岩石可钻性分级研究进展
岩石可钻性分级研究进展
发表时间：2017-07-24T11:46:41.000Z 来源：《基层建设》2017年第9期作者：徐泽怀
[导读] 摘要：文内综述介绍了近三十年来的国际岩石可钻性研究概况。对一些典型的分级方法做了介绍，对于深人开展我国创造性的岩石可钻性研究应当有所裨益。
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摘要：文内综述介绍了近三十年来的国际岩石可钻性研究概况。对一些典型的分级方法做了介绍，对于深人开展我国创造性的岩石可钻性研究应当有所裨益。
关键词：岩石；可钻性；分级
1 石可钻性及可钻性分级研究概况
岩石可钻性是在某种规定的指标和技术下，以一定量度来表示岩石破碎的难易程度，也即是岩石对钻头破碎岩石的一种阻抗程度。岩石可钻性不仅取决于岩石自身的物理力学性质，还与钻进的工艺技术措施有关，所以它是岩石在钻进过程中显示出来的综合性指标。根据岩石本身固有抗钻能力的大小，结合不同碎岩方式，可对岩石可钻性做出定量划分。可钻性级值是指导地质分层及钻头选型工作的重要参数，也是提高机械钻速、降低钻井成本的重要途径，岩石的可钻性是决定钻进效率的基本因素。
2 现有的岩石可钻性分级方法
现有的岩石可钻性分级方法种类繁多，较有代表性的有下述几种。
2.1 传统法
2.1.1压入硬度法
压入硬度法是利用压入硬度计测出岩石的压入硬度值作为岩石的可钻性指标。压入硬度法是测定岩石的某点或有限点抵抗外力入侵的能力，而岩石是由大大小小不规则的矿物颗粒组成的。矿物颗粒在空间的排列是任意的，颗粒间存在很多空洞和缝隙，岩石结构上的这种特殊性决定了岩石各点的压入硬度值有很大的差异，整块岩石的可钻性不应该也不可能由某点或某几点的压入硬度值来确定。
2.1.2点载法
点载法是由点载仪测得的，用点载强度系数作为衡量岩石的可钻性指标。点载强度系数由岩石样品在三向应力状态下产生破坏时的点载决定。点载法不能从可钻性上把岩石分开。这是因为岩石在三向应力状态下，产生张性破坏，而各种岩石都存在许多缝隙，岩石破坏是由于在缝隙处产生应力集中。这样点载法的测定结果实际上是岩石裂隙发育程度的反映。
2.1.3 微钻头钻进法
微钻头钻进法是在室内运用可钻性测定仪确定岩石的可钻性，利用穿孔速度和牙轮磨损情况，压痕试验中确定的压痕器指数，以及抗压强度试验结果，对岩石的可钻性进行综合评定。这是一种很直观的方法，利用取自于地层的岩心测试能够真实的反映地层的可钻性范围，为钻头的选型及地质分层提供了强有力的参数，也是检验其它计算地层可钻性级值准确性的依据。
2.1.4 摇摆法
用摇摆硬度计测量岩石的相对硬度，曾经获得一定的成功此法又叫阻尼振荡法，实质在于将银有金刚石或硬质合金摆尖的摆，悬吊于被测岩石的光滑表面，使其运动后，由于岩石局部破碎所吸收的能量，加上空气摩擦，使系统阻尼。在六十年代中期，美国的Henis、R.W.和Street曾用精制的石灰岩及其它试块，做过检验性试验。试验中采用了比Rehinder更先进的测试仪表，试验程序也非常严密。试验后结论为用摇摆硬度法测得的岩石硬度随摆重而异。如以获得最大硬度时的摆重叫临界摆重，那末轻于临界摆重的摆，阻尼仅为空气摩擦的函数高于临界摆重的摆，阻尼才主要是岩石破碎能量的函数。只有重量等于临界摆重的摆，才能对被测岩石的硬度最为敏感。
2.2 统计法
2.2.1 钻速方程反求法
实践证明，采用通用钻速方程反求岩石可钻性的方法比室内岩心实验求岩石可钻性的方法更为科学和便利，可节省大量的人力、物力和财力。用钻速方程反求法可以精确测量岩石的可钻性，可应用于现场计算。通过测井资料对岩石可钻性进行计算，将计算结果与微可钻性试验结果比较，两者的相对误差较小，小于5%，说明利用钻速方程可以较为精确地测量岩石的可钻性，是作为实时监测岩石可钻性的有效方法，另外通过对钻井参数的数据收集，通过计算机的程序处理就可以实时显现岩石的可钻性级值。
2.2.2分形几何理论
分形几何学是一种定量研究和描述自然界中极不规则且看似无序的复杂结构、现象或行为的新方法，它的主要内容是研究一些具有自相似性的不规则曲线和形状（称为线性分形）；具有自反演性的不规则图形；具有自平方性的分形变换以及具有自仿射的分形集等等。分形的基本特征是自相似性，而且自然界中的自相似性或标度不变性常常是统计意义上的。由于没有特征尺度，分形体不能用一般测度（如长、宽、高等）进行度量，描述分形的特征参数叫做分形维数，也因其可以是分数而称其为分数维，简称分维。在实际应用中，这种自相似可以是数学上的严格自相似，但更多的是考虑研究对象的自相似性。更一般地，我经常把几何上并不明显的自相似性转变成统计意义上的自相似性，也就是虑研究对象的某些指标的局部概率分布与整体概率分布之间的相似关系。分形几何理论在上世纪70 年代建立后，迅速在物理学、地理学、冶金学、材料科学和计算机图形学等领域得到应用。80 年代，分形几何学在岩石力学方面得到了广泛应用，尽管目前还没有人用分形理论研究钻井过程中的岩石破碎问题，但毫无疑问钻头破碎岩石的过程是自相似过程，可以用分形理论来描述钻井上返岩屑的分形规律，进而由此确定岩石破碎的难易程度。
3 地层可钻性研究的发展趋势
随着研究进程的深入，人们希望用实验室测量手段，也就是用物理力学性质来表示岩石可钻性。开始用单项力学性能指标来评定岩石可钻性，由于测量结果不准确，后改用多种物理力学性质来综合评定岩石可钻性，效果也不好。又改用多项物理力学性能指标与现场数据相结合的方法来评定岩石可钻性，结果仍无明显进展。现在又有人用多项力学指标、现场数据、室内模拟试验结果以及数理统计来综合评定岩石可钻性。虽然测量方法越来越复杂，但一直没有研究出精确反映岩石可钻性的测量方法。
4 结论与建议
通过以上的论述已经可以看出，常用的可钻性级值的求取各有特点，无法直接认为哪种方法最优。以上方法得到是可钻性级值的一个
岩石硬度分级标准
