(1)对硬质含金钻头的要求

      1)空白钻头(合金钻头料)应具备的条件

      ①钻头料由厚壁无缝钢管制成。钢材的含碳量0.3～0.45，拉伸强度为40公斤/毫米2，延伸率为0.6的碳素钢。钻头料的材质要好，要坚硬。钻进中，轴心压力与回转力通过它传递到每块合金上，丙每块合金所承受的岩石阻力等，又作用于它。如果钻头料不抗磨，合金就会很快突露，掉落。这就像人的矛齿一样，牙床子不好，牙齿自然不坚固。所以，合金钻头料选择材质坚硬的无缝钢管，对增长回次进尺，克服较硬岩层，提高钻进效率很重要。

      ②钻头料要短，有效高度不得超过60毫米(丝扣部分除外)。钻头长，容易造成堵水或岩心堵塞。钻头上部必须加工有锥度，以便于卡岩心。

      ③钻头厚度，用于坎及中硬岩层，壁厚不超过7毫米，用于硬岩层为10毫米。

      2)钻头水口
      钻头必须有水口。水日的总面积应等于或大于钻杆接手的水眼面积。永口多为斜三角形，长度依钻头直径大小、钻头镶焊合金的组数而定，高度一般为10～15毫米。

      3)钻头上的合金块数
      钻头上镶的硬合金，也叫切削具。切削具在钻头上的数量主要以岩石性质、钻头直径以及镶焊与修磨是否方便而定。根据使用经验，钻头上所镶合金的外刃要多于内刃，因外刃茌回转钻进中，线速度大，也就是跑道多，磨损也快。而外刃被磨，孔径变瘦，不但影响钻速’而且下一个钻头也要扩孔、崩刃，所以要加强外刃。

      直径91毫米的各种型式的钻头，是煤田钻探常用的类型。它的切削具数目见表94。
      4)切削具的刃尖角及镶嵌角度

      切削具的各种角度见图168。切削具的刃尖角，也称磨锐角，对钻速和钻头耐久性有很大影响，其大小依所钻岩石性质而定。在硬岩层中钻进，刃尖角为45°的合金不如刃尖角75°的合金耐磨。因岩石硬，刃尖，易崩刃。软岩层刃尖角取45°较为合适。根据岩性的不同选择刃尖角见表95。
      5)切削角
      切削角也叫镶嵌角。一般磨角钻头，为了便于切割岩石，切削具在钻头体上镶焊的角度也不一样，如图169示。
      切削角为90度的叫直镶，小于90度的叫正斜镶，也叫抢茬钻头；大于90度的叫负斜镶。

      直镶的现场不常用，切铁或用于处理事故的钻头多用这种型式。正斜镶比较常用，一般取切削角75～80度，也就是与钻头唇面垂直的夹角，即所谓正前角取10～15度。负角钻头，在研磨性较大的硬岩层中常采用，能增长钻头寿命，不易崩刃。一般镶焊角取105N120度，也就是负前角取15～30°。

      每个钻头的内、外、底出刃要相同，误差不能超过0.5毫米。

      6) 钻头应当分为软、中、硬的三种型式。软岩层钻进合金在钻头上的排列呈阶梯形j中硬及硬岩层钻进应当加强合金的镶嵌强度，以增加耐磨时间。

      (2)煤田钻探常用的几种钻头

      1)三翼锥型无岩心钻头

      三翼锥型无岩心钻头，适合钻进二到五级不取心的岩层。

      钻头型式和规格同图167。规格以翼片外圆计算，直径有76、92、112毫米的几种。翼片厚12～15毫米。镶焊的合金形状根据所钻岩层选择：软的，象黄土、页岩、砂页岩，镶磨锐式钨钴8 K573型合金；流砂砾石、砾岩，镶钨钴8 K533、K534型合金。为了便于镶焊，在锿焊前，将合金排成阶梯状、用氧气点焊在一起。

