鉆探工藝課件第5章 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)

第五章沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)第一節(jié)概述第二節(jié)液動(dòng)沖擊器結(jié)構(gòu)及作用原理第三節(jié)風(fēng)動(dòng)沖擊器第四節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)設(shè)備及鉆頭第五節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)規(guī)程第六節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的操作及注意事項(xiàng)第一節(jié)概述鉆探工程以機(jī)械方式破碎巖石，最早是采用沖擊鉆進(jìn)方法，以后才發(fā)展到以回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為主的鉆進(jìn)方法。近幾十年來(lái)，鉆探工作者根據(jù)動(dòng)載荷比靜壓載荷能夠更加有效破碎堅(jiān)硬巖石的原理，研制成功了沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)是有機(jī)地綜合了沖擊鉆進(jìn)(單次破碎巖石作用)和回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)(連續(xù)破碎巖石作用)的一種鉆進(jìn)方法。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)主要是指在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的基礎(chǔ)上，加人一個(gè)沖擊器以提高鉆進(jìn)效率。在鉆頭上或巖心管上聯(lián)結(jié)一個(gè)專(zhuān)門(mén)的沖擊器，在鉆進(jìn)中給鉆具以一定的軸向壓力和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)沖擊器給鉆具以一定頻率的沖擊能量，在沖擊和回轉(zhuǎn)共同作用下，鉆頭破碎巖石，進(jìn)行鉆進(jìn)。它是在地面以動(dòng)力帶動(dòng)全套鉆具進(jìn)行回轉(zhuǎn)(并通過(guò)鉆具給鉆頭一定的軸向壓力)的同時(shí)，孔內(nèi)沖擊器以每分鐘幾百次至幾千次的頻率進(jìn)行沖擊。此沖擊力通過(guò)巖心管或直接傳至鉆頭：鉆頭上同時(shí)作用兩種載荷，即回轉(zhuǎn)方向的回轉(zhuǎn)力和軸向方向的沖擊力。所以稱(chēng)為沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。根據(jù)巖石破碎原理，在一定的軸向壓力下沖擊破碎巖石，巖石強(qiáng)度要降低50%～80%，所以上述沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)比鋼繩沖擊鉆進(jìn)效率要高3～5倍。又由于沖擊器放置在孔底，沖擊能量直接施加在鉆頭上，能量損失較少，因此它比地表沖擊器的鉆進(jìn)效率也要高許多。又由于在沖擊載荷作用下，堅(jiān)硬巖石易于實(shí)現(xiàn)體積破碎過(guò)程，所以，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)比一般的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，其效率也要高。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)提高鉆進(jìn)效率的原因，歸納起來(lái)有下列幾點(diǎn)：(1)沖擊載荷的特點(diǎn)是接觸應(yīng)力瞬時(shí)可達(dá)極高值，應(yīng)力比較集中。由于巖石的動(dòng)硬度要比靜硬度小，固易產(chǎn)生微裂紋。并且沖擊速度愈大，巖石脆性增大，有利于裂隙發(fā)育，因此，不大的沖擊功就可以破碎堅(jiān)硬巖石，而靜壓入時(shí)則需要很大的力。(2)切削刃的磨損減少。在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中切削刃具磨損減少的原因有：①?zèng)_擊破碎巖石時(shí)刃具與巖石的作用時(shí)間很短；②體積破碎的摩擦系數(shù)低于表面破碎時(shí)的摩擦系數(shù)，而在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中很容易達(dá)到體積破碎；③鉆速快，切削具的相對(duì)磨損就減少。(3)在沖擊時(shí)巖石上還加有一定的軸向壓力，改善了沖擊能量的傳遞條件，增大了沖擊效果。(4)由于連續(xù)高頻地給巖石施加沖擊載荷，所以在碎巖過(guò)程中裂隙發(fā)育較完全，更有利于破碎較硬巖石。(5)在沖擊中又有連續(xù)不斷的回轉(zhuǎn)切削作用，改變了沖擊載荷的傳遞方向，充分發(fā)揮了沖擊碎巖和切削碎巖的效果。二、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的發(fā)展概況沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的應(yīng)用已有上百年的歷史。早在19世紀(jì)60年代就有人進(jìn)行了潛孔式?jīng)_擊器的試制工作。早期在法國(guó)研制過(guò)低頻液動(dòng)沖擊器。后來(lái)，在原蘇聯(lián)和美國(guó)進(jìn)行過(guò)“渦輪錘”和“渦輪振動(dòng)鉆”的研究工作。20世紀(jì)30年代發(fā)展了風(fēng)動(dòng)潛孔錘。到50、60年代獲得了較為廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)40年代，原蘇聯(lián)葛莫夫研制了滑閥式正作用液動(dòng)沖擊器，美國(guó)巴辛格爾也研制了活閥式正作用液動(dòng)沖擊器。50年代美國(guó)的艾莫雷研制了活閥式及反作用沖擊器，到后期，就出現(xiàn)了種類(lèi)繁多的沖擊器。各類(lèi)沖擊器一直發(fā)展到現(xiàn)在，都取得了較大的發(fā)展。原蘇聯(lián)在1961年開(kāi)始成批生產(chǎn)Г一3A型沖擊器，1962年開(kāi)始大力推廣沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法。到1963年已有30個(gè)隊(duì)用此法鉆進(jìn)。此后新沖擊器不斷出現(xiàn)，1964年生產(chǎn)了使用泥漿的Г—5A型沖擊器；1965年生產(chǎn)ГМЛ一2小水量沖擊器；1970年生產(chǎn)Г—7型小口徑?jīng)_擊器；1973年出現(xiàn)了КТСГ一76型小口徑?jīng)_擊器和ГB—5型高頻沖擊器，開(kāi)始推廣金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；1975年到1976年成批生產(chǎn)口徑最小的KTCГ一59型、頻率更高的ГB一6型沖擊器，與此同時(shí)，研制了用于各類(lèi)地層的鉆頭和輔助設(shè)備和工具。例如，在Г一7和Г一9的基礎(chǔ)上改進(jìn)的KГCГ—7—76和KTCГ一9—59型沖擊器，并帶有專(zhuān)用的碎巖和輔助工具，它在金屬礦中可鉆孔深達(dá)800～1200m。在60年代中，原蘇聯(lián)將液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法用于常規(guī)口徑的硬質(zhì)合金鉆進(jìn)和鋼粒鉆進(jìn)中。70年代，原蘇聯(lián)則將這種鉆進(jìn)方法應(yīng)用到小口徑金剛石和硬質(zhì)合金鉆進(jìn)中。這樣便進(jìn)一步擴(kuò)大了液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法的使用范圍。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，到1980年已累計(jì)進(jìn)尺1000×104以上。