沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)

第四章沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)本章主要內(nèi)容:1、沖擊器的分類和工作原理;2、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的鉆頭;3、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)設(shè)備及附屬裝置;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).

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第四章沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)

定義：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。概述

沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的實(shí)現(xiàn)分兩類：

一類是頂驅(qū)式，在鉆桿頂部用風(fēng)動、液動或電動機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)沖擊，并同時(shí)回轉(zhuǎn)鉆桿；另一類是潛孔式，以液力、氣力、電磁力驅(qū)動靠近孔底的沖擊器，產(chǎn)生沖擊載荷，同時(shí)由地面機(jī)構(gòu)施加軸向壓力和回轉(zhuǎn)扭矩。潛孔式具體實(shí)施方法：在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的鉆具中增加一個(gè)具有一定沖擊頻率和沖擊能量的沖擊器（也稱潛孔錘），在取心鉆進(jìn)時(shí)，沖擊器一般安裝在巖心管上端；在無巖心鉆進(jìn)時(shí)，則直接安裝在鉆頭上。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室概述沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)：最適用于粗顆粒的不均質(zhì)巖層,在可鉆性Ⅵ～Ⅷ級，部分Ⅸ級的巖石中，鉆進(jìn)效果尤為突出；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)，它既可鉆進(jìn)較軟的巖層，又可鉆進(jìn)堅(jiān)硬的巖層；應(yīng)用于小口徑金剛石鉆進(jìn)，不僅可提高鉆進(jìn)效率和鉆頭壽命，還可克服裂隙地層的堵心，堅(jiān)硬致密地層的“打滑”，及某些地層的孔斜等問題。同時(shí)，在巖土工程的大口徑施工中也有用武之地。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室

第一節(jié)

沖擊器沖擊器是沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的關(guān)鍵部件。根據(jù)動力采用形式的不同，分以下三種：(1)液動沖擊器：采用高壓水或泥漿做為動力介質(zhì)；(2)風(fēng)動沖擊器：又稱風(fēng)動“潛孔錘”，用壓縮空氣做為動力介質(zhì)；(3)機(jī)械作用式?jīng)_擊器：利用某種機(jī)械運(yùn)動，使沖錘上下運(yùn)動而產(chǎn)生沖擊力。這些機(jī)械可以是電機(jī)、電磁裝置，也可以是渦輪或特種機(jī)構(gòu)(如牙嵌離合器)等。上述分類中，以液動、氣動兩種型式比較成熟，在地質(zhì)勘探中又以液動沖擊器使用比較廣泛。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室

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。

第一節(jié)沖擊器5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器(一)閥式正作用液動沖擊器其工作原理如右圖所示：沖錘活塞5在錘簧6的作用下處于上位，其中心孔被活閥4蓋住，液流瞬間被阻，液壓急劇增高而產(chǎn)生水錘(也稱水擊)效應(yīng)。在液壓作用下，沖錘活塞和活閥一同下行，壓縮閥簧3和錘簧；當(dāng)活閥下行到一定位置時(shí)，活閥被閥座9限制，活閥停止運(yùn)行并與沖錘活塞脫開，液流經(jīng)沖錘活塞中心孔而流向孔底，液壓下降，活閥在閥簧作用下返回原位；沖錘活塞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)鐵砧一巖心管接頭一巖心管等傳至鉆頭，沖擊之后，沖錘活塞在錘簧力作用下彈回；再次與活閥接觸，完成一個(gè)沖擊周期。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器

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。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器(二)閥式反作用液動沖擊器

它是利用高壓液流的壓力推動沖錘活塞上行，并壓縮工作彈簧儲存能量，經(jīng)彈簧釋能而作功。1、工作原理如圖:高壓液流進(jìn)入沖擊器，由于水路封閉，當(dāng)沖錘活塞上下端壓力差超過超過工作彈簧1的壓縮力和沖錘活塞本身的質(zhì)量時(shí)，迫使沖錘活塞上行，并壓縮工作彈簧儲存能量；與此同時(shí)，鐵砧4的水路被逐步打開，高壓液流開始流向孔底，液壓下降，沖錘活塞利用慣性繼續(xù)上行，當(dāng)上行到上死點(diǎn)時(shí)，沖錘活塞利用自身質(zhì)量和工作彈簧的彈力，使沖錘活塞急速向下運(yùn)動而沖擊鐵砧；同時(shí)，由于沖錘活塞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，再次作用于沖錘活塞，使其上行，開始第二個(gè)工作周期。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器2、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，效率較高。該類沖擊器的主要缺點(diǎn)是需要?jiǎng)偠容^大的彈簧，工作壽命只有40~lOO小時(shí)。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器(三)閥式雙作用液動沖擊器它的沖錘活塞正沖程和反沖程均由液體壓力推動。1、工作原理如圖：當(dāng)鉆具到達(dá)孔底時(shí)，由于鉆具自重，使活接頭f被壓緊到外套上的g處，這時(shí)工作腔d處的液流，分別作用在活閥2和塔形沖錘活塞6上，由于活閥上下端的壓差，迫使活閥上移到最上位置；由于沖錘活塞上、下兩端面積不同而產(chǎn)生的壓力差，迫使其也向上移動；當(dāng)沖錘活塞上行到與活閥接合時(shí)，通道d1被關(guān)閉，沖錘活塞與活閥便一起急速下行，當(dāng)下行h時(shí)，活閥被支撐座4限止，沖錘活塞與活閥分離，借助慣性作用繼續(xù)下行，下行到s時(shí)，沖擊砧子9；由于沖錘活塞中心通道被打開，液流又恢復(fù)循環(huán)，在液流壓力作用下，活閥急劇上升，沖錘活塞也急劇上行，周而復(fù)始進(jìn)行。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器2、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)。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器(四)射流式液動沖擊器是采用雙穩(wěn)射流元件作為控制機(jī)構(gòu)的一種液動沖擊鉆具。1、工作原理(見下頁圖)：水泵輸出的高壓水經(jīng)鉆桿柱輸入射流元件①

