第四講 鉆探設備及工藝

第二章鉆探設備與工藝

2.1鉆探方法的選擇2.2鉆探設備2.3鉆探工藝2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術2

一、鉆探工程的定義

鉆探工程是用一定的工具，在地殼內(nèi)按著一定的工藝破碎巖土體并取巖土試樣的整個過程，這項工程的結果即地殼內(nèi)的鉆孔。2.1鉆探方法的選擇2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術3二、鉆探工程的發(fā)展簡史

1、中國古代鹽井鉆鑿技術發(fā)展時期

①第一階段——大口徑淺井時期：從公元前255年至公元1040年(自秦至宋初)。

李冰任蜀郡太守后，率領人民興修都江堰工程的過程中，發(fā)現(xiàn)了多處鹽泉，通過認真考察，初步掌握了水文地質(zhì)條件，并創(chuàng)造性地運用大口徑水井開鑿方法，成為了開鑿我國第一口鹽井的開拓者。

②第二階段——小口徑深井發(fā)明與推廣時期：公元1041－1048年(北宋慶歷年間)。③第三階段——小口徑深井鉆鑿工藝的完善和提高時期(明清)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術4

2、近代與現(xiàn)代鉆探發(fā)展過程

①鉆探工程用途越來越廣，鉆探工程量逐年上升(局部時期徘徊或下降)；

②鉆探設備種類越來越多，功能更多，性能更佳；

③鉆頭等鉆具品種種類越來越全，性能越來越優(yōu)；

④鉆進方法越來越多，越來越先進；

⑤中國與發(fā)達國家在鉆探領域的技術差距較大。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術5三、鉆探施工過程

1、鉆孔的概念

鉆孔是從地表(或坑道中)向巖石中開鑿的圓形斷面的空間，一般具有較小的直徑和較大的深度。直徑在25～500mm之間，稱為鉆孔。鉆孔的深度從數(shù)厘米到數(shù)千米，目前的鉆孔深度已超過10000m。鉆孔包括孔口、孔底、孔壁。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術6三、鉆探施工過程2、鉆探施工的主要工序

鉆進現(xiàn)場布置圖見圖2.1所示。 鉆進按下列工序進行：用升降機把鉆具下入孔內(nèi)；連接好所有接頭，開泵；給鉆具加壓，并帶動其回轉(zhuǎn)，破碎巖石；提鉆取心或更換鉆具；下鉆繼續(xù)鉆進；鉆進一段時間后及時測斜；提出全套鉆具，停鉆；封孔。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術7圖2.1鉆探現(xiàn)場布置全貌圖1-鉆頭；2-巖心；3-巖心管；4-異徑接頭；5-鉆桿柱；6-固定空口管；7-鉆機；8-回轉(zhuǎn)器；9-卡盤；10-提引水龍頭；11-游動滑車；12-游動鋼繩；13-天車；14-鉆塔；15-鉆機房；16-升降機；17-高壓膠管；18-泵；19-電動機；20-循環(huán)槽；21-沉淀池；22-泥漿池；23-吸水管；24-拉力表；25-出水管2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術8四、鉆探工程的應用范圍和分類(一)應用范圍1、地質(zhì)勘探：普查找礦鉆探；礦產(chǎn)勘探鉆探；水文地質(zhì)鉆探；工程地質(zhì)鉆探。2、開采礦產(chǎn)資源鉆探：打水井；石油(天然氣)鉆探；鹽井鉆探。3、煤礦井下鉆探：地質(zhì)勘探鉆探；瓦斯抽放鉆探；排放水鉆探；錨桿錨索鉆探；救援鉆探。4、工業(yè)鉆探：加固建筑物的基樁孔；建大橋的大直徑(橋墩施工用空間)鉆孔；以測量地面沉降精確變比資料的標孔；加固水壩、防漏水的防滲漏墻；利用鉆孔灌注水泥防治地質(zhì)災害(地面錨索、桿孔)；鋪設管道、電纜的技術孔；礦山的豎井、通風井及多種輔助井；代替開挖隧道打大斷面的地下坑道；用于軍事，如導彈的發(fā)射井。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術9(二)鉆探方法的分類1、根據(jù)鉆進時取心的特點分類——巖心鉆探和不取心(無巖心、無心、全面)鉆探。2、根據(jù)鉆孔用途分類——按鉆探的應用范圍分出相應類型。3、根據(jù)鉆孔中心線的傾角和方位角分類——垂直孔(上、下垂)、下斜孔、上仰孔、水平孔。4、根據(jù)鉆孔位置的分類——地表鉆探、水上(河、湖、海)鉆探、地下坑道鉆探。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術10四、鉆探工程的應用范圍和分類(二)鉆探方法的分類5、根據(jù)鉆孔布置方法分類——叢狀鉆探