原蘇聯(lián)采用液動(dòng)沖擊同轉(zhuǎn)鉆進(jìn)定向鉆孔已試驗(yàn)成功；并根據(jù)液動(dòng)沖擊器的作用原理，設(shè)計(jì)制造出可以處理孔內(nèi)卡鉆事故的沖擊振動(dòng)器；同時(shí)為了進(jìn)一步提高鉆進(jìn)效率，并研制出ГC—50型用于繩索取心鉆進(jìn)的液動(dòng)沖擊器裝置。此外，還大力發(fā)展了氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法。美國(guó)、法國(guó)、南非等國(guó)家也發(fā)展了沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法，并已將氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)視為現(xiàn)代各類(lèi)巖土鉆鑿施工中快速而經(jīng)濟(jì)的方法。這些國(guó)家將該技術(shù)作為“多工藝綜合鉆進(jìn)方法”的一部分，研制成功各類(lèi)沖擊器；如美國(guó)的英格索爾—蘭德(Ingersoll—Rand)公司的I—R系列；法國(guó)的A·S·S系列等，可與空氣循環(huán)介質(zhì)鉆進(jìn)、繩索鉆進(jìn)等配套使用。我國(guó)自1958年開(kāi)始研制沖擊回轉(zhuǎn)鉆具，許多單位在研制沖擊器和沖擊回轉(zhuǎn)取心鉆進(jìn)方面進(jìn)行了許多工作，但后來(lái)研究中斷。從1970年又開(kāi)始進(jìn)行研制，經(jīng)多年反復(fù)實(shí)踐，現(xiàn)已研制成功多種液動(dòng)沖擊器。沖擊器的結(jié)構(gòu)逐步趨于完善，并初步摸索出有關(guān)設(shè)備配套，管材規(guī)格，機(jī)械加工要求、鉆頭結(jié)構(gòu)類(lèi)型、鉆進(jìn)操作技術(shù)工藝及測(cè)試沖擊器性能等方面的經(jīng)驗(yàn)。原地礦部在“七五”期間，對(duì)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了全面的推廣工作，取得了良好的效果。到1987年，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，地礦、冶金、核工業(yè)三部?jī)H液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)累計(jì)進(jìn)尺已達(dá)130×104m。其中，金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)比重較大，已達(dá)60%左右，其余為硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。到1993年，我國(guó)在氣動(dòng)、氣液混合、大口徑工程鉆探、繩索取心、貫通式反循環(huán)連續(xù)取心等方面的沖擊器研制與使用，都取得了可喜的進(jìn)展，在某些方面的研究成果，顯示了我國(guó)的特色和同際領(lǐng)先水平。三、沖擊器的種類(lèi)目前國(guó)內(nèi)外所用的沖擊器，按其動(dòng)力方式可分為下列四種：(一)氣動(dòng)式?jīng)_擊器以壓縮空氣作為動(dòng)力工作介質(zhì)，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)沖擊器的沖錘產(chǎn)生沖擊作用。(二)液動(dòng)式?jīng)_擊器以高壓液流(清水、泥漿或其它類(lèi)型沖洗液)作為動(dòng)力工作介質(zhì)，推動(dòng)液動(dòng)沖擊器中的沖錘產(chǎn)生沖擊作用。(三)液氣混合式?jīng)_擊器以高壓液流為主，必要時(shí)輔以壓縮空氣，用兩種動(dòng)力工作介質(zhì)共同驅(qū)動(dòng)沖擊器的沖錘產(chǎn)生沖擊作用；當(dāng)前，在地質(zhì)鉆探中，采用氣動(dòng)式和液動(dòng)式的沖擊器較多，采用液氣混合式的較少。機(jī)械式?jīng)_擊器因其工作性能尚不能滿足鉆進(jìn)要求，還處于研究試驗(yàn)階段。液動(dòng)式?jīng)_擊器又可分為“正作用”、“反作用”和“雙作用”三種類(lèi)型。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)除可以提高鉆速外，又因所需軸向壓力較小，轉(zhuǎn)速較低，所以鉆孔不易彎曲，孔內(nèi)事故少，材料消耗低，因此，是當(dāng)前一種現(xiàn)實(shí)可行的高效、優(yōu)質(zhì)、低消耗的鉆進(jìn)方法。特別是在中等硬度以上的巖石中，其效率更為顯著。由于液動(dòng)沖擊器的類(lèi)型不斷增多，結(jié)構(gòu)不斷完善，性能不斷提高，磨料、鉆頭的品種不斷發(fā)展，以及相應(yīng)的設(shè)備和輔助工具逐步配套，使沖擊回轉(zhuǎn)鉆的應(yīng)用范圍愈加廣泛：(一)可用不同的磨料來(lái)鉆進(jìn)中硬、以及堅(jiān)硬巖層(二)可鉆進(jìn)裂隙發(fā)育及“打滑”巖層(三)鉆孔孔徑及鉆進(jìn)孔深均可滿足地質(zhì)鉆探的一般要求(四)可鉆進(jìn)定向鉆孔及采用繩索取心鉆進(jìn)(五)可進(jìn)行取心鉆進(jìn)或無(wú)巖心鉆進(jìn)(六)用于反循環(huán)及各種工程勘察施工已廣泛用于水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)、氣舉反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)中，并在巖心勘探、工程勘察施中得到應(yīng)用。取心鉆進(jìn)或無(wú)巖心鉆進(jìn)(六)用于反循環(huán)及各種工程勘察施工目前，各種貫通式及非貫通式液、氣動(dòng)沖擊器。已廣泛用于水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)、氣舉反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)中，并在巖心勘探、工程勘察施中得到應(yīng)用。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法雖然應(yīng)用日益廣泛，但尚須進(jìn)一步完善和提高。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的碎巖原理；研究、沒(méi)計(jì)新型的沖擊器；研制用于堅(jiān)硬巖層的大沖擊功的沖擊器，泥漿鉆進(jìn)用的沖擊器等；研究沖擊器的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法；設(shè)計(jì)適應(yīng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的水泵及鉆機(jī)；研究沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的鉆頭結(jié)構(gòu)、硬合金的材質(zhì)和形狀及其鑲焊方法；制訂合理的鉆進(jìn)工藝參數(shù)。第二節(jié)液動(dòng)沖擊器結(jié)構(gòu)及作用原理一、“正作用”類(lèi)型液動(dòng)沖擊器(一)“正作用”類(lèi)型液動(dòng)沖擊器原理“正作用”沖擊器是以高壓液流推動(dòng)活塞沖錘下行而進(jìn)行沖擊，而并借助彈簧力量使其恢復(fù)到原來(lái)位置。如圖5?2所示?！罢饔谩币簞?dòng)沖擊器的工作過(guò)程如下：高壓液流流向活塞沖錘5的頂部后，由于活閥4封閉著活塞沖錘5的中間水路而截?cái)嗔艘毫魍ǖ?。?dāng)不斷流入的高壓液流達(dá)到一定能量時(shí)，便推動(dòng)活塞沖錘5向下運(yùn)動(dòng)，使其碰撞鐵砧7產(chǎn)生一次沖擊。在活塞沖錘5向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行沖擊的過(guò)程中，同時(shí)，也壓縮沖錘彈簧6，使它逐步儲(chǔ)存能量；活閥4由于受到活閥座2的限制，在活塞沖錘5下行后便互相脫開(kāi)(不再接觸，失去封閉作用)。液流開(kāi)始沿活塞沖錘5的中間水路流向孔底；活塞沖錘產(chǎn)生沖擊作用后，因其頂部壓力降低，沖錘彈簧6將所儲(chǔ)存的能最釋放出來(lái)，把活塞沖錘推回到原來(lái)的位置處。活塞沖錘5上行至上死點(diǎn)與活閥4接觸后，其中間水路又被封閉，再次截?cái)喔邏阂毫?，第二個(gè)周期便開(kāi)始。以此反復(fù)進(jìn)行便形成連續(xù)性的沖擊。