岩石硬度分级标准 岩石级别坚固程度代表性岩石 Ⅰ最坚固最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他 各种特别坚固的岩石。(f=20) Ⅱ很坚固很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固 的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩.(f=15) Ⅲ坚固致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿 脉，坚固的砾岩，很坚固的铁矿石.(f=10) Ⅲa坚固坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁 矿，不坚固的花岗岩。(f=8) Ⅳ比较坚固一般的砂岩、铁矿石(f=6) Ⅳa比较坚固砂质页岩，页岩质砂岩。(f=5) Ⅴ中等坚固坚固的泥质页岩，不坚固的砂岩和石灰岩，软砾 石。(f=4) Ⅴa中等坚固各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩.(f=3) Ⅵ比较软软弱页岩，很软的石灰岩，白垩，盐岩，石膏， 无烟煤，破碎的砂岩和石质土壤.(f=2) Ⅵa比较软碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎 石，坚固的煤，硬化的粘土。(f=1.5) Ⅶ软软致密粘土，较软的烟煤，坚固的冲击土层，粘土质土壤。(f=1) Ⅶa软软砂质粘土、砾石，黄土。(f=0.8) Ⅷ土状腐殖土，泥煤，软砂质土壤，湿砂。(f=0.6)
Ⅸ松散状砂，山砾堆积，细砾石，松土，开采下来的煤. (f=0.5) Ⅹ流沙状流沙，沼泽土壤，含水黄土及其他含水土壤. (f=0.3) A 表示矿岩的坚固性的量化指标. 人们在长期的实践中认识到，有些岩石不容易破坏，有一些则难于破碎。难于破碎的岩石一般也难于凿岩，难于爆破，则它们的硬度也比较大，概括的说就是比较坚固。因此，人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。 坚固性的大小用坚固性系数来表示又叫硬度系数，也叫普氏硬度系数f值）。 坚固性系数f=R/100 (R单位 kg/cm2) 式中R——为岩石标准试样的单向极限抗压强度值。 通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的。 如： ① 极坚固岩石 f=15～20（坚固的花岗岩，石灰岩，石英岩等） ② 坚硬岩石 f=8 ～10（如不坚固的花岗岩，坚固的砂岩等） ③ 中等坚固岩石 f=4 ～6 （如普通砂岩，铁矿等） ④ 不坚固岩石 f=0.8～3 （如黄土、仅为0.3） 矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质，但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。 强度是指矿岩抵抗压缩，拉伸，弯曲及剪切等单向作用的性能。而坚固性所抵抗的外力却是一种综合的外力。（如抵抗锹，稿，机械碎破，炸药的综合作用力）。
讲解-第3章_岩石的力学性质与分级-作业
五、矿山岩体分类实例 问题1埋深200m的包含三组弱面的泥岩。一组为层理面，强风化，表面稍粗糙，连续，方向为180∠10；另一组是节理面，微风化，稍粗糙，方向为185∠75；第三组也是节理面，微风化和稍粗糙，方向为090∠80。原岩强度为55MPa，RQD 值60%，平均弱面间距是0.4m。 采用RMR系统对该岩体进行分类，并评价从东到西开挖的10m宽洞室的稳定性。 答案1为采用RMR系统，将评估五个基本参数—原岩强度、地下水条件、RQD、断裂面间距和断裂条件。这为该岩体提供了一个基本的RMR值。随后考虑断裂面方向进行等级调整并决定最终的RMR值。 例子中有三组断裂面，因此需要对每组断裂面依次采用RMR系统，以此来确定对特定开挖最危险的一组参数。当然，分类参数中原岩强度和地下水条件是与岩体总体情况相关的，而不是考虑特定的断裂组，并将被同样地应用于每个断裂组。此时，一般的采用RQD值和平均断裂面间距，而不是特殊组的值，因此它们将被同样采用。将首先评价所有的这些参数，随后再进一步评价那些针对特殊断裂组的参数。 (1)岩体分类基础等级值 R1：原岩强度为55MPa，因此强度等级的保守值是6； R2：对于平均RQD值为60%，其等级值约为12； R3：平均弱面间距0.4m，其等级值约为10； R5：开挖位于200m深度的岩体为泥岩。在200m的深度，垂直应力分量为5MPa 左右(假设岩石的单位重量为25kN· m-3)，这个应力可能足以使断裂面处于紧密闭合状态。加之泥岩具有很低的主、次渗透性，可以推断地下水条件可能在潮湿和湿润范围内，等级值范围为7~10。 将这四个等级值加在一起得到总的等级值为6+(7~10)+12+10=35~38。 (2)用第一组层理面数据进行分类
岩石可钻性的测定
岩石可钻性的测定 一、实验目的 1．了解岩石的可钻性； 2．掌握岩石可钻性的测量方法。 二、实验原理 1．实验设备 实验中使用岩石可钻性测试仪来测量岩石的可钻性，如下图 1 所示。设备的具体技术指标参见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。 图1 岩石可钻性测试仪 2．测量原理 使用特制微钻头（牙轮钻头或PDC 钻头），以一定的钻压（牙轮钻头为890N ±20NPDC 钻头为500N ±10N ）和转速（55r/min ±1r/min ）在岩样上钻三个特定深度的孔（牙轮钻头为2.4mm ，PDC 钻头为3mm ），取三个孔钻进时间的平均值为岩样的钻时（t d ），对t d 取以2 为底的对数值作为该岩样的可钻性级值K d 计算公式如下所示： K d =log 2 t 求得可钻性级值后，再查岩石可钻性分级标准对照表（如下表1 所示）进行定级。 表1 岩石可钻性分级对照表
三、实验步骤 1. 试样用石油钻井所取井下岩心或地面采的岩石，岩样制备成圆柱体（直径40-100mm，高度30-80mm）或长方体（长宽各100mm，高度20-100mm），端面平行度公差值≤0.2mm，试验前将试样放在温度设定为105-110℃的干燥箱内烘烤24 小时； 2. 将手轮上移至最上端，取下岩心支架、钻头和接屑盘并清扫干净； 3. 装上接屑盘，将所选的微型钻头安装在花键轴上端（注意：钻头上键槽应对准花键轴上端的键！），安装好钻头后，将岩心支架回归原位； 4. 关闭所有钻进模式（牙轮模式和PDC 模式），打开总电源，打开相应的钻进模式开关（牙轮模式或PDC 模式，开关如图2 所示），打开电机调速器上的电机开关，开动电机，调电机至规定转速55 转/分（注意：教师进行此项调速 操作，学生请不要调电机转速，避免产生危险！），然后关闭电机开关； 图2 钻进模式开关示意图 5. 选择好相应的钻压砝码（牙轮钻头用两个砝码，PDC 钻头只用一个下部 大砝码），放在砝码支架上； 6. 将准备好的试样放在岩心支架上，手轮下移，稍用力夹紧岩样，如果钻 头高出岩心支架，应在轻轻夹紧岩样的同时，逆时针转动小手摇泵手轮，卸掉液 压系统压力（注意：要确保岩样的钻进面一定为平面！）。 7. 转动手摇泵给活塞缸和储能器加压，先使钻头上移顶在岩样底面上，后 顶砝码至最高点（注意：该过程中应特别注意观察压力表，不能使压力表超过 0.9MPa），然后，回摇手摇泵，使砝码下行，观察压力表，停摇手摇泵后，压力 能够反弹至试验规定值后即可； 8. 待压力稳定后，按清零按钮，待位移、时间清零后，再按清零按钮复位； 9. 打开电机开关进行实验； 10. 当位移显示至规定值（牙轮钻头模式2.6mm，PDC 钻头模式4mm），电
