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第01章　绪论￿￿￿￿Still￿waters￿run￿deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深￿￿￿￿Where￿there￿is￿life,￿there￿is￿hope有生命必有希望有生命必有希望授授 课课 方方 式式★ 总学时总学时 40学时学时★ 讲授讲授 32学时（多媒体形式）学时（多媒体形式）★ 实习实习 8学时（参观、操作）学时（参观、操作）说明：说明：本多媒体制作过程中参考了中国地质大学本多媒体制作过程中参考了中国地质大学(北京北京)《岩《岩土钻掘工程学》及汤友谊教授《钻掘工程学》两个课件土钻掘工程学》及汤友谊教授《钻掘工程学》两个课件只只可同学自己使用，不得向外扩散传播可同学自己使用，不得向外扩散传播成成 绩绩 评评 定定◆  平时（平时（30％）％）◆  期末（期末（70％）％）多多维维教教材材纸纸质质教教材材电电子子教教材材教科书教科书教学参考书教学参考书电子教案电子教案多媒体教学软件多媒体教学软件资料库资料库(图片库，视频库，动画库图片库，视频库，动画库)     1、、鄢泰宁主编，鄢泰宁主编，《岩土钻掘工《岩土钻掘工程学》程学》.武汉：中国地质大学出版社，武汉：中国地质大学出版社，2001      2、马植侃等，、马植侃等，《钻探工程学》《钻探工程学》.徐州：中国矿业大学出版社，徐州：中国矿业大学出版社，1998。

参参 考考 资资 料料A 教材教材参参 考考 资资 料料1、王扶志编著，地质工程钻探工艺与技术，中南大学、王扶志编著，地质工程钻探工艺与技术，中南大学出版社，出版社，20082、刘刚，井巷工程，中国矿业大学出版社，、刘刚，井巷工程，中国矿业大学出版社，2005 3、陈庭根等、陈庭根等,钻井工程理论与技术钻井工程理论与技术,石油大学出版社石油大学出版社,20004、刘广志主编、刘广志主编,中国钻探科学技术史中国钻探科学技术史,地质出版社，地质出版社，19985、杨惠民主编，钻探设备，地质出版社，、杨惠民主编，钻探设备，地质出版社，19886、李世忠主编，钻探工艺学，地质出版社，、李世忠主编，钻探工艺学，地质出版社，1992 7、马锁柱，钻探工程技术，黄河水利出版社，、马锁柱，钻探工程技术，黄河水利出版社，2009 8、刘广志、刘广志,特种钻探工艺学特种钻探工艺学,上海科学技术出版公司上海科学技术出版公司,2005 B 主要参考书主要参考书参参 考考 资资 料料l矿山机械 l煤矿机械 l煤矿机电 l建井技术 l矿冶工程 l工程机械l施工技术 l石油钻采工艺 l石油机械 l钻井液与完井液 l石油勘探与开发 l机械工程学报l岩土工程学报 l工程勘察 C 主要中文期刊主要中文期刊参参 考考 资资 料料D 英文期刊英文期刊 Engineering and Mining Journal课课 程程 要要 求求l了解和掌握钻掘工程施工的基本规律、工艺技术特点及发展趋势l获获得得必必要要的的专专业业技技能能，，为为学学习习相相关关课课程程奠奠定必要的基础定必要的基础l学会合理应用钻掘工程经济有效地解决地质和技术问题 本课程的主要特点：本课程的主要特点：         实践性比较强，描述性的内容较多。