(二)“正作用”液動(dòng)沖擊器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)從結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行分析，“正作用”沖擊器具有下列特點(diǎn)：1、可利用高壓室中的巨大水錘能量做功；2、液流在沖擊器腔體內(nèi)的流動(dòng)水路較通暢；3、液流的功率恢復(fù)較高；4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于使用和維修；5、沖擊器的工作性能比較穩(wěn)定可靠6、便于縮小直徑?！罢饔谩币簞?dòng)沖擊器存在的主要問(wèn)題是：當(dāng)活塞沖錘5向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行沖擊時(shí)，沖錘彈簧6的反作用力對(duì)其沖擊力的抵消較大。盡管如此，由于它的有效作用力還是相當(dāng)可觀的，而且結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，所以目前仍把它作為繼續(xù)研究應(yīng)用的主要類(lèi)別之一。我國(guó)研制的ZF系列、TK系列、YZ系列及原蘇聯(lián)的Г、ГB系列沖擊器，均屬“正作用”類(lèi)型的液動(dòng)沖擊器。(三)ZF一56型液動(dòng)沖擊器現(xiàn)以ZF一56型液動(dòng)沖擊器為例說(shuō)明其結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用特點(diǎn)。ZF—56型液動(dòng)沖擊器屬于活閥式正作用液動(dòng)沖擊器。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)容易、調(diào)試方便、工作穩(wěn)定可靠。在Ⅵ級(jí)以上巖層中，用于Φ56mm口徑的金剛石或硬質(zhì)合金的沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中，均可不同程序的提高鉆進(jìn)效率，增長(zhǎng)回次進(jìn)尺，減輕巖心堵塞及孔斜率。特別是用于“打滑”地層鉆進(jìn)時(shí)效果更為顯著。是實(shí)現(xiàn)小口徑多工藝鉆進(jìn)的良好機(jī)具。用此沖擊器進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，除需配備耐高壓膠管和穩(wěn)壓器外，可基本上利用現(xiàn)有的常規(guī)鉆探設(shè)備和鉆具級(jí)配，在易斜地層采用硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，可將常規(guī)鉆機(jī)附加減速裝置，使轉(zhuǎn)速降低至20～40r/min時(shí)，能更好地發(fā)揮其防斜功能和減輕管材磨損，有利于降低鉆探成本和預(yù)防孔內(nèi)事故。在現(xiàn)有泥漿泵(如BW–250/50和BW–250型)的能力下，鉆進(jìn)孔深可達(dá)450m，如采用壓力更高的泵，其鉆孔深度還可增加。1、結(jié)構(gòu)及工作原理(1)結(jié)構(gòu)：沖擊器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由27個(gè)零件組成(參見(jiàn)圖5?3)。(2)工作原理(見(jiàn)圖5?4)：當(dāng)鉆具11未接觸孔底時(shí)，鉆具11懸吊在六方套10上。沖洗液經(jīng)減耗閥接頭通水孔a、活閥4內(nèi)孔，活塞沖錘7內(nèi)孔、下砧9(即聯(lián)動(dòng)接頭)，巖心管及鉆頭暢流至孔底，并由鉆具與孔壁之間的間隙返回地面。此時(shí)沖擊器處于懸吊狀態(tài)，不工作。當(dāng)鉆具11下降至孔底時(shí)，六方套10與鉆具11的間隙被壓緊而消除。使活塞沖錘7相對(duì)上升與閥4底面接觸，切斷水路而產(chǎn)生水錘，推動(dòng)減耗閥2向上移動(dòng)，打開(kāi)主通水孔b，使沖洗液大量進(jìn)入活閥區(qū)，推動(dòng)閥4活塞沖錘7同步下行。并壓縮閥簧5及錘簧8，此時(shí)，沖擊器處于啟動(dòng)狀態(tài)。閥4繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到凸肩與閥座6上端接觸時(shí)停止，活塞沖錘7則以本身的慣性繼續(xù)下行。對(duì)下鐵砧進(jìn)行一次沖擊，此時(shí)閥4與活塞沖錘7脫開(kāi)。打開(kāi)水路，活閥區(qū)壓力下降。減耗閥2在彈簧作用下復(fù)位，使主通水孔b關(guān)閉，儲(chǔ)存液能。閥d在彈簧5的作用下復(fù)位?；钊麤_錘7在下鐵砧9和彈簧的作用下亦相繼復(fù)位?；钊麤_錘7的頂端又與閥4接觸而關(guān)閉水路，即產(chǎn)生第二次沖擊。如此周而復(fù)始的連續(xù)工作。使沖擊器能夠正常工作所需水泵的泵量為1.35L/s，而Φ56mm口徑的金剛石鉆進(jìn)僅需0.58～0.75L/s泵量。為了減少大泵量對(duì)鉆頭的沖蝕和泵壓損失，在沖擊器與巖心管之間可接入一個(gè)分水接頭(見(jiàn)圖5?5)，使沖擊器排出的液體一部分通過(guò)鉆頭底部流到管外，而多余部分則通過(guò)內(nèi)管底部進(jìn)入分流接頭泄水孔排出管外。另外，當(dāng)沖洗液由內(nèi)管頂部上流時(shí)，對(duì)巖心有一個(gè)向上的沖力，可減輕巖心堵塞和磨損，從而提高巖心的采取率。2、沖擊器組裝與調(diào)試沖擊器組裝時(shí)應(yīng)按照?qǐng)D5?3上表示的零件順序依次組裝，不得遺漏或倒置。新出廠的沖擊器都已經(jīng)過(guò)調(diào)試，用時(shí)不必重調(diào)。但在使用一段時(shí)間后，當(dāng)沖擊器性能變壞或不正常時(shí)，需要進(jìn)行重新調(diào)整。結(jié)構(gòu)尺寸(參數(shù))的含意及調(diào)整方法如下：(1)閥程及其調(diào)整：閥程H閥是指閥在工作時(shí)由上死點(diǎn)到下死點(diǎn)之間的距離。測(cè)量時(shí)，將支承環(huán)12、限制座10及閥9置于中接頭16上，使閥的凸肩與限制座10的頂端面接觸。即閥處于下死點(diǎn)位置(不裝彈簧)。用深度尺或帶有深度尺的卡尺量出從接頭16上端絲扣根部至閥9頂端的距離L1，量出閥殼11下端的深度L2，其中L2與L1之差即為閥程H閥。具體量法見(jiàn)圖5?6。H閥=L2-L1-1.85(mm)閥程由設(shè)計(jì)圖紙而定，新沖擊器不必調(diào)整，但使用一段時(shí)間后，閥9及限制座10因磨損使閥程增大，這時(shí)可以重新調(diào)整墊圈13，再用上述方法測(cè)量調(diào)整后的閥程，使之達(dá)到要求。(2)沖程及其調(diào)整：測(cè)量前先將下砧套22砸緊在聯(lián)動(dòng)接頭25上，再將六方套26套到聯(lián)動(dòng)接頭25上。將外殼18與六方套26裝在一起擰緊。而后將活塞桿17與沖錘19砸緊(注意不要砸壞活塞桿的上平面)。再將活塞桿沖錘一起裝入外殼18中(不裝錘簧)，將中接頭16中間孔對(duì)準(zhǔn)活塞桿裝入后與外殼18擰緊。然后把裝好的部分直立起來(lái)，在活塞桿上裝上閥9后，用深度尺或帶有深度尺的卡尺從中接頭16上部的絲扣根部量出至閥9頂端面之距離L2，閥殼11下端深度L與L2之差即為沖程H沖。量法見(jiàn)圖5?7。(3)自由行程及其調(diào)整：自由行程H自是指沖錘活塞與閥9脫開(kāi)后，靠慣性所走的距離，它與沖程及閥程有如下關(guān)系：H自=H沖–H閥(mm)自由行程H自是個(gè)很重要的參數(shù)，調(diào)整時(shí)一定要保證在允許范圍以?xún)?nèi)。調(diào)整沖程與閥程時(shí)一定要注意自由行程的大小，H自一般在3～3.5mm之間較優(yōu)。(4)錘簧預(yù)壓及其調(diào)整：錘簧預(yù)壓，H預(yù)是指沖擊器裝上錘簧之后，六方套處于最下位置時(shí)錘簧預(yù)先壓縮之長(zhǎng)度。其量法與沖程量法相同。量時(shí)要事先裝入錘簧，錘簧預(yù)壓和測(cè)量方法見(jiàn)圖5?8。H預(yù)=L3–L+1.85(mm)如錘簧預(yù)壓H預(yù)不合適時(shí)，可在錘簧下加厚或減薄錘簧墊21。