《岩土钻掘工程学》课程教学大纲
《岩土钻掘工程学》课程教学大纲
（2013年修订，58学时）
该课程是一门实践性非常强的主干专业本课程。
因此，该课程教学分三大部分：课堂（理论）教学46学时、伴随课堂教学的实验教学12学时、实训教学（课堂教学前的教学实习3周、课堂教学后的生产实习7周，课外执行）。
本大纲主要针对课堂教学和实验教学部分。
一、课程的性质与任务
1、性质：专业课
2、目的和任务：本课程主要讲述钻探过程中的的基本工艺原理、各主要钻进方法的工艺技术及保证钻探质量的各种工艺原理及方法。
通过本课程教学，使学生全面掌握钻探过程中的基本工艺原理，基本掌握各种工艺方法。
通过实践教学环节使学生掌握一个机台的基本组成情况（人员及技术力量、设备、钻具、仪器、材料等）。
从生产技能上讲应具有能组织一个机台生产的能力，具有一个熟练班长的基本技能。
从技术水平上讲，应对一个矿区的钻探生产起到一个工程师的作用，应能根据地质、岩层等情况和地质要求进行整个矿区的钻探工艺设计和钻探施工管理，保证钻探六大质量指标全面完成。
二、课程的基本内容：
第一章绪论
第1节岩土钻掘工程的发展和应用
第2节钻进的基本过程
第3节钻进方法分类
第二章岩土的物理力学性质及其破碎机理
第1节岩石的物理力学性质概述
第2节外载作用下岩石的应力状态
第3节岩石在外载作用下的破碎机理
第4节岩石的可钻性指标及坚固性系数
第三章钻掘设备及管具
第1节钻机
第2节钻塔
第3节泵及钻井液处理装置
第4节空气压缩机
第5节钻杆及套管
第四章回转钻进钻头与工艺
第1节钻进效果指标及钻进规程参数间的关系
第2节硬质合金钻进碎岩过程及钻进工艺
第3节金刚石钻进碎岩过程及钻进工艺
第4节牙轮钻进碎岩过程及钻进工艺
第5节钢粒钻进碎岩过程及钻进工艺
第6节全面钻头及其钻进工艺
第五章冲击、振动载荷作用下的钻进技术
第1节概述
第2节冲击碎岩机理
第3节冲击回转概述
第4节液动冲击器及其原理
第5节气动潜孔锤原理
第6节冲击回转钻头
第7节冲击回转钻进规程
第8节钢丝绳冲击钻井
第9节振动及声波钻井
第六章钻井液
第1节钻井液的功用与分类
第2节泥浆性能及其测试方法
第3节造浆粘土与处理剂
第4节钻井泥浆配方设计
第5节无粘土与气体型钻井液
第6节钻井液的循环与固控
第七章护壁堵漏
第1节复杂地层分类及治理方法综述
第2节井壁稳定性及漏涌地层分析
第3节水泥护壁堵漏
第4节化学浆材及特殊护壁堵漏工艺
第八章钻孔弯曲与防治
第1节钻孔弯曲及其危害
第2节钻孔弯曲的原因及规律
第3节钻孔弯曲度测量及仪器
第4节钻孔轨迹的描述方法
第5节钻孔弯曲的预防与纠正
第九章钻探取样
第1节钻探取样概述
第2节常用取心工具及方法
第3节绳索取心工具
第4节反循环钻进取心
第5节水平井钻进取心钻具
第6节岩粉采集和岩样补取
第7节特种取心技术
三、课程的基本要求
注重基础性、系统性和实用性，突出理论联系实际和工程理念。
重点讲述：岩土钻掘破碎原理，现代钻掘工程设备、仪表的工作原理，浆液护壁堵漏原理，钻孔弯曲与定向钻进原理，施工过程最优化准则，钻探取样技术原理等内容。
四、课程学时分配
五、本课程与其它课程的联系
本课程的前置课程是“高等数学”、“物理学”、“工程力学”、“电工电子学”、“机械零件设计”和专业教学实习等课程。
后续课程是“钻井液与工程浆液”、“定向钻进”以及生产实习、毕业设计与毕业论文。
建议安排在第5~6学期。
