探矿工程学概论PDF电子书下载

目 录 12

绪 论 12

第一篇岩石的物理力学性质 12

第一章岩石的物理性质和岩石的力学性质 12

第一节岩石的物理性质 12

一、结构 12

五、密度和容重 13

四、孔隙度 13

三、松散性 13

二、构造 13

六、安息角 14

第二节岩石的力学性质 14

一、岩石的强度 14

二、岩石的硬度 16

三、岩石的弹塑性及脆性 17

四、岩石的研磨性 18

二、岩石可钻性的测定方法及其分级表 21

第一节 岩石的可钻性 21

一、岩石可钻性定义和岩石可钻性指标 21

（一）自然因素（二）工艺因素 21

第二章岩石的可钻性和岩石的坚固性 21

（一）岩石可钻性按机械钻速分级 （二）摆球硬度分级法 （三）压入硬度分级法 （四）微钻法第二节岩石的坚固性 25

一、普氏系数分级法 26

二、凿碎比功法 26

第二篇 岩芯钻探钻进方法 28

第一章岩芯钻探设备及工具 28

第一节钻机 28

一、油压式钻机 28

二、转盘式钻机简介 36

（一）XY-4型钻机技术性能 （二）传动系统 （三）回转器 （四）调压及给进机构 36

（五）升降机构 （六）摩擦离合器 （七）机座 36

三、全液压式钻机简介 38

（一）动力头的功用 （二）对动力头的要求 （三）动力头的类型 39

四、立轴式、转盘式、全液压移动式回转器性能特点 39

（一）立轴式回转器性能特点 （二）转盘式回转器性能特点 （三）全液压移动式回转器性能特点第二节钻井用泵 40

一、概述 40

（一）泵的分类 （二）钻井用泵的功用 （三）钻井工作对泵性能的要求 41

二、往复式泵 41

（一）往复式泵吸排水原理 （二）往复式泵排水均匀性 （三）往复式泵参数的确定 （四）往复式泵的构造三、螺杆泵简介 46

一、钻探工作对动力机的要求 48

第三节钻探用动力机 48

（一）钻探工作所用设备的负荷特性 （二）钻探工作对动力机的要求 50

二、钻探用动力机的类型及其特性 50

（一）三相交流感应电动机特性 （二）柴油机特性 52

三、柴油机简介 52

（一）单缸四冲程内燃机的工作过程 （二）多缸内燃机的工作顺序 （三）内燃机的基本机构和系统第四节钻塔 56

一、钻塔的功用与要求 56

二、钻塔的类型 56

一、钻进工具 58

第节五钻探工具 58

（一）按钻塔材质的分类 （二）按钻塔构造的分类 （三）按钻孔的角度分类 58

（一）钻头 （二）岩芯管 （三）套管 （四）取粉管 （五）异径接头 （六）钻铤 （七）钻杆 （八）水接头二、附属工具 60

（一）提引类 （二）夹持类 （三）拧卸类 （四）打捞工具类 62

第二章岩芯钻探钻进方法 62

第一节硬质合金钻进 62

一、硬合金钻进特性及其应用范围 62

（一）硬合金钻进井底碎岩过程 （二）硬合金钻进特点及其应用范围 63

二、硬质合金 63

（一）硬质合金牌号与性能 （二）硬质合金切削具形状和规格 65

三、硬质合金钻头结构参数 65

（一）切削具出刃 （二）切削具的刃角和镶焊角 （三）切削具的排列和布置 （四）切削具的数目 （五）钻头的水口和水槽四、各类地层钻进特性及其所用钻头举例 68

（一）松软及中软地层 （二）中硬及较硬地层 （三）具有较大研磨性和裂隙发育的较硬地层五、硬合金钻进规程 69

（一）钻压P（二）转速n（三）冲洗液量Q（四）P、n、Q参数间的配合 73

第二节钢粒钻进 73

一、钢粒钻进特性及其应用范围 73

（一）钢粒钻进井底碎岩过程 （二）钢粒钻进的优缺点及其应用范围 76

二、钢粒和钢粒钻头 76

（一）钢粒 （二）钢粒钻头 79

三、钢粒钻进规程 79

一、金刚石钻进特性及其应用范围 82

第三节金刚石钻进 82

（一）钻压 （二）转速 （三）冲洗液量 （四）投砂方法和投砂量 82

（一）金刚石钻进井底碎岩过程 （二）金刚石钻进的优越性 （三）金刚石钻进的应用范围二、钻探用金刚石 84

（一）金刚石的分类 （二）金刚石的晶形 （三）金刚石的物理性质 （四）金刚石的粒度三、金刚石钻头 86

（一）金刚石钻头的组成部分 （二）金刚石钻头结构参数 91

四、金刚石钻进规程 91

（一）钻压 （二）转速 （三）冲洗液量 （四）各类地层推荐的金刚石钻进规程 94

第四节冲击回转钻进 94

一、冲击回转钻进特性及其应用范围 94

（一）冲击回转钻进井底碎岩过程 （二）冲击回转钻进特点及其应用范围 96

二、冲击器 96