(5)沖擊試驗(yàn)：沖擊器調(diào)整好后，在現(xiàn)場(chǎng)可按下述方法進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，將沖擊器與主動(dòng)鉆桿連接，并將其拉入孔內(nèi)，使聯(lián)動(dòng)接頭下切口處于孔口，并叉入墊叉，用卡盤(pán)將主動(dòng)鉆桿夾緊，提起一定距離，使六方套處的滑動(dòng)間隙拉開(kāi)，開(kāi)泵送水。待泵壓達(dá)(7～10)×105Pa左右時(shí)，慢慢放下立軸，使六方套與聯(lián)動(dòng)接頭的間隙壓緊，沖擊器即可啟動(dòng)工作。如不沖擊，泵壓劇增，應(yīng)迅速提起立軸，待泵壓恢復(fù)后，再稍加大泵量如前啟動(dòng)，一般就可以工作了。如立軸下放后，沖擊器不沖擊，泵壓不升高，可將立軸提起，適當(dāng)減小泵量，再行啟動(dòng)。如經(jīng)反復(fù)調(diào)整后仍不工作，則需重新調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，找出不啟動(dòng)的原因。沖擊器在孔口工作時(shí)，可用耳聽(tīng)聲音，手摸高壓膠管的辦法來(lái)判別其性能。有時(shí)雖能工作，但穩(wěn)定性不好或沖擊無(wú)力，頻率不高，也必須重新調(diào)整。3、沖擊器故障及其排除方法沖擊器在使用中較常見(jiàn)的故障是錘簧折斷和密封圈損壞，其它故障在孔內(nèi)出現(xiàn)很少?，F(xiàn)將常見(jiàn)故障以及排除的方法列于表5?1。4、沖擊器使用時(shí)的注意事項(xiàng)(1)沖擊器要聯(lián)接在巖心管與鉆桿之間下入孔內(nèi)，離孔底0.5m左右時(shí)，開(kāi)始開(kāi)大水量沖孔。在改小水量稍小于額定值，即50L左右時(shí)，開(kāi)始慢轉(zhuǎn)掃孔。鉆具到孔底后，沖擊器即可啟動(dòng)工作，并開(kāi)始進(jìn)尺。然后再改換為正常鉆進(jìn)參數(shù)(包括泵量、泵壓)進(jìn)行鉆進(jìn)。如不啟動(dòng)，將鉆具提離孔底，調(diào)整泵量直至沖擊正常為止。如再不啟動(dòng)可提鉆檢查。(2)正常鉆進(jìn)時(shí)，不應(yīng)提動(dòng)鉆具，“倒桿”前應(yīng)把鉆具提離孔底，以防止下次開(kāi)車(chē)時(shí)扭壞鉆頭胎體。(3)孔內(nèi)掉有合金時(shí)應(yīng)及時(shí)打撈，(4)復(fù)雜地層必須使用優(yōu)質(zhì)泥漿(低固相)。含砂量不超過(guò)2%，粘度不超過(guò)19s。(5)如孔內(nèi)有掉塊、坍塌、縮徑或巖粉過(guò)多時(shí)，均不能進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)。現(xiàn)將我國(guó)研制的“正作用”液動(dòng)沖擊器技術(shù)規(guī)格列于表5?2。(四)ГB一6型液動(dòng)沖擊器蘇聯(lián)1974年在ГB一5型沖擊器的基礎(chǔ)上，開(kāi)始研制口徑更小的ГB一6型液動(dòng)沖擊器，如圖5?9所示。ГB一6型液動(dòng)沖擊器的外徑為57mm，可配用59mm的金剛石鉆頭或合金鉆頭，用于鉆進(jìn)中硬及堅(jiān)硬巖石。鉆具處于懸吊狀態(tài)時(shí)，花鍵軸7和沖錘4在巖心管、鉆頭以及它們本身的自重作用下，處于最低部位。此時(shí)，液流通過(guò)活閥1、沖錘4和花鍵軸7的各個(gè)水路，順利的流向孔底。鉆具放到孔底后，由于花鍵軸7與花鍵套8結(jié)合，沖錘4在沖錘彈簧5的推動(dòng)下，上升到上死點(diǎn)與活閥1接觸而互相結(jié)合，截?cái)嗔烁邏阂毫鞯耐?。?dāng)高壓液流達(dá)到一定能量時(shí)，便推動(dòng)沖錘4及活閥1向下運(yùn)動(dòng)(同時(shí)壓縮活閥彈簧2和沖錘彈簧5)。由于活閥1下行至缸套3的上端后被阻擋而與沖錘4脫開(kāi)(此時(shí)液流通往孔底水路打開(kāi))。沖錘4由于慣性作用仍繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，便產(chǎn)生一次沖擊。隨后，在活閥彈簧2和沖錘彈簧5的各自作用下，其活閥1及沖錘4又先后恢復(fù)到原來(lái)的位置。以此周而復(fù)始便形成了連續(xù)性的沖擊。二、“反作用”類(lèi)型液動(dòng)沖擊器(一)“反作用”類(lèi)型液動(dòng)沖擊器原理“反作用”沖擊器結(jié)構(gòu)原理與“正作用”沖擊器工作原理相反，它是利用高壓液流的壓力推動(dòng)活塞沖錘上升，并壓縮工作彈簧儲(chǔ)存能量。當(dāng)分配液流機(jī)構(gòu)閥門(mén)打開(kāi)高壓液流暢通而工作室中的壓力下降時(shí)，則工作彈簧便釋放能量，驅(qū)動(dòng)活塞沖錘急速向下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生沖擊，如圖5?10所示?！胺醋饔谩币簞?dòng)沖擊器的工作過(guò)程如下：高壓液流進(jìn)人沖擊器后，作用于活塞沖錘3的下部。當(dāng)液流的作用力超過(guò)彈簧1的壓縮力和活塞沖錘3本身重量后，便迫使活塞沖錘3上升(壓縮彈簧1使其儲(chǔ)存能量)。與此同時(shí)，鐵砧4的水路被逐步打開(kāi)，高壓液流開(kāi)始流向孔底，此時(shí)，活塞沖錘3仍以慣性作用繼續(xù)上升。當(dāng)活塞沖錘3上升到上死點(diǎn)時(shí)，活塞沖錘下部的液流已暢通的流向孔底，則工作室壓力降低。由于活塞沖錘3的自身重量和彈簧1釋放出所儲(chǔ)存能量的同時(shí)作用，便驅(qū)動(dòng)活塞沖錘3急速向下運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一次沖擊。在產(chǎn)生沖擊作用的同時(shí)，由于活塞沖錘3與鐵砧4，相接觸而又堵塞了液流通向孔底的通路。高壓液流再次作用于活塞沖錘3的下部，開(kāi)始進(jìn)行第三次的重復(fù)動(dòng)作。周而復(fù)始，便形成了連續(xù)性的沖擊。(二)“反作用”類(lèi)型液動(dòng)沖擊器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)從結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行分析，“反作用”沖擊器具有下列特點(diǎn)：1、對(duì)沖洗液的適應(yīng)能力較強(qiáng)，可采用一般的泥漿進(jìn)行鉆進(jìn)；2、在結(jié)構(gòu)中沒(méi)有起相反作用的彈簧，可以比較充分地利用活塞沖錘本身重量和彈簧的張力，沖錘下行是一個(gè)加速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。同時(shí)由于被壓縮彈簧釋放出來(lái)的能量，與活塞沖錘本身的重量等同時(shí)向下作用，故可獲得較大的單次沖擊功，適宜鉆進(jìn)大口徑的鉆孔；3、壓力降較低，液流的功率利用較高；4、液流在沖擊器腔體內(nèi)的流動(dòng)水路較通暢；5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于使用和維修?！胺醋饔谩睕_擊器存在的主要問(wèn)題是沒(méi)有充分利用液流的巨大水錘能量，并需用剛度較大的彈簧，同時(shí)為了獲得較高沖擊頻率，需要供給較多沖洗液，即要求泵量較大。(三)“反作用”液動(dòng)沖擊器美國(guó)海灣公司生產(chǎn)的“反作用”液動(dòng)沖擊器，如圖5?11所示。它可鉆進(jìn)直徑222mm的鉆孔，沖擊頻率達(dá)10Hz。若采用泥漿鉆進(jìn)油氣井，效果較好。該沖擊器的主要特點(diǎn)是，當(dāng)沖錘2向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行沖擊時(shí)，沖錘2與活閥5脫開(kāi)，這樣就避免了作用在活閥5上的壓力，克服沖錘向下沖擊速度減緩的弊病，可提高沖錘下降的末速度，增大沖擊能量。三、“雙作用”類(lèi)型液動(dòng)沖擊器(一)“雙作用”類(lèi)型液動(dòng)沖擊器作用原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)“雙作用”沖擊器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是?；钊麤_錘的正沖程和反沖程都是由高壓液流驅(qū)動(dòng)完成的。