(圖2.2)、多井筒鉆探(圖2.3)、多孔底鉆探

(圖2.4)。圖2.2叢狀布孔圖2.3多井筒布孔圖2.4多孔底布孔2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術11四、鉆探工程的應用范圍和分類(二)鉆探方法的分類6、根據(jù)破巖形式分類(1)物理方法破巖：①高溫（1400℃～3500℃）、高壓（200~250MPａ）破巖；②用超聲波和低聲波破巖；③用爆破、高壓水射流等方法破巖。(2)化學方法破巖：此法使用較少，如溶解、軟化巖石等。(3)機械方法破巖：使用最為廣泛，其分類如圖2.5所示。

2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術12沖擊鉆進手動沖擊鉆進機械沖擊鉆進沖擊器鉆進鉆機鉆進液動沖擊器鉆進風動沖擊器鉆進回轉(zhuǎn)鉆進手動回轉(zhuǎn)鉆進機械回轉(zhuǎn)鉆進深井回轉(zhuǎn)鉆進硬質(zhì)合金鉆進鉆粒鉆進金剛石鉆進螺旋鉆進震動鉆進轉(zhuǎn)盤鉆進井底發(fā)動機鉆進渦輪鉆進螺桿鉆進電鉆進其它沖擊回轉(zhuǎn)鉆進圖2.5機械破碎巖石的鉆探方法分類2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術13(二)鉆探方法的分類7、根據(jù)鉆進使用的沖洗液分類清水鉆進；乳化液鉆進；泥漿鉆進(含加重泥漿)；飽和鹽溶液鉆進(鉆鹽井，以防溶解巖心和孔壁)；空氣鉆進；泡沫鉆進；霧化鉆進；充氣泥漿鉆進(降低泥漿比重，以防漏失)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術14

(二)鉆探方法的分類

8、根據(jù)沖洗液循環(huán)方式分類

鉆孔沖洗液的循環(huán)方式示意圖如圖2.6所示。沖洗液正循環(huán)鉆進沖洗液反循環(huán)鉆進全孔反循環(huán)鉆進孔底局部反循環(huán)鉆進圖2.6鉆孔沖洗液的循環(huán)方式a-全孔正循環(huán)；b-全孔反循環(huán)；c-孔底局部反循環(huán).1-來自泵；2-往沖洗液沉淀系統(tǒng)2.2鉆探設備2.2.1鉆機2.2.2泥漿泵2.2.4鉆塔及其附屬設備2.2.3動力機2.2.5其它設備2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術162.2.1鉆機

