在岩石的力学性能中,抗压能力最强,抗拉伸、剪切、弯曲能力差得多,而地下钻孔作业机具受作业空间限制很难直接对岩石进行直接的拉伸、剪切、弯曲。这就需要通过钻头将设备提供的压力和扭矩转化为对岩石的拉伸、剪切、弯曲。要使钻头有效钻进岩层,应从以下5个方面解决问题。
钻头结构与布齿
钻头结构与布齿决定能钻出什么形状的自由面、自由面的大小、自由面多少。从下图四、图五、图六可以看出,钻头前期钻进为后期钻进提供了自由面。
先期钻进的钻头为下一个钻进的钻头制造了岩体破碎的自由面。岩体受力后,无拘束的自由面为小岩块运行提供了空间,从图四看刀具上的压力已被转化成剪切力、拉伸力或弯矩,岩体在这些力的作用下从大岩体上剥离。两种以上的钻头交替作业能互相提供自由面(如图六),使钻进效率大大提高,从而提高了破岩能力,降低了对主机过大的功率需求。对入岩而言,不同的岩层性质要有针对性地配用钻头,钻头的结构、钻头上刀具的形状(截齿、斗齿等)和布置(疏密、空间角度)要根据岩体强度、节理的发育程度、节理的倾斜角、孔隙比、结构间距、岩体抗剪强度的内聚力和摩擦角等岩石性质针对性设置,万能作业钻头是不存在的。