土壤及岩石(普氏)分类表
土壤及岩石(普氏)分类表 一、人工土石方 1、1、土壤分类：详见“土壤、岩石分类表”。表列Ⅰ、Ⅱ类为定额中一、二类土壤（普 通土）；Ⅲ类为定额中三类土壤（坚土）；Ⅳ类为定额中四类土壤（砂砾坚土）。人工挖土方、地槽、地坑定额深度最深为6M，超过6M时，可另作补充定额。 2、2、人工土方定额是按干土编制的，如挖湿土时，人工乘以系数1.18。干湿土的划分， 应根据地质勘测资料以地下常水位为准划分，地下常水位以上为干土，以下为湿土。 人工土方定额，深度在8M以内时，按6M 以内的相应项目基价乘系数1.15；深度在10M 以内时，乘系数1.30。 3、3、本定额未包括地下水位以下施工的排水费用，发生时另行计算。 4、4、本定额未包括工作以外运输路面维修、养护、城区环保清洁费、挖方、填方区的障 碍清理，铲草皮、挖淤泥、堰塘排水等内容，发生时应另行计算。 5、5、在有挡土板支撑下挖土方时，按实挖体积，人工乘以系数1.43。 6、6、挖桩间土方时，按实挖体积（扣除桩体占用体积），人工乘以系数1.50。 7、7、场地按竖向布置挖填土方时，不再计算平整场地的工程量。 8、8、石方爆破定额是按炮眼法松动爆破编制的，不分明炮、闷炮。但闷炮的履盖材料应 另行计算。 9、9、石方爆破定额是按电雷管导电起爆编制的，如采用火雷管爆破时，雷管应换算，数 量不变。 扣除定额中的胶质导线，换为导火索，导火索的长度按每个雷管2.12M计算。 二、机械土石方 1、1、岩石分类，详见“土壤、岩石分类表”。表列Ⅴ类为定额中松石；Ⅵ—Ⅷ类为定额 中次坚石；Ⅸ、Ⅹ、类为定额中普坚石；Ⅺ、Ⅻ类为物坚石。 2、2、推土机推土、推石碴，铲运机铲运土重车上坡时，如果坡度大于5%时，其运距按坡 算。 4、4、机械挖土石方工程量，按施工组织设计分别计算机械和人工挖土工程量。无施工组 织设计时可按机械挖土方90%，人工挖土方10%计算，（人工挖土部分按相应定额项目人工乘系数2.0）。 5、5、土壤含水率定额是按天然含水率为准确定：含水率大于25%时，定额人工、机械乘 以系数1.15，若含水率大于40%时另行计算。 6、6、推土机推土或铲运机铲土土层平均厚度小于300MM时，推土机台班用量乘以系数 1.25；铲运机台班用量乘以系数1.17。 7、7、挖掘机在垫板上进行作业时，人工、机械乘以系数1.25，定额内不包括垫板铺设所 需的工料、机械消耗。 8、推土机、铲运机，推、铲未经压实的积土时，按定额项目乘以系数0.73。 9、机械土方定额是按三类土编制的，如实际土壤类别不同，定额中机械台班量乘以下列
岩石可钻性分级研究进展
岩石可钻性分级研究进展 要文内综述介绍了近三十年来的国际岩石可钻性研究概况。对一些典型的分级方法做了介绍，对于深人开展我国创造性的岩石可钻性研究应当有所裨益。 关键词岩石可钻性分级 1 石可钻性及可钻性分级研究概况 岩石可钻性是在某种规定的指标和技术下，以一定量度来表示岩石破碎的难易程度，也即是岩石对钻头破碎岩石的一种阻抗程度。岩石可钻性不仅取决于岩石自身的物理力学性质，还与钻进的工艺技术措施有关，所以它是岩石在钻进过程中显示出来的综合性指标。根据岩石本身固有抗钻能力的大小,结合不同碎岩方式，可对岩石可钻性做出定量划分。可钻性级值是指导地质分层及钻头选型工作的重要参数，也是提高机械钻速、降低钻井成本的重要途径，岩石的可钻性是决定钻进效率的基本因素。近几十年来，国内外对岩石可钻性研究的进程比较缓慢，仍然不能确切评价如何选取和设计钻头，不能充分挖掘钻头的使用潜力和提高地质钻探效率。岩石可钻性是极其复杂的，不可能单一的根据岩石的种类来确定它们的可钻性。在地质钻探过程中，岩石的可钻性评价通常方式主要分为传统法和统计法两大类，前者是在室内通过测试岩石试样的物理力学性能，此方法有滞后性、周期长、费用高等缺陷；后者是采用实际机械钻速表示，影响因素主要有地层岩石性质、钻头类型等。 2 现有的岩石可钻性分级方法 现有的岩石可钻性分级方法种类繁多,较有代表性的有下述几种。
2.1 传统法 2.1.1压入硬度法 压入硬度法是利用压入硬度计测出岩石的压入硬度值作为岩石的可钻性指标。压入硬度法是测定岩石的某点或有限点抵抗外力入侵的能力,而岩石是由大大小小不规则的矿物颗粒组成的。矿物颗粒在空间的排列是任意的,颗粒间存在很多空洞和缝隙,岩石结构上的这种特殊性决定了岩石各点的压入硬度值有很大的差异,整块岩石的可钻性不应该也不可能由某点或某几点的压入硬度值来确定。 2.1.2点载法 点载法是由点载仪测得的,用点载强度系数作为衡量岩石的可钻性指标。点载强度系数由岩石样品在三向应力状态下产生破坏时的点载决定。点载法不能从可钻性上把岩石分开。这是因为岩石在三向应力状态下,产生张性破坏,而各种岩石都存在许多缝隙,岩石破坏是由于在缝隙处产生应力集中。这样点载法的测定结果实际上是岩石裂隙发育程度的反映。2.1.3 微钻头钻进法 微钻头钻进法是在室内运用可钻性测定仪确定岩石的可钻性，利用穿孔速度和牙轮磨损情况，压痕试验中确定的压痕器指数，以及抗压强度试验结果，对岩石的可钻性进行综合评定。这是一种很直观的方法，利用取自于地层的岩心测试能够真实的反映地层的可钻性范围，为钻头的选型及地质分层提供了强有力的参数，也是检验其它计算地层可钻性级值准确性的依据。 微钻头实验，要求从软到硬岩中的钻头性能是足够的，但对必须使用硬
岩石级别 分类
岩石级别坚固程度代表性岩石 Ⅰ 最坚固最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他各种特别坚固的岩石。(f=20) Ⅱ 很坚固很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩.(f=15) Ⅲ坚固致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿脉，坚固的砾岩，很坚固的铁矿石.(f=10) Ⅲa 坚固坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁矿，不坚固的花岗岩。(f=8) Ⅳ比较坚固一般的砂岩、铁矿石(f=6) Ⅳa 比较坚固砂质页岩，页岩质砂岩。(f=5) Ⅴ中等坚固坚固的泥质页岩，不坚固的砂岩和石灰岩，软砾石。(f=4) Ⅴa 中等坚固各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩.(f=3) Ⅵ比较软软弱页岩，很软的石灰岩，白垩，盐岩，石膏，无烟煤，破碎的砂岩和石质土壤.(f=2)
