【岩土工程】潜孔锤钻进

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1、第四篇勘探工程技术·$%+(·!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"#潜孔锤钻进!"#$概述潜孔锤钻进是利用压缩空气作为循环介质，并作为驱动孔底冲击器的能源而进行的冲击回转钻进，它是空气钻进技术在破岩方法上的一项突破。这项技术是当代用途广泛和先进的钻探技术。潜孔锤钻进技术最先用于开采矿山，!%世纪&%年代末用于露天和井下采矿。"%年代至’%年代，对这种钻进方法在理论和技术上进行了大量探讨和研究，不断得到发展与完善。(%年代，潜孔锤钻进技术逐渐应用到水文水井钻探工作上。)%年代，美国水文水井钻进中采用潜孔锤钻进占

2、总工作量的("*，前苏联、澳大利亚等国家广泛采用潜孔锤钻进方法，在坚硬岩层、卵砾石类砂矿和水文水井钻进中都取得良好效果。)%年代以来，潜孔锤钻进技术在我国得到迅速发展。这项技术作为“多工艺空气钻进技术”项目的课题之一，列入地矿部“七五”重点科技攻关项目。$++%年通过技术鉴定。$++!年被国家科委列入《国家科技成果重点推广计划》。目前全国有$%%多个单位推广这项新技术，钻井近万眼，是钻井技术的一项重大突破，充分发挥了这项技术的优势和巨大生产力。潜孔锤钻进技术包括系列潜孔锤、贯通式潜孔锤、)%%,$!%%--的大直径潜孔锤、潜孔锤跟管钻具、扩孔钻具、取心钻具及其钻进工艺，应用范围比较广泛。!

3、"#$#$潜孔锤的工作原理根据配气装置的形式，潜孔锤可分为有阀式和无阀式两大类。!"#$#$#$有阀潜孔锤工作原理!.!%%型潜孔锤的结构见图&.!".$。当潜孔锤下入孔内后，在钻头接触井底前，钻头挂在最下端。活塞随钻头下行至下死点。此时"进气口被打开，开始·%’-,·岩土工程新技术实用全书!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!送气，压气推开止逆阀，进入配气室!，经气道至进气口"，经后气室、活塞中心孔、钻头中心孔排出，钻具处于洗孔状态。当钻头到井底后，钻头尾部则沿花键上行至图!"#$"%所示的位置，进气口"被堵，进

4、气孔#被打开，压气进入活塞下方，推动活塞上行。此时开始作功。图!"#$"#("##’型潜孔锤结构图%"上接头；#"密封图；)"弹簧；!"止逆阀；$"垫圈；*"密封垫圈；+"进气座；,"内缸；-"外缸；%’"喷嘴；%%图!"#$"%&"#’’型潜孔锤结构图"活塞；%#"隔套；%)"导向套；%!"圆键；%$"下接头；%*"钻头第四篇勘探工程技术·$&))·!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"#$#$#!无阀潜孔锤工作原理!%!!&型无阀潜孔锤结构见图’%!"%!。无阀潜孔锤是利用布置在活塞和气缸壁上的配气系统控制

5、活塞往复运动，即活塞运动时自动配气。它减少了配气装置，防止因阀片磨损而失效的现象，这是潜孔锤设计的一项大的改革。现以!%!&&型潜孔锤为例说明其工作原理。压缩空气由钻杆进入潜孔锤后，止逆阀’被打开。压缩空气进入潜孔锤的内腔，沿内缸(与外缸)之间的环状间隙，经活塞的环腔进入下气室，推动活塞上行。当活塞上行至下段活塞"点封闭内缸下口#后，压缩空气即停止向下气室进气。这时活塞靠下气室内压缩空气的膨胀，继续推动活塞上行。当活塞的上段$点超过缸的%点以后，由于活塞的中间环腔与内缸的上气室连通，压缩空气就进入气缸的上气室，此时活塞已接近上死点，靠惯性再向上移动。上气室聚集很大能量，以很大的动力驱动活塞

6、迅速下行，将最大的冲击能量施加于钻头，开始作功。!"#$#!潜孔锤钻进的主要优点潜孔锤钻进有以下优点：（$）钻进效率高。在坚硬岩层采用潜孔锤钻进比普通金刚石回转钻进效率提高几倍到十几倍。其机械钻速可达(*’&+,-，台月效率达千米以上。（!）钻头寿命长。一个直径!!&++球齿钻头在花岗岩地层可钻进"&&+，在石灰岩地层可钻进$&&&+。一台风动冲击器钻具可钻进数千米。（.）水文水井钻进中，成井质量高，出水量大。其出水量比其他工艺方法（如清水或泥浆循环）提高.&&左右。（’）需要钻压和转数较低，能改善钻杆扭矩和钻具工作条件。如直径!!&++的潜孔锤只需钻压$.*$/01即可达到很好的钻进效果

7、。（"）防斜效果好。由于钻压和转速低，潜孔锤钻进，一般情况下，每百米孔斜均小于$。!"#$#.应用范围可广泛用于基岩特别是坚硬的岩层钻进、第四系卵砾石层和水文水井钻进。在水利水电施工中应用于锚索孔、锚固孔、锚桩孔、爆破孔、排水孔钻进。在松散地层和卵砾石层钻进可采用潜孔锤跟套管钻进与潜孔锤相结合的扩底钻进并同步跟下套管的钻进技术，解决了多年来难以解决的钻进卵石层的老大难问题。这是潜孔钻进漂卵石层的一大突破。在水文水井钻进和