即高壓液流通過(guò)控制閥的分配作用或通過(guò)射流元件的切換作用，使液流在沖擊器中反復(fù)變換流動(dòng)方向，推動(dòng)活塞沖錘下行和上行產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每往復(fù)一次便產(chǎn)生一次沖擊。以壓差原理驅(qū)動(dòng)活塞沖錘產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作原理，如圖5?12所示。鉆具到達(dá)孔底后，活動(dòng)接頭支座與外套支座相結(jié)合。此時(shí)，b腔處的高壓液流分別作用到活閥2及沖錘6上，并使活塞及沖錘向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)沖錘6向上運(yùn)動(dòng)至同活閥2相接觸而閉合時(shí)，便關(guān)閉了高壓液流通向孔底的水路。此時(shí)，活閥及沖錘便停止了上行運(yùn)動(dòng)。由于高壓液流作用于活閥上部的面積大于所作用于下部的面積，所以沖錘6與活閥2同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)。沖錘6以S行程向下沖擊，但活閥2下行h行程后，由于受到支撐座4的限制不能再繼續(xù)下行，故沖錘與活閥兩者脫開(kāi)。沖錘與閥脫開(kāi)后，通往孔底的水路便開(kāi)始恢復(fù)。當(dāng)沖錘6沖擊鐵砧9后，由于a腔處的高壓液流再次分別作用到活閥2及沖錘6上，活閥及沖錘又開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)。這樣便完成一次沖擊作用。如此周期重復(fù)進(jìn)行便形成了連續(xù)性的沖擊。(二)“雙作用”類(lèi)型液動(dòng)沖擊器我國(guó)研制的“雙作用類(lèi)型液動(dòng)沖擊器”的種類(lèi)較多，僅地礦部系統(tǒng)即已形成YS、SC、SX各種口徑三大系列。按照液流分配閥的結(jié)構(gòu)、位置及作用方式不同，可分為：活閥式；節(jié)流閥式；射流式及射吸式等。1、活閥式“雙作用”液動(dòng)沖擊器Ye一Ⅱ型、Ye—Ⅲ型、Yf73一Ⅰ型及HED一2型等，均為活閥式“雙作用”液動(dòng)沖擊器。Ye一Ⅱ雙作用液動(dòng)沖擊器是我國(guó)二機(jī)部系統(tǒng)研制的，該沖擊器經(jīng)過(guò)大量鉆進(jìn)試驗(yàn)表明，它具有性能良好、工作穩(wěn)定，并具有口徑小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。Ye一Ⅱ雙作用液動(dòng)沖擊器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖5?13所示。2、節(jié)流閥式“雙作用”液動(dòng)沖擊器節(jié)流閥式“雙作用”沖擊器的作用原理與活閥式“雙作用”沖擊器的作用原理基本相同。不同點(diǎn)是以一個(gè)節(jié)流圈來(lái)代替活閥式?jīng)_擊器的配水機(jī)構(gòu)。這樣便簡(jiǎn)化了沖擊器的結(jié)構(gòu)。該種沖擊器的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，液流在腔內(nèi)的暢通性也較好。但液流的功率恢復(fù)較低。YS型、LDF型均為節(jié)流閥式?jīng)_擊器。LDF一54型沖擊器的結(jié)構(gòu)如圖5?14所示。3、SC射流式“雙作用”液動(dòng)沖擊器SC射流式“雙作用”液動(dòng)沖擊器是利用一個(gè)“雙穩(wěn)”射流元件，控制高壓液流在沖擊器內(nèi)改變流向，使活塞沖錘產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)而形成沖擊作用，如圖5?15所示。射流式?jīng)_擊器的工作原理，以線路示意圖(圖5?16)說(shuō)明如下：4、SX射吸式“雙作用”液動(dòng)沖擊器SX射吸式“雙作用”沖擊器的工作原理：它利用液流噴射后所產(chǎn)生的射流卷吸作用，使活塞上腔壓力降低。在壓差作用下，活塞沖錘及閥門(mén)向上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)至上死點(diǎn)時(shí)，閉合水路切斷高壓液流。然后，在高壓液流的推動(dòng)和活塞沖錘自重的作用下，向下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生沖擊。其工作原理如圖5?17所示四、繩索取心式液動(dòng)沖擊器結(jié)合繩索取心鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)亦發(fā)展了繩索取心鉆進(jìn)用液動(dòng)沖擊器。目前使用的繩索取心式液動(dòng)沖擊器，有地礦部系統(tǒng)研制的SZC、SSC系列繩索取心式液動(dòng)沖擊器、冶金部系統(tǒng)的TKS系列繩索取心式液動(dòng)沖擊器等。其沖擊器部分的工作原理多為“正作用”式和“雙作用”式，結(jié)構(gòu)上與相應(yīng)的液動(dòng)沖擊器類(lèi)似。(一)繩索取心式液動(dòng)沖擊器的結(jié)構(gòu)原理TKS型繩索取心式液動(dòng)沖擊器的結(jié)構(gòu)如圖5?18所示。其內(nèi)管總成由三大部分組成：上部為撈矛上錐軸1，上、下彈卡板2、3及收卡筒等組成的打撈限位機(jī)構(gòu)；中部為T(mén)K型閥式正作用沖擊器(液動(dòng)錘)5；下部為帶有調(diào)節(jié)螺桿，緩沖彈簧和推力軸承上接頭的單動(dòng)巖心內(nèi)管8。(二)繩索取心式液動(dòng)沖擊器的工作原理該鉆具繩索取心工作原理與一般繩索取心鉆具相同。沖擊器工作原理為閥式正作用式(可參見(jiàn)“正作用”工作原理部分)。當(dāng)帶有沖擊器的內(nèi)管總成從空口繩索取心鉆桿內(nèi)投人到位后，卡板2彈開(kāi)進(jìn)入上彈卡室，限制沖擊器工作時(shí)內(nèi)管總成上移。此時(shí)沖擊器通過(guò)沖擊功傳遞環(huán)6坐落于外管專(zhuān)用接頭上。鉆進(jìn)時(shí)傳遞環(huán)6堵塞沖擊器與外管間的環(huán)隙空間，迫使沖洗液由沖擊器上部側(cè)孔進(jìn)人沖擊器內(nèi)部，推動(dòng)沖擊器做功，后經(jīng)砧子排液孔排出。沖洗液再經(jīng)內(nèi)管8外側(cè)環(huán)隙通道到達(dá)鉆頭部。沖擊功由傳遞環(huán)6經(jīng)外管接頭、外管7傳至鉆頭9破碎巖石，巖心便進(jìn)入內(nèi)管。回次結(jié)束時(shí)，以打撈器將內(nèi)管總成及巖心取出。五、貫通式液動(dòng)沖擊器簡(jiǎn)介70年代后，原蘇聯(lián)、西德、澳大利亞等國(guó)成功地將雙壁管水力反循環(huán)連續(xù)取心新工藝用于鉆探。我國(guó)自1988年開(kāi)始研制配合水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆具使用的貫通式液動(dòng)沖擊器。圖5?19為我國(guó)研制成功的YGQ一89/43型液動(dòng)貫通式?jīng)_擊器結(jié)構(gòu)圖。其工作原理為利用壓差原理的“雙作用”式(參見(jiàn)“雙作用”沖擊器原理部分)。該沖擊器具有工作穩(wěn)定可靠、除可實(shí)現(xiàn)反循環(huán)連續(xù)取心外，還可實(shí)現(xiàn)單管及繩索取心鉆進(jìn)的使用特點(diǎn)。沖擊頻率達(dá)18～33Hz，沖擊功為15～16J。貫通式液動(dòng)沖擊器的應(yīng)用是解決反循環(huán)連續(xù)取心防止巖心卡堵、提高鉆進(jìn)效率的有效途徑。第三節(jié)風(fēng)動(dòng)沖擊器風(fēng)(氣)動(dòng)沖擊器也稱(chēng)風(fēng)動(dòng)潛孔錘，是以壓縮空氣作為動(dòng)力介質(zhì)，驅(qū)動(dòng)其工作的。與此同時(shí)，壓縮空氣也兼作洗井介質(zhì)。所以使用風(fēng)動(dòng)沖擊器進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，也具有空氣沖孔鉆進(jìn)的一些特點(diǎn)。我國(guó)礦山開(kāi)采業(yè)中推廣使用了這種鉆進(jìn)方法。在露天礦中，國(guó)產(chǎn)的風(fēng)動(dòng)沖擊器完全取代了鋼繩沖擊鉆，使鉆孔效率提高3～5倍，礦山的生產(chǎn)效率提高1倍以上。