7.5.1.1 翼片（刮刀）式全面钻头的规程选择
（1）轴向载荷：
式中：D——钻头直径，cm；
qcm——1cm钻头直径上的载荷，kN。
（2）钻头转速n=120～300r/min
（3）泵量：
式中：v——冲洗液在环座空间的上返速度，m/s；
F——孔壁与钻杆环隙面积，m2。
通常冲洗液在环状空间的上返速度v不小于0.25～0.5m/s，机械钻速越高则应取v值越大；口径越小应取v值越大；qcm值一般为1～2.5kN/cm，岩石越硬则应取qcm值越大。全面钻进时，为了防止钻杆弯曲与折断，应在钻柱的下部使用钻铤，加重钻铤的合理长度h按下式计算：
式中：P——钻头载荷，kN；
qT——钻铤每米重量，kN/m；
k——经验系数，k=1.25～1.4。
刮刀式钻头钻进时推荐的规程参数如表7-11所列。
表7-11 刮刀式钻头钻进时推荐的规程参数
7.5.1.2 干式螺旋钻的规程选择
螺旋钻分为长螺旋和短螺旋两类，长螺旋一般钻头部分1～2个螺距为双螺旋，其余部分为单螺旋。短螺旋一般为双螺旋，整个钻头取2～3个螺距。
1）转速
这里仅讨论用长螺旋钻垂直孔的情况。由于在长螺旋钻进中，钻屑只有依靠钻杆旋转时产生的离心力甩到螺旋叶片外侧才能输送上来，否则只有被随后切削下来的钻屑不断推着向上走，这很容易造成钻屑挤实而堵塞。因此钻进垂直孔的长螺旋钻的转速是个很关键的参数。
（1）临界转速的概念。转速较低时，钻屑的离心惯性力小，孔壁对钻屑的摩擦力不足以使钻屑与叶片之间产生相对运动，钻屑只能随叶片旋转而不上升。随着转速的增大，孔壁对钻屑的摩擦力也增大，转速超过某一临界值后，孔壁对钻屑的摩擦力足以使钻屑与螺旋叶片之间产生相对运动，钻屑才会上升。这一转速的临界值称为临界转速。也就是说，破碎下来的岩土体必须与长螺旋钻杆的螺旋形成了一对“螺杆”—“螺帽”副，破碎下来的岩土体才能上升。必须让表面粗糙的孔壁限制破碎下来的岩土体（“螺帽”），使其不能随钻杆回转或明显慢于螺旋钻杆的转速，这样在“螺旋输送器”转动时土体才能向上运动。
（2）临界转速的计算。如图7-14（a）所示，取单颗钻屑为研究对象，当螺旋钻杆以临界转速nk（角速度为ωk）旋转时，颗粒仍随螺旋叶片一起旋转而不上升，处于临界状态。此时，颗粒在以下几种力的作用下处于“动静法”的平衡状态：重力mg，惯性力Ft，孔壁对颗粒的法向反作用力（与惯性力为作用与反作用力），孔壁对颗粒的摩擦力Ftμt（μt为颗粒与孔壁间的摩擦系数），螺旋叶片对颗粒的全反力（用分力Fsz和Fsy表示）。
图7-14 在极限条件下作用于土颗粒上的力
如图7-14（b）所示，将钻屑颗粒所在的螺旋线展开，在临界钻速下，颗粒没有上升运动，孔壁作用于颗粒的摩擦力必是水平方向。在螺旋线展开的平面上，颗粒在3种力的作用下处于动平衡：重力mg、螺旋面作用在颗粒上的全反力Fs（Fs与法线方向偏转一摩擦角φ）、孔壁作用于颗粒的摩擦力Ftμt。由力多边形[图7-18（c）]可以得出：
式中：R——钻孔半径，m；(www.xing528.com)
μt——钻屑与孔壁之间的摩擦系数，它大于钻屑与叶片之间的摩擦系数；
α——螺旋叶片外径处的螺旋升角，（°）；
φs——钻屑与螺旋叶片之间的摩擦角，即摩擦系数的反正切，摩擦系数为0.3～0.6。
据俄罗斯钻探著作推荐，孔内岩土体与孔壁岩石的摩擦系数为0.8～1.0，岩土体与钢叶片的摩擦系数为0.3～0.65。
（3）实际转速的计算。长螺旋为了能向上输土，实际转速应大于临界转速，取n=Knk，K值越大，向上输送钻屑的速度越快，但所需的功率也越大。一般取K=1.2～1.3，当功率允许时可选大一些。
对于短螺旋应n＜nk。
长螺旋输送岩土体的效率应不低于既要钻出孔身又要松动岩石的钻头作业效率。通常，直径70～100mm的长螺旋钻杆最小转速为160～200r/min，最大可达500～700r/min。随着长螺旋钻杆的直径增大，其最小和最大转速也将减小。
2）钻压
（1）根据工程地质勘查标准贯入试验所得的N值确定土层的单轴抗压强度σc：
当N≤50时，σc=0.0122N；当N＞50时，σc=0.033N。
一般情况下取平均值σc=0.023N。
（2）根据土层单轴抗压强度确定钻压P：
式中：D——钻孔直径，cm；
σc——土层单轴抗压强度，MPa。
长螺旋钻的钻杆柱较重，钻进时孔壁对钻具也有一个向下的力（像木螺钉），再加上叶片上土的重力，钻压较大。因此，长螺旋钻一般是用减压钻进，可用钻机的绞车或给进机构来实现减压。而短螺旋钻一般应取加压钻进。
3）其他工艺要点
（1）螺旋钻进的功率消耗。在转速恒定和其他条件不变的情况下，长螺旋的功率消耗取决于给进速度和钻头每转切入岩石的深度。随着钻具的给进速度增大，岩土体对螺旋输送空间的充填系数增大，在松散和富含水的岩层中可能达到1。这种情况下，岩石与螺旋输送面之间的摩擦力急剧增大，不利于把岩土体顺利排至地表，从而使非生产功率和传动负载急剧增大。
降低长螺旋钻进功耗的措施之一是，钻进干岩层和黏结性岩层时往孔底加一定量的水（2～5L/min或每进尺1m加8～20L）。水可充满管外空间或经螺旋钻杆注入。这样一来，钻进速度将增加30%，功率消耗减少20%。
（2）不同地层的工艺特点。在钻进永冻层、干的致密黏土层和砂层时，可能需要给钻头施加15～30kN的轴向载荷。
钻进砾石地层时，如果单块碎石的尺寸不超过80mm可采用通常的钻进规程。大而硬的包裹体和漂砾将被挤向孔壁或通过边回转、边升降钻具的办法来冲碎它。在含漂砾的沉积层，可用带16mm板钢螺旋的加重螺旋钻杆。加重螺旋钻杆起着飞轮的作用，可平抑疏松岩石中破碎碎石时对回转器的动态反作用力。
（3）关于取样效果。长螺旋钻进的明显不足是很难确定所钻出岩矿样品的准确深度：用螺旋输送岩样时，由于岩样颗粒离螺旋转轴的距离不同，其运动速度也不同，所以它们一直处于不断翻滚的状态。在许多情况下钻进20m深的孔不能确定厚度小于1m的夹层位置。可以通过下述工艺措施来部分地克服该缺点：每隔等量深度（例如1m）停止给进，按给定的取样间隔把全部样品都提取至地表。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
