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岩土钻掘工程学绪论1.课程的内容、地位和任务“岩土钻掘工程学”研究如何借助机械方式或化学方式（爆破能）破碎岩土层，在地下形成规格和质量符合设计要求的钻孔或坑道，以达到找矿、采矿及其他工程建设或灾害治理的目的。它与地质学、矿业科学、机械工程、土木工程等有着密切的关系。它涉及了资源和环境两大主题岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学应包括原“钻探工艺学”和“坑探工程学”的内容。但在目前市场经济条件下，本专业涉及的与“钻”有关的工作量更大，服务领域更宽。因此，本课程的讲授以“钻”为主，兼顾“探”与“掘”。1994年美国政府在“国家钻探和采掘技术（NADET）计划”中指出：钻探和采掘是石油、矿业、现代交通、地下公用设施等关键部门所急需的…，其未来的状况取决于我们钻采技术的领先程度。在高新技术流行的今天，这些并不诱人的部门的生命力对我们的持续繁荣和昌盛是必不可少的。美国的“NADET”计划，从另一个角度说明了岩土钻掘工程是与国计民生息息相关、保证国民经济可持续发展不可替代的重要技术手段。岩土钻掘工程学多维教材纸质教材电子教材教科书教学参考书电子教案多媒体教学软件习题库，试题库资料库(图片库，视频库，动画库)岩土钻掘工程学教材：岩土钻掘工程学，鄢泰宁主编，中国地质大学出版社，2001年，武汉。教参：钻井工程理论与技术，陈庭根等，2000钻探工艺学，李世忠主编，1992，泥浆工艺原理，黄汉仁等，1981，中国钻探科学技术史，刘广志主编，1998金刚石钻探手册，刘广志主编，1991，地质出版社，北京。钻探设备，杨惠民主编，1988，地质出版社，北京。钻探工程学，屠厚泽主编，1988，中国地质大学出版社，武汉。2.岩土钻掘工程的渊源和发展概况中国是世界上最早开始进行岩土钻掘工作的国家。最迟在公元前1世纪我们的祖先已开始有组织地钻这种井来采盐水，同时提取地层深处的天然气用于燃烧和照明。先民们用传统的方法于清道光6年（1835年）钻成了第一口超1000m的井，被联合国教科文组织定为19世纪中叶前的钻井世界纪录。自1835～1997年沿用传统的方法（裸眼采气、竹管输气）累计产气1.4亿方。英国李约瑟博士在《中国古代科学技术文明史》一书中认为，中国钻探科学技术对世界石油天然气勘探开发技术产生了巨大的启蒙、奠基和推动作用，在国际上领先数百年至一千多年。被誉为是继指南针、火药、造纸、印刷术之后中国古代的第五大发明。岩土钻掘工程学中西方早期绳式冲击钻设备与方法对比表岩土钻掘工程学对比项目中国卓筒井西方早期冲击钻发明时期钻进方式绳索材质动力井身结构钻头结构至迟1041～1048年冲击竹篾人工、耕牛石、木、竹套管横刃配圆刃1808～1831年冲击钢绳蒸气机木、钢套管一字形凿形随着工业技术的进步，破岩磨料及钻探工具都在不断改进。1919世纪末期，美国在硬岩（裂隙性）岩石中使用钢粒钻进。1953~54年瑞典和美国GE公司合成了单晶人造金刚石，前苏联1966年开始用人造金刚石钻头。我国从20世纪70年代末开始大批量生产人造金刚石钻头。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学随着科技进步和经济发展，岩土钻掘工程在国民经济中发挥着越来越大的作用(1)(2)(3)(4)地质灾害的防治(5)工民建和道路桥梁(6)国防工程及海岸(7)科学钻探。胜利油田•据世界银行资料(1997)，按人均拥有水资源量中国属于严重缺水的国家，其中占全国总面积1/3的西北地区，水资源量仅占8%，严重制约了经济的发展。•我国每年地质灾害的损失达几百亿元，地质灾害治理正是本学科的主要服务领域。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学大量钻探队伍承担着道路桥梁及工民建的地基与基础施工任务。岩土钻掘工程学世界第一钻--科拉SG3（12261m）岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学钻机可以悬挂9150m长的钻杆延伸到海洋底部8235m深的地方因为水深大不能锚定系留，必须使用DPS（DynamicPositioningSystem-动态定位系统）。JOIDESResolution岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学ItemApo.11Apo.12Apo.14Apo.15Apo.16Apo.17Hammer锤子111111CoreTubes岩芯管246000CoreTubeCaps岩芯管帽210000SampleReturnContainer样品盒222222LunarSurfaceDrill月球表面钻机000111CoreStemWithBit带钻头岩心管000111CoreStemsWithoutBit无钻头岩心管000555Self-RecordingPenetrometer贯入仪000110岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家科技部“九五”曾提出8字方针：“上天、入地、下海、登极”，都与钻探工程的内涵有关。以岩心钻探为例说明基本钻探工艺过程。•平整场地，挖好循环系统，安装钻塔、钻机、泵和动力机。•按设计的方向开孔，在孔口固定孔口管。•根据所钻岩石的物理力学性质、钻头直径、钻头类型和孔深选择合理的规程参数，一边冲洗钻孔，一边通过给进机构、钻柱给钻头加轴向压力和回转速度。•钻头在孔底钻出一个环形空间，并形成岩心，随着钻孔加深岩心将充满岩心管。•清洁孔底、冷却钻头切削具后，携带岩屑的冲洗液上返流出孔口，并在沉淀槽、沉淀池中清除掉岩屑后，清洁的液体再流回泥浆池，如此循环。•把钻具提至地表，从岩心管内取出岩心。重新配好钻具，再下放至孔内继续钻进。岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学钻孔冲洗方式可分为四种方式：(1)全孔正循环(2)全孔反循环(3)孔底局部反循环(4)孔底局部正循环岩土钻掘工程学常用的钻进方法及选用原则：软岩和中硬岩层，用硬质合金回转钻头钻进；中硬及部分中硬以上岩层，用铣齿牙轮钻头钻进；硬岩，用金刚石钻头或钢粒钻头钻进；硬脆岩层，用液动（气动）孔内冲击器钻进或镶齿牙轮钻进更有效；钻孔的直径取决于钻进目的、钻孔结构和钻进方法•金刚石钻头主要用于小口径；•钢粒钻头主要用于91mm以上的口径；•硬质合金和牙轮钻头则既可钻进小口径孔，又可钻进直径达2m以上的大口径水井、工程施工孔和浅井。•钻孔的深度可在几米至几千米的范围内变化。