《巖土鉆掘工程學(xué)》第六章沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)與沖擊、振動鉆進(jìn)培訓(xùn)PPT

1、第六章 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)與沖擊、振動鉆進(jìn)1、概述；2、液體和氣動沖擊器；3、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭;4、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝;5、鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)及振動鉆進(jìn)工藝. 國家精品課程7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)是在鉆頭已承受一定靜載荷的基礎(chǔ)上，以縱向沖擊力和回轉(zhuǎn)切削力共同破碎巖石的鉆進(jìn)方法。與常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法相比，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)只要用不大的沖擊力，便可以達(dá)到破碎堅(jiān)硬巖石的效果。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)最適用于粗顆粒的不均質(zhì)巖層，在可鉆性級，部分級的巖石中，鉆進(jìn)效果尤為突出。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)不僅應(yīng)用于硬質(zhì)合金鉆進(jìn)，還應(yīng)用于金剛石鉆進(jìn)及牙輪鉆進(jìn)。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)不僅可提高效率和鉆頭壽命，而且還可解決“堵心” 、“打滑

2、”、“防斜”等問題。在巖土工程的大口徑施工中也有用武之地。 第一節(jié) 概述巖土鉆掘工程學(xué)國家精品課程 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的核心部件是沖擊器，根據(jù)驅(qū)動介質(zhì)類型可分為液動沖擊器和氣動沖擊器。 液動沖擊器以高壓水或泥漿驅(qū)動，對中硬以上巖石比單純回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)有明顯優(yōu)勢，還可與繩索取心相結(jié)合。廣泛用于地質(zhì)鉆探、水文水井、工程施工 、石油鉆井等領(lǐng)域。但由于自身沖擊能較小，故鉆進(jìn)效果仍低于氣動沖擊器。氣動沖擊器(風(fēng)動潛孔錘) 以壓縮空氣驅(qū)動。由于單次沖擊功大，上返巖屑風(fēng)速高，鉆進(jìn)效率可比液動沖擊器高23倍。近年來出現(xiàn)了貫通式?jīng)_擊器、跟管鉆進(jìn)、成集束式潛孔錘用于大口徑鉆進(jìn) 、潛孔錘解卡、起拔套管等。鉆孔深度從埋線桿孔2.

3、3m油氣井1000m以上。 第一節(jié) 概述7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié) 液動和氣動沖擊器一、液動沖擊器 液動沖擊器根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為:閥式液動沖擊器 又可分為: (1) 正作用閥式液動沖擊器; (2) 反作用閥式液動沖擊器; (3) 雙作用閥式液動沖擊器.無閥式液動沖擊器 又可分為: (1) 射流式液動沖擊器; (2) 射吸式液動沖擊器。7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室1.閥式液動沖擊器1.1 正作用沖擊器液體壓力推動沖錘下行沖擊，彈簧力復(fù)位“正作用” 。沖錘5在簧6作用下處上位，中孔被活閥4蓋住，液流瞬間被阻，液壓產(chǎn)生水錘。沖錘和活閥一同下行，壓縮閥簧3和錘簧；活閥下

4、行時被閥座9限制與沖錘脫開，液流經(jīng)中心孔流向孔底，液壓，活閥在閥簧作用下返位；沖錘在動能作用下利用慣性繼續(xù)運(yùn)行，沖擊鐵砧7，沖擊能量經(jīng)鐵砧巖心管接頭鉆頭。沖錘在錘簧力作用下彈回再次與活閥接觸。第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 其主要特點(diǎn)：(1)正作用沖擊器結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，調(diào)試容易。 (2)沖擊器中彈簧的反作用要消耗一部分能量，抵消了很大一部分高壓液流所產(chǎn)生的沖擊力。(3)彈簧在1500次min或更高的循環(huán)壓縮、伸張下，容易損壞。 第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室1.2 反作用沖擊器利用高壓液流推動沖錘上行，壓縮工作彈簧儲存能量