一、鉆探工藝對鉆機功能的基本要求

1、提供使鉆桿柱及碎巖鉆具(鉆頭)破巖所需的回轉(zhuǎn)動力；

2、提供鉆具克入巖石的壓力，并能調(diào)節(jié)；

3、具有起下鉆具的能力。 二、鉆機的類型

用于巖心鉆探的鉆機分為：機械式鉆機(包括立軸式鉆機和轉(zhuǎn)盤鉆機)、全液壓鉆機。 當然還有旋挖鉆機、車裝鉆機、履帶式鉆機。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術17XY-4型立軸式巖心鉆機GPS—15型轉(zhuǎn)盤式鉆機2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術18G-3型全液壓鉆機全液壓坑道鉆機2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術19旋挖鉆機旋挖鉆機2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術20車裝鉆機履帶式跟管鉆機2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術21三、選用、評價鉆機的主要參數(shù)鉆機的技術參數(shù)有以下三種：1、基本參數(shù)：是反映鉆機鉆進能力最穩(wěn)定的參數(shù)。一般用鉆進深度和使用鉆桿的直徑聯(lián)合表示。2、主要參數(shù)：它取決于基本參數(shù)。主要有——回轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)速、上頂力和鉆進力、給進速度和行程、提升能力和提升速度、鉆進的重量與外廓尺寸、動力機的功率和轉(zhuǎn)速等參數(shù)。3、一般參數(shù)：從屬于基本參數(shù)和主要參數(shù)，如鋼絲繩直徑、卷筒直徑等，反映次要技術參數(shù)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術22四、機械傳動式鉆機的構成部件

(一)回轉(zhuǎn)器與卡盤

回轉(zhuǎn)器的功用是傳遞回轉(zhuǎn)動力，提供鉆速和轉(zhuǎn)矩，能正反轉(zhuǎn)?？ūP(轉(zhuǎn)盤式鉆機無此件，主軸式鉆機的卡盤常與回轉(zhuǎn)器連為一個部件)的任務也是傳遞回轉(zhuǎn)運動和扭矩(它起加緊鉆桿的作用)，同時還傳遞軸向運動和鉆進(上頂)力。

(二)給進機構

給進機構是回轉(zhuǎn)鉆進的主要執(zhí)行機構之一，其任務是：稱量鉆頭質(zhì)量；進行加壓或減壓鉆進；提供一定的軸向壓力和鉆進速度；倒桿、提動和懸掛鉆具；強力起拔鉆具等。給進機構有以下兩種：①液壓給進——通過油缸給進；②手動機械給進——邊回轉(zhuǎn)邊通過機械手動給進。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術23

(三)升降機

又稱卷揚機或絞車。在鉆進過程中升降鉆具和套管。進行減壓鉆進，處理孔內(nèi)事故時，配合給進機構進行強力起拔。

(四)變速箱和分動箱

變速箱用來變更回轉(zhuǎn)器和升降機的轉(zhuǎn)速和扭矩；分動箱的作用是將動力傳送分配給回轉(zhuǎn)器和升降機，或聯(lián)動兩者同時運轉(zhuǎn)。

(五)摩擦離合器

摩擦離合器是用來切斷或接通動力機傳來的動力；完成鉆機換檔和孔內(nèi)特殊工序操作(如套巖心、扭斷巖心)；起過載保護作用。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術24

(六)機座

可分為兩種類型：開合式讓開孔口機座(為整合式)、后移式讓開孔口機座。

圖2.7立軸式鉆機部件構成簡圖1-電動機；2-油泵；3-摩擦離合器；4-變速箱；5-分動箱；6-回轉(zhuǎn)器；7-升降機2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術25五、全液壓鉆機

全液壓鉆機是指鉆機的回轉(zhuǎn)、鉆進和升降鉆具等機構均用液壓驅(qū)動完成。全液壓鉆機一般是由主機、泵站、操作臺三部分組成，中間用高壓油管連接。如圖2.8所示：圖2.8全液壓鉆機結構示意簡圖2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術26五、全液壓鉆機全液壓鉆機的特點：外形和結構與傳統(tǒng)機械式鉆機完全不同，由三部分組成，結構簡單；可實現(xiàn)無極調(diào)速；實現(xiàn)無塔升降，能機械自動擰卸鉆具；操作方便，使用工人少；可實現(xiàn)較遠距離操作，操作更加安全，甚至可實現(xiàn)遙控操作；但也存在不足：ａ、消耗功率大，機械效率低；ｂ、液壓原件精度要求高，對液壓油的質(zhì)量、過濾精度要求也很嚴格，因此維護保養(yǎng)較困難。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術272.2.2泥漿泵一、泥漿泵在鉆探工作中的作用