一、國(guó)外風(fēng)動(dòng)沖擊器國(guó)外的風(fēng)動(dòng)沖擊器可以用美國(guó)的風(fēng)動(dòng)沖擊器來(lái)說(shuō)明其主要概況。多年來(lái)，美國(guó)為了提高硬巖層的鉆進(jìn)效率，成功地研制了風(fēng)動(dòng)沖擊器，廣泛用于礦山、水井、工程及海底等硬巖層鉆進(jìn)，并獲得了較高的效率，比常規(guī)的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或機(jī)械沖擊鉆進(jìn)提高了十幾倍。例如，據(jù)美國(guó)“英格索爾-—蘭德”公司介紹，曾用該公司制造的DHD—124型沖擊器，在阿拉斯加的管線工程中鉆進(jìn)直徑24英寸(610mm)、一徑到底的永凍層(密積凍結(jié)礫石層)鉆進(jìn)速度達(dá)到6.1～18.3m，從而加快了該工程的施工速度，降低了鉆進(jìn)成本。在美國(guó)，研制風(fēng)動(dòng)沖擊器的公司很多，“英格索爾—蘭德”公司生產(chǎn)無(wú)閥風(fēng)動(dòng)沖擊器，其DHD標(biāo)準(zhǔn)系列有四種規(guī)格，其技術(shù)參數(shù)列于表5?7。這種沖擊器的結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，共有21個(gè)零件組成，而且只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)件，因它具有制造容易，維修方便，動(dòng)作快、沖勁大、耗氣少、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。(一)DHD—260型風(fēng)動(dòng)沖擊器“英格索爾—蘭德”DHD一260型風(fēng)動(dòng)沖擊器的結(jié)構(gòu)如圖5?21所示。該沖擊器可以鉆152、165及203mm的鉆孔。如配用擴(kuò)孔鉆頭，還可以鉆進(jìn)254mm的鉆孔。其鉆進(jìn)效率比閥式?jīng)_擊器可提高20～50%；在花崗巖中鉆進(jìn)，平均效率為(0.138～0.639)×10-2m/s，推薦使用深度為760m。這類(lèi)無(wú)閥式?jīng)_擊器發(fā)展很快，最近幾年，該公司又研制了DHD一360型沖擊器。(二)超級(jí)風(fēng)動(dòng)沖擊器“英格索爾一蘭德”公司還生產(chǎn)另一種標(biāo)準(zhǔn)系列的風(fēng)動(dòng)沖擊器，稱(chēng)為超級(jí)風(fēng)動(dòng)沖擊器。產(chǎn)品有DHD–120、DHD–124和DHD–130三種規(guī)格，分別鉆進(jìn)508mm、610mm及762mm的大鉆孔，超級(jí)沖擊器的結(jié)構(gòu)如圖5?22所示，該沖擊器雖有三種規(guī)格，但其內(nèi)部零件都完全一樣，如活塞、氣缸和止逆閥都是通用的，口徑改變時(shí)，只須更換外殼、上接頭和聯(lián)動(dòng)軸套即可。二、國(guó)內(nèi)現(xiàn)用的風(fēng)動(dòng)沖擊器近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)已產(chǎn)生了多種類(lèi)型的風(fēng)功沖擊器，如表5?9所列。若按其配氣方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)，則基本上可以分為以下兩種類(lèi)型：(一)有閥式?jīng)_擊器這種類(lèi)型的沖擊器，推動(dòng)活塞上下排氣運(yùn)動(dòng)的空氣是由配氣機(jī)構(gòu)的閥片控制的。有閥沖擊器按排氣方式又可分為旁側(cè)排氣和中心排氣沖擊器。雖然這種沖擊器排出孔底巖粉的效果不夠理想，但由于它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，工作可靠，加工使用方便，活塞壽命長(zhǎng)，所以有些礦山至今還在使用。(二)無(wú)閥式?jīng)_擊器這種沖擊器沒(méi)有閥，配氣系統(tǒng)布置在氣缸壁上，在活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，自動(dòng)配氣。圖5?24是W一220型無(wú)閥式?jīng)_擊器結(jié)構(gòu)。其工作原理是：壓氣先進(jìn)入前氣室C，在前后兩氣室壓差作用下，沖錘11上行。沖錘11上中間密封環(huán)面封閉C室、壓氣接通A室，此時(shí)C室壓氣膨脹繼續(xù)推動(dòng)沖錘上行。當(dāng)沖錘下密封環(huán)面越過(guò)導(dǎo)向套13的泄氣孔時(shí)，C室泄氣；A室由于沖錘芯孔被進(jìn)氣嘴套10封閉，氣壓驟升，于是因后、前兩室的壓差推動(dòng)沖錘下行做功。(三)貫通式風(fēng)動(dòng)沖擊器，，貫通式風(fēng)動(dòng)沖擊器是配合氣舉反循環(huán)連續(xù)取心(樣)鉆進(jìn)中使用的新型鉆具。在致密、夾層類(lèi)巖層中使用，可實(shí)現(xiàn)高時(shí)效、高取心率(98%～100%)的效果。我國(guó)研制和生產(chǎn)的該類(lèi)沖擊器：目前有GQ–95，GQ–200型及FGC–15等型，在設(shè)計(jì)制造上已達(dá)國(guó)外先進(jìn)水平。第四節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)設(shè)備及鉆頭一、設(shè)備(一)鉆機(jī)以硬質(zhì)合金磨料為主進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，要求鉆機(jī)增加低速擋。無(wú)低速擋的鉆機(jī)可在鉆機(jī)的輸入軸處添加一個(gè)減速裝置(自制減速箱或用汽車(chē)變速箱)，使鉆具的轉(zhuǎn)速降低。采用減速箱變更鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速時(shí)，減速箱應(yīng)有兩個(gè)速擋。其中一個(gè)速擋要仍然保持鉆機(jī)的原有回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，以便用于升降鉆具和鉆進(jìn)較軟巖層的需要；另一個(gè)是減速擋，使鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)速增加一個(gè)低轉(zhuǎn)速區(qū)，在該轉(zhuǎn)速可獲得20~80r/min的幾個(gè)不同轉(zhuǎn)速，用于鉆進(jìn)較硬的巖層。進(jìn)行金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)。所用的鉆機(jī)要同樣具有高轉(zhuǎn)速的性能。(二)水泵水泵是沖擊器工作的主要?jiǎng)恿υ础榱吮ＷC沖擊器能發(fā)揮有效的作用及盡量減少修理時(shí)間，一般要求水泵達(dá)到下列性能：(1)泵壓為4~6MPa時(shí)，水量達(dá)2.5～3.33L/s；(2)強(qiáng)度大，不易損壞，密封性好，排量均勻、穩(wěn)定；(3)能長(zhǎng)時(shí)間在持續(xù)的高壓狀態(tài)下進(jìn)行工作；(4)根據(jù)需要可進(jìn)行多級(jí)變速或無(wú)級(jí)變速，以改變泵壓和排量。(三)動(dòng)力機(jī)鉆機(jī)可用原配套型號(hào)的動(dòng)力機(jī)。水泵的動(dòng)力機(jī)需增加功率。淺孔時(shí)用20～22kW，深孔時(shí)用30kW的動(dòng)力機(jī)。二、附屬裝置及工具沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)有其自己的特點(diǎn)，故除了一般常規(guī)鉆探方法所用的附屬工具和用品外，還要新增加一些附屬裝置、工具及用品，如：(一)穩(wěn)壓罐目前所用水泵的空氣室容積較小，不能消除排量不均勻性、保持液壓沖擊時(shí)的穩(wěn)定性。所以，在水泵的輸出管與高壓膠管之間需要安裝一個(gè)穩(wěn)壓罐裝置。如圖5?26所示。穩(wěn)壓罐可用直徑為146mm或更大直徑的無(wú)縫鋼管制作。要求耐壓能力在10MPa以上，容積應(yīng)大于0.05m3。(二)孔底反射器，進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，由于水錘波能量的消失較大，使能量利用率大幅度降低。為了減少水錘的影響和增加沖擊器的能量利用率(即把沖錘回程時(shí)所產(chǎn)生的水錘波能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，當(dāng)沖錘下行進(jìn)行沖擊時(shí)予以釋放，有助于提高沖擊能力，提高液流利用率，并可減少鉆具振動(dòng)，在沖擊器的上部應(yīng)裝有反射器。(三)砂輪機(jī)采用硬質(zhì)合金鉆頭進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，為修磨硬質(zhì)合金，現(xiàn)場(chǎng)需配一碳化硅砂輪，輪片直徑為200～250mm，砂輪粒度為60～100目，線速度以20～25m/s為宜。(四)分流器為了解決金剛石(或鋼粒)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)的沖擊器所需沖洗液量較大，而孔底金剛石(或鋼粒)鉆頭所需要的沖洗液量較小之間的矛盾，在沖擊器的下部，應(yīng)裝置一種可進(jìn)行調(diào)節(jié)沖洗鉆頭頭部液量的分液器。在我國(guó)，應(yīng)用較廣的一種便是QWF—I型分流器。