六、教学方式方法
课堂讲授44个学时，学生做各种实验的实验课12个学时。
课堂上着重讲清楚岩土钻掘工程学的基本工艺过程和实际应用意义，以岩石破碎学为基础,分别讲述各种钻进技术方法的工艺原理、碎岩过程及特点、工艺技术参数和相关的机具等，在钻进过程中影响钻进技术质量的因数分析及其保证质量的技术方法、原理等。
学生的实际能力主要通过听课和动手做实验来提高。
本课程的考核采用平时成绩20%+考试的成绩80%为最终成绩综合考核。
七、教材及教学参考书
1、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。
2、参考书：
《岩心钻探学》，汤凤林、段隆臣等，中国地质大学出版社，2009
《岩心钻探学》，汤凤林等主编，中国地质大学出版社，1997年。
《岩土工程钻进原理》，姚爱国等，中国地质大学出版社，2000年。
《节水钻探技术》，鄢泰宁、卢传华、蒋国盛、吴翔，中国地质大学出版社，2009。
《钻探事故预防与处理知识问答》，胡郁乐等，中南大学出版社，2010。
《人造金刚石超硬材料在钻探中的应用》，鄢泰宁、段隆臣等，地质出版社，2011。
《检测技术及钻井仪表》，鄢泰宁、胡郁乐等，中国地质大学出版社，2009。
《大洋科学钻探》，宁伏龙、蒋国盛等，中国地质大学出版社，2009。
《岩心钻探学》，汤凤林、段隆臣等，中国地质大学出版社，2009。
《岩土钻掘设备》，张惠等，中南大学出版社，2010。
《钻井液与岩土工程浆液实验原理与方法》，乌效鸣等，中国地质大学出版社，2010。
中国地质大学（武汉）工程学院勘察与基础工程系
二О一三年三月。
【大学课件】岩土钻掘工程学
Ⅷ~Ⅸ级岩石不宜硬合金钻进，在钻杆强度 范围内钻压不能使钻速直线增长。
2020/11/5
中国地质大学勘查与基础工程系
第二节 硬质合金钻进工艺
国家精品课程
岩土钻掘工程学
应充分发挥切削具初刃的切入优势。硬质合金钻进开始时就应以允许的最 大初始钻压钻进。等切削具磨钝后，再增大钻压也不可能获得好的钻效。
中国地质大学勘查与基础工程系
第二节 硬质合金钻进工艺
国家精品课程
岩土钻掘工程学
重点是磨锐式硬质合金钻头钻进，自磨式强调异同点。 一、钻头压力的选择 钻压是决定硬质合金钻头机械钻速的最重要参数。在图5-1中，a点继续
增加钻压，其钻速将呈直线增长。 不同岩石钻压增大一倍时钻速增长率是不同的。
中硬—硬（Ⅵ~Ⅶ级）岩石最敏感。
对钻速的提高会造成不利影响(硬岩层中)。
2020/11/5
中国地质大学勘查与基础工程系
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
国家精品课程
岩土钻掘工程学
对孕镶和自磨式钻头，若遇到弱研磨性岩石，为保持钻头自锐能力，必须 在孔底保存一定的岩粉，过大的水功率将导致钻速下降，甚至抛光钻头。
5、冲洗液性能对钻速的影响 5.1冲洗液密度对钻速的影响 冲洗液密度决定着孔内液柱压力与地层孔
隙压力之间的压差
孔底压差对刚破碎的岩屑有压持作用，阻 碍孔底岩屑及时清除，压差增大将使钻速 明显下降。
2020/11/5
中国地质大学勘查与基础工程系
第一节 钻进效果指标与钻进规程参数
国家精品课程
岩土钻掘工程学
5. 2 冲洗液粘度对钻速的影响 其他条件一定时，冲洗液粘度的增大,将使孔底压差增大，浮
《岩土钻掘工程学》课件
地下水开发目的： 满足人类生活、 生产用水需求
