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现代的“金刚钻”

中国矿业报 0评论 2022-08-02

  ◎  吴海霞

  以前,人们会把破了的碗、坛子、盆等瓷器制品找个锔匠修补后接着用,由于瓷器比较硬,锔匠修补的时候要用专门的“金刚钻”才行,时间久了就有了这句“没有金刚钻,别揽瓷器活”。今天我们就来聊聊钻探行业的“金刚钻”——金刚石钻头。

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天然金刚石

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人造金刚石

  什么叫金刚石钻头?

  钻头是用以在实体材料上钻削出通孔或盲孔的刀具,通常是指大家熟悉的麻花钻。钻头体上可镶嵌金刚石,用来破碎孔底岩石,探测地球深部的秘密。

  说起金刚石,也许大家会问,这个金刚石和那个“钻石恒久远,一颗永流传”的钻石一样吗?金刚石钻头用的金刚石是钻石吗?没错,金刚石和钻石在本质上是一样的,是自然界最坚硬的物质,前者是矿物学中的称呼,后者是宝石行业中的称呼。只是金刚石钻头用的是品质比较低的工业金刚石,有天然的,也有人造的。

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孕镶金刚石取芯钻头

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表镶金刚石取芯钻头

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表镶金刚石全面钻头


  金刚石钻头的分类

  金刚石钻头的种类很多。按照金刚石的来源,可以分为天然金刚石钻头和人造金刚石钻头。按金刚石镶嵌形式可分为表镶钻头和孕镶钻头,前者金刚石分布在钻头表面,后者由很多较细的金刚石均匀分布在钻头胎体中。按照钻头的用途可以分为取芯钻头和全面钻头。人们还习惯按加工制造方法命名,如:热压烧结金刚石钻头、低温电镀金刚石钻头、无压浸渍金刚石钻头等。

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北京探矿工程研究所Ø406金刚石全面钻进钻头

  金刚石钻头怎么工作?

  简单来说,金刚石钻头工作的过程就是用金刚石不断破碎岩石的过程。在破碎岩石的过程中,需要给钻头施加一定压力和转速,使金刚石能够压入岩石,并持续破碎岩石。在这个过程中,钻头与岩石相互摩擦,会不断产生热量和大量细小的岩屑,需要提供循环流体为钻头降温并将岩屑带走,以提高钻头破岩效率。

  近年来,金刚石钻头在科学钻探、能源勘探、地质矿产勘查等领域越来越重要,随着井深的不断加深,钻头尺寸由常规的直径215毫米增大到400多毫米。比如,目前中国南方海相最深井——元深1井,设计井深8680米。该区块的须家河组地层十分坚硬,采用中国地质调查局北京探矿工程研究所研制的直径为406毫米金刚石钻头,配合高速涡轮实现了快速钻进,钻头的寿命及机械钻速远超在该井使用的其他国内外钻头。

  可见,钻探行业有了“金刚钻”,能够让我们更加深入地了解地球。同样,其他行业也需要有各自的“金刚钻”,才能揽住他们的“瓷器活”,科技才会不断进步,社会才能不断发展。

  (作者单位:中国地质调查局北京探矿工程研究所)

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