(五)高壓膠管由于沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)所需要的泵壓較高，用一般的高壓膠管很容易爆裂。所以需用鋼絲編制兩層或三層的，耐壓在800kPa以上的高壓膠管。三、管材(一)鉆桿為了減少高壓液流沿途的壓力損失，在可能情況下盡量選用內(nèi)徑較大的鉆桿；為了防止鉆桿接頭絲扣處漏水而導(dǎo)致降低沖擊器的工作性能，在接頭絲扣處應(yīng)采取密封措施。(二)巖心管為了提高巖心管的抗彎強(qiáng)度(剛性)和增強(qiáng)耐磨性，應(yīng)進(jìn)行高頻表面淬火。巖心管經(jīng)高頻表面淬火處理后，不但能增強(qiáng)耐磨性和抗彎強(qiáng)度，成倍地延長(zhǎng)使用壽命，大量節(jié)省鋼材，而在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中，它還有一個(gè)很重要的意義，即是當(dāng)巖心管剛性增加后，可以減少?zèng)_擊傳遞效率的損失。四、鉆頭(一)硬質(zhì)合金鉆頭1、鉆頭體鉆頭體的壁厚一般為10～14mm(可用肋骨片加厚)，全長(zhǎng)150mm左右，為了減少?zèng)_洗液的循環(huán)阻力，減少巖心堵塞和安放卡簧，鉆頭體上端的內(nèi)壁要有一定錐度。水口面積總和，一般應(yīng)大于鉆頭與巖心之間、或鉆頭與孔壁之間環(huán)狀斷面的面積，以減少?zèng)_洗液循環(huán)阻力和增加沖洗巖粉能力。2、硬質(zhì)合金在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程中，硬質(zhì)合金承受著各種復(fù)雜載荷作用，尤其是在受沖擊的瞬間同時(shí)承受了兩種類(lèi)型的動(dòng)載荷(回轉(zhuǎn)方向的回轉(zhuǎn)力和軸向方向的沖擊力)、使硬質(zhì)合金同時(shí)具有回轉(zhuǎn)方向的圓周速度和軸向方向切人巖石的軸向速度。此兩種速度同時(shí)作用的結(jié)果，便改變了硬質(zhì)合金切入巖石的方向，與巖石的表面成某一個(gè)角度而切入，即硬質(zhì)合金實(shí)際上是進(jìn)行斜沖擊，所受的彎曲應(yīng)力較大。所以，要求硬質(zhì)合金應(yīng)具有高的硬度、耐磨性、抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性以及一定的熱硬性(見(jiàn)第3章)。為此應(yīng)根據(jù)所鉆進(jìn)巖層性質(zhì)及沖擊器沖擊功的大小選擇硬質(zhì)合金牌號(hào)。3、硬質(zhì)合金鉆頭國(guó)內(nèi)常用的幾種硬質(zhì)合金鉆頭有：(1)普通大八角硬質(zhì)合鉆頭，如圖5?30所示適用于可鉆性為6～8級(jí)的中硬巖石。鉆頭的內(nèi)出刃為2～2.5mm，外出刃為2.5～3mm，底出刃為3～5mm，刃角為90～110°。(2)大八角肋骨硬質(zhì)合金鉆頭利用焊加肋骨片的方法，如圖5?31所示。加大通水截面和鉆頭的內(nèi)外出刃，內(nèi)外出刃為1～1.5mm，底出刃為4～5mm，刃角為90～100°。肋骨片厚度為3mm左右。(3)長(zhǎng)方片狀硬質(zhì)合金鉆頭利用墊片加大鉆頭體的厚度，如圖5?32所示。硬質(zhì)合金為YG8C或YG15長(zhǎng)方片狀(14×18×18)。鉆頭的內(nèi)外出刃為1～1.5mm，底出刃為4～5mm，刃角為100～110°。這種鉆頭的刃部較長(zhǎng)，需與沖擊功較大的沖擊器相配用。(4)異型鉆頭為了增加孔壁間隙的通水截面，用模具將鉆頭鋼體沖擊壓成近似三角形或四方型，如圖5?33、圖5?34所示。鉆頭的內(nèi)外出刃為1～1.5mm，底出刃為2.5~3mm，刃角為110°。這種鉆頭很適宜鉆進(jìn)5～7級(jí)中硬巖層，并且有減少巖心堵塞的作用。(5)針狀硬質(zhì)合金鉆頭沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，這種鉆頭具有下列特點(diǎn)：①多刃：鉆進(jìn)時(shí)巖石有較多的自由面，有利于破碎巖石；②“自磨出刃”：鉆頭刃部不存在磨鈍問(wèn)題，同時(shí)其底刃面積也不隨著磨損而改變。故鉆進(jìn)速度穩(wěn)定。又由于合金針的長(zhǎng)度較長(zhǎng)。所以鉆頭的使用壽命也比較長(zhǎng)；③不易崩落硬質(zhì)合金：由于針狀硬質(zhì)合金被牢固的包鑲在胎塊內(nèi)，在鉆進(jìn)過(guò)程中始終保持微露，所以不容易崩落。針狀硬質(zhì)合金鉆頭適用鉆進(jìn)可鉆性為5～8級(jí)或部分9級(jí)的巖石。(6)硬質(zhì)合金牙輪鉆頭前蘇聯(lián)用ГПИ—139M型及4ДГ115K型球齒牙輪鉆頭，在5～7級(jí)塑性巖石中使用效果良好。(三)金剛石鉆頭1、金剛石液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)一般多采用孕鑲金剛石鉆頭。金剛石采用40～60目天然或60~80目人造JR4，(SMD)級(jí)、晶形完整、高強(qiáng)度單晶。2、鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)胎體應(yīng)耐沖蝕、有較大的適用范圍、硬度在HRC35~40左右。鉆頭內(nèi)外出刃應(yīng)有良好的保徑措施。鉆頭水口數(shù)目需適當(dāng)增多以降低泵壓。胎體唇面形狀在6～7級(jí)完整巖石中宜用平底形；在7～10級(jí)硬、脆、碎巖層中宜采用弧形；在9～12級(jí)巖層中則宜用多階梯形，3、鉆頭體材質(zhì)的屈服點(diǎn)δ≥590～640N/mm2。螺紋制造精度應(yīng)符合地質(zhì)礦產(chǎn)部標(biāo)準(zhǔn)《GB3423—82，DZ1.1—84》的規(guī)定。4、典型的金剛石鉆頭(1)單管金剛石鉆頭圖5?35為DRBH或DTBH型金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)圖。其常用規(guī)格及結(jié)構(gòu)參數(shù)列于表5?10。用于單管金剛石液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。(2)雙管金剛石鉆頭圖5?36為PRYP或PTYP型金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)圖。該類(lèi)鉆頭用于雙管金剛石液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，其規(guī)格及結(jié)構(gòu)參數(shù)列于表5?11。(3)繩索取心及泥漿沖孔用金剛石鉆頭圖5?37為SRYP或STBP型金剛石繩索取心或采用泥漿洗孔鉆進(jìn)時(shí)鉆頭的結(jié)構(gòu)圖。第五節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)規(guī)程一、鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)(一)鉆具轉(zhuǎn)速進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，鉆具回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的高低，主要是根據(jù)所鉆巖石的性質(zhì)，所用磨料的種類(lèi)，以及沖擊器沖擊功的大小和沖擊頻率的高低等因素進(jìn)行確定。