      钻进时，上部必须加足60到70米长的、直径68毫米或83毫米的钻铤，有的可加到100米，并且用同径岩心管导正(参阅冲积层钻进)。

      软硬互层顿角大(50到70度)的岩层，用三翼钻头钻进，容易造成孔斜。最好选用小直径(95～120毫米)的牙轮钻头钻进。钻进参数的选取见表96。
      2)三翼、四翼针状三阶梯自磨无岩心钻头

      针状自磨无岩心钻头的特点是：

      ①三翼针状适用于5到7级岩层，特别是钦硬互层更适应.田翼针状适用于6～lO级均质的硬岩层，在这类岩层中钻进比钢粒提高效率20～30%，可部分地代替钢粒钻进。

      ②钻进时间长：因合金突出钻头底唇面长(20毫米)，并镶嵌在肋骨上，具有抗掰、耐窑等性能，一次钻程达8小时以上，最高达26小时。

      ③钻进均衡，效率高。合金为针状，断面积小，有若干个尖锐的切削面与岩石接触。同时随着肋骨片的逐渐磨损，使合金出刃保持不变。在钻进中即使有崩刃，由于体积小，对钻头在孔底工作无大影响。

      ④合金在钻进中能全部有效利用，减少合金的消耗。

      ⑤减少钢粒钻进的不安全因素。

      ⑥上下钻具次数减少。缩短辅助时间，减轻工人体力劳动。

      钻头结杓如图170所示，由钻头体和四个或三个翼片组成，水跟在翼片电焊后形成。翼片与钻头体交角设有4～6度的给进角，可减少井底岩石阻力，并起螺旋给进作用。底唇面呈三阶梯状，可增加岩石破碎面积，提高钻进效率。
      镶焊时，首先在翼片模样里把小合金排好焊在一起。一般三翼钻头焊2层到3层小合金，四翼则焊3层合金。钻进中的压力取2000～2600公斤，转数可取每分钟200转左右，水量120～150升/分。

       3)肋骨型钻头

      ①普通肋骨钻头

      肋骨钻头适用于二到五级或一部分的六级岩层。它的最大特点是：钻进时孔底利索；排水通畅，效率高。由于孔壁间隙大，所以钻孔安全。在钻进岩层倾角大或软硬变化层数多的岩层，要注意防止孔斜。
   
      三片螺旋肋骨钻头

      适合钻进二到四级、松软、遇水膨胀、产状比较平稳、倾角小于30度的岩层。排水通畅，钻进利索，每小时能钻进12到15米，不容易夹钻。

      钻头型式见图171，规格见表97。钻进时的技术参数见表98。
      四片螺旋肋骨钻头

      适予钻进三到五级、松软、遇水膨胀的岩层。在钻进互层多，软硬变换次数多、倾角大(45到60°)的岩层，要用与钻孔同径的岩心管导正，防止孔斜。如果镶焊粗颗粒4号钨钴合金，就可以钻进六级岩层或薄的软硬互层。钻进技术参数见表98。钻头型式见图172。
      ②刮刀(阶梯)肋骨钻头
   
       适用于三到五级松软、遇水膨胀的岩层，导正钻进。这种钻头比普通肋骨钻头每小时能多打10到15米。钻进压力600到1000公斤，转数200到250转/分，水量120到150升/分。钻头型式纯图173，规格见表99。
      ⑧短肋骨打硬钻头(图174)
      适合钻进五到七级比较硬的安山岩、玄武岩。镶焊YG4CK533型合金，每小时能钻进3到3.5米。钻进压力800～1200公斤，比筒状钻头和普通肋骨钻头在同～级岩层中提高效率3到4倍。

      ④四翼片针状取心自磨钻头

      这种钻头的特点和针状无心自磨钻头相同，适用于六级到八级均质中硬岩层，效率高，钻进时间长，耐磨，它的结构是：在钻头唇面上焊四个爪子，高出钻头20毫米，其上焊两排或三排直径2毫米长20毫米的小合金。为保持孔径，在钻头体与唇面相齐处也等分的焊三个保持孔径的肋骨片，镶YG。CK533型合金。肋骨片的规格是35×18×10(厚度)，保径肋骨片与普通肋骨片同。这个钻头没有水口，当爪子磨光，发生憋泵现象时，要及时提钻。钻进压力1000到1500公斤，转数每分钟150到200转，水量每分钟100～120升。钻头结构如圈175所示。