5、，經(jīng)彈簧釋能作功。高壓液流進(jìn)入，由于水路封閉當(dāng)沖錘上下端壓力差超過彈簧1的壓縮力和沖錘本身質(zhì)量時，迫使沖錘上行，并壓縮工作彈簧儲存能量；同時，鐵砧4的水路被逐步打開，高壓液流流向孔底，液壓下降，沖錘利用慣性繼續(xù)上行到上死點(diǎn)時，沖錘利用自身質(zhì)量和工作彈簧的彈力使沖錘急速向下沖擊鐵砧。同時，由于沖錘與鐵砧相接觸而又封閉了液流通向孔底的通路，液壓開始上升，當(dāng)上升到一定值再次作用于沖錘使其上行，開始第二個工作周期。 第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室反作用沖擊器的主要特點(diǎn)： (1)對沖洗液的適應(yīng)能力較強(qiáng)；(2)可獲得較大的單次沖擊功；(3)沖擊器內(nèi)部的壓力損失較小，效率較

6、高。 該類沖擊器的主要缺點(diǎn)是需要剛度較大的彈簧，工作壽命只有40lOO小時。 第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室1.3 雙作用沖擊器沖錘正沖程和反沖程均由液體壓力推動。鉆具自重使活接頭f壓緊到外套g處，工作腔d的液流分別作用在活閥2和塔形沖錘6上，由活閥上下端的壓差使活閥上移到最上位置；沖錘活塞上、下面積不同產(chǎn)生壓差使其向上移動；當(dāng)沖錘上行到與活閥接合時，通道d1被關(guān)閉，沖錘與活閥一起急速下行，當(dāng)下行h時，活閥被支撐座4限止，沖錘與活閥分離，借助慣性繼續(xù)下行到s時，沖擊砧子9；由于沖錘中心通道被打開，液流恢復(fù)循環(huán)，在液流壓力作用下，活閥與沖錘急劇上行，周而復(fù)始。第

7、二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室其主要特點(diǎn)：（1）雙作用液動沖擊器的液流能利用率較大；（2）結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，部分零件磨損較快等缺點(diǎn)。第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室2.無閥沖擊器2.1 射流式?jīng)_擊器雙穩(wěn)射流元件控制的液動沖擊鉆具。高壓水射流從噴嘴噴出產(chǎn)生附壁作用。若先附于右壁，高壓液流則流入通道C并進(jìn)入缸體上部，推活塞下行，沖錘沖擊砧。在C輸出高壓水的同時，有一小股高壓液流(反饋信號)進(jìn)入D控制孔。在活塞行程末了時，反饋信號很強(qiáng)，促使射流由C切換到E輸出，高壓液流由左通道輸出，進(jìn)入下腔，推動活塞向上。活塞上行時，反饋信號又回到F，射流

8、又切換到右輸出通道。如此反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)沖錘的沖擊動作。 第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室主要特點(diǎn):1)結(jié)構(gòu)簡單易操作；2)無彈簧及配水活閥等零件，壽命較長；3)能量利用率較高；4）工作時不易堵水較好預(yù)防燒鉆及蹩泵等事故；5）鉆進(jìn)中產(chǎn)生的高壓水錘波比閥式?jīng)_擊器小，鉆具工作較平穩(wěn)，能減少水泵、沖擊器及高壓管路等零件損壞. 第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室2.2 射吸式液動沖擊器利用液流高速噴射時產(chǎn)生的卷吸作用及閥與沖錘間壓力與位移的綜合反饋關(guān)系，通過閥與沖錘、活塞上腔與下腔液流壓力差的正負(fù)交換而使沖錘反復(fù)運(yùn)動。主要特點(diǎn):第二節(jié) 液動和

9、氣動沖擊器（1）結(jié)構(gòu)簡單、零件少、無易損彈簧，工作壽命較長。（2）輸出輸入技術(shù)參數(shù)范圍較寬，能在高頻狀態(tài)下穩(wěn)定沖擊，耐背壓特性好。7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室3.其他型式的液動沖擊器:3.1 繩索取心式液動沖擊器不僅具有繩索取心鉆進(jìn)的各種優(yōu)點(diǎn)，同時沖擊載荷可克服繩索取心鉆進(jìn)鉆頭唇部較厚，鉆頭比壓較小在堅(jiān)硬致密巖石中鉆速較低的缺點(diǎn)。 3.2 孔底反循環(huán)液動沖擊器既可以實(shí)現(xiàn)局部反循環(huán)，又具有沖擊作用的孔底鉆具。第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室二、風(fēng)動沖擊器也稱風(fēng)動潛孔錘，以壓縮空氣作為介質(zhì)工作，壓縮空氣也兼做沖洗介質(zhì)，因此也具有空氣鉆進(jìn)的一些特點(diǎn)。實(shí)踐表