实践性比较强，描述性的内容较多与本课程相关的学科：与本课程相关的学科：        必要的数学、物理、化学等自然科学必要的数学、物理、化学等自然科学基础理论，以及理论力学、材料力学、工基础理论，以及理论力学、材料力学、工程热力学、机械原理及零件、有机化学、程热力学、机械原理及零件、有机化学、胶体化学、电工学、电子学等技术科学基胶体化学、电工学、电子学等技术科学基础理论及基本知识础理论及基本知识授授 课课 提提 纲纲 绪绪 论论岩石性质及碎岩机理岩石性质及碎岩机理 钻具与钻塔钻具与钻塔 钻机与泵钻机与泵回转钻进用钻头回转钻进用钻头 回转钻进回转钻进工艺工艺冲击回转钻进与冲击、振动钻进冲击回转钻进与冲击、振动钻进 地下坑道钻探地下坑道钻探钻孔冲洗介质钻孔冲洗介质钻孔弯曲与测量钻孔弯曲与测量岩土掘进工程岩土掘进工程 基本及辅助作业基本及辅助作业授授 课课 提提 纲纲坑道掘进施工的组织及管理坑道掘进施工的组织及管理 钻孔堵漏钻孔堵漏土样与岩矿心采取土样与岩矿心采取钻掘工程学钻掘工程学第一章　绪论第一章　绪论 (2学时) ““钻掘工程学钻掘工程学” ” 研究如何借助研究如何借助机械或化学方式（爆破能）破碎岩机械或化学方式（爆破能）破碎岩土层，在地下形成规格和质量符合土层，在地下形成规格和质量符合设计要求的钻孔或坑道，以达到设计要求的钻孔或坑道，以达到找找矿矿、、采矿采矿及其他及其他工程建设工程建设或或灾害治灾害治理理的目的。

它与地质学、矿业科学、的目的它与地质学、矿业科学、机械工程、土木工程等有着密切的机械工程、土木工程等有着密切的关系涉及涉及资源资源和和环境环境两大主题两大主题一、一、 课程的内容、地位和任务课程的内容、地位和任务绪论1994年美国政府在年美国政府在“国家钻探和采掘技术国家钻探和采掘技术(NADET)    诱人的部门的生命力对我们的持续繁荣和昌盛是必诱人的部门的生命力对我们的持续繁荣和昌盛是必不可少的不可少的计划计划”中指出中指出 ：：钻探和采掘钻探和采掘是石油、矿业、现代交通、地是石油、矿业、现代交通、地下公用设施等关键部门所急需下公用设施等关键部门所急需的的…，其未来的状况取决于我，其未来的状况取决于我们钻采技术的领先程度们钻采技术的领先程度在高新技术流行的今天，这些并不新技术流行的今天，这些并不           美国的美国的“NADET”计划，从另一个角度说明了计划，从另一个角度说明了岩土岩土钻掘工程钻掘工程是是与国计民生息息相关、保证国民经济可持与国计民生息息相关、保证国民经济可持续发展不可替代的重要技术手段续发展不可替代的重要技术手段 钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论 国国家家科科技技部部““九九五五””曾曾提提出出8字字方针：方针：““上天上天 入地入地 下海下海 登极登极””，，都都与与钻钻探探工工程程的的内内涵涵有有关。

关钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论中国是世界上最早开始进行岩土钻掘工作国家中国是世界上最早开始进行岩土钻掘工作国家最迟在公元前最迟在公元前1世纪世纪我们的祖先已开始有组织我们的祖先已开始有组织地钻井来采盐水，同时提取地层深处的天然地钻井来采盐水，同时提取地层深处的天然气用于燃烧和照明先民们用传统的方法于气用于燃烧和照明先民们用传统的方法于清道光清道光6年（年（1835年）钻成了第一口超年）钻成了第一口超1000m的井，被联合国教科文组织定为的井，被联合国教科文组织定为19世纪中叶世纪中叶前的钻井世界纪录自前的钻井世界纪录自1835～～1997年沿用传年沿用传统的方法（裸眼采气、竹管输气）累计产气统的方法（裸眼采气、竹管输气）累计产气1.4亿方米亿方米钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论     英国的李约瑟博士在《中国古代科学英国的李约瑟博士在《中国古代科学技术文明史》一书中认为，中国钻探科技术文明史》一书中认为，中国钻探科学技术对世界石油天然气勘探开发技术学技术对世界石油天然气勘探开发技术产生了巨大的启蒙、奠基和推动作用，产生了巨大的启蒙、奠基和推动作用，在国际上领先数百年至一千多年。