地下水开发方法： 钻井、抽水、监 测等
地下水开发实例 ：某地地下水开 发项目
地下水开发效果 ：提高地下水供 应能力，改善水 质，减少污染
矿产资源开发实例
矿产资源类型：煤炭、铁矿、铜 矿等
钻掘工程技术：钻探技术、采矿 技术、运输技术等
添加标题
添加标题
添加标题
土的渗透性：土中水通过的能力
土的压缩性：土在外力作用下体积 减小的特性
土的抗剪强度：土抵抗剪切破坏的 能力
土的力学性质
土的强度：抗压强度、抗剪强度、抗拉强度等 土的变形：压缩变形、剪切变形、拉伸变形等 土的渗透性：水在土中的渗透速度、渗透系数等 土的抗冻性：土在低温环境下的抗冻性能、抗冻系数等
01
01
岩土钻掘工程施工技术
岩土钻掘施工方法
钻孔：使用钻机进行钻孔，包 括钻头、钻杆、钻具等
钻孔液：使用钻孔液进行冷却、 润滑、清洗等
取芯：使用取芯器进行取芯， 包括取芯器、取芯管等
岩土钻掘施工技术：包括钻孔、 钻孔液、取芯等步骤，以及钻 孔液的配比、钻具的选择等
钻孔施工过程控制
钻孔设备选择：根据工程地质条 件和钻孔深度选择合适的钻孔设 备
岩石的力学性质
岩石的强度： 抗压、抗拉、
抗剪等
岩石的变形： 弹性、塑性、
脆性等
岩石的稳定 性：抗滑移、
抗倾覆等
岩石的渗透 性：水、气 等流体的渗
透能力
岩石的抗腐 蚀性：抵抗 酸、碱等化 学物质的侵
蚀能力
岩石的物理 性质：密度、 孔隙率、吸
水性等
土的物理性质
土的密度：单位体积内土的质量
土的含水量：土中水的质量与干土 质量的比值 土的孔隙率：土中孔隙体积与土总 体积的比值
《岩土钻掘工艺学》教学大纲3
岩土钻掘工艺学一、课程说明课程编号：010205Z10课程名称：岩土钻掘工艺学/Rock & Soil Drilling and Tunneling课程类别：专业课学时/学分：64/4先修课程：《地质学基础》、《机械制图》、《理论力学》、《材料力学》等适用专业：地质工程教材、教学参考书：1.鄢泰宁. 《岩土钻探工艺学》长沙：中南大学出版社2014，32.汤风林. 《岩心钻探学》武汉：中国地质大学出版社19963.李世忠. 《钻探工艺学》（上册）北京：地质出版社1992，64.鄢泰宁. 《岩土钻掘工程学》武汉：中国地质大学出版社2001，85.张绍和. 《钻探事故预防与处理知识问答》长沙：中南大学出版社2010，3二、课程设置的目的意义岩土钻掘工艺学课程是为地质工程专业设立的构建专业必备知识体系的专业课程。
课程设置的目的是让学生通过学习岩土钻掘工艺学这门重要的专业课程，了解岩土钻掘工艺施工方法、钻探工程质量保证措施和技术手段、相关钻具和仪器的结构和工作原理，熟悉在钻探工程、工程地质、岩土工程、土木工程等领域施工中如何选用合理的钻探工艺和钻具，关注岩土钻掘工艺方法的特点和在使用中存在的不足，有利于创新性地改进和研制满足现代岩土钻掘工艺需求的技术手段和施工器具，为从事地质工程领域及相关行业工作时，正确合理地设计、选用、改进、评价、使用各类岩土钻掘工艺和器具等奠定基础。
三、课程的基本要求知识：掌握岩土钻掘工艺学的基本概念；从钻掘工艺的角度，熟悉岩石的各种性能特别是可钻特性，了解岩石在钻进时的破碎机理；掌握钻探施工中的钻孔结构及其施工设计；知晓钻探过程中所用的杆柱及其受力状况；根据硬质合金钻进、金刚石钻进等工艺方法的特点，学会根据岩石情况和钻孔用途合理选择钻进施工方法，并熟知每种钻进方法的碎岩过程；学会特种情况如坑道钻探、水文水井钻探等的施工特点和技术手段。