10、明，風(fēng)動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的效率一般比液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)高0.751.6倍，主要原因是風(fēng)動沖擊的單次沖擊能量較大，且孔底沖洗效果較好。使用風(fēng)動沖擊器鉆進(jìn)時，需配備能力較大的空壓機(jī)，燃料消耗較大，設(shè)備也較復(fù)雜。 第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室1. 有閥沖擊器1.1 壓差式斜面蝶狀閥配氣裝置所謂壓差式是以風(fēng)動沖擊器活塞運(yùn)動方向的前方增壓，后方減壓所造成的壓力差來實(shí)現(xiàn)閥的變位，從而達(dá)到配氣的目的。第二節(jié) 液動和氣動沖擊器圖 . 斜面蝶狀閥配氣裝置1-閥箱，2-閥片，3-閥座。蝶狀閥片為圓形，兩面帶有斜面，靠閥片左右擺動實(shí)現(xiàn)閥體變位。壓縮空氣P由風(fēng)動沖擊器上接頭進(jìn)入氣室A，經(jīng)

11、開啟的左側(cè)氣孔沿B進(jìn)入下氣室，推動活塞上行。產(chǎn)生壓差后，蝶狀閥片在壓差作用下擺動變位，閥的右翼開啟而左翼蓋嚴(yán)。于是壓縮氣體經(jīng)開啟的右側(cè)氣孔沿C向進(jìn)入上氣室，推動活塞向下運(yùn)動產(chǎn)生一次沖擊作用。7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室如果活塞串聯(lián)使用時，C1孔道的壓氣去下一個活塞的上氣室，推動活塞向下沖擊作功。壓縮氣體的少部分經(jīng)配氣閥中心孔、活塞中心孔流入孔底，沖洗巖粉。活塞向下沖擊又產(chǎn)生壓差，閥片又?jǐn)[動變位，開始第二個循環(huán)工作。 壓差式斜面蝶狀閥配氣裝置主要用于美國英格索蘭公司制造的DHD系列風(fēng)動沖擊器上。該類型配氣裝置動作靈敏可靠，但閥片加工較困難。 第二節(jié) 液動和氣動沖擊器圖 . 斜面蝶狀閥

12、配氣裝置1-閥箱，2-閥片，3-閥座。7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室1.2 防空打機(jī)構(gòu)及工作原理潛孔錘工作時，活塞的沖擊能通過鉆頭直接傳至孔底巖石，缸體不承受沖擊載荷。即使在懸吊狀態(tài)時，亦不允許承受沖擊負(fù)荷（即所謂空打）。用防空打孔來實(shí)現(xiàn)這一功能。當(dāng)潛孔錘處于懸吊狀態(tài)時，鉆頭23及活塞9均借助于自重向下滑行一段距離，則防空打孔露 出，于是來自配氣機(jī)構(gòu)的壓氣被引入缸體，并經(jīng)活塞中心孔道及鉆頭孔道流入孔底，使?jié)摽族N自行停止工作。 第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室1.3 配氣機(jī)構(gòu)及工作原理(1) 返回行程工作返回行程閥片7,活塞9處于下限壓氣經(jīng)閥片7后面、閥

13、蓋6上的軸向與徑向孔進(jìn)入環(huán)形腔至氣缸前腔，推動活塞向上運(yùn) 動。氣缸上腔經(jīng)活塞9及鉆頭23的中心孔與孔底相通壓氣使活塞9加速向上運(yùn) 動。當(dāng)活塞9端面與配氣桿22配合時，上腔排氣孔關(guān)閉處于壓縮狀態(tài)活塞做減速運(yùn)動。第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室活塞桿端面越過襯套12上的溝槽時，下腔壓氣經(jīng)鉆頭中孔與大氣通，在壓差作用下閥片7迅速上移關(guān)閉下腔氣路，開始沖擊行程的配氣工作。 (2) 沖擊行程工作原理沖擊行程開始活塞和閥片均處于極上位置壓氣經(jīng)閥蓋和閥座的徑向孔進(jìn)入氣缸上腔推動活塞高速向下運(yùn)動沖擊鉆頭。當(dāng)活塞行至襯套的花鍵槽被關(guān)閉時下腔壓力開始上升活塞上端中心孔離開配氣桿上腔