三、冲击回转钻进钻头 98

（一）冲击器种类 （二）阀式正作用液动冲击器 （三）射流式液动冲击器 98

（一）钻头钢体 （二）硬质合金的类型、形状和规格 （三）硬质合金的数量、排列及出刃四、冲击回转钻进规程 100

（一）轴向压力 （二）转速 （三）冲洗液量（泵量） 102

第三章钻孔冲洗 102

第一节概述 102

一、钻孔冲洗介质的功用 102

二、冲洗介质的类型及适用的条件 102

三、钻孔冲洗方式 103

一、概述 104

第二节钻探泥浆 104

（一）泥浆的组成 （二）泥浆的类型 106

二、泥浆的主要性能 106

（一）失水量及造壁能 （二）触变性和静切力 （三）粘度 （四）比重 （五）含砂量（六）胶体率 （七）pH值三、泥浆的净化 111

第四章钻探质量 112

第一节岩矿芯的采取 112

一、取芯的目的和要求 112

（一）地质因素 （二）工艺技术因素 （三）岩矿芯取芯难易程度对岩矿层的分类 114

三、提高岩矿芯采取质量的钻进方法及工具 114

（一）取芯的目的 （二）对岩矿芯质量的要求 114

二、影响岩矿芯采取的因素 114

（一）双层岩芯管取芯钻进方法 （二）喷射式孔底反循环取芯钻具 （三）绳索取芯钻具 （四）全孔反循环取芯钻进四、岩矿芯的补取 123

（一）捞取岩矿芯的方法和工具 （二）孔壁补取岩矿芯 （三）偏斜补样 126

第二节钻孔弯曲 126

一、概述 126

（一）钻孔类型 （二）钻孔弯曲度 （三）钻孔弯曲的影响 （四）钻探对钻孔弯曲度的要求二、钻孔弯曲的原因及类型 127

（一）地质因素 （二）设备安装及施工工艺 130

三、钻孔弯曲的测量 130

（一）氢氟酸测斜仪 （二）非磁性矿体钻孔全测仪 （三）磁性矿体的全测仪（陀螺测斜仪）四、钻孔空间位置的确定 135

五、钻孔弯曲的预防 138

（一）顶角发生变化，但方位角不变 （二）顶角和方位角都发生变化 138

（一）根据地层规律设计钻孔 （二）确保设备安装质量 （三）选择合理的钻进工艺措施六、钻孔弯曲的纠正 140

（一）扩孔纠斜法 （二）回填老孔纠斜法 （三）在孔内下入偏心楔法 140

七、定向钻进 140

（一）定向钻孔的分类 （二）定向钻进的应用范围 （三）定向钻进技术 143

第三节简易水文观察 143

一、简易水文观测的目的和项目 143

（一）观测的目的 （二）观测的项目 143

二、简易水文测量方法 143

二、孔深校正 146

一、原始报表 146

（一）原始报表的目的 （二）原始班报表的记录内容 146

（一）钻孔水位的测量 （二）冲洗液消耗量的测量 （三）涌水量的观测 146

第四节原始报表与孔深校正 146

（一）孔深校正的目的和要求 （二）孔深误差产生的原因 （三）孔深误差的检查与消除第五节封孔 147

一、封孔的目的与要求 147

（一）封闭钻孔的目的 （二）封孔的要求和类型 148

二、封孔方法 148

（一）粘土封孔 （二）水泥封孔 151

三、封孔质量的检查 151

第一节复杂地层中的安全钻进 153

一、表土层钻进 153

第五章安全钻进 153

（一）采取液样 （二）透孔取芯 153

二、硫砂砾石层钻进 154

三、卵砾石层钻进 154

四、漏失地层钻进 155

五、涌水地层中钻进 155

六、溶洞中钻进 155

第二节钻探事故 155

（一）人身事故 （二）机械事故 （三）孔内事故 156

二、孔内事故 156

一、钻探事故的种类 156

（一）孔内事故的种类 （二）处理孔内事故的原则 （三）处理事故的一般方法 162

第三篇 水文水井和工程地质钻井（孔）方法 162

第一章水文地质和水井钻钻井方法 162

第一节水文地质和水井钻钻井的任务、分类和特点 163

一、水文地质和水井钻钻井的任务 163

二、水文地质和水井钻孔的分类 163

（一）水文地质孔 （二）水文地质勘探孔 （三）水文地质长期观测孔 （四）探采结合孔（五）供水井三、水文地质和水井钻钻井的特点 163

第二节水文地质和水井钻的孔（井）身结构 164

二、水文地质和水井钻的孔（井）身结构 165

（一）孔（井）深 （二）孔（井）径 165

一、水文地质和水井钻孔（井）身结构要素的确定 165

（一）水文地质孔的孔身结构 （二）水文地质勘探孔的孔身结构 （三）探采结合井的井身结构（四）水文地质长期观测孔孔身结构 （五）供水井的井身结构第三节水文地质和水井钻钻孔（井）方法 168