      ⑤肋骨钻头的修整
      镶完的钻头，必须把有可能与岩石接触的铜焊磨去，使水口正好从切削具底出刃的根部圆滑地切过。切削具在钻进一开始就与岩石顺利接触。修正以后，象图176甲的样子。
      如果钻头镶好．象图176乙那样，虽然切削具与岩石按触，但回转时，岩石对钻头的阻力很大，进尺就慢。为了增加切削具取岩石的抗，镶焊时，在切削具刃口的后面，最好用铜焊焊平。

     4)简状环形钻头

      镶焊YG8型合金，可钻进三到五级岩层。镶焊YG4C型合金，可以钻进六到七级中硬岩层，象砂岩、石灰岩等。

      这种型武的钻头，在三到五级岩层中钻进，比肋骨钻头的钻进效率低50～70%。对于控制软硬变换次数多的互层和煤层顶板最适用。

      ①钻头料规格，见图177和表100。
      钻头料外径磨损1到1.5毫米时，便不能使用。

      ②钻头型式

      燕尾钻头(图178)，镶YG8K573型合金钻进二到四级岩石;镶YG4CK573型合金，钻进四到五级岩石。

      燕尾补强钻头(图179)镶YG4K573型合金，钻进四到五级岩石镶YG4CK573型合金，钻进四到六级岩石。
      六组九粒单双粒钻头(图180)镶YG8K573型合金，钻进五到六级岩石；镶YG。CK573、K533型合金，钻进六到七圾岩石。

      九组十二粒补强钻头(图181)镶YG4CK573、K533型合金，钻进六到八级岩石，可增加耐磨时间，保持孔径的均一。

      负前角钻头(图182)镶YG8、YG4C型合金，钻进中砂砾岩时，要防止合金崩刃，增加耐磨时间。

      品字型钻头(图183)镶YG4C型合金，钻进七到丸级岩石。
      密集式钻头(图184)镶YG4CK533型合金，钻进八到十级岩石，适合深孔钻进，增加耐磨时问。要求钻头料材质一定要好、硬、耐磨。合金镶焊时，必须按规格在钻头料上打眼镶焊。
      (3)钻头与钻杆直径的关系

      钻头是钻进的前锋，钻进效率与质最的高低与钻头的关系很密切，因此，合理地选用钻头是一项比较重要的工作。

      钻头与钻杆的直径配合得适当，可以加快转数，防止孔斜，提高钻进效率，避免钻具折断。

      根据煤田钻探的特点，钻头与钻杆直径的关系应当按下式选择：

      钻头直径(毫米)=(1.5～2)×钻杆直径(毫米)。

      例如，选用直径50毫米的钻杆，钻孔直径75到100毫米是合理的，现场多采用91到110毫米。

      (4)钻头的两级加压方法
      为了提高每一个回次的钻进效率，降低硬质合金与岩石的相对磨损，钻压必须加足，加的合理。当前生产中惯用的逐步缓慢加压的操作方法，是加速硬质合金早期磨损的主要原因，尤其是在坚硬研磨性岩石中钻进，更为明显。

      为此，在生产中试用了钻头的两级加压方法。首先在钻进初期一个较短的时间内(YG8合金20到30分钟，YG4C合金25到40分钟，根据岩石的性质决定)以不大的压力钻进(为全部钻压的五分之三左右)。等合金钻头消除镶焊质量造成的出刃误差，并且适应孔底的条件以后，再加全压(额定钻压)。图185表示YG4C合金两级加压时的回次进尺曲线。其中，曲线5是一次加压的进尺曲线，初期进尺很好，但是回次进尺少。曲线1、2、3、4是采用了两次加压的曲线，获得了良好的效果。
      (5)合理使用钻头和合理回次进尺