了解钻探工程质量的重要性，能够根据岩矿心采取率等质量要求，在钻探施工中设计选用合理的取心钻探方法和技术措施，熟悉各类取心钻探工具和方法的性能和使用目的及范围，并能根据钻探矿区的岩性，选用各种测斜仪器，根据孔斜情况提出防斜治斜方法。
《岩土钻掘工程学》学习指南
《岩土钻掘工程学》学习指南一、课程的重点课程注重基础性、系统性和实用性，突出理论联系实际和工程理念。
课程的重点主要指：岩土钻掘破碎原理，现代钻掘工程设备、仪表的工作原理，浆液护壁堵漏原理，钻孔弯曲与定向钻进原理，施工过程最优化准则，钻探取样技术原理等内容。
二、课程的难点（1）教材的内容往往偏重于系统理论和成熟技术，但随着经济的繁荣，岩土钻掘新技术、新工艺不断涌现，如何处理传统工艺技术与现代新技术的关系是授课中的难点之一。
（2）相关专业多数学生来自农村，对各类钻掘机械和工具非常生疏，而理论和技术是通过钻掘机械与工具来体现的。
如何尽快帮助学生建立工程意识是难点之二。
（3）课程涉及到工程力学、流体力学、数理化、机械和电学，如何在有限的学时内，建立基础理论与专业技术之间的传承关系是难点之三。
三、解决办法（1）提炼知识结构：虽然新技术、新工艺层出不穷，但它们总是从原有技术中产生的。
本课程特别重视从已有的基础中提炼所需的知识结构，这对培养学生创造性运用知识的能力很有好处。
同时，指定反映国外最新技术的文献供学生阅读，将我们最近的科研成果及时融入课程教学中（例如，钻井液教学中融入了充气钻井液、暂堵型钻井液、特殊植物胶钻井液等新技术），以拓宽知识面。
另外，学生大量阅读专业学术期刊杂志文章，对课程学习帮助会较大。
（2）加强实践性教学环节：一是安排学生在本课程开始前进行3周教学实习，增加学生的感性认识；二是把某些章节安排在实验室上课，面对剖开的教学模具讲解工作原理，学生更容易掌握；三是安排学生在本课程结束后进行7周生产实习，培养学生理论联系实际的能力。
因此，学生需按《岩土钻掘工程学实验教学大纲》、《岩土钻掘工程学实验指导书》、《岩土钻掘工程学》实训大纲一（教学实习）、《岩土钻掘工程学》实训大纲二（生产实习）等的相关要求认真执行。
（3）课堂教学：在课堂教学过程中特别强调基础理论与专业技术之间的传承关系。
对于重点难点，采用“CAI+黑板演绎+案例探究”的方式，学生的思维需跟着教师走，通过理论联系实际，课堂互动的方式，激发学习兴趣。
国家精品课程：岩土钻掘工程学第2章——钻具与钻塔
第二章
钻具与钻塔
国家精品课程
岩土钻掘工程学
§3. 套管柱（通常自下而上设计钻孔结构）
钻孔由开孔至终孔，各孔段的深度和口径的变化情况。 开孔前根据以下资料来设计钻孔结构：
(1) 所钻岩石的物理-力学性质，硬度、稳定性和水敏性等；
(2) (3) 拟用的钻进方法，钻探工具和孔内测量仪器的外径尺寸；
2019/1/27
中国地质大学(武汉)勘察与基础工程系
第二章
钻具与钻塔
国家精品课程
岩土钻掘工程学
§2.钻杆柱的工况
钻进时，由于钻杆柱自身的偏心和自重失稳而产生的某 些弯曲，造成钻杆柱有一定的质量偏离回转中心。产生 的离心力，更促使钻杆柱弯曲。 钻柱上还有由自重、钻机给进力及摩擦力合成的纵向压 力。在离心力、纵向压力和扭矩的联合作用下，钻柱轴 线一般呈变节距的空间螺旋弯曲曲线形状。 弯曲程度取决于这三种力的大小。弯曲的钻杆柱轴线在 孔底螺距最小 ，往上逐渐加大。