Ⅵa 比较软碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎石，坚固的煤，硬化的粘土。(f=1.5) Ⅶ软软致密粘土，较软的烟煤，坚固的冲击土层，粘土质土壤。(f=1) Ⅶa 软软砂质粘土、砾石，黄土。(f=0.8) Ⅷ土状腐殖土，泥煤，软砂质土壤，湿砂。(f=0.6) Ⅸ松散状砂，山砾堆积，细砾石，松土，开采下来的煤(f=0.5) Ⅹ流沙状流沙，沼泽土壤，含水黄土及其他含水土壤. (f=0.3) A表示矿岩的坚固性的量化指标. 人们在长期的实践中认识到，有些岩石不容易破坏，有一些则难于破碎。难于破碎的岩石一般也难于凿岩，难于爆破，则它们的硬度也比较大，概括的说就是比较坚固。因此，人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。 坚固性的大小用坚固性系数来表示又叫硬度系数，也叫普氏硬度系数f 值）。 坚固性系数f=R/100 (R单位kg/cm2) 式中R——为岩石标准试样的单向极限抗压强度值。 通常用
部分常用岩土经验值
常用部分岩土参数经验值1岩土的渗透性 （1）渗透系数
《水利水电工程水文地质勘察规范》SL373-2007 62~63页 《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99 附录J 66页 （2）单位吸水量 各种构造岩的单位吸水量（ω值） 弱透水；糜棱岩和断层泥不透水或微透水。 摘自高等学校教材天津大学《水利工程地质》第三版113页
摘自高等学校教材天津大学《水利工程地质》第三版118页 注：透水率1Lu（吕荣）相当于单位吸水量0.01。 （3）简易钻孔抽注水公式 1）简易钻孔抽水公式 根据水位恢复速度计算渗透系数公式 1.57γ(h2-h1) K= ——————— t (S1+S2) 式中： γ---- 井的半径；h1---- 抽水停止后t1时刻的水头值；h2---- 抽水停止后t2时刻的水头值；S1、S2---- t1或t2时刻从承压水的静止水位至恢复水位的距离； H---- 未抽水时承压水的水头值或潜水含水层厚度。 《工程地质手册》第三版927页 2）简易钻孔注水公式 当l/γ＜4时 0.366Q 2l K= ———— lg ——— Ls γ 式中：K—渗透系数（m/d）；l---试验段或过滤器长度（m）；Q---稳定注水量（m3/d）；s---孔中水头高度（m）；γ---钻孔或过滤器半径（m）。 《工程地质手册》第三版936页 （4）水力坡降 允许水力坡降等于临界水力坡降被安全系数除，一般安全系数值取2.0~3.0， 即Ⅰ 允= Ⅰ 临 /2.0~3.0。 摘自长春地质学院《中小型水利水电工程地质》1978年139页
土层与混凝土建筑物接触面间发生接触冲刷时的破坏比降除以1.5安全系数得出在无渗流出口保护情况下地基允许渗流比降见上表。 摘自《堤防工程地质勘察与评价》水规总院李广诚司富安杜忠信等。42页 （5）土毛细水上升值 摘自长春地质学院《中小型水利水电工程地质》1978年79页 k 摘自《工程地质手册》（第三版）937页 2土分类及状态、密实度 （1）分类
岩石稳定性和渗透性
岩石稳定性和渗透性 1.稳定性 在钻探、矿山掘进和其他岩土作业过程中,岩体被打开后长时期保持初始状态的能力称为岩石的稳定性。它反映的是在钻进过程中压力和破碎作用下岩体保持孔壁完整性的能力。 岩石的稳定性与地层条件、岩石颗粒间的连接特征、裂隙性和风化程度有关。对钻探作业而言,应力集中最严重的区域是孔壁周边的岩石。在弱稳定性岩石中钻进时,孔壁会发生破坏(崩落,坍塌,膨胀),岩心采取率下降,钻头的非正常磨损量增大,因处理孔内复杂工况损失很多时间而使钻探效率(台月效率)明显降低。 岩石的稳定性评价是选择钻进方法、取心工具、规程参数和设计钻孔结孔壁加固方法,以及制定事故预防措施所必需的。正确评价岩石的稳定性有利于预测钻进过程中可能出现复杂情况的区段,更好地保护孔壁岩石免受来自地压、冲洗液和钻具振动等因素的影响。 全俄勘探技术研究所提出了岩石的稳定性分级表,其依据是岩石的裂隙性、可钻性和颗粒胶结物的类型(表2-27)。其中： 第Ⅰ组岩石,不要求采取专门技术措施来加固孔壁。 第Ⅱ组岩石,在遵守规定的工艺措施条件下也能保持稳定性,这些措施包括:使用专门的冲洗液、润滑剂,限制起下钻具的速度和其他措施 第Ⅲ组岩石,要求在钻穿该孔段后,用套管和水泥灌浆来加固孔壁。 第Ⅳ组岩石,必须采用专门的工艺手段来钻进(例如,使用超前钻探或边钻边加固的办法)。 2.渗透性 岩石的渗透性(或吸水性)是另一个与岩石的稳定性和裂隙性密切相关的重 要性质。渗透性反映了液体(包括地下水和冲洗液)在压力差作用下从岩石中渗透的能力。吸水性是在大气压力和室温条件下,干岩石泡在水里时吸水的能力 岩石如果具有明显的吸水性将导致钻进过程复杂化,必须采取特殊的工艺方法。 岩石的渗透性(或吸水性)主要取决于岩石中是否存在着裂纹、孔隙、空洞和卡斯特溶洞。根据裂纹张口的大小(6)可分为超毛细现象孔隙(8>0.5mm),毛细现
岩石可钻性分级
岩石的可钻性，是指钻进时岩石抵抗压力和破碎的能力；也表示进尺效率的高低。因此，岩石的可钻性是岩石各种特性的综合，是衡量岩石钻进难易程度的主要指标。一般用单位时间的进尺数来表示可钻性的高低。按照这个分级方法，常把岩石的可钻性，划分为十二个等级。 由于各种岩石具有不同的物理力学性质,对钻进速度有不同的影响。在实际钻进过程中，在一定的技术条件下，测定出的各种岩石的钻进速度，通称为岩石的可钻性，也就是岩石被钻头破碎的难易程度。岩心钻探时岩石的可钻性分级如下： 一级：松散土 松软疏散的---代表性岩石为：次生黄土、次生红土、松软不含碎石及角砾的砂土、硅藻土、不含植物根的泥炭质腐殖层。（可钻性：7.50 m/h，一次提钻长度：2.80 m/次） 二级：较软松散岩 较松软疏散的---代表性岩石为：黄土层、红土层、松软的泥炭层、含10%-20%砾石、碎石的黏土质和砂土质、松软的高岭土类、含植物根的腐殖层。（可钻性：4.00 m/h，一次提钻长度：2.40 m/次）三级：软岩 软的---代表性岩石为：强风化页岩、板岩、千枚岩和片岩，轻微胶结的砂层，含20%砾石、碎石的砂土，含20%礓结石的黄土层，石膏质土层，泥灰岩，滑石片岩、贝壳石灰岩、褐煤、烟煤。（可钻性：2.45 m/h，一次提钻长度：2.00 m/次） 四级：稍软岩