泵是通過一定的方式將動力機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w壓力能的設備。泥漿泵是泵在鉆探中應用的設備。有以下用途：提供沖洗液以清除巖屑；向孔底鉆具供給能量——如給渦輪鉆具、螺桿鉆頭、液動沖擊鉆具及其它水力沖擊鉆具提供動力；輸送特種物質(zhì)——如堵漏、封孔時，利用泵向孔內(nèi)灌注水泥漿或其它堵漏物質(zhì)；判斷孔內(nèi)情況——利用水泵的儀表在地面及時了解孔內(nèi)的一些情況。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術28二、泵的分類泵由于其能量轉(zhuǎn)換的方式不同，可分為不同的類型:容積式泵

動力式泵——離心泵、軸流泵等——靠旋轉(zhuǎn)葉輪進行能量轉(zhuǎn)換往復式泵——活塞泵、柱塞泵等回轉(zhuǎn)式泵——螺桿泵、齒輪泵等其它泵——電磁泵、水錘泵、噴射泵等——靠其它方式進行能量轉(zhuǎn)換靠密閉腔容積變化進行能量轉(zhuǎn)換鉆場上常用容積式活塞泵作為沖洗液循環(huán)泵。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術29NBQ25-380電驅(qū)動泥漿泵NBQ25-380型柴油驅(qū)動泥漿泵2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術30三、鉆探工作對泥漿泵的要求流量均勻且能在較大的范圍內(nèi)調(diào)整流量具有一定的強制壓力及較大的調(diào)壓范圍排量要穩(wěn)定具有超載承受能力和保護措施要適應野外施工的惡劣環(huán)境運移性要好2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術31四、往復式泵的工作原理圖2.9單作用泵工作原理示意圖圖2.10雙作用泵工作原理示意圖1-活塞；2-排水活門；3-吸水活門；4-活塞桿；5-排水管；6-吸水管；7-水源箱2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術32五、煤田鉆探常用泥漿泵

煤田鉆探常用的泥漿泵為幾個泵(常說幾缸)組成的泥漿泵。如NBB系列是由三個單作用活塞泵組成，而TBW系列是由兩個雙作用活塞泵組成。TBW系列泥漿泵2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術33NBQ35—600W型五缸泥漿泵2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術342.2.3動力機

現(xiàn)代巖心鉆探設備中，主要使用以下類型的動力機(動力驅(qū)動裝置)：電力驅(qū)動裝置——電動機內(nèi)燃機——汽油機、柴油機(常用)、用原油為燃料的燃燒室式內(nèi)燃機氣動動力機液動動力機在井下，尤其是在粉塵爆炸危險的礦井內(nèi)常用2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術352.2.4鉆塔及其附屬設備一、鉆塔1、鉆塔的作用 鉆塔是安裝鉆探設備和操作工人活動的場所。鉆塔在鉆進工程中主要用于起下鉆具；在處理事故時，用來處理井內(nèi)事故及起下套管。2、鉆探工作對鉆塔的要求要求鉆塔有足夠的承載能力及足夠的剛度；要求鉆塔有合理的高度及足夠的上下頂面積；此外，要求鉆塔自重輕，運移性好，拆卸、安裝、操作方便，安全可靠，制造成本低廉。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術36一、鉆塔3、鉆探的類型按制造鉆塔的材質(zhì)分類金屬鉆塔木質(zhì)鉆塔按鉆塔的構造分類三角鉆塔四角鉆塔兩腳輕便鉆塔桅桿式鉆塔二、鉆塔的附屬設備天車游動滑車提引鋼絲繩梯道安全欄桿或土電梯簡易場房防雨天棚蓋避雷針2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術37圖2.11帶普通手搖轆的三腳架2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術38圖2.13兩腳輕便鉆塔1-下主腿；2-中主腿；3-上主腿；4-副腿；5-天車帽；6-天輪；7-天輪軸；8-繃繩；9-塔衣繃繩；10-活動工作臺圖2.12四角鉆塔1-上部工作面活動棚頂；2-上部工作面；3-活動棚頂；4-玻璃窗；5-塔外安全掛梯2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術39圖2.14桅桿的結構及豎立形式a-整體豎立式；b-折疊式；c-伸縮式圖2.15角鋼四腳斜塔結構示意圖2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術402.2.5其它設備空壓機 提供高壓風，供空氣、泡沫風動沖擊鉆進使用。泡沫發(fā)生器、泡沫注入泵 這兩種設備是泡沫鉆進的專用設備。擰管器 立軸式、轉(zhuǎn)盤式鉆機配套擰卸鉆桿用。除砂(泥)器、振動篩 供除去泥漿中的巖屑使用。柴油發(fā)電機組 提供無電工區(qū)動力和照明電。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術41空壓機泡沫發(fā)生器擰管器泡沫注入泵2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術42除砂器振動篩2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術432.3.1設備安裝與開孔2.3鉆探工藝2.3.2硬質(zhì)合金鉆進2.3.3沖擊回轉(zhuǎn)鉆進2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術442.3.1.1設備的安裝