第二章
钻具与钻塔
国家精品课程
岩土钻工程学
钻具一般是指钻头以上，水接头以下的全部钢管 柱，由岩心管、异径接头、取粉管、扶正器、钻 铤、钻杆和主动钻杆等组成。 钻杆是钻具组成中的主要成员，多根钻杆借助接 头连接成相当于孔深长度的钻杆柱。 钻塔的主要任务是升降钻具和套管。钻塔的高度 应与钻杆立根的长度相匹配。
2019/1/27 中国地质大学(武汉)勘察与基础工程系
第二章
钻具与钻塔
国家精品课程
岩土钻掘工程学
我们把钻杆柱中心线和钻孔的轴线相交两点间的一段纵向 长度称为半波长，可根据萨尔基索夫的理论计算。 （1）钻杆柱围绕自身弯曲轴线旋转（自转）。钻杆在整个圆 （2）钻杆柱围绕钻孔轴线旋转并沿着孔壁滑动（公转）。钻 （3）钻杆柱围绕钻孔轴线旋转，但不是沿着孔壁滑动而是沿 着孔壁反向滚动（公转与自转的结合），钻杆柱同时围绕 自身轴线和钻孔轴线旋转。其磨损均匀，也受到交变弯曲 应力作用，但循环次数比第一种形式低得多。
《工程钻探》课程教学大纲
《工程钻探》课程教学大纲英文名称：Engineering Drilling课程编码：081420020总学时：32 实验学时：0 学分：2适用对象：地质工程专业学生先修课程：《构造地质学》、《矿物岩石学》、《土力学》、《工程地质学》、《水文地质学基础》、《材料力学》和《第四纪地质学及地貌学》等。
大纲主撰人：大纲审核人：一、课程性质、目的和任务1. 本课程为地质工程专业大学本科生选修的一门专业选修课程。
2. 本课程主要讲述钻探过程中的基本工艺原理、各主要钻进方法的工艺技术及保证钻探质量的各种工艺原理及方法。
通过本课程教学，使学生全面掌握钻探过程中的基本工艺原理，基本掌握各种工艺方法。
通过实践教学环节使学生掌握一个机台的基本组成情况（人员及技术力量、设备、钻具、仪器、材料等）。
从生产技能上讲应具有能组织一个机台生产的能力，具有一个熟练班长的基本技能。
从技术水平上讲，应对一个项目的钻探生产起到一个工程师的作用，应能根据地质、岩层等情况和地质要求进行整个项目的钻探工艺设计和钻探施工管理，保证钻探六大质量指标全面完成。
二、教学内容及要求第1章：绪论授课学时：1基本要求：1-1 了解地质勘探工作的阶段。
1-2 了解钻探过程的分类（按服务内容）。
1-3 了解钻探工程的基本过程。
重点：勘探工作的阶段即钻探工程的基本过程。
难点：钻探工程的基本过程。
第2章：岩土的物理力学性质及其破碎机理授课学时：7基本要求：2-1 了解岩石的物理力学性质2-2 了解土的物理力学性质2-3 掌握岩石在外载作用下的破碎机理2-4 掌握岩石的可钻性指标及坚固系数重点：岩石在外载作用下的破碎机理、岩石的可钻性指标难点：岩石在外载作用下的破碎机理第3章：设备与钻具授课学时：4基本要求：3-1 了解钻杆的结构及功能3-2 了解钻塔的结构、功能及安装方法3-3 掌握各类钻机的功能、特点3-4 了解各类钻探用泵的结构、功能特点重点：各类钻机的功能、特点、各类钻探用泵的结构、功能特点难点：各类钻探用泵的结构、功能特点第4章：回转钻进工艺与钻头授课学时：6基本要求：4-1 了解硬质合金钻进的孔底碎岩过程4-2 了解硬质合金钻头4-3 了解钻进用金刚石钻头与孔底碎岩过程4-4 了解金刚石钻头与扩孔器4-5 了解钢粒钻头与孔底碎岩过程4-6 了解牙轮钻头及其孔底碎岩过程4-7 了解全面钻头4-8 了解钻进效果指标与钻进规程参数之间的关系4-9 