被誉在国际上领先数百年至一千多年被誉为是继指南针、火药、造纸、印刷术之为是继指南针、火药、造纸、印刷术之后后中国古代第五大发明中国古代第五大发明钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论对比项目对比项目中国卓筒井中国卓筒井 西方早期冲击钻西方早期冲击钻发明时期发明时期钻进方式钻进方式绳索材质绳索材质动力动力井身结构井身结构钻头结构钻头结构 至迟至迟10411041～～10481048年年冲击冲击 竹篾竹篾人工、耕牛人工、耕牛 石、木、竹套管石、木、竹套管横刃配圆刃横刃配圆刃18081808～～18311831年年冲击冲击钢绳钢绳蒸气机蒸气机木、钢套管木、钢套管一字形凿形一字形凿形中西方早期绳式冲击钻设备与方法对比中西方早期绳式冲击钻设备与方法对比钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论随着工业技术的进步，破岩磨料及钻探工具都在不断改进：随着工业技术的进步，破岩磨料及钻探工具都在不断改进：不取芯不取芯钻头钻头取芯钻取芯钻头头•19世纪初叶，出现以世纪初叶，出现以碳化钨碳化钨为基体的为基体的硬质合金硬质合金•1953~1954年瑞典和美国年瑞典和美国GE公司合成了单晶公司合成了单晶人造金刚石人造金刚石，前苏，前苏联联1966年开始用年开始用人造金刚石钻头人造金刚石钻头。

我国从我国从20世纪世纪70年代末开始大年代末开始大批量生产人造金刚石钻头批量生产人造金刚石钻头•19世纪末期，美国在硬岩（裂隙性）岩石中使用世纪末期，美国在硬岩（裂隙性）岩石中使用钢粒钻进钢粒钻进(1) 全孔正循环全孔正循环冲洗冷却方式不断改进完善冲洗冷却方式不断改进完善(2) 全孔反循环全孔反循环(3) 孔底局部正循环孔底局部正循环1 绪论绪论钻掘工程学(5) 节水钻进节水钻进 (4) 孔底局部反循环孔底局部反循环1绪论绪论钻掘工程学 第一章第一章 绪绪 论论　　(1) 矿产矿产资源勘探资源勘探和部分矿和部分矿产的开采产的开采（如普查、（如普查、采铀、石采铀、石油开采等）油开采等）胜利油田胜利油田勘探勘探及及开采开采海海上上石石油油钻钻井井平平台台钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论•按人均拥有水按人均拥有水资源量计算：资源量计算：中国属于严重中国属于严重缺水的国家缺水的国家西北地区占全西北地区占全国面积国面积1/3，水，水资源量仅占全资源量仅占全国总量的国总量的8%，，严重制约了严重制约了经济的发展经济的发展2) 水文地质勘探和水井钻水文地质勘探和水井钻钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论(3) 工程地质勘查和生态环境研究工程地质勘查和生态环境研究( (地基勘察、地基勘察、南极冰川钻探南极冰川钻探) ) ；；钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论(4) 地质灾害的防治与环境治理地质灾害的防治与环境治理(三峡、小浪底三峡、小浪底)；；我国每年地我国每年地质灾害的损质灾害的损失达几百亿失达几百亿元，元，地质灾地质灾害治理害治理正是正是本学科的主本学科的主要服务领域要服务领域之一。

之一钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论大大量量钻钻探探队队伍伍承承担担着着道道路路桥桥梁梁及及工工民民建建地地基基与与基基础础施施工工任任务务(5) 工民建和路桥基础工程工民建和路桥基础工程河河南南理理工工大大学学基基桩桩工工地地钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论(6) 国防工程及海岸工程国防工程及海岸工程　　英法海底英法海底隧道、拟建隧道、拟建中的烟（台）中的烟（台）－大（连）－大（连）海底隧道，海底隧道，长江、黄河长江、黄河大堤加固；大堤加固；导弹发射井，导弹发射井，军用坑道、军用坑道、仓库、仓库、“531”大型隧道设备：盾构机大型隧道设备：盾构机英法海底隧道施工的巨大钻头英法海底隧道施工的巨大钻头钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论世界第一钻世界第一钻----科拉科拉SG3 （（ 12261m））(7) 科学钻探科学钻探         钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论钻机可以悬挂钻机可以悬挂9150m9150m长的钻杆延伸到海洋底部长的钻杆延伸到海洋底部82358235m m深的地方深的地方 因为水深大,不能锚定系留，，必须使用DPS（（Dynamic Positioning System - 动态定位系统）。

