地質金剛石鉆頭鉆進的孔底碎巖過程

1. 表鑲金剛石鉆頭的孔底碎巖過程

把鉆頭上的一粒金剛石看作在軸向壓力Py和切向力Px作用下沿巖石表面移動的切削具（圖4-19），巖石破碎時切向力Px消耗在克服巖石抵抗破碎的反力Pg和摩擦力T上T=Pyf。

Px=Pg T=Pg Pyf (4-8)

式中：f--金剛石與巖石的摩擦系數；Py--分配在一粒金剛石上的載荷。

1-被壓皺的巖石; 2-巖石中的拉應力; 3-被壓碎,剪切的巖石; Ⅰ-鉆頭體; Ⅱ-表鑲金剛石出刃; Ⅲ-巖石

當金剛石沿同心圓運動時，它向巖石傳遞一定的能量，巖石吸收能量后產生破碎并形成小的溝槽。在彈脆性巖石中，由于大、小剪切體的產生，溝槽的寬度大大超過了金剛石吃入巖石的深度。在破碎巖石的同時，金剛石逐漸被磨鈍。這時磨鈍的金剛石在軸載的作用下使巖石產生應變，應變的結果是在巖石中出現一些微小的裂紋，使巖石的致密結構被改變（圖4-19）。裂紋的數量及其深度取決于傳遞給每粒金剛石的軸載大小和鉆頭轉速。金剛石被磨鈍后，必須在孔底某一點處多次重復補充載荷才可能使巖石產生破碎，即這時的巖石破碎過程具有疲勞破碎的性質。

2. 孕鑲金剛石鉆頭的孔底碎巖過程

孕鑲金剛石鉆頭的孔底碎巖過程不同于表鑲鉆頭。因為它用的金剛石顆粒小，且埋藏于胎體之中，孕鑲鉆頭必須在鉆進規程中保持自磨出刃的性能（稱為"自銳"），才能維持鉆速恒定而不衰減。

總體來說，孕鑲鉆頭的實際碎巖機理類似于砂輪磨削工件，即以唇面上多而小的硬質點（金剛石）對加工件（孔底巖石）進行刻劃、磨削，并隨著硬質點的逐漸磨損和消失及粘結胎體的不斷磨耗，新的硬質點又裸露出來參加工作。當然，如果唇面金剛石出露較好時，也不排除在磨削的同時存在著孔底的微剪切和微壓碎作用。實際上，砂輪在高速磨削工作中，自身也被磨耗，由于它的"自銳"作用而常處于銳利狀態。對孕鑲金剛石鉆頭而言，如果胎體性能與所鉆巖石不適應或沒有保證足夠的鉆壓，胎體不能超前磨耗并讓喪失破巖能力的金剛石顆粒自行脫落，則無法實現"自銳"。在孔底過程中表現為鉆頭"打滑"，鉆速迅速下降。

無論表鑲或孕鑲鉆頭在孔底的工作過程都是非常復雜的。鉆頭被鉆具緊壓在孔底巖石表面，鉆具的振動和彈性變形加強或減弱了加在孔底的鉆壓，而往復泵送出的壓力流體也是脈動的，更加劇了鉆具和鉆頭的振動。因此，學者們認為孔底還存在著微動載的破巖過程。