了解硬质合金钻进工艺4-10 了解金刚石钻进工艺4-11 了解钢粒钻进工艺4-12 了解牙轮钻进工艺4-13 了解全面钻头钻进工艺重点：硬质合金钻进的孔底碎岩过程、钻进用金刚石钻头与孔底碎岩过程、金刚石钻头与扩孔器难点：金刚石钻头与扩孔器第5章：冲击钻进钻头与工艺授课学时：4基本要求：5-1 了解液动与气动冲击器5-2 了解冲击回转钻进用钻头5-3 了解冲击回转钻进工艺5-4 了解钢丝绳冲击钻进与振动钻进工艺重点：液动与气动冲击器、冲击回转钻进工艺、钢丝绳冲击钻进与振动钻进工艺难点：液动与气动冲击器、冲击回转钻进工艺第6章：钻孔冲洗介质授课学时：2基本要求：6-1 了解钻进泥浆的分类与造浆粘土6-2 了解粘土水化分散与泥浆体系稳定原理6-3 了解泥浆性能及其测试方法6-4 了解泥浆的设计与配置6-5 了解砂、砾层中使用的泥浆6-6 了解硬岩钻进用泥浆6-7 了解耐高温泥浆与高、低重度泥浆重点：泥浆的分类与造浆粘土、泥浆的设计与配置、砂、砾层中使用的泥浆难点：泥浆的设计与配置第7章：护壁堵漏授课学时：47-1 了解复杂地层分类7-2 了解井壁稳定分析7-3 了解井眼漏涌水的研究、测试7-4 了解遇水不稳定岩层的研究7-5 了解水泥护壁堵漏7-6 了解化学浆液与惰性材料护壁堵漏重点：复杂地层分类、井壁稳定分析、水泥护壁堵漏、化学浆液与惰性材料护壁堵漏难点：复杂地层分类、水泥护壁堵漏第8章钻孔弯曲授课学时：2基本要求：8-1 了解钻孔空间位置要素8-2 了解钻孔弯曲的原因和规律8-3 了解钻孔弯曲的测量及仪器8-4 了解钻孔弯曲的预防和纠正重点：钻孔空间位置要素、钻孔弯曲的原因和规律、钻孔弯曲的测量及仪器难点：钻孔弯曲的原因和规律、钻孔弯曲的测量及仪器第9章：钻探取样授课学时：2基本要求：9-1 了解岩土芯采取的技术要求及影响因素9-2 了解单层岩芯管取芯工具9-3 了解双层岩芯管钻取岩芯9-4 了解绳索取芯钻进的优缺点及应用范围9-5 了解绳索取芯钻具9-6 了解冲洗液孔底反循环钻进取芯9-7 了解冲洗液全孔反循环钻进取芯重点：岩土芯采取的技术要求及影响因素、单层岩芯管取芯工具、双层岩芯管钻取岩芯、绳索取芯钻具、冲洗液孔底反循环钻进取芯难点：岩土芯采取的技术要求及影响因素、单层岩芯管取芯工具、双层岩芯管钻取岩芯四、学时分配课程总学时为32，其中理论学时32，实验学时0。
岩土钻掘工程课程设计
岩土钻掘工程课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解岩土钻掘工程的基本概念，掌握钻掘施工的原理及方法。
2. 使学生了解岩土钻掘工程中涉及到的土力学、岩石力学基础知识，并能运用这些知识分析工程问题。
3. 引导学生掌握岩土钻掘工程中常用的设备、工具及其性能参数。
技能目标：1. 培养学生运用岩土钻掘技术解决实际工程问题的能力，能够根据地质条件选择合适的钻掘工艺和设备。
2. 提高学生运用专业知识进行岩土钻掘工程设计与施工方案制定的能力。
3. 培养学生通过查阅资料、团队协作等方式获取和整合信息的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对岩土钻掘工程的兴趣，培养其热爱专业、勇于探索的精神。
2. 培养学生的安全意识，使其明白遵守工程规范的重要性，树立正确的职业道德观念。
3. 引导学生关注环境保护，认识到岩土钻掘工程对环境的影响，培养其绿色施工的观念。