一、回转钻进 169

（一）钻探（井）设备 （二）回转钻进工艺 187

二、钢丝绳冲击钻进 187

（一）钢丝绳冲击钻的特点和应用范围 （二）钢丝绳冲击钻机 （三）钢绳冲击钻具 （四）冲击钻进方法 （五）冲击钻进规程三、反循环钻进 194

（一）反循环钻进的分类及其工作原理 （二）反循环钻进工艺 202

四、空气钻进 202

（一）干空气钻进 （二）泡沫钻进 （三）泡沫泥浆和充气泥浆钻进 204

五、潜孔锤钻进 204

一、热水井钻井的特点 208

第四节热水井钻进 208

（一）潜孔锤及其工作原理 （二）潜孔锤钻进用钻头 （三）潜孔锤钻进的工艺规程 208

（一）温度高 （二）井深较大 （三）成井工艺要求严格 （四）钻具、管材腐蚀严重 210

二、热水井钻进设备 210

三、热水井钻进工艺 211

（一）钻进方法 （二）井身结构 （三）钻具组合 （四）泥浆 212

四、水泥固井 212

五、热水井钻进的安全防护技术 212

第五节成井工艺 213

一、井管的选择 213

（一）对井管的要求 （二）井壁管种类及其适用范围 （三）滤水管的类型和结构 （四）滤水管的选择 （五）滤水管主要尺寸确定二、破壁、换浆与探井 221

（一）破壁 （二）换浆 （三）探井 222

二、下管 222

（一）井管安装前的准备工作 （二）下管方法 226

四、填砾 226

（一）砾料的选择 （二）填砾厚度和高度 （三）填砾方法 229

五、止水 229

（一）临时止水 （二）永久止水 （三）止水质量检查 231

六、洗井 231

第六节抽水试验 235

一、抽水设备的选择 235

（一）洗井的意义 （二）洗井方法 235

（一）提筒抽水 （二）离心泵抽水 （三）深井泵和潜水泵抽水 （四）射流泵抽水 （五）空压机（气举泵）抽水二、抽水时水位水量的测量 239

（一）水位测量 （二）水量测量 239

第七节增加出水量的方法 239

一、增加出水量的目的 239

二、增加出水量的方法 240

第二章 工程地质和工程施工钻井（孔）方法 241

第一节工程地质钻探 241

一、工程地质钻探的目的、分类、特点 241

二、工程地质钻进方法及其机具 242

（一）工程地质钻探的目的 （二）工程地质钻探分类 （三）工程地质钻探的特点 242

（一）振动钻进方法 （二）螺旋钻进方法 （三）工程地质钻探设备 247

三、原状土样的采取 247

（一）取土器的分类 （二）几种常用取土器简介 （三）原状土样的采取方法 （四）保证原状土样质量的因素 （五）砂砾石层、细砂及淤泥层取样四、触探 254

（一）动力触探 （二）静力触探 257

第二节工程施工钻井（孔）方法 257

一、成孔方法 258

（一）冲击成孔法 （二）冲抓成孔法 （三）“贝诺特”施工法 （四）螺旋钻进成孔法 （五）人工开挖成孔法 （六）钻斗钻进成孔法 （七）反循环钻进成孔法二、灌桩（即向孔内灌筑混凝土） 260