14、通大氣壓力降低，工作行程結(jié)束?；钊麤_擊鉆頭尾部后閥片因其上、下壓差作用換向活塞重復(fù)返回行程動作。 第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室2. 無閥潛孔錘潛孔錘控制活塞往復(fù)運(yùn)動的配氣系統(tǒng)裝在活塞或氣缸壁上，活塞運(yùn)動時自動配氣。利用壓氣的膨脹功，推動活塞繼續(xù)運(yùn)動，從而減少了動力氣的消耗；取消 了復(fù)雜的配氣機(jī)構(gòu)，代之以簡單的配氣氣路，氣道路程短，氣壓損失小。主要有 國產(chǎn)W系列和國外DHD系列。W-200型的工作原理：壓縮空氣經(jīng)上接頭1、止逆塞4進(jìn)入進(jìn)氣座7下腔 ，然后氣體分成兩路：一路經(jīng)進(jìn)氣座7的中心孔道和節(jié)流塞10進(jìn)入活塞11和鉆頭16的中心孔道至孔底冷卻鉆頭和清除巖粉；

15、第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室另一路氣進(jìn)入外缸9和內(nèi)缸8間的環(huán)形腔(活塞運(yùn)動進(jìn)氣室)推動活塞上下運(yùn)動。進(jìn)氣室的氣體經(jīng)內(nèi)缸徑向孔及活塞上環(huán)形氣 槽進(jìn)入下缸，活塞開始向上運(yùn)動上移關(guān)閉進(jìn)氣氣路活塞靠氣體膨脹運(yùn)行 ，當(dāng)下缸與排氣孔相通時活塞靠慣性運(yùn)行.無閥潛孔錘返程包括進(jìn)氣、膨脹、慣性滑行三階段?；钊跊_程過程中，氣體經(jīng)活塞上環(huán)形氣槽進(jìn)入上缸經(jīng)歷沖程進(jìn)氣、空氣膨脹、活塞慣性滑行三階段，不同的是各階段運(yùn)行長度不同，沖程要保證有足夠的進(jìn)氣長度，使活塞獲得較大的速度，而具有較大的沖擊能。 第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室3. 油氣鉆井用的氣動

16、潛孔錘空氣錘提離井底時，壓縮空氣從公接頭流到鉆頭清理井眼，并沒有激發(fā)活塞。當(dāng)空氣錘放到井底同時加上鉆壓時，鉆頭接頭被壓緊到空氣錘內(nèi)部密封艙上。活塞的一個通氣口(流體通過活塞的流道之一)對準(zhǔn)控制桿的一個窗口，壓縮空氣活塞底部空間推動活塞向上運(yùn)動。在活塞上行中，沒有空氣通過鉆頭流到孔底。實(shí)際上吹洗巖屑的工作暫停了。 第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室活塞到達(dá)沖程頂部時，活塞的另一個通氣口對準(zhǔn)了控制桿的一個窗口，壓縮空氣活塞上方空間迫使活塞向下運(yùn)動活塞撞擊鉆頭接頭上方。同時，控制桿的底閥打開，鉆柱內(nèi)部的空氣通過控制桿、鉆頭接頭以及鉆頭噴嘴吹向孔底帶走巖屑。鉆頭上的沖擊力

17、使得鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖的效率大大提高。這種輪流的沖擊，使得空氣錘能夠以較低的鉆壓鉆進(jìn)。 第二節(jié) 液動和氣動沖擊器7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第三節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭 0、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭的特點(diǎn)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時鉆頭剛體承受沖擊荷載、軸向靜載和扭矩，剛體材料強(qiáng)度要高于普通鉆頭40Cr、45CrNi合金鋼；取心沖擊鉆頭壁厚較普通取心鉆頭厚，一般壁厚1020mm，鉆頭體長度較長(140mm)；而氣動沖擊回轉(zhuǎn)鉆頭壁厚更大或多采用全面鉆進(jìn)型式；鉆頭體的外形多呈多邊形，以增大通水、通氣面積；為使鉆頭切削具承受大沖載，多采用YGl5或粗粒YG11C硬質(zhì)合金切削具，多采用圓柱狀、八角狀和球齒形狀。切削