      钻头的使用必须适应钻进的岩石，也就是钻进某一种岩层应固定使用某种型式的钻头。如钻进页岩、砂页岩等三到五级比较软的岩层，使用肋骨钻头、筒状单双粒合金钻头；钻进六到八级岩层使用耐磨性较强的YG4C型合金钻头；八级以上的岩层以钢粒钻进为主，

       一个钻头的工作好坏，操作者是可以感觉出来的。例如，一个硬合金的钻头下去后，叮铛!叮铛!晌了几下，过一定时间就不晌了，这时往往认为钻头工作平稳，仍然继续钻下去。其实，钻头上的硬合金已经掰掉，用钻头料上的合金根在钻进了。

      每种型式的钻头，都有它本身的回次进尺，钻进中必须加以标定，超过合理钻程的规律，必须提钻。不提钻，虽然有进尺，但由于合金已经磨钝，里外出刃磨完，孔径缩小，下一个回次更换新钻头，外出刃是新的，直径大，必须经扩孔后才能正常钻进。扩孔后，钻头工作极不稳定，孔径对其回转的夹持力很大，硬质合金容易崩刃，到底后不能钻进，被迫提钻。这样往返几次，孔底堆积大量合金，造成钻进困难，有时根本不能钻进，很容易发生挤夹钻具事故。

      合理的回次进尺，是由回次进尺速度决定的。

      回次钻速按下式计算 V=e/T+t

      式中  V—回次钻速(米/小时);
          e—回次进尺(米)；
          T—纯钻进时问(小时)；
          t—起下钻具和其它辅助时间。

      回次钻速在开始钻进时，随着进尺的增加，不断提高。由于起下钻具及其它辅助时间的影响，回次进尺提高到某一最高值后，逐渐下降。回次钻速达到最大值，又降了2到3次以后，就是钻头的合理提钻时间。

      合理回次进尺的计算过程中，包括了一定的辅助时间，并且孔的深部、浅部在一定的地质条件下，各有不同的辅助时间，这样也就是将钻头进尺有关孔深的影响基本上概括在内了。或者说钻头在某一深度上已经充分地发挥作用了。

      为了便于掌握，钻进过程中必须每隔一定时间(控制煤层为10分钟，其它为20到30分钟或为一小时)记录进尺数值，现场有的也把它叫十分钟记录，按此时间和数值随时计算回次钻速。

      回次进尺记录的格式见表101。

      e——回次进尺(米)；
      T——纯钻进时问(小时)，
      t——起下钻具和其它辅助时间。

      回次钻速在开始钻进时，随着进尺的增加，不断提高。由于起下钻具及其它辅助时间的影响，回次进尺提高到某一最高值后，逐渐下降。回次钻速达到最大值，又降了2到3次以后，就是钻头的合理提钻时间。

      合理回次进尺的计算过程中，包括了一定的辅助时间，并且孔的深部、浅部在一定的地质条件下，各有不同的辅助时间，这样也就是将钻头进尺有关孔深的影响基本上概括在内了。或者说钻头在某一深度上已经充分地发挥作用了。

      为了便于掌握，钻进过程中必须每隔一定时间(控制煤层为10分钟，其它为20到30分钟或为一小时)记录进尺数值，现场有的也把它叫十分钟记录，按此时间和数值随时计算回次钻速。

      回次进尺记录的格式见表101。
      (6)硬合金的小孔径钻进
      小孔径钻进是提高钻进效率，减少管材磨损，减少事故，降低成本的重要途径。

      我国煤田钻探钻头直径一般在78～113毫米之向，根据我国目前管材和其它设备的条件，钻孔直径应当压缩到70～95毫米之间。硬合金钻进，根据现场试验小孔径钻头可平均提高时效20%左右。

      目前，世界各国的钻孔直径也都在向小的方向发展。美国、加拿大钻头直径47.4毫米的占60%，31.7毫米的占15%，有的还在大量推广直径22毫米的钻头。瑞典常用钻头直径为46毫米，最小的为28毫米。

      为加速我国煤田地质劫探速度，积极推广使用小口径钻进是一个重要方法。