一、修筑地盤(平整場地)應注意的事項如下：①地盤的位置由設計位置確定。②地面應平整，且有一定的抗壓強度。③在山坡修筑地盤時，應注意靠山坡一面的坡度，對于堅硬穩(wěn)固巖石，一般不超過60°；對于松軟巖石坡度應小于45°。④填方面積不得超過地盤面積的四分之一；填方必須夯實。⑤需進行鑿巖爆破時，應嚴格按安全規(guī)程進行。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術45二、修建地基修建地基的主要目的是為了能承受鉆探設備等的荷重。常見的地基類型如下:淺槽地基——適合較實的土壤地面，基臺槽底墊石、土，夯實。如圖2-16(a)所示。臥枕地基——在比較松軟或填方部分不夠堅實時使用。如圖2-16(b)所示。豎樁地基——適用于承受性較差的潮濕地面或山坡地基的填方一側。如圖2-16(c)所示。深坑地基——一般用于較堅實的土壤上，作柴油機底的基礎。混凝土地基——表土軟硬不均或鉆進深孔時采用。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術46二、修建地基（a）（b）（c）圖2-16

地基的形式a:淺槽地基1-基臺木；2-基臺枕。b：臥枕地基1-臥枕地基；2-上、下基臺木；3-扒釘。c：豎樁地基1-上基臺木；2-下基臺木；3-扒釘；4-涂瀝青或柏油處；5-豎樁；6-螺絲桿2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術47

三、鉆塔安裝

在鉆孔位布置好的基臺上將使用的鉆塔豎起稱為鉆塔安裝。其安裝方法為：整體安裝——適合“A”字形鉆塔和三腳鉆塔。在地形平坦廣闊處四腳鉆塔安裝也可采用此法。分節(jié)安裝——多用于四腳鉆頭的安裝。 四、機械安裝

根據(jù)不同的機型，按照要求，依次將鉆機、中間軸、動力機、水泵等用螺桿固定在基臺上。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術48一、鉆孔的結構及其選擇

鉆孔結構是由孔口、孔深、孔壁等要素組成。在實際鉆進中遇特殊情況，可適當調(diào)整鉆孔的結構，但應滿足地質(zhì)或工程要求。右圖2-17為常見的鉆孔結構圖，有的僅下孔口管，有的可能還下幾層套管。圖2-17