本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
通过本课程的学习，使学生能够在理论知识与实践技能方面得到全面提升，为未来从事岩土钻掘工程领域工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 岩土钻掘工程概述- 钻掘工程的基本概念- 岩土钻掘工程的应用领域2. 岩土钻掘施工原理- 钻掘施工的基本原理- 钻掘施工中的力学原理3. 岩土钻掘工程地质条件分析- 地质条件对钻掘工程的影响- 岩土工程地质分类及特点4. 岩土钻掘常用设备与工具- 钻机、钻具及其性能参数- 钻掘施工中常用的辅助设备5. 钻掘工艺及施工技术- 常见钻掘工艺方法及特点- 钻掘施工中的技术要点6. 岩土钻掘工程设计与施工方案制定- 工程设计的基本原则与要求- 施工方案的制定与优化7. 岩土钻掘工程实例分析- 实际工程案例介绍- 案例分析及启示教学内容根据课程目标进行科学性和系统性组织，确保学生能够掌握岩土钻掘工程的基本理论、实践技能和工程应用。
本教学大纲明确教学内容安排和进度，与教材章节相对应，便于教师教学和学生学习。
岩土钻掘工程学—钻具与钻塔讲义课件
（3）钻杆柱围绕钻孔轴线旋转，但不是沿着孔壁滑动而是沿 着孔壁反向滚动（公转与自转的结合），钻杆柱同时围绕 自身轴线和钻孔轴线旋转。其磨损均匀，也受到交变弯曲 应力作用，但循环次数比第一种形式低得多。
2020/12/13
Hale Waihona Puke 第二章 钻具与钻塔岩土钻掘工程学
一般认为 呈半波弯曲的钻杆柱的主要形式是自转，也可能 产生：以自转为主+公转，以公转为主+自转。
二、钻杆柱的受力
1.
减压钻进时，上部钻杆柱受拉，其中孔口处拉力最大，向 下逐渐减小；下部钻杆柱受压，孔底压力最大。
轴向力等于零处称为零断面或中和点。应使其落在刚度大、 抗弯强的钻铤上。
2.
在孔口处承受的扭矩最大，在孔底最小。
钻杆柱
2020/12/13
第二章 钻具与钻塔
岩土钻掘工程学
3. 已弯曲的钻杆柱在轴向力作用下，受到弯矩作用，如绕自身
轴旋转则会产生交变的弯曲应力。 如钻杆柱公转，则产生离心力。离心力又将加剧钻杆柱的弯
曲变形。 4. 孔底跳跃式碎岩引起钻柱纵振，共振钻杆柱容易疲劳破坏。 破岩回转阻力不断变化引起钻柱扭振，产生交变剪应力。 在某一临界转速下，钻杆柱会出现摆振，其结果是迫使钻杆
柱公转，引起钻杆柱严重的偏磨。 不难看出，钻杆柱受力严重部位是下部、孔口处和零断面附近。
§4.钻塔（自习）
2020/12/13
钻塔的主要任务是升降钻具和套管。钻塔的高度 应与钻杆立根的长度相匹配。
2020/12/13
第二章 钻具与钻塔
§1.钻杆柱的功能与组成
岩土钻掘工程学
把钻压和扭矩传递给钻头，实现连续给进； 为清洁孔底和冷却钻头提供输送冲洗介质的通道； 更换钻头、 提取岩心管和进行事故打捞的工作载体。 在绳索取心和水力反循环连续取心钻进中是岩心的通道； 用孔底动力机钻进时，钻杆柱承担孔底动力机的反扭矩。 二、钻杆柱的材质 （自习） 三、钻杆柱的结构 （自习）
国家精品课程岩土钻掘工程学第章回转钻进用钻头
（3）针状和薄片状硬质合金：主要用于镶焊自磨式钻头，在硬 地层或研磨性岩石中使用。
2019/8/12
中国地质大学勘查教研室
第一节
硬质合金钻进孔底碎岩过程
1、钻头体 硬合金切削具的支撑体，传递轴载和扭矩，承受切削具破