（一）清孔 （二）下钢筋笼 （三）下灌浆导管 （四）灌注混凝土 263

三、灌桩的质量 263

二、凿岩机分类 265

一、炮眼钻凿原理 265

第四篇 坑探工程 265

第一节概述 265

第一章钻眼机械与工具 265

第二节气动凿岩机 266

一、凿岩机的结构与动作原理 266

（一）配气装置与冲击机构 （二）转钎机构 （三）排粉机构 （四）润滑机构 （五）气腿二、气动凿岩机的分类及其使用条件 270

三、压气供应 271

第三节电动、内燃及液压凿岩机 273

一、电动凿岩机 273

二、内燃凿岩机 274

三、液压凿岩机 276

（一）有阀类 （二）无阀类 277

第四节钻眼工具 277

一、钎头 278

（一）钎头形状 （二）钎头构造 （三）钎头材料 280

二、钎杆 280

二、爆速与爆轰 281

一、起爆能与敏感度 281

（一）起爆能 （二）敏感度 281

第二章爆破 281

第一节炸药的爆炸性能 281

三、氧平衡及炸药爆炸气体产物 282

四、爆力与猛度 282

（一）爆力 （二）猛度 283

五、殉爆 283

六、聚能效应 284

第二节工业炸药 285

一、硝铵炸药 285

四、乳化油炸药 287

二、水胶炸药 287

三、胶质炸药 287

第三节起爆方法与起爆器材 288

一、火雷管起爆法 288

二、电雷管起爆法 289

三、导爆索起爆法 291

四、导爆管起爆法 292

第四节爆破作用原理 293

一、爆破在岩石中的破坏作用现象 293

二、单个药包爆破的内部作用 293

三、单个药包爆破的外部作用 294

（一）压碎区 （二）破坏区 （三）震动区 294

（一）标准抛掷药包 （二）加强抛掷药包 （三）减弱抛掷药包 （四）松动药包 （五）压缩药包四、药包量计算 295

五、邻接药包的抛掷爆破 296

第五节探槽爆破 297

第三章勘探平巷掘进 298

第一节平巷断面形状与尺寸 298

一、断面形状的选择 298

二、梯形巷道断面尺寸的确定 298

三、拱形巷道断面尺寸的确定 301

（一）梯形巷道的净宽度 （二）梯形巷道的净高度 （三）梯形巷道的断面积 301

（一）拱形断面净宽度与净高度 （二）拱形巷道断面积 303

第二节钻眼爆破综合工作 303

一、掘进工作面的炮眼布置 303

（一）工作面炮眼和类与作用 （二）掏槽方法 （三）辅助眼与周边眼的布置原则 306

二、爆破参数的确定 306

（一）单位炸药消耗量 （二）炮眼直径 （三）炮眼数目 （四）炮眼深度 （五）周边眼间距三、装药结构与起爆 308

四、爆破说明书 309

（一）爆破作业的原始条件 （二）选用钻眼爆破器材 （三）确定钻眼爆破综合工作参数（四）眼布置 （五）预期爆破效果五、钻眼工作 311

一、通风方式 312

第三节平巷掘进通风 312