JOIDES Resolution钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论ItemApo. 11Apo. 12Apo.14Apo. 15Apo. 16Apo. 17   Hammer锤子锤子111111   Core Tubes岩心管岩心管246000   Core Tube Caps岩心管帽岩心管帽210000Sample Return Container样品盒样品盒222222Lunar Surface Drill月球表面钻机月球表面钻机000111Core Stem With Bit带钻头岩心管带钻头岩心管000111Core Stems Without Bit无钻头岩心管无钻头岩心管000555Self-Recording Penetrometer贯入仪贯入仪000110“阿波罗阿波罗”探月取样方法的改进探月取样方法的改进钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论钻钻探探主主要要程程序序破碎岩石破碎岩石排除岩屑排除岩屑保护孔壁保护孔壁升降钻具升降钻具包含两个主要工序：钻进、起下钻包含两个主要工序：钻进、起下钻钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论四、钻探工艺及程序四、钻探工艺及程序* (3)据所钻岩石物理力学性质、钻头直径、据所钻岩石物理力学性质、钻头直径、钻头类型和孔深选择合理的规程参数，钻头类型和孔深选择合理的规程参数，一边冲洗钻孔，一边通过给进机构、钻一边冲洗钻孔，一边通过给进机构、钻柱给钻头加轴向压力和回转速度柱给钻头加轴向压力和回转速度 岩心钻探的基本工艺过程：岩心钻探的基本工艺过程：钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论(1)平整场地，挖好循环系统，安装钻平整场地，挖好循环系统，安装钻塔、钻机、泵和动力机塔、钻机、泵和动力机(2)按设计的方向开孔按设计的方向开孔,在孔口固定孔口在孔口固定孔口管管(4)钻头在孔底钻出一个环形空间，并形成岩钻头在孔底钻出一个环形空间，并形成岩心，随着钻孔加深岩心将充满岩心管。