稍软的---代表性岩石为：页岩、砂质页岩、油页岩、炭质页岩、钙质页岩、砂页岩互层，较致密的泥灰岩、泥质砂岩。块状石灰岩、白云岩、强风化的橄榄岩、纯橄榄岩、蛇纹岩和磷灰岩、中等硬度煤层、岩盐、结晶石膏、高岭土层、火山泥灰岩、冻结的含水砂层。（可钻性：1.60 m/h，一次提钻长度：1.70 m/次） 五级：稍硬岩 稍硬的---代表性岩石为：卵石、碎石及砾石层、崩级层、泥质板岩，绢云母绿泥石板岩、千枚岩和片岩、细粒结晶灰岩、大理石、较松软的砂岩、蛇纹岩、纯橄榄岩、风化的角闪石斑岩和粗面岩、硬烟煤、无烟煤、冻结的粗粒砂、砾层、冻土层。（可钻性：1.15 m/h，一次提钻长度：1.50 m/次） 六级-七级：中硬岩 中等硬度的---代表性岩石为：绿泥石、云母、绢云母板岩、千枚岩、片岩、轻微硅化的灰岩、方解石、绿帘石、钙质胶结的砾岩，长石砂岩、石英砂岩、石英粗面岩、角闪石斑岩。透辉石岩、辉长岩、冻结的砾石层。（可钻性：0.82 m/h，一次提钻长度：1.30 m/次）石英、角闪石、云母、赤铁矿化板岩、千枚岩、片岩，微硅化的板岩、千枚岩、片岩、长石石英砂岩、石英二长岩，微片岩化的钠长石斑岩，粗面岩，角闪石斑岩，砾石、碎石层，微风化的粗粒花岗岩、正长岩、斑岩、辉长岩及其他火成岩，硅质灰岩，燧石灰岩等。（可钻性：0.57 m/h，一次提钻长度：1.10 m/次） 八级--九级:硬岩
岩石硬度分级
也难以凿岩，难以爆破，则它们的硬度也比较大，概括地说就是比较坚固。因此人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。 坚固性大小用坚固性系数来表示又叫硬度系数，也叫普氏硬度系数（f值）。 坚固性系数f=R/100(R单位 Kg/cm2) R-岩石标准试样的单向极限抗压强度值。如： ①极坚固岩石f=15~20（坚固的花岗岩、石英岩、石灰岩等） ②坚固岩石f=8~10（不坚固的花岗岩，坚固的砂岩等） ③中等坚固岩石f=4~6（普通砂岩，铁矿等） ④不坚固岩石f=~3（如黄土，仅为） 矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质，但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。强度是指矿岩 抗压缩、拉伸、弯曲及剪切等单向作用的性能，而坚固性所抵抗的外力却是一种综合的外力（如抵抗锹、镐、机械破碎，炸药的综合作用力）。 莫氏硬度 陶瓷及矿物材料常用的划痕硬度叫做莫氏硬度，它只表示硬度由小到大的顺序，不表示软硬的程度。后面的矿物可以划破前面矿物的表面。一般莫氏硬度按10级标准的莫氏硬度计确定，后来因为出现了一些人工合成的硬度大的材料，又将莫氏硬度分为15级。 维氏硬度 在陶瓷材料的研究中，精确测定材料的硬度，通常在维氏显微硬度计上进行。 岩石分级
岩石可分三大类：1、岩浆岩（喷出岩）2、沉积岩 3、变质岩 1、岩浆岩主要有：花岗岩、安山岩、闪长岩、流纹岩、玄武岩、辉长岩等。 2、沉积岩主要有：石英砂岩、石灰砾岩、泥铁岩、白云岩、泥岩、石膏等。 3、变质岩主要有：片麻岩、绿泥石片岩、千枚岩、大理岩、云母片岩等。 虽然岩石的面貌是千变万化的，但是从它们的形成环境，也就是从成因上来划分，可以把岩石分为三大类：沉积岩、岩浆岩和变质岩 1、沉积岩：沉积岩是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型，它是由风化产物、火山 物质、有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运、沉积和石化作用，最后形成的岩石。不论哪种方式形成的碎屑物质都要经过搬运过程，然后在合适的环境中沉积下来，经过漫长的压实作用，石化成坚硬的沉积岩。沉积岩依照沉积物颗粒的大小又分砾岩、砂岩、页岩、石灰岩。 沉积岩的形成：1、风化侵蚀：在河流上的大石头，经年累月被侵蚀风华，逐渐崩解成小的泥沙、碎屑。2、搬运：这些碎屑被水流从上游搬运到下游。3、堆积：下游流速减缓，搬运力减小，岩石碎屑便沉积下来。4、压密：新的沉积物压在旧的沉积物上，时间久了，底下的沉积物被压得较紧实。5、胶结：地下水经过沉积物的孔隙，带来的矿物质填满孔隙，使岩石碎屑颗粒紧紧胶结在一起，形成沉积岩。6、露出：沉积在海底的沉积岩层在板块运动的推挤下拱出海面，露出地表。 2、岩浆岩：岩浆岩也叫火成岩，是在地壳深处或上地幔中形成的岩浆，在侵入到地壳上部或者喷 出地表冷却凝固并经过结晶作用形成的岩石。因为它形成的条件和沉积岩差别很大，因此它的特点也与沉积岩明显不同。岩浆岩又分安山岩、玄武岩、花岗岩。有地底岩浆冷却凝固形成。 由于岩浆成分和冷却方式不同，便形成不同的火成岩。岩浆岩的形成：1、安山岩：岩浆由火山口喷出地面，快速冷却形成。2、玄武岩：岩浆经由缓和喷发漫流而出，逐渐冷凝形成的。3、花岗岩：岩浆并不喷出地面，而是在地下慢慢冷却形成的。 3、变质岩：在地壳形成和发展过程中，早先形成的岩石，包括沉积岩、岩浆岩，由于后来地质环 境和物理化学条件的变化，在固态情况下发生了矿物组成调整、结构构造改变甚至化学成分的变化，从而形成一种新的岩石，这种岩石被称为变质岩。变质岩是大陆地壳中最主要的岩石类型之一。变质岩又分板岩、片岩、片麻岩、大理石。变质岩的形成：1、为变质前的岩层：由于沉积或火山作用，堆积出一层层岩层。2、挤压岩层：在强大压力和摩擦力作用下，产生温度和压力，使得深埋在地下岩石发生变质作用。3、变质成新岩石：岩石里分散排布的矿物结晶会呈规矩排列，或生出新矿物来，而变成各种新的变质岩。 在全球陆地表面，沉积岩覆盖了75%，岩浆岩和变质岩占陆地面积1/4。但是到了地下深处，沉积岩逐渐变成了少数民族。在整个地壳中，沉积岩只占地壳体积的8%，变质岩占了27%，剩下的65%都是岩浆岩。
适合于金刚石钻机的岩石可钻性分级表
适合于金刚石钻机的岩石可钻性分级表 点击次数：804 发布时间：2009-4-17 11:07:35 众所周知，地质钻探工程的六项质量指标是：岩矿心的采取与整理、钻孔弯曲、校正孔深、简易水文观测、原始报表和封孔。在这六项质量指标中，岩矿心的采取排在首位，可见它在钻探工程中的重要地位。 一、岩矿心采取的基本要求 1、岩矿心采取率 岩矿心采取率即实际自孔内取上的岩矿心长度与实际进进尺之比值。对于岩矿心一般要求：岩心不低于65%，矿心不低于75%，如果不足，应进行补取。 2、完整性 要求取上的岩矿心保持原生结构和原有品位，以便划分矿石类型，观察矿物原生结构和共生关系；尽量避免人为破碎、颠倒和扰动。 3、纯洁性 要求取上的岩矿心不受外物的浸蚀、污染和渗进，以免影响矿石的品位、品级和物理性质。如煤心混入粘土将使样品的灰分增加，滑石混入泥浆将使二氧化硅含量提高等。 4、避免选择性磨损 矿心的选择性磨损，会使其内在物质成分发生变化，造成矿物人为贫化和富集，歪曲原品位和品级。 5、取心部位准确 要求取上岩矿心的位置准确，为了得到岩矿层准确的埋藏深度、厚度和产状，以准确地计算矿产储量和确定其地质构造。 二、影响岩矿心采取率与品质的因素 1、自然因素 影响取心数量和质量的自然因素是所钻岩石的物理力学性质和岩矿层的结构、构造。钻进坚硬、致密、均质完整的岩矿层时采取率高，岩矿心不怕冲刷、不怕振动，易于得到完整的能保持原生结构的岩矿心；钻进松散、破碎、节理发育、胶性差和软硬夹层的岩矿层时，取出的岩矿心多成块状、粒状、片状，不仅原生结构遭到破坏，而且采取率低，甚至取不出岩矿心。 2、人为因素 2.1钻进方法选择不合理 钢粒钻进时振动大、孔壁间隙大、钻出的岩矿心细，对岩矿心的磨损作用最大；硬质合金钻
