旋挖钻机硬岩钻进技术

岩石强度的影响因素

影响岩石强度的因素是多方面的：

1.矿物成分 岩石的矿物成分对岩石的物理力学性质产生直接影响，如石英比例含量

高的石英岩强度高于方解石比例含量高的大理岩。

2.结构 常见的结构有结晶连接的岩石和胶结物连接的岩石，结晶颗粒大小和胶结联

结的形式都对岩石强度有重要影响。

3.构造 主要是指矿物成分在岩石中分布的不均匀性和岩石结构的不连续性，如片状

构造、板状构造、千枚状构造等。

4.水 岩石被水饱和后强度有所降低，岩石孔隙度越大，水的软化性表现的越明显。

5.风化 风化作用促使岩石的原有裂隙进一步扩大，并产生新的风化裂隙，使岩石矿物

颗粒间的联结松散和使矿物颗粒沿解理面崩解。

因此从上面影响因素可以看出：含石英、长石、角闪石等硬质矿物比例高；细粒

结晶或者钙质、硅质胶结；块状构造、矿物分布均匀；风化程度和含水量低的岩石强

度较高，反之较低。如下图：

图1 结晶结构、石英长石含量高（硬岩） 

图2 石英含量高（硬岩）

图3 颗粒大，结构松散（软岩） 

图4 粘土矿物（软岩）

硬岩钻进特性

硬岩钻进特性包括：岩石可钻性、钻进速度与效率、孔壁稳定性、钻进成本等多

方面，下面对这些指标进行详细分析。

可钻性：硬质岩石由于强度和硬度较大，其钻进难度较大。此外，岩石的可钻性

与其风化程度、矿物成份、构造结构有很大的关系。

钻进速度与效率：在强风化岩层，1 米桩径为例，旋挖钻进速度大致0.5～2m/h，

至中风化岩层，钻进速度约为0.25～0.5 m/h。

孔壁稳定性：岩层稳定性好，钻孔孔壁稳定，岩层孔壁段一般无塌孔、剥落现象。

钻进成本：岩层钻进速度慢，油耗大，此外，钻齿磨损严重、钻杆和钻机故障发

生率较其他地层高，因此钻进成本也是在所有地层中最大。

旋挖施工中常见的硬岩有花岗岩、钙质砂岩、石灰岩等地层。硬质岩层的钻进难

度大、效率低，对设备配置和操作方式要求高，因此对旋挖钻机硬岩钻机技术的研究

有着十分重要的意义。

下图5、6 是石灰岩钻孔和石英砂岩取芯的照片。