18、具的出刃形式多為平底形，且出刃量較大。7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第三節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭 一、液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭1.硬質(zhì)合金鉆頭（1）普通大八角硬合金鉆頭可帶肋骨或不帶肋骨。肋骨厚3mm以增大通水面積，內(nèi)、外出刃3mm，底出刃5mm，刃尖角90100，適于鉆進(jìn)58級中硬巖石。 （2）長片狀肋骨式硬合金鉆頭鉆頭內(nèi)肋骨與鋼體成一體。外肋骨厚4mm，外出刃1.5mm，內(nèi)出刃1mm，底出刃5mm，沖擊刃角110。適用于低頻大沖擊功液鉆進(jìn)中硬巖石。7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第三節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭（3）異形硬合金鉆頭利用異形截面鉆頭體增大液流斷面，減少流阻背壓和巖心

19、堵塞。鑲焊6粒硬質(zhì)合金，內(nèi)、外出刃各1mm，底出刃2.53mm，合金刃尖角90100，適于在57級中硬巖石中使用。 7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第三節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭 2. 金剛石鉆頭 液動沖擊回轉(zhuǎn)金剛石鉆頭主要是孕鑲?cè)⌒你@頭，常用在堅(jiān)硬“打滑”地層常用高頻低沖擊功的液動沖擊器。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：(1) 首選人造孕鑲金剛石鉆頭或聚晶體鉆頭；(2) 選用高強(qiáng)度的或經(jīng)過渾圓化和金屬鍍層處理的金剛石；(3) 因金剛石單晶抗沖擊韌性與粒度成反比，故粒度不要太大，可選7080目金剛石，金剛石濃度75%左右；(4) 要有足夠的胎體強(qiáng)度和硬度，避免沖擊破裂，一般選中硬-硬胎體，唇面形狀以平底形、圓弧

20、形和同心圓尖齒形為好；(5) 由于沖洗液量大，鉆頭的過水面積應(yīng)增大，除主水口外增設(shè)副水口，加長加深鉆頭鋼體內(nèi)壁水槽，適當(dāng)增大胎體外徑。 7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第三節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭 二、風(fēng)動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)（潛孔錘）鉆頭多為全面鉆頭整體式和分體式。根據(jù)碎巖材料可分為硬質(zhì)合金型和金剛石加強(qiáng)型。切削刃形狀分為刃片型、柱齒型和片柱混裝型。 1. 柱齒1.1 硬質(zhì)合金柱齒 硬質(zhì)合金牌號：K4012A，“K” 表示礦產(chǎn)開采用，“40”表示半球形柱齒，“12”表示直徑為12mm，“A”表示高度。半球齒強(qiáng)度最高，錐球齒次之，楔形齒最低；但鑿巖效率相反。鉆鑿極堅(jiān)硬和堅(jiān)硬、磨蝕性強(qiáng)的巖石采用

21、半球齒，鉆鑿中硬或堅(jiān)硬、性脆的巖石采用錐球齒，鉆進(jìn)軟巖時宜采用楔形齒。 7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室硬合金柱齒耐磨性較低，鉆進(jìn)堅(jiān)硬磨蝕性巖石時周邊柱齒磨損嚴(yán)重，最好的辦法是采用金剛石加強(qiáng)柱齒。1.2 金剛石加強(qiáng)柱齒有聚晶型和孕鑲型將金剛石層復(fù)合到硬質(zhì)合金柱齒頭部，利用硬質(zhì)合金良好的沖擊韌性?？裳娱L鉆頭壽命，提高鉆速降低鉆進(jìn)成本。聚晶型柱齒在金剛石壓機(jī)上高溫高壓燒結(jié)而成。為克服金剛石聚晶層與硬質(zhì)合金基體的熱膨脹系數(shù)不同，彈性模量不同，在金剛石聚晶與硬質(zhì)合金基體間采用了兩層過渡層。孕鑲型柱齒在中頻爐上采用熱壓法燒結(jié)而成 ，金剛石含量為75%左右，采用了特殊配方和燒結(jié)工藝使金剛石層與硬合