鉆孔結構圖2.3.1.2開孔工作2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術49二、開孔開孔前及開孔過程中的注意事項:準備好所有鉆進用器材；對鉆探設備及安裝質(zhì)量進行全面的檢查；制定鉆孔的施工方案和技術措施；要防止孔斜；應注意護壁；鉆進規(guī)程應該輕壓慢轉(zhuǎn)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術50一、硬質(zhì)合金鉆進的定義 利用鑲焊在鉆頭上的硬質(zhì)合金切削具，作為破碎巖石的工具，這種鉆進方法通稱為硬質(zhì)合金鉆進。二、硬質(zhì)合金鉆進的特點硬質(zhì)合金鑲焊在鉆頭體上比較堅固、方便；可以靈活改變鉆頭結構參數(shù)；操作簡單方便；易保證鉆孔質(zhì)量；成本低；但受硬質(zhì)合金本身強度和耐磨性限制，此法不能鉆進堅硬、強研磨性巖石。2.3.2硬質(zhì)合金鉆進2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術51

三、孔底碎巖過程

1、塑性巖石中的碎巖過程切削具在Py作用下切入巖石，在Px作用下作回轉(zhuǎn)運動，切削具前面的巖石不斷塑性流動，并自由滑移，這種現(xiàn)象為切削。如圖2-18所示。圖2-18切削具在雙向力作用下切入塑性巖石2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術52 2、塑脆性巖石中的碎巖過程在塑脆性巖石中，巖石破碎大體分為三個過程，即吃入、小剪切、大剪切，如圖2-19所示。（a）（b）（c）

圖2-19切削具破碎塑脆性巖石的過程（a）-切入；（b）-小剪切；（c）-大剪切2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術53四、切削具的磨損

在實際的鉆進過程中，切削具的不同部位磨損程度有很大差異，切削具出刃的內(nèi)、外磨損量是不均勻的，如圖2-20所示。y外>y內(nèi)>yt外>t內(nèi)>t

隨著切削具的磨損，與巖石接觸面積加大，因而，引起單位面積上的比壓下降，機械鉆速減小。y——切削刃磨損高度；y內(nèi)——切削刃內(nèi)側磨損高度；y外——切削刃外側磨損高度；t——刃端磨損寬度；t內(nèi)——刃端內(nèi)側磨損寬度；t外——刃端外側磨損寬度；b——環(huán)槽寬度（切削寬度）；r——環(huán)槽內(nèi)徑；R——環(huán)槽外徑圖2-20切削具的實際磨損情況2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術54

沖擊回轉(zhuǎn)鉆進是將沖擊式鉆進和回轉(zhuǎn)式鉆進結合起來的一種鉆進方法，其孔內(nèi)鉆具的結構是在一般回轉(zhuǎn)鉆進鉆具的基礎上，加上一個沖擊器。在取心鉆進中，沖擊器安裝在巖心管上端；在無心鉆進中，則直接安裝在鉆頭的上方。 該方法不但可提高硬巖鉆進效率，而且降低鉆頭的磨損，并有利于防斜。鉆頭的選擇既可采用硬質(zhì)合金鉆頭，也可用金剛石和牙輪鉆頭。2.3.3沖擊回轉(zhuǎn)鉆進2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術55

一、沖擊器的分類 沖擊器是沖擊回轉(zhuǎn)鉆進的關鍵部位，按動力方式分為：液動沖擊器：采用高壓水或泥漿做動力介質(zhì)。氣動沖擊器：又稱氣動潛孔錘，采用壓縮空氣作為動力介質(zhì)。機械作用式?jīng)_擊器：利用某種機械運動，在鉆具回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生沖錘上下的動作。 其中，在鉆探工作中，液動沖擊器和氣動沖擊器使用較多。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術56二、液動沖擊器

(一)液動沖擊器的類型

(二)液動沖擊器的工作原理

1、閥式正作用液動沖擊器 閥式正作用液動沖擊器是以液壓推動沖擊錘下進行沖擊，用彈簧恢復其原位特征，其工作原理如圖2-21所示。液動沖擊器的類型閥式無閥式射吸式反作用雙作用射流式正作用圖2-21閥式正作用液動沖擊9-器工作原理圖1-外殼；2-活閥座墊圈；3-閥簧；4-活閥；5-沖錘活塞；6-錘簧；7-鐵砧；8-緩沖墊圈2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術57

