道的类型及用途364

15.1.1勘探坑道的类型364

15.1.2勘探坑道的用途365

15.2坑探的基本工序及岩石分级366

15.2.1坑探的基本工序366

15.2.2岩土掘进工程中岩石的分级366

15.3坑探用基本设备与机具368

15.3.1凿岩设备368

15.3.2凿岩机具375

15.3.3通风设备380

15.3.4排水设备381

15.3.5装岩设备381

15.3.6运输设备384

15.4坑探施工工艺385

15.4.1凿岩爆破385

15.4.2巷道通风390

15.4.3装岩运输391

15.4.4坑道支护392

15.4.5劳动和施工组织392

15.4.6坑探技术的进步393

第16章 槽探施工工艺394

16.1探槽的功能与规格394

16.2探槽开挖方法395

16.2.1手工挖掘395

16.2.2机械挖掘395

16.2.3爆破法挖掘400

参考文献403