22、金基體牢固連接。 第三節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第三節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭 2潛孔錘柱齒鉆頭 用冷壓方法在鉆頭體中嵌裝柱齒。鉆頭的柱齒在鉆進(jìn)過程中能自行修磨，使鉆速穩(wěn)定；柱齒損壞20%時鉆頭仍可繼續(xù)工作，而刃片型鉆頭崩角后便不能使用?？煞譃槎硇?、三翼形和四翼形鉆頭。圖中J-200型四翼鉆頭宜用在中硬及中硬以下巖石 。近似于半球形的頭部（亦稱球齒形鉆頭）使邊齒傾斜角近45提高鉆頭壽命。 可分為平頭型、圓弧型、中凹型及中凸型等。圓弧型和中凸型鉆速較高。中凹型由于凸出的巖核起定心作用，所以能鉆較直的炮孔。 7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第四節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)

23、鉆進(jìn)工藝 一、沖擊回轉(zhuǎn)破巖機(jī)理沖擊使接觸應(yīng)力瞬間達(dá)極大，應(yīng)力集中，巖石產(chǎn)生裂紋。沖擊速度巖石脆性，裂隙發(fā)育，不大的沖擊能（數(shù)十焦耳）就可破碎極堅(jiān)硬的巖石。鉆頭上同時作用軸向靜載、沖擊力和回轉(zhuǎn)力矩。刃具具有沖擊碎巖和回轉(zhuǎn)碎巖兩者的特征。根據(jù)沖擊和回轉(zhuǎn)碎巖作用的主次，又將沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)分為沖擊-回轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)-沖擊兩種碎巖形式。 7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室1. 沖擊-回轉(zhuǎn)碎巖主要以沖擊載荷碎巖為主，軸向靜壓力主要用來克服鉆具的反彈力，改善沖擊能的傳遞?；剞D(zhuǎn)力矩主要是使切削具沿孔底剪切兩次沖擊間殘留的巖石脊峰。擬訂最佳回轉(zhuǎn)速度時 ，應(yīng)能夠?qū)⒅虚g凸起的扇形巖脊剪碎。沖擊器具有低頻率，大沖擊功，

24、風(fēng)動潛孔錘即屬此類。利用這種沖擊剪崩和回轉(zhuǎn)剪切作用，造成脆性巖石大顆粒巖體的剝離。隨巖石脆性與硬度增大，碎巖效果愈顯著。 第四節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第四節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝2. 回轉(zhuǎn)-沖擊碎巖回轉(zhuǎn)-沖擊碎巖是把高頻低沖擊功，加在一般回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的硬質(zhì)合金鉆頭或金剛石鉆頭上。主要用于小口徑鉆進(jìn)，液動沖擊器即屬此類。破巖機(jī)理：巖石受高頻沖擊力后，一方面在刃具接觸處產(chǎn)生應(yīng)力集中，增大了破碎體積；另一方面巖石內(nèi)部分子被 迫振蕩而產(chǎn)生疲勞破壞并降低了強(qiáng)度，再加上軸向的靜壓和回轉(zhuǎn)切削，增加了破巖的效果。 7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第四節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝二、

25、影響沖擊回轉(zhuǎn)碎巖效果的因素沖擊能量對碎巖效果的影響 并非沖擊器的沖擊能量越大越好。評定碎巖效果還必須考慮碎巖比功。無論單次或多次沖擊鉆進(jìn)，A和a的關(guān)系分成AA0傷痕區(qū)，沖擊能小，巖石不產(chǎn)生破碎坑，巖粉很細(xì)，因而比功很大；A0AAc過渡區(qū) ，比功a變化不大；AAc穩(wěn)定區(qū)，比功a較小且變化不大 。對一般巖石，沖擊能量Ac=10J/cm，破碎比功a有穩(wěn)定值。7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第四節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝 2. 沖擊間隔對碎巖效果的影響 兩次沖擊之間切削刃回轉(zhuǎn)一個角度稱為沖擊間隔。反映了轉(zhuǎn)速與沖擊頻率之間的關(guān)系，使兩次沖擊間的巖脊能被全部剪崩或切削掉的最大間隔，稱為“最優(yōu)沖擊間隔”，