(二)液動沖擊器的工作原理

2、無閥式射吸液動沖擊器

SX—54Ⅲ型射吸式?jīng)_擊器由云南地礦局研制，其工作原理、結構簡單，如圖2-22所示。 該沖擊器利用高壓液流噴射時的卷吸作用，使閥與活塞、沖錘的上下腔產(chǎn)生交變壓力差，從而推動沖錘活塞往復運動。閥和活塞的回程和沖程均由液壓推動。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術58圖2-22SX-54Ⅲ型射吸式?jīng)_擊器工作原理圖a-未送水時的起始狀態(tài)；b-送水時的起始狀態(tài)；c-舉錘是的回程狀態(tài)；d-沖程開始1-噴嘴；2-上腔；3-活塞；4-閥；5-沖錘；6-下腔；7-砧子；8-低壓腔；9-高壓腔；10-產(chǎn)生水擊區(qū)；11-降壓區(qū)2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術59三、氣動沖擊器(潛孔錘)

(一)氣動沖擊器的分類

目前，潛孔錘根據(jù)配氣方式分為有閥和無閥兩大類。無閥潛孔錘因免去了配氣閥片，比有閥潛孔錘節(jié)約30%的空氣消耗，還具有零件少、結構簡單、加工制造容易等優(yōu)點。 根據(jù)閥的運行原理，分為控制閥、自由閥和混合閥三類。 根據(jù)排粉吹氣方式，分為中心排氣吹粉、前端排氣吹粉和旁側排氣吹粉。 根據(jù)活塞結構，分為同徑活塞、異徑活塞和串聯(lián)活塞。 根據(jù)整體結構，分為貫通式和非貫通式。 根據(jù)鉆頭數(shù)，分為單頭潛孔錘和多頭潛孔錘(或叫捆綁式，3~16個頭)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術60圖2-23無閥氣動潛孔錘結構示意圖1-單向閥；2-進氣道；3-上閥；4-上進氣道；5-內(nèi)缸體；6-沖錘；7-外殼；8-鉆頭；9-下排氣道；10下腔室；11-中心孔；12-上腔室 (二)無閥式氣動沖擊器的工作原理 結構如圖2-23所示。壓縮空氣經(jīng)接頭內(nèi)孔推開單向閥，經(jīng)過氣道進入沖錘下腔室，推動沖錘上行，上腔室內(nèi)的氣體從沖錘中心孔排出，當繼續(xù)上行接觸上閥時，中心孔被關閉，與此同時，沖錘②部位關閉下腔進氣道，沖錘再上行使沖錘①部位離開內(nèi)缸體時，從而打開上腔進氣道，使上進氣道與上腔室相通。此時沖錘③部位打開下排氣道，使下腔室的氣體從鉆頭中心孔排出，從而壓縮空氣推動沖錘下行直至沖擊鉆頭破碎井底巖石。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術61四、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進鉆頭

沖擊回轉(zhuǎn)鉆進鉆頭受力條件比較復雜。因此，液動沖擊回轉(zhuǎn)硬質(zhì)合金鉆頭具有以下特點:鋼體常采用40Cr、45CrNi合金鋼；選用抗沖擊性較強的合金；刃角較大，采用八角柱狀不對稱切削具較多；底出刃較大，多為平底形；水口通道斷面較大，有利于冷卻和減少背壓，水口形式多采用三角形和半圓形。 常用的液動沖擊回轉(zhuǎn)硬質(zhì)合金鉆頭的結構如圖2-24所示。 潛孔錘鉆進選用的鉆頭承受較大動載荷及摩擦作用，要求鉆頭體具有較高的表面硬度和較好的耐磨性及足夠的沖擊韌性。鉆頭有刃