岩石硬度分级
岩石硬度分级 岩石级别坚固程度代表性岩石 I 最坚固最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其它各种特别坚固的岩石。（f=20） II 很坚固很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩、较坚固的石英岩、最坚固的砂岩和石灰岩。（f=15） III 坚固致密的花岗岩、很坚固的砂岩和石灰岩、石英矿脉、坚固的砾岩、很坚固的铁矿石。（f=10） IIIa 坚固坚固的砂岩、石灰岩、大理石、白云岩、黄铁矿、不坚固的花岗岩。（f=8） IV 比较坚固一般的砂岩、铁矿石。（f=6） IVa 比较坚固砂质页岩、页岩质砂岩。（f=5） V 中等坚固坚固的泥质页岩、不坚固的砂岩和石灰岩、软砾石。（f=4）Va 中等坚固各种不坚固的页岩、致密的泥灰岩。（f=3） VI 比较软软弱页岩、很软的石灰岩、白垩、盐岩、石膏、无烟煤、破碎的砂岩和石质土壤。（f=2） VIa 比较软碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎石，坚固的煤，硬化的粘土。（f=1.5） VII 软软致密粘土、较软的煤、坚固的冲击土层、粘土质土壤。（f=1） VIIa 软软砂质粘土、砾石，黄土。（f=0.8） VIII 土状腐殖土，泥煤，软沙质土壤，湿砂。（f=0.6） IX 松散的砂，山砾堆积，细砾石，松土，开采下来的煤。（f=0.5） X 流沙状流沙，沼泽土壤，含水黄土和其它含水土壤。（f=0.3）人们在长期的实践中认识到，有些岩石不容易破坏，有一些则难以破碎，难以破碎的岩石一般也难以凿岩，难以爆破，则它们的硬度也比较大，概括地说就是比较坚固。因此人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。 坚固性大小用坚固性系数来表示又叫硬度系数，也叫普氏硬度系数（f值）。 坚固性系数f=R/100(R单位Kg/cm2) R-岩石标准试样的单向极限抗压强度值。如： ①极坚固岩石f=15~20（坚固的花岗岩、石英岩、石灰岩等） ②坚固岩石f=8~10（不坚固的花岗岩，坚固的砂岩等） ③中等坚固岩石f=4~6（普通砂岩，铁矿等） ④不坚固岩石f=0.8~3（如黄土，仅为0.3） 矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质，但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。强度是指矿岩 抗压缩、拉伸、弯曲及剪切等单向作用的性能，而坚固性所抵抗的外力却是一种综合的外力（如抵抗锹、镐、机械破碎，炸药的综合作用力）。 莫氏硬度 陶瓷及矿物材料常用的划痕硬度叫做莫氏硬度，它只表示硬度由小到大的顺序，不表示软硬的程度。后面的矿物可以划破前面矿物的表面。一般莫氏硬度按10级标准的莫氏硬度计确定，后来因为出现了一些人工合成的硬度大的材料，又将莫氏硬度分为15级。 维氏硬度 在陶瓷材料的研究中，精确测定材料的硬度，通常在维氏显微硬度计上进行。
土壤及岩石分类表
说明 一、人工土石方 1、1、土壤分类：详见“土壤、岩石分类表”。表列Ⅰ、Ⅱ类为定额中一、 二类土壤（普通土）；Ⅲ类为定额中三类土壤（坚土）；Ⅳ类为定额中四类土壤（砂砾坚土）。人工挖土方、地槽、地坑定额深度最深为6M，超过6M时，可另作补充定额。 2、2、人工土方定额是按干土编制的，如挖湿土时，人工乘以系数。干湿土 的划分，应根据地质勘测资料以地下常水位为准划分，地下常水位以上为干土，以下为湿土。人工土方定额，深度在8M以内时，按6M 以内的相应项目基价乘系数；深度在10M以内时，乘系数。 3、3、本定额未包括地下水位以下施工的排水费用，发生时另行计算。 4、4、本定额未包括工作以外运输路面维修、养护、城区环保清洁费、挖方、 填方区的障碍清理，铲草皮、挖淤泥、堰塘排水等内容，发生时应另行计算。 5、5、在有挡土板支撑下挖土方时，按实挖体积，人工乘以系数。 6、6、挖桩间土方时，按实挖体积（扣除桩体占用体积），人工乘以系数。 7、7、场地按竖向布置挖填土方时，不再计算平整场地的工程量。 8、8、石方爆破定额是按炮眼法松动爆破编制的，不分明炮、闷炮。但闷炮 的履盖材料应另行计算。 9、9、石方爆破定额是按电雷管导电起爆编制的，如采用火雷管爆破时，雷 管应换算，数量不变。 扣除定额中的胶质导线，换为导火索，导火索的长度按每个雷管计算。 二、机械土石方 1、1、岩石分类，详见“土壤、岩石分类表”。表列Ⅴ类为定额中松石；Ⅵ —Ⅷ类为定额中次坚石；Ⅸ、Ⅹ、类为定额中普坚石；Ⅺ、Ⅻ类为物坚石。 2、2、推土机推土、推石碴，铲运机铲运土重车上坡时，如果坡度大于5% 不再另行计算。 4、4、机械挖土石方工程量，按施工组织设计分别计算机械和人工挖土工程 量。无施工组织设计时可按机械挖土方90%，人工挖土方10%计算，（人工挖土部分按相应定额项目人工乘系数）。 5、5、土壤含水率定额是按天然含水率为准确定：含水率大于25%时，定额 人工、机械乘以系数，若含水率大于40%时另行计算。 6、6、推土机推土或铲运机铲土土层平均厚度小于300MM时，推土机台班用 量乘以系数；铲运机台班用量乘以系数。 7、7、挖掘机在垫板上进行作业时，人工、机械乘以系数，定额内不包括垫 板铺设所需的工料、机械消耗。 8、推土机、铲运机，推、铲未经压实的积土时，按定额项目乘以系数。
岩石可钻性
岩石可钻性 岩石可钻性(drillability of rock) 钻进时岩石抵抗机械破碎能力的量化指标。岩石可钻性是工程钻探中选择钻进方法、钻头结构类型、钻进工艺参数，衡量钻进速度和实行定额管理的主要依据。 影响因素岩石可钻性不是岩石固有的性质，它不仅取决于岩石的特性，而且还取决于采用的钻进技术工艺条件：(1)岩石的特性。包括岩石的矿物组分、组织结构特征、物理性质和力学性质。其中直接影响因素是岩石的力学性质，而岩石的物理性质、矿物组分和组织结构特征等主要是通过影响其力学性质而间接影响可钻性的。在影响岩石可钻性的力学性质中，起主要作用的是岩石的硬度、弹塑性和研磨性。岩石硬度影响钻进初始的碎岩难易程度；弹塑性影响碎岩工具作用F岩石的变形和裂纹发展导致破碎的特征；研磨性决定了碎岩工具的持久性和机械钻速(纯钻进时间内的单位