，從噴嘴噴出，產(chǎn)生附壁作用。若先附壁于右側(cè)，高壓液流則流人右輸出通道C并進(jìn)入缸體②的上部，推動活塞③下行。此時(shí)，與活塞連接的沖錘④便沖擊砧子⑤

，將沖擊動能傳給巖心管及鉆頭，完成一次沖擊。在C輸出高壓水的同時(shí)，有一小股高壓液流(稱為反饋信號液流)進(jìn)入D控制孔。在活塞行程末了時(shí)，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。同時(shí)，當(dāng)活塞上行時(shí)，反饋信號又回到F，射流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。上下缸的回水通過C、E輸出道而返回到放空孔，經(jīng)水接頭及砧子內(nèi)孔道流人巖心管，直達(dá)孔底，沖洗孔底后返回地表。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器射流式液動沖擊器工作原理見右圖:2、其主要特點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)簡單，零件少，易于操作；(2)無彈簧及配水活閥等零件，壽命較長；(3)能量利用率也較高；（4）工作時(shí)不易產(chǎn)生堵水現(xiàn)象，能較好地預(yù)防燒鉆頭及蹩泵等事故；（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.

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器(五)射吸式液動沖擊器是利用液流高速噴射時(shí)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。工作原理如圖:其主要特點(diǎn):（1）該型沖擊器結(jié)構(gòu)簡單、零件少、無易損彈簧，因此工作壽命較長。（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。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器(六)其他型式的液動沖擊器:1、繩索取心式液動沖擊器是一種將繩索取心鉆具同液動沖擊鉆進(jìn)相結(jié)合的新型鉆具和先進(jìn)的鉆進(jìn)方法。這種方法不僅具有繩索取心鉆進(jìn)所具有的各種優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于沖擊載荷的作用，可以克服繩索取心鉆進(jìn)由于鉆頭唇部較厚，在一定鉆壓條件下鉆頭比壓較小、在堅(jiān)硬致密巖石中鉆速較低的缺點(diǎn)。2、孔底反循環(huán)液動沖擊器是一種既可以實(shí)現(xiàn)局部反循環(huán)，又具有沖擊作用的孔底鉆具。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器3、孔底可調(diào)式液動沖擊器是一種可以根據(jù)所鉆巖石的特性自動調(diào)節(jié)沖擊功和沖擊頻率的沖擊器，在鉆進(jìn)不同巖石時(shí)，都處于最優(yōu)的工作狀態(tài)。如鉆進(jìn)硬巖時(shí)，對孔底鉆具所施加的軸心壓力較小，從而使彈簧的壓縮量也較小，而沖擊行程相應(yīng)增大，此時(shí)，沖擊器產(chǎn)生的沖擊功大而頻率低，形成以沖擊為主的沖擊—回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，有利于硬巖的破碎；當(dāng)遇到軟巖層時(shí)，對鉆具所施加的軸心壓力較大，沖擊器產(chǎn)生的沖擊功小，但頻率較高，是以回轉(zhuǎn)切削為主的沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，有利于軟巖的破碎。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器二、風(fēng)動沖擊器風(fēng)動沖擊器也稱風(fēng)動潛孔錘，是以壓縮空氣作為介質(zhì)而工作的。同時(shí)，壓縮空氣也兼做洗孔介質(zhì)，因此也具有空氣鉆進(jìn)的一些特點(diǎn)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，風(fēng)動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的效率一般要比液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)高0.75—1．6倍，其主要原因是風(fēng)動沖擊器的單次沖擊能量較大，且孔底沖洗效果較好。但使用風(fēng)動沖擊器鉆進(jìn)時(shí)，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。分類:風(fēng)動沖擊器的種類主要分為有閥沖擊器和無閥沖擊器兩大類,其中有閥式按排氣方式的不同又分為旁側(cè)排氣和中心排氣兩種。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器有閥沖擊器

這類沖擊器的活塞上下運(yùn)動是靠配氣閥控制高壓氣體的流向來實(shí)現(xiàn)的。按排氣方式的不同又分為旁側(cè)排氣和中心排氣兩種。氣缸內(nèi)的廢氣由沖擊器兩側(cè)排出的稱旁側(cè)排氣，而廢氣由鉆頭中孔排出的稱中心排氣。中心排氣方式排除孔底巖粉的效果較好，能降低鉆頭磨耗和提高鉆進(jìn)效率，因此使用較廣泛，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。目前使用最多的是J系列沖擊器。J—200B沖擊器的結(jié)構(gòu)如圖所示:

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器

沖擊器工作時(shí)，進(jìn)入缸體的壓縮空氣分成兩路：一路吹排粉氣路，即壓氣經(jīng)閥座8、配氣桿8’、活塞9的中心通道以及鉆頭23的中心孔，進(jìn)入孔底并直接吹洗孔底巖粉；另一路是氣缸工作氣路。壓氣進(jìn)入板狀閥7的配氣機(jī)構(gòu)并借配氣桿的配氣實(shí)現(xiàn)活塞的往復(fù)運(yùn)動。止逆塞20在停風(fēng)時(shí)能防止鉆孔中的含塵水流進(jìn)入鉆桿，不會影響沖擊器工作及損壞機(jī)內(nèi)零件。配氣機(jī)構(gòu)系由閥蓋6、閥片7、閥座8及配氣桿8等組成。配氣原理可用返回行程和沖擊行程兩個(gè)階段說明。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器返回行程原理

返回行程開始時(shí)，閥片7及活塞9均處于如圖所示位置。壓氣經(jīng)閥片7后端面、閥蓋6上的軸向孔與徑向孔進(jìn)入內(nèi)外缸體間的環(huán)形腔Ⅱ，并至氣缸前腔，推動活塞向上運(yùn)動。此時(shí)，氣缸上腔經(jīng)活塞9及鉆頭23的中心孔與孔底相通，活塞9在氣壓作用下加速向上運(yùn)動。當(dāng)活塞9端面與配氣桿8’開始配合時(shí)，上腔排氣孔道被關(guān)閉并處于密封壓縮狀態(tài)，于是活塞開始做減速運(yùn)動。當(dāng)活塞桿端面越過襯套12上的間隙Ⅲ時(shí)，進(jìn)入下腔的壓氣便經(jīng)鉆頭中心孔排至孔底。活塞失去了動力，且在上腔背壓作用下停止運(yùn)動。與此同時(shí)，閥片7下側(cè)壓力逐漸升高，上側(cè)則經(jīng)前腔進(jìn)氣孔道Ⅱ、鉆頭中心孔與大氣相通，在壓差作用下，閥片迅速移向上側(cè)，關(guān)閉了下腔進(jìn)氣路，開始了沖擊行程的配氣工作。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器沖擊行程的工作原理

沖擊行程開始時(shí)，活塞9和閥片7均處于極上位置，壓氣閥經(jīng)閥蓋6和閥座8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12的花鍵槽被關(guān)閉時(shí)，下腔壓力開始上升，活塞上端中心孔離開配氣桿，使上腔與大氣相通，壓力降低。當(dāng)活塞沖擊鉆頭尾部之后，閥片由于其上下壓力差的作用，進(jìn)行換向，使活塞重復(fù)返回行程的動作。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器防空打機(jī)構(gòu)及工作原理

沖擊器工作時(shí)，來自活塞的沖擊功能，通過鉆頭直接傳至孔底巖石，缸體并不承受沖擊載荷（即使?jié)摽族N處于懸吊狀態(tài)）。為了防止空打，在結(jié)構(gòu)上是用防空打孔I來實(shí)現(xiàn)的。潛孔錘處于懸吊狀態(tài),這時(shí)鉆頭23及活塞9均借自重向下滑行一段距離，則防空打孔I露出，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，使沖擊器自行停止工作。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第一節(jié)沖擊器無閥沖擊器

這類沖擊器未設(shè)置配氣閥，其控制活塞往復(fù)運(yùn)動的配氣系統(tǒng)布置在活塞或氣缸壁上，當(dāng)活塞運(yùn)動時(shí)，自動進(jìn)行配氣。

無閥沖擊器的特點(diǎn)：

能夠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。與有閥沖擊器相比，壓氣消耗量可節(jié)省30％左右。該類沖擊器零件少，結(jié)構(gòu)簡單且加工較方便。

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第二節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的鉆頭

一、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭的特點(diǎn)

1、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭剛體要承受沖擊荷載、軸向靜載和回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，因此鉆頭剛體材料的強(qiáng)度要高于回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆頭，通常采40Cr、45CrNi合金鋼；

2、作為取心用的沖擊鉆頭，其壁厚較回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)取心鉆頭厚，一般液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆頭壁厚為10～20mm，鉆頭體的長度較長(可達(dá)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；

3、鉆頭體的外形多呈多邊形，以增大通水、通氣面積；

4、為了使鉆頭切削具能承受較大的沖擊荷載，多采用YGl5硬合金切削具或采用粗粒的YGllC和二元硬質(zhì)合金(加入0．5％的TaC)。切削具的形狀多采用圓柱狀、八角狀、片狀和球齒形狀。切削具的出刃形式多為平底形，且出刃量較大。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的鉆頭二、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭的主要類型

分為液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆頭和風(fēng)動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭.

（一）液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆頭

1、取心式