岩的反作用力、孔底的动载和摩擦。
DZ-40无缝钢管制成。上有外螺纹与岩心管连接，内壁有内 锥，便于卡取岩心。
2019/8/12
中国地质大学勘查教研室
第二节 硬质合金钻头
2、切削具出刃
（1） 内、外出刃——使 钻头体与孔壁、 岩心之间的间隙，避免摩擦孔壁和岩心， 提供循环冲洗通道。
岩土钻掘工程学
综上所述，用切削具破碎弹-塑性岩石时，在每个剪切循环 中和各个循环之间，水平力Px都是跳跃式；而在塑性岩石 中，水平力Px 没有显著的变化，基本上是常量。
三、硬质合金切削具的磨损
1.关于切削具磨损和钻速问题的研究 费得洛夫得出磨损曲线。反映切削
具单位时间磨损量W与切削具刃端
面积上比压σ 关系。在分界点σ=σ0
2019/8/12
中国地质大学勘查教研室
第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程
国家精品课程
岩土钻掘工程学
一、钻探用硬质合金
1、硬质合金的特性 （1）钻探用的钨(WC) -钴(Co)合金,以碳化钨粉末为骨架，钴
粉末为粘结剂，用粉末冶金方法制成。称为YG类合金。 （2）牌号的意义：如YG8c：YG—钨-钴系硬质合金；8—钴
岩土钻掘工程学
2、选用硬质合金切削具的基本原则 合金切削具形状主要有：薄片状、方柱状、八角柱状和针状等。
岩土工程学课程教学大纲
《工程岩土学》课程教学大纲（适用于招收高中、三职学校毕业生三年制基础工程技术专业）一、课程性质和任务《工程岩土学》是高等职业技术学院岩土工程、工程地质、建筑工程、地下工程等专业的一门主干专业课程。
本课程的任务是使学生掌握与建筑工程有关的岩土体的工程地质方面的基本知识和基本理论，掌握建筑场地的工程地质条件及其影响因素，培养编写和使用工程地质勘察资料的能力，对建筑场地的工程地质情况进行分析，为岩土工程的勘察、设计和施工打下基础。
二、课程教学目的和要求本课程的教学目标是：使学生具备所必需的与建筑工程有关的工程地质方面的基本知识和基本理论，培养编写和使用工程地质勘察资料的能力及工程地质的基本技能，初步形成解决实际问题的能力，为学习专业技能打下基础。
（一）知识教学目标1.了解与建筑有关的地质学的一般知识。
2.掌握工程地质学的基本知识与基本理论。
3.掌握常用工程地质勘察的基本方法和要求。
（二）能力培养目标1.能识别常见的岩石和土的类型。
2.掌握工程地质勘察的具体做法及工程地质勘察编图的能力。
3.具备编制编写岩土工程勘察设计、工程地质图和工程地质勘察报告的能力。
4.能理解常用的岩土工程勘察规范要求。
5.具有组织建筑工程勘察工作的能力。
（三）思想教育目标培养学生不怕苦、不怕累、热爱劳动、热爱科学、实事求是的学风和良好的职业道德。
三、讲授课题（实训项目）及学时分配表学时分配建议四、讲授内容和要求基础模块课题一绪论掌握工程地质学研究的内容及任务和有关工程地质学的基本概念；理解工程岩土学和工程地质学的区别及关系；了解工程地质理论的发展及课程的重要性。
课题二土的物质组成及结构掌握土的基本组成理解并掌握土的生成、土的颗粒成分、土的矿物成分、土中水的性质及土的结构和构造的基本概念。
课题三土的基本物理性质理解土的物理性质的基本概念；掌握并能熟练计算土的的物理性质指标。
课题四土的水理性质理解土的水理性质的基本概念；了解水和土相互作用所表现出来的不同性质；掌握并能熟练计算土的水理性质指标。