时间进尺，m／h)的递减速率。一般规律是岩石可钻性随压入硬度和研磨性的增大而降低，随塑性系数的增大而提高。(2)钻进技术工艺条件。包括钻进切削研磨材料、钻头类型、钻探设备、钻探冲洗介质、钻进工艺的完善程度，以及钻孔的深度、直径、倾斜度等。 分级在一定的技术工艺条件下，岩石按被钻头破碎的难易程度的分级。根据钻进方法的不同，岩石可钻性分别有岩心钻探的岩石可钻性、手动回转钻进的岩石可钻性、螺旋钻进的岩石可钻性、钢丝绳冲击钻进的岩石可钻性、冲击振动钻进的岩石可钻性和石油钻井的岩石可钻性等。中国冶金工程钻探采用岩心钻探的岩石可钻性。岩心钻探的岩石可钻性分为12级。表1为1958年中国地质部颁布的《岩石十二级分级表》，此表是以对于在规定的设备、工具和技术规程的条件下进行实际钻进所获得的大量资料的统计分析为定级基础的。随着对岩石物理力学性质的深入研究、测试技术方法和仪器的进步、钻探设备和工艺技术的发展，为适应金刚石钻探工艺应用的需要，并使岩石可钻性分级更趋科学、准确、合理，1984年中国地质矿产部颁布了《金刚石岩心钻探岩石可钻性分级
岩石可钻性
中国石油大学钻井工程实验报告 实验日期：2014.10.15 成绩： 班级：石工11-10 学号：姓名：教师： 同组者：李雪鹏、白国强、赵春平、邢志辉 岩石可钻性的测定 一、实验目的 1．了解岩石的可钻性； 2．掌握岩石可钻性的测量方法。 二、实验原理 1．实验设备 实验中使用岩石可钻性测试仪来测量岩石的可钻性，如下图1 所示。设备 的具体技术指标参见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。 图1 岩石可钻性测试仪 2．测量原理 使用特制微钻头（牙轮钻头或PDC 钻头），以一定的钻压（牙轮钻头为890N ±20N，PDC 钻头为500N±10N）和转速（55r/min±1r/min）在岩样上钻三个特定深度的孔（牙轮钻头为2.4mm，PDC 钻头为3mm），取三个孔钻进时间的平均值为岩样的钻时（t d），对t d取以2 为底的对数值作为该岩样的可钻性级值K d，计算公式如下所示： K d =log2t 求得可钻性级值后，再查岩石可钻性分级标准对照表（如下表1 所示）进 行定级。
表1 岩石可钻性分级对照表 三、数据处理 根据实验中测得的钻进时间，结合实验原理中岩石可钻性的计算方法及分 级标准，计算岩石可钻性并将结果填入表2 中 岩石可钻性试验记录表 平均钻进时间t=(35+46+38)/3=39.67s ，可钻性级值K d ===22log log 39.67 5.3t 查表1得，可钻性级值为5级。 四、思考题 1．实验过程中哪些步骤对测量结果精度影响较大，如何操作才能提高测量 结果的精度？ 答：夹持岩样的过程中选择不同的钻进岩石面可能会使钻进时间差别较大，应该尽量选用同一个岩石面。 2．调研并简要介绍岩石可钻性是如何应用于工程实践？思考岩石可钻性的 其它应用？
普氏岩石硬度系数知识
. 普氏系数是单轴抗压强度除以10 极硬（f＝20）、很硬（f＝15）、坚硬（f＝8～10）、 较硬（f＝5～6）、普通（f＝3～4）、较软（f＝1.5～2）、 软层（f＝0.8～1）、松软（f＜1）等8类。 额分类普氏分类土壤及岩石 名称天然湿度下 平均容重 极限压碎强 度 用轻钻孔机 钻进1m 开挖方法及 工具 紧固系数Kg/m3 Kg/cm2 min f 四类土壤Ⅳ土含碎石重 粘土，其中包 括石炭纪、侏 罗纪的硬粘 土1950 －－用尖锹并同 时用镐和撬 棍开挖 1.0~1.5 含有碎石、卵 石、建筑碎料 和重达25kg 的顽石（总体 积10%以内） 等杂质的肥 粘土和重壤 1950
. 土 冰碛粘土，含 有重量在 50kg以内的 巨砾，其含量 为总体积 10%以内 2000 泥板岩2000 不含或含有 重量达10kg 的顽石 1950 松石Ⅴ含有重量在 50kg以内的 巨砾（占体积 10%以上）的 冰碛石2100 小于200 －部分用手凿 工具、部分用 爆破米开挖 1.5~1.2 矽藻岩和软 白垩岩 1800 胶结力弱的 砾岩 1900 各种不坚实 的版岩 2600
石膏2200 次坚石Ⅵ凝灰岩、和浮 石1100 200~400 3.5 用风镐的爆 破法来开挖 2~4 灰岩多孔和 裂隙严重的 石灰岩和介 质石灰岩 1200 中等硬变的 片岩 2700 中等硬变的 泥灰岩 2300 Ⅶ石灰石胶结 的带有卵石 和沉积岩的 砾石2200 400~600 6.0 用爆破方法 开挖 4~6 风化的和有 大裂缝的粘 土质砂岩 2000 坚实的泥板 岩 2800 坚实的泥灰 岩 2500
岩石的分类
岩石的分类 自然界有各种各样的岩石，按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。 一、岩浆岩 岩浆岩的形成： 地壳下部，由于放射性元素的集中，不断地蜕变而放出大量的热能，使物质处于高温（1000"C 以上）、高压（上部岩石的重量产生的巨大压力）的过热可塑状态。成分复杂，但主要是硅酸盐，并含有大量的水汽和各种其他的气体。当地壳变动时，上部岩层压力一旦减低，过热可塑性状态的物质就立即转变为高温的熔融体，称为岩浆。岩浆内部压力很大，不断向地壳压力低的地方移动，以致冲破地壳深部的岩层，沿着裂缝上升。上升到一定高度，温度、压力都要减低。当岩浆的内部压力小于上部岩层压力时，迫使岩浆停留下，冷凝成岩浆岩。 岩浆的成分： 主要有SiO2、TiO2、A1203、Fe203、FeO、MgO、MnO、CaO、K2O、Na2O等。 依其含SiO2量的多少，分为： 基性岩浆：特点是富含钙、镁和铁，而贫钾和钠，粘度较小，流动性较大。 酸性岩浆：富含钾、钠和硅，而贫镁、铁、钙，粘度大，流动性较小。 岩浆岩的分类：（成岩的地质环境） （1）深成岩： 岩浆侵入地壳某深处（约距地表3km）冷凝而成的岩石。由于岩浆压力和温度较高，温度降低缓
慢，组成岩石的矿物结晶良好。 （2）浅成岩： 岩浆沿地壳裂缝上升距地表较浅处冷凝而成的岩石。由于岩浆压力小，温度降低较快，组成岩石的矿物结晶较细小。 （3）喷出岩： 岩浆沿地表裂缝一直上升喷出地表，这种活动叫火山喷发，对地表产生的一切影响叫火山 作用，形成的岩石叫喷出岩。在地表的条件下，温度降低迅速，矿物来不及结晶或结晶较差。肉眼不易看清楚。 岩浆岩的产状： 是反映岩体空间位置与围岩的相互关系及其形态特征。由于岩浆本身成分的不同，受地质条件的影响，岩浆岩的产状大致有下列几种： 岩基： 深成巨大的侵入岩体，范围很大，常与硅铝层连在 一起。形状不规则，表面起伏不平。与围岩成不谐和接 触，露出地面大小决定当地的剥蚀深度。 岩株： 与围岩接触较陡，面积达几平方公里或几十平方公
岩石可钻性测试实验
中国石油大学（岩石可钻性的测定）实验报告 实验日期： 2014.10.21 成绩： 班级： 石工11-11 学号：11021525 姓名： 徐银亮 教师： 郭辛阳 同组者： 夏平 张栋 杜顺明 刘磊 岩石可钻性的测定 一、实验目的 1、了解岩石的可钻性； 2、掌握岩石可钻性的测量方法。 二、实验原理 1、实验设备 实验中使用岩石可钻性测试仪来测量岩石的可钻性，如下图1所示。设备的具体技术指标参见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。 2、测量原理 使用特制微钻头（牙轮钻头或PDC 钻头），以一定的钻压（牙轮钻头为890N±20N ，PDC 钻头为500N±10N ）和转速（55r/min±1r/min ）在岩样上钻三个特定深度的孔（牙轮钻头为2.4mm ，PDC 钻头为3mm ），取三个孔钻进时间的平均值为岩样的钻时（d t ），对d t 取以2为底的对数值作为该岩样的可钻性级值d K ，计算
公式如下所示： t K d 2l o g 求得可钻性级值后，再查岩石可钻性分级标准对照表（如下表1所示）进行定级。 测量原理详见《岩石可钻性测定及分级方法-SY/T 5426-2000》。 三、实验步骤 1、试样用石油钻井所取井下岩心或地面采的岩石，岩样制备成圆柱体（直径40-100mm ，高度30-80mm ）或长方体（长宽各100mm ，高度20-100mm ），端面平行度公差值≦0.2mm ，试验前将试样放在温度设定为105-110℃的干燥箱内烘烤24小时； 2、将手轮上移至最上端，取下岩心支架、钻头和接屑盘并清扫干净； 3、装上接屑盘，将所选的微型钻头安装在花键轴上端（注意：钻头上键槽应对准花键轴上端的键！），安装好钻头后，将岩心支架回归原位； 4、关闭所有钻井模式（牙轮模式和PDC 模式），打开总电源 ，打开相应钻进模式开关（牙轮模式或PDC 模式，开关如图2所示），打开电机调速器上的电机开关，开动电机，调电机至规定转速55转/分（注意：教师进行此项调速操作，学生请不要调电机转速，避免产生危险！），然后关闭电机开关； 5、选择好相应的钻压砝码（牙轮钻头用两个砝码，PDC 钻头只用一个下部大砝码），放在砝码支架上； 6、将准备好的试样放在岩心支架上，手轮下移，稍用力夹紧岩样，如果钻头高出岩心支架，应在轻轻夹紧岩样的同时，逆时针转动小手摇泵手轮，卸掉液压系统压力（注意：要确保岩样的钻井面一定为平面！）。 7、转动手摇泵给活塞缸和储能器加压，先使钻头上移顶在岩样底面上，后顶砝码至最高点（注意：该过程中应特别注意观察压力表，不能使压力表超过0.9MPa ！），然后，回摇手摇泵，使砝码下行，观察压力表，停摇手摇泵后，压力能够反弹至试验规定值后即可； 8、待压力稳定后，按清零按钮，待位移、时间清零后，再按清零按钮复位；
岩石可爆性和可钻性
第一节影响岩石爆破性的因素 岩石是爆破的对象，金属矿山的绝大部分、非金属矿及煤矿等矿山的不少矿岩都采用爆破方法进行破碎和采掘。为了取得良好的爆破效果，必须了解和掌握岩石的爆破性。 岩石的爆破性是岩石自身物理力学性质和炸药、爆破工艺的综合反映，它不仅是岩石的单一固有属性，而且是岩石一系列固有属性的复合体，,在爆破过程中表现出来，并影响着整个爆破效果。 影响岩石爆破性的主要因素，一方面是岩石本身的物理力学性质的内在因素 (见表1.1); 表1.1 几种典型岩石的物理力学特性 另一方面是炸药性质、爆破工艺等外在因素。前者决定于岩石的地质生成条件、矿物成分、结构和后期的地质构造，它表征为岩石密度或容重、孔隙性、碎胀性、弹性、塑性、脆性和岩石强度等物理力学性质;后者则取决于炸药类型、药包形式和重量、装药结构、起爆方式和间隔时间、最小抵抗线与自由面的大小、数量、方向以及自由面与药包的相对位置等等。此外，还包括对爆破块度、爆堆形式以及抛掷距离等爆破效果的影响。显然，岩石本身的物理力学性质是最主要的影响因素。
炸药爆炸对岩石的爆破作用主要有两个方面，其一是克服岩石颗粒之间的内聚力，使岩石内部结构破裂，产生新鲜断裂面;其二是使岩石原生的、次生的裂隙扩张而破坏。前者取决于岩石本身的坚固程度;后者则受岩石裂隙性所控制。因此，岩石的坚固性和岩石的裂隙性是影响岩石爆破性最根本的影响因素。 一、岩石的结构（组分）、内聚力和裂隙性对岩石爆破性的影响 岩石由固体颗粒组成，其间有空隙，充填有空气、水或其它杂物。当岩石受外载荷作用，特别是在受炸药爆炸冲击载荷作用下，将引起物态变化，从而导致岩石性质的变化。 矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则愈难于爆破破碎。矿物密度可达4g/cm3以上，岩石的容重不超过其组成矿物的密度。岩石容重一般为1.0～3.5g/cm3。随着密度增加，岩石的强度和抵抗爆破作用的能力增大，同时，破碎或抛移岩石所消耗的能量也增加，这就是一般岩浆岩比较难以爆破的原因。至于沉积岩的爆破性，除了取决于其矿物成分之外，很大程度受其胶结物成分和颗粒大小的影响。例如，沉积岩中细粒有硅质胶结物的，则坚固，难爆破;含氧化铁质胶结物的次之;含有石灰质和粘土质胶结物的沉积岩不坚固，易爆破。变质岩的组分和结构比较复杂，它与变质程度有关。一般变质程度高、质量致密的变质岩比较坚固，难爆;反之则易爆破。 岩石又是由具有不同化学成分和不同结晶格架的矿物以不同的结构方式所组成。由于矿物成分的化学键各不相同，则其分子的内聚力也各不相同。于是，矿物晶体的强度便取决于晶体分子之间作用的内力、晶体结构和晶体的缺陷。通常，晶体之间的内聚力，都小于晶体内部分子之间的内聚力。并且，晶粒越大，内聚力越小，细粒岩石的强度一般比粗粒岩石的大。又因为晶体之间的内聚力小于晶体内的内聚力，所以，破坏裂缝都出现在晶粒之间。 岩石中普遍存在着以孔隙、气泡、微观裂隙、解理面等形态表现出来的缺陷，这些缺陷都可能导致应力集中。因此，微观缺陷将影响岩石组分的性质，大的裂隙还会影响整体岩石的坚固性，使其易于爆破。 岩体的裂隙性，不但包括岩石生成当时和生成以后的地质作用所产生的原生裂隙，而且包括受生产施工、周期性连续爆破作用所产生的次生裂隙。它们包括断层、褶曲、层理、解理、不同岩层的接触面、裂隙等弱面。这些弱面对于爆破性的影响有两重性:一方面，弱面可能导致爆生气体和压力的泄漏，降低爆破能的作用，影响爆破效果;另一方面，这些弱面破坏了岩体的完整性，易于从弱面