以塊柱狀硬質(zhì)合金為磨料的鉆頭，鉆進(jìn)硬巖層或鉆進(jìn)強(qiáng)研磨性巖層時(shí)由于破碎巖石的主導(dǎo)作用是沖擊載荷，所以鉆具的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速應(yīng)在20～80r/min之間。所鉆的巖石越硬，其鉆具的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速應(yīng)越低。鉆進(jìn)較軟巖石或鉆進(jìn)裂隙發(fā)育的巖石時(shí)，由于沖擊破碎巖石的作用并不大，而是以回轉(zhuǎn)切削破碎巖石為主。所以應(yīng)提高鉆具的轉(zhuǎn)速，一般可在80～300r/min之間。選擇鉆具轉(zhuǎn)速除考慮上述所說(shuō)的巖石性質(zhì)外，還要考慮沖擊器的性能狀況。如沖擊器的沖擊功較大時(shí)，可適當(dāng)?shù)奶岣咩@具轉(zhuǎn)速；反之，應(yīng)降低鉆具的轉(zhuǎn)速，同樣。沖擊器的沖擊頻率較高時(shí)，鉆具的轉(zhuǎn)速也應(yīng)適當(dāng)增加；反之，應(yīng)適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。各種巖石都有它的最優(yōu)沖擊間距值，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般可鉆性為6～7級(jí)的巖石，S=10～15mm；7～8級(jí)，S=8～10mm；9～10級(jí)，S=5～8mm，較為適宜。進(jìn)行針狀硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)。鉆具的轉(zhuǎn)速不應(yīng)低于200r/min。一般為200～300r/min。進(jìn)行金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，為了充分發(fā)揮金剛石磨削破碎巖石的作用以提高鉆進(jìn)效率，鉆具的轉(zhuǎn)速應(yīng)在600r/min以上。(二)鉆壓液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆頭上施加的軸向壓力有兩個(gè)方面的作用：一是在巖石中造成一定的預(yù)加應(yīng)力以及回轉(zhuǎn)時(shí)切入巖石，以提高破碎巖石的效果；另一個(gè)作用是克服沖擊器工作時(shí)所產(chǎn)生的反彈力，以減少?zèng)_擊能量的傳遞損失。圖5?38軸向壓力與回次進(jìn)尺的關(guān)系P–軸壓，×9.8N；H–平均回次長(zhǎng)度，m鉆進(jìn)較軟巖石時(shí)，由于巖石的抗破碎強(qiáng)度較低，基本上是以回轉(zhuǎn)剪切作用為主進(jìn)行破碎巖石。為充分發(fā)揮回轉(zhuǎn)切削巖石的作用，應(yīng)采用較大的軸向壓力。一般可控制在8000N左右。鉆進(jìn)較硬巖石時(shí)，由于巖石的抗破碎強(qiáng)度較高，基本上是以沖擊載荷的作用進(jìn)行破碎巖石，故所采用的軸向壓力應(yīng)小一些。一般可控制在4000～6000N范圍之間。如果所施加軸向壓力過(guò)大，不但會(huì)造成硬質(zhì)合金過(guò)早磨損，甚至?xí)a(chǎn)生崩刃或崩脫，會(huì)導(dǎo)致鉆進(jìn)效率降低。但壓力也不宜過(guò)小，過(guò)小的壓力不能克服沖擊器所產(chǎn)生的反彈力，將降低沖擊能量的傳遞效率，同樣也會(huì)降低鉆進(jìn)效率。(三)泵量與泵壓由于沖擊器是以高壓液流為動(dòng)力。推動(dòng)沖錘進(jìn)行工作。所以沖洗液不僅是為了冷卻鉆頭和沖洗巖粉，而且對(duì)鉆頭的工作性能也有決定性影響。它直接影響沖擊頻率的高低和沖擊功的大小，即隨著泵量的增加，沖擊頻率及沖擊功也相應(yīng)得到增加。只要地層允許(沖洗液上返流速不大于所鉆地層的要求)、水泵工作性能正常，應(yīng)盡量滿足沖擊器工作時(shí)的水量。同時(shí)還應(yīng)加大一部分泵量，以補(bǔ)充管路各接頭處的泄漏損失。二、凈化沖洗液液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)所用的沖洗液，應(yīng)根據(jù)巖層情況選擇，鉆進(jìn)復(fù)雜巖層時(shí)為了護(hù)壁、減少漏失以及增加排粉能力，可用分散性泥漿、不分散性低固相泥漿或無(wú)固相沖洗液為沖洗液進(jìn)行鉆進(jìn)。進(jìn)行金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)用潤(rùn)滑沖洗液進(jìn)行鉆進(jìn)。不論選擇使用哪種沖洗液，為了防止大顆粒巖粉及其它雜物堵塞沖擊器的水路，或卡塞沖擊器的運(yùn)動(dòng)部件造成工作失靈，以及為了延長(zhǎng)沖擊器的使用壽命，進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)尤應(yīng)加強(qiáng)沖洗液的管理和凈化處理工作。常用的凈化沖洗液方法有：地面循環(huán)系統(tǒng)重力沉降法、過(guò)濾法和水力旋流除砂法三種。第六節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的操作及注意事項(xiàng)按鉆進(jìn)過(guò)程的工作程序。將各個(gè)環(huán)節(jié)部分的操作注意事項(xiàng)分述如下：一、下鉆前的準(zhǔn)備工作(一)組裝、拆卸及檢查沖擊器(1)應(yīng)按沖擊器說(shuō)明書(shū)規(guī)定的尺寸、要求及裝配方法進(jìn)行裝配，要保持各活動(dòng)部位運(yùn)動(dòng)自如，沒(méi)有受卡及受阻的現(xiàn)象。(2)組裝沖擊器時(shí)，要注意各部位的密封圈、密封墊的密封性能，以防由于密封不嚴(yán)泄漏沖洗液，降低沖擊器的工作性能。(3)組裝雙作用活閥式?jīng)_擊器時(shí)，除要檢查各個(gè)彈簧是否有損壞的情況外，還要注意檢查、調(diào)整好各部位的間隙。(4)組裝雙作用射流式?jīng)_擊器的射流元件時(shí)，要對(duì)準(zhǔn)各個(gè)銷(xiāo)釘，以使水路暢通。(5)裝配沖擊器的活塞時(shí)，應(yīng)注意活塞在缸體內(nèi)的松緊程度，過(guò)緊或過(guò)松，對(duì)沖擊器的工作性能都有較大的影響。一般以能較輕松的抽動(dòng)即可。(6)清洗過(guò)濾筒(網(wǎng))中的巖粉及雜物。(7)組裝或拆卸沖擊器時(shí)，鉗子口應(yīng)在接頭或閥殼切口處，防止咬扁夾壞沖擊器的外管。(8)組裝粗徑鉆具時(shí)，要扭緊各部位的連接絲扣以減少?zèng)_擊能量的傳遞損失，尤其是鉆進(jìn)硬巖地層時(shí)，更應(yīng)注意此點(diǎn)。(9)組裝沖擊器時(shí)，應(yīng)在各個(gè)活動(dòng)部件處涂抹黃干油，以防生銹。(二)每個(gè)鉆孔所用的鉆頭應(yīng)盡可能一次備齊，以便進(jìn)行分組排隊(duì)使用。(三)認(rèn)真檢查水泵壓力表是否靈活，如有問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修理或更換。(四)準(zhǔn)備好備用的鉆桿接手和密封膠圈。(五)施工機(jī)臺(tái)都要配幾種不同長(zhǎng)度的巖心管，以便根據(jù)所鉆巖石的性質(zhì)進(jìn)行選用。(六)進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，必須將水泵牢固的固定在機(jī)臺(tái)木上。這是由于所需要的泵量及泵壓均較回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)高，再加之沖擊載荷的影響，水泵所受的振動(dòng)較大之故。(七)采用正循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，沖擊器的下部應(yīng)裝有逆止閥(特別是在深孔作業(yè)或孔內(nèi)巖粉較多時(shí))。這是為了防巖粉進(jìn)入沖擊器卡塞運(yùn)動(dòng)部件，造成啟動(dòng)困難，甚至不進(jìn)行沖擊或加速磨損零件等。二、下降及提升鉆具(1)下降新的(或經(jīng)過(guò)調(diào)整、檢修)沖擊