（一）压入式通风 （二）抽出式通风 （三）混合式通风 313

二、掘进通风设施 313

第四节平巷掘进中的装岩与运输 313

一、装岩机 313

（一）DK-1型滑道式装岩机 （二）ZCZ-17型装岩机 315

二、矿车与梭车 315

（一）矿车 （二）梭车 318

三、牵引机车 318

四、矿车运行阻力及其所需牵引力 319

（一）柴油机车 （二）蓄电池机车 319

（一）轨道 （二）矿车运行阻力 （三）机车牵引力 321

第五节平巷支护 321

一、地压的概念 321

二、平巷的顶压与侧压 321

三、木材棚子支架 323

四、锚杆支护 324

五、喷射混凝土支护 326

（一）喷射混凝土支护的概念 （二）喷射混凝土支护的作用原理 （三）喷射混凝土原材料与配合比 （四）施工机具 （五）喷射工艺参数与施工中存在的问题六、喷锚支护 328

（一）喷射混凝土与锚杆联合支护 （二）喷射混凝土、锚杆加金属网联合支护 （三）喷射混凝土、锚杆加金属网与金属支架联合支护第六节平巷施工组织 329

一、作业方式 329

二、循环时间与循环图表 330

（一）顺序作业 （二）平行作业 （三）多工作面作业 330

（一）循环时间 （二）循环图表 331

三、劳动组织 331

第四章勘探竖井掘进 332

第一节概述 332

第二节井筒断面形状与尺寸 332

一、竖井井筒断面形状的确定 332

二、竖井井筒横断面尺寸的确定 333

第四节钻眼爆破综合工作 334

第三节掘井前的准备工作 334

第五节竖井掘进通风与排水 335

一、竖井掘进通风 335

二、竖井掘进排水 336

第六节竖井掘进装岩与提升 337

一、竖井掘进中的装岩 337

二、竖井掘进、提升 337

第七节竖井支护 340

一、井框支护型式 340

（一）密集井框 （二）间隔井框 （三）吊框 342

二、井框尺寸的确定 342

第九节浅井掘进 343

第八节竖井掘进施工组织 343

一、小圆井掘进法 344

二、浅井普通掘进法 344

三、特殊掘进法 346

（一）插板法 （二）沉井法 348

第五章勘探斜井与天井掘进 348

第一节勘探斜井掘进 348

一、斜井断面形状与尺寸 348

二、井口位置的选择与井口的修筑 349

三、斜井掘进中的装岩 349

四、斜井掘进中的提升 350

（一）耙斗式装岩机 （二）铲斗式Ⅲ型斜井装岩机 350

（一）矿车提升 （二）箕斗提升 351

五、斜井掘进中的排水 351

（一）矿车或箕斗排水 （二）潜水泵排水 （三）离心式卧泵排水 （四）离心式水泵与水力引水器联合排水六、斜井支护 352

七、斜井掘进施工组织 354

第二节天井掘进 354

一、普通法天井掘进 354

二、吊罐法天井掘进 355

三、爬罐法天井掘进 355

四、深孔爆破法 355

主要参考书目 356