26、常用相鄰兩次沖擊間的最優(yōu)夾角表示；最優(yōu)沖擊間隔與沖擊器的沖擊功、巖性、沖齒圓弧半徑R和切削刃角有關(guān)；隨沖擊功巖石的最優(yōu)角，花崗閃長巖，當(dāng)A=6.1J/cm時， =5 ；A=12.5J/cm時, =7.5。隨巖石硬度最優(yōu)角，如A=6.1J/cm時大理巖 =7.5，花崗巖 =5。 7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第四節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝3. 沖擊應(yīng)力波對碎巖效果的影響沖擊力以應(yīng)力波的形式傳給巖石，對碎巖效果有重要影響。細(xì)長沖錘入射波幅值低作用時間長；短而粗沖錘入射波幅值高作用時間短。圖中沖錘質(zhì)量相同，但入射波形卻不同。入射波形對碎巖的影響：緩和入射波比陡的鑿入效率高，因鑿入初不需很大的力，

27、隨刃具侵深增加，所需力也增大，故緩和波形與之匹配。改變?nèi)肷洳ㄐ螤?，除調(diào)整活塞的形狀和斷面積之外，還可以用調(diào)整撞擊面的接觸條件來達(dá)到。 7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第四節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝 三、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù) 1、鉆壓鉆壓給巖石內(nèi)部預(yù)應(yīng)力，改善沖擊能量的傳遞條件。但鉆壓 切削刃單位進(jìn)尺磨損量，為刃磨損，鉆壓不能過大，但必須克服沖擊器反彈力。硬合金液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)：硬度不大弱研磨性巖石要充分發(fā)揮回轉(zhuǎn)切削碎巖作用，應(yīng)采用較大鉆壓。堅(jiān)硬強(qiáng)研磨性巖石應(yīng)發(fā)揮沖擊碎巖的作用，鉆壓可相對小些。金剛石鉆頭以微切削與磨削為主，沖擊為輔，故巖石越硬所需鉆壓越大，鉆頭口徑 鉆壓也應(yīng) 。風(fēng)動潛孔錘全面

28、鉆頭，沖擊功大，鉆壓對碎巖的影響較小，據(jù)報導(dǎo)，其鉆壓為液動沖擊的1/3就可獲得較好的鉆進(jìn)效果。 7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第四節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝 2、轉(zhuǎn)速風(fēng)動和液動潛孔錘選擇轉(zhuǎn)速方法相同硬合金潛孔錘回轉(zhuǎn)僅是為改變切削刃破巖的位置，若轉(zhuǎn)速過慢，切削刃將打入先前的坑穴中使鉆頭回轉(zhuǎn)受阻。若轉(zhuǎn)速過快，會導(dǎo)致切削刃過早磨損。所以，轉(zhuǎn)速是否合理將直接影響鉆速和鉆頭壽命。合理轉(zhuǎn)速主要據(jù)最優(yōu)沖擊間隔來確定。金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為充分發(fā)揮多刃切削研磨巖石，轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量提高。如J-200型風(fēng)動潛孔錘鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)速一般1530r/min。而孕鑲金剛石沖擊回轉(zhuǎn)應(yīng)開高轉(zhuǎn)速，一般500700r/min。 7/24

29、/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第四節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝 3、泵壓和泵量沖洗流量不僅影響洗井質(zhì)量，而且直接影響沖擊器的工作性能（沖擊功和沖擊頻率），從而影響鉆進(jìn)效率。液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中，一般隨泵量增加，機(jī)械鉆速也增加。因此，只要巖層允許，泵的能力足夠，就應(yīng)采用大泵量。泵壓的規(guī)律：沖擊器在0.50.6MPa開始工作，當(dāng)1.82.0 MPa時沖擊器工作穩(wěn)定，平均每百米增加0.20.3MPa，泵壓相應(yīng)增加。 7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室風(fēng)動潛孔錘鉆進(jìn)，因鉆速快單位時間產(chǎn)生的巖屑多而重，故需比空氣鉆進(jìn)大的風(fēng)量才能使井底干凈。潛孔錘本身也需一定風(fēng)量才能正常工作。具體風(fēng)量應(yīng)根據(jù)潛孔錘對風(fēng)量的要