心，随着钻孔加深岩心将充满岩心管钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论(5)清洁孔底、冷却钻头切削具后，携带岩屑清洁孔底、冷却钻头切削具后，携带岩屑的冲洗液上返流出孔口，并在沉淀槽、沉淀的冲洗液上返流出孔口，并在沉淀槽、沉淀池中清除掉岩屑后，清洁的液体再流回泥浆池中清除掉岩屑后，清洁的液体再流回泥浆池，如此循环池，如此循环6)把钻具提至地表，从岩心管内取出岩心把钻具提至地表，从岩心管内取出岩心重新配好钻具，再下放至孔内继续钻进重新配好钻具，再下放至孔内继续钻进 开孔开孔选钻进工艺参数选钻进工艺参数钻孔冲洗及冲洗介质循环钻孔冲洗及冲洗介质循环冲洗液及选择冲洗液及选择提钻提钻取心下钻取心下钻下套管护壁下套管护壁测斜测斜测井、封孔测井、封孔钻机搬迁钻机搬迁设备安装设备安装平整场地平整场地调试调试完成钻孔的主要工艺流程图完成钻孔的主要工艺流程图*钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论常用的钻进方法及选用原则：常用的钻进方法及选用原则：　软岩和中硬岩层　软岩和中硬岩层: :用硬质合金回转钻头钻进用硬质合金回转钻头钻进　中硬及部分中硬以上岩层　中硬及部分中硬以上岩层: :用铣齿牙轮钻头用铣齿牙轮钻头钻进钻进　硬岩　硬岩: :用金刚石钻头或钢粒钻头钻进用金刚石钻头或钢粒钻头钻进　硬脆岩层　硬脆岩层: :用液动（气动）孔内冲击器钻进用液动（气动）孔内冲击器钻进或镶齿牙轮钻进更有效或镶齿牙轮钻进更有效钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论钻孔的直径取决于钻进目的、钻孔结构钻孔的直径取决于钻进目的、钻孔结构和钻进方法和钻进方法•金刚石钻头主要用于小口径金刚石钻头主要用于小口径•钢粒钻头主要用于钢粒钻头主要用于91mm以上的口径、中硬以上的口径、中硬岩钻进岩钻进•硬质合金和牙轮钻头则既可钻进小口径孔　硬质合金和牙轮钻头则既可钻进小口径孔　又可钻进直径达又可钻进直径达2m以上的大口径水井、工　以上的大口径水井、工　程施工孔和浅井程施工孔和浅井•钻孔深度可在几米至几千米范围内变化钻孔深度可在几米至几千米范围内变化 地质勘探工业工程施工钻探开采矿产资源钻探普查找矿钻探矿产勘探钻探水文地质、水井钻探工程地质钻探钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论五、钻探工程的应用范围五、钻探工程的应用范围*1 根据钻进时取心的特点分类根据钻进时取心的特点分类岩心钻探岩心钻探不取心钻探不取心钻探2 根据钻孔的用途分类根据钻孔的用途分类普查找矿钻探普查找矿钻探勘探钻探勘探钻探开采钻探开采钻探辅助钻探辅助钻探钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论六、钻探方法的分类六、钻探方法的分类*3 根据钻孔中心线的倾角和方位角分类根据钻孔中心线的倾角和方位角分类垂直孔垂直孔倾斜孔倾斜孔水平孔水平孔4 根据钻孔位置分类根据钻孔位置分类地表钻探地表钻探水上钻探（河上、湖上、海上）水上钻探（河上、湖上、海上）地下坑道钻探地下坑道钻探5 根据钻孔布置方法的分类根据钻孔布置方法的分类丛状布孔丛状布孔多井筒钻进多井筒钻进多孔底钻进多孔底钻进钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论6  根据碎岩方式分类根据碎岩方式分类物理方法破碎岩物理方法破碎岩化学方法破碎岩石化学方法破碎岩石机械方法机械方法破碎岩石破碎岩石冲击钻进冲击钻进回转回转钻进钻进其它其它螺旋钻进螺旋钻进震动钻进震动钻进冲击回转钻进冲击回转钻进手动冲击钻进手动冲击钻进机械冲击钻进机械冲击钻进手动回转钻进手动回转钻进勘探回转钻进勘探回转钻进深井回深井回转钻进转钻进硬合金钻进硬合金钻进刚粒钻进刚粒钻进金刚石钻进金刚石钻进转盘回转钻进转盘回转钻进井底发动井底发动机钻进机钻进涡轮钻进涡轮钻进螺杆钻进螺杆钻进电钻进电钻进7  根据钻进使用的冲洗液分类根据钻进使用的冲洗液分类清水清水泥浆泥浆加重冲洗液加重冲洗液充气冲洗液充气冲洗液乳化液乳化液饱和盐溶液饱和盐溶液冷的压缩空气（气体）冷的压缩空气（气体）钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论子曰：子曰： 或生而知之，或学而或生而知之，或学而知之知之 困而知之，一也。

困而知之，一也钻掘工程学　绪论钻掘工程学　绪论七、如何学习？七、如何学习？ 读万卷书，行万里路读万卷书，行万里路清，梁绍壬《两般秋雨庵随笔》卷五清，梁绍壬《两般秋雨庵随笔》卷五 (1)是那山谷的风，吹动了我们的红旗；是那山谷的风，吹动了我们的红旗； (2)是那天上的星，为我们点燃了明灯；是那天上的星，为我们点燃了明灯；勘探队员之歌勘探队员之歌是那狂暴的雨，洗刷了我们的帐蓬是那狂暴的雨，洗刷了我们的帐蓬是那林中的鸟，向我们报告了黎明是那林中的鸟，向我们报告了黎明我们有火焰般的热情，战胜了一切我们有火焰般的热情，战胜了一切疲劳和寒冷背起了我们的行装，疲劳和寒冷背起了我们的行装，攀上那层层的山峰，我们满怀无限攀上那层层的山峰，我们满怀无限的希望，为祖国寻找着丰富的宝藏！的希望，为祖国寻找着丰富的宝藏！（合）（合）  思考：思考：        1 说明钻探的主要程序和基本工序说明钻探的主要程序和基本工序        2 完成钻孔的主要工艺流程完成钻孔的主要工艺流程        3 钻探方法的分类钻探方法的分类        4 试述钻掘工程的用途试述钻掘工程的用途The End人生成败第一步：树立目标人生成败第一步：树立目标把梦想提升为具体的人生目标把梦想提升为具体的人生目标用现实的目标代替虚幻的梦想用现实的目标代替虚幻的梦想钻掘工程学钻掘工程学。