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金刚石钻头分类及使用 　　摘 要：金刚石钻头在大坝施工、除险加固等工程施工中被广泛使用，不同施工环境需使用不同硬度的金刚石钻头。本文作者根据施工过的不同地质条件对钻头的使用进行总结，希望对以后相同或相似施工有所帮助。 　　关键词：金刚石钻头分类、使用方法。 　　1 绪论 　　金刚石钻头在现代水电施工中使用广泛。大坝防渗墙的加固，墙体入岩后的基岩灌浆、非灌浆段覆盖层的打孔等水电施工中经常遇到的打孔都需要金刚石钻头钻孔。在使用金刚石钻头时，尽管在整体上是十分满意的，但还是存在或多或少的疑惑。作者曾经在福建宁德核电厂、四川乐山毛滩电站、江苏省宜兴市油车水库、西藏旁多电站等主要为帷幕灌浆的工地进行施工，现就了解的金刚石钻头种类及使用进行总结。 　　2 金刚石的性能及来源 　　金刚石是自然界最坚硬物质，金刚石的主要化学成分是C（碳元素），四周为十分稳定共价键连接的碳元素，常温下极其化学性质极其稳定，不溶于强酸、强碱，但是在高温状态下会变得活跃，甚至还可能成为石墨（基于这一特性，故使用金刚石钻头时，严禁干磨）。 　　3 金刚石钻头的种类 　　3.1 按照钻头胎体的磨料材质分类 　　金刚石钻头胎体中可以采用的磨料，一般是一下材料中的一种，即人造金刚石单晶、天然金刚石单晶、人造金刚石聚晶体、金刚石复合体。具体各种钻头制作才俩具体区分如下： 　　1、 人造金刚石钻头：采用磨料为人造金刚石单晶； 　　2、 天然金刚石钻头：采用磨料为天然金刚石单晶； 　　3、 聚晶烧结钻头：采用磨料为金刚石聚晶体； 　　4、 复合片钻头：采用磨料为金刚石复合体。 　　尽管各类金刚石磨料的钻头都有其特定的适应范围，但是，在我公司中采用最为广泛的是人造金刚石（单晶）钻头。由于使用者的称谓习惯，大家把人造金刚石（单晶）钻头笼统地简称为金刚石钻头。 　　3.2 按钻头胎体中磨料的镶嵌方式分类 　　通过不同的手段将金刚石磨料镶嵌进胎体，从而制造出不同类型的金刚石钻头，按这种方法分类，一般分为两种类型。 　　3.2.1 孕镶金刚石钻头 　　孕镶金刚石钻头（以下简称为金刚石钻头）的胎体，是采用粉末冶金的方法，一次烧结成型并粘固在钻头钢体上的。 　　3.2.2 表镶金刚石钻头 　　表镶金刚石钻头的切削刃具部分也是金刚石单晶体、金刚石聚晶体或是金刚石复合体。 　　3.2.3 牙轮钻头 　　牙轮钻头就是钻头中镶嵌牙轮的钻头，利用牙轮的相互碾压粉粹位于中间的岩心。此种钻进对岩石硬度的适应范围广，特别是适合软至中硬的岩石，但是要求地层完整，覆盖层施工不宜采用。 　　4、金刚石钻进的破岩机理 　　4.1 孕镶金刚石钻进的破岩机理 　　孕镶金刚石钻头的破岩机理是碾压磨削被侵入的岩石。在钻机和钻杆提供的轴向压力作用下，孕镶于钻头胎体中的金刚石将侵入岩石，这就是碾压过程，随着钻头的旋转，侵入到岩石中的金刚石将磨掉所接触的岩石，这就是磨削过程。 　　4.2 表镶金刚石钻进的破岩机理 　　表镶金刚石钻头与孕镶金刚石钻头破岩机理的最大区别在于胎体上，孕镶钻头有数千乃至数万个金刚石单晶颗粒，并且刃具的数量和出刃高度的变化伴随着整个工作层的消耗历程，即旧的金刚石不断脱落，新的金刚石不断地暴露于工作面，而在单件表镶金刚石钻头胎体上，一般仅有数个，最多也就是数百个金刚石切削刃具，不存在出刃和刃具数量变化的问题，当镶嵌在胎体表面的刃具丧失了切削功能以后，该钻头也就整体报废了。 　　4.3胎体磨削过程的分析 　　金刚石的出刃过程是钻头使用工况下的一个自锐过程。工作对象，即岩石，不断对金刚石的胎体材料产生磨蚀。岩石对胎体的磨蚀，使内部的金刚石不断出露。产生新的金刚石切削面，当岩石对胎体某个局部磨蚀很大，导致金刚石出刃过高时，该用过的金刚石将从胎体上脱落下来，随着岩石粉末和冷却水排出孔外。 　　金刚石出刃状况与钻头的使用效果密切相关，金刚石出刃好，可提高钻孔效率，延长钻头进尺寿命。要金刚石出刃状态良好，通常的要求是：在整个钻头工作唇面上，出刃高度值尽可能大；胎体材料对外露金刚石支撑坚固有力；金刚石两侧排水间隙大，切削面冷却状态良好。 　　5 金刚石钻进的主要参数 　　基于对孕镶金刚石钻头的破岩机理的认识，人们在使用上应注意某些关键参数。特别是由于钻头的使用工况千差万别，必须选型适当，方可获得令人满意的使用效果。 　　5.1 胎体硬度的选择 　　首先，胎体硬质反应了把持金刚石的能力，硬度越高，胎体越难以变形，金刚石越不容易脱落。其次，胎体硬度反应了它抵抗岩石磨蚀的能力。硬度越高，胎体越不容易被腐蚀，金刚石出刃与脱落就大为减缓；用户在钻头选型时，必须根据岩石的硬度，选用合适的胎体硬度的钻头。 　　江苏省宜兴油车水库主坝及副坝的岩层主要为微风化、