30、求和鉆孔環(huán)狀上返風(fēng)速計算來定，選擇其大者。潛孔錘工作風(fēng)壓要大于上、下配氣室的壓差，潛孔錘活塞才能作上下往復(fù) 運(yùn)動。目前，國產(chǎn)潛孔錘：低壓潛孔錘，所需風(fēng)壓是0.50.7MPa；高壓潛孔 錘為0.81.1MPa。鉆進(jìn)時還需加上隨鉆孔加深帶來的沿程壓降(0.0015MPa/m) 和克服水位以下的水柱壓力。 第四節(jié) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 一、鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)工藝鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)借助一定重量的鉆頭，在一定的高度內(nèi)周期地沖擊井底，使巖石破碎而獲得進(jìn)尺。在每次沖擊之后，鉆頭在鋼絲繩帶動下，回轉(zhuǎn)一定角度，從而使鉆孔得到規(guī)則的圓形斷面。應(yīng)用范圍:(1) 鉆鑿大直徑水井；(2) 鉆

31、鑿露天礦山爆破孔；(3) 用于鉆進(jìn)基礎(chǔ)樁孔、連續(xù)墻鉆孔、壩基處理孔以及其它工程孔；（4）鋼絲繩沖擊鉆，只能鉆進(jìn)垂直孔。第五節(jié) 鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)與振動鉆進(jìn)工藝7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第五節(jié) 鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)及振動鉆進(jìn)工藝1.鉆具 鉆頭、沖擊鉆桿、鋼絲繩接頭、撈砂筒1.1 鉆頭與鉆桿鋼絲繩沖擊鉆頭為使沖擊力更集中施加于巖石。鉆頭底部帶有各種刃角的切削刃。一般軟巖取6580中硬9011 0硬巖110120。為減少孔內(nèi)巖粉漿對鉆頭運(yùn)動的阻力，增大沖擊力，鉆頭體上開有流通巖粉漿的溝槽。鉆頭形狀有：一字形、工字形、十字形、馬蹄形或圓形。目前普遍用 十字形帶副刃的鉆頭. 沖擊鉆桿為實(shí)心鉆桿以增加

32、自重 .7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第五節(jié) 鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)及振動鉆進(jìn)1.2 鋼絲繩接頭鋼絲繩接頭使鉆具在鋼絲繩扭力作用下，讓鉆頭每沖擊一次自動回轉(zhuǎn)一個角度。提升鉆具時整個鉆具因鋼絲繩拉伸而轉(zhuǎn)一個角度，鉆具下放時活套脫離墊片，鋼絲繩不受力而恢復(fù)扭緊，活套與墊片間產(chǎn)生滑動不會帶動鉆頭轉(zhuǎn)動。這樣鉆頭每沖擊一次轉(zhuǎn)一個角度。 1.3 抽筒又稱掏砂筒，用于撈取孔內(nèi)巖粉。其閥門有球形、半球形和平閥等形狀。7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 2.鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)規(guī)程2.1 鉆具重量單位刃長上鉆具重量取決于巖性：軟巖層-200300N/m；中硬巖層-350400N/m；硬巖層-500600N/m；極硬巖層-650800N/m。 2.2 沖擊高度沖擊運(yùn)動時鉆頭提離孔底的高度改變鉆機(jī)的曲柄和連桿的連接孔位，可改變沖擊高度。由于鋼絲繩彈性伸長，鉆機(jī)壓輪上下高度鉆頭沖擊高度。懸距=壓輪在最高點(diǎn)、鋼絲繩靜止、鉆頭距孔底的距離。沖擊高度通常取0.61.1m，極硬巖層取小值，軟巖取大值。懸距的最優(yōu)值一般為34cm。 第五節(jié) 鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)及振動鉆進(jìn)工藝7/24/2022中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室2.3 沖擊次數(shù)沖擊次數(shù)與沖擊高度有關(guān)一般粘土層 j=4.55m/s2；硬巖 j=66.5；清潔孔底 j=8.7。2.4 巖粉密度若巖粉密度懸浮差孔底巖粉墊鉆效，不同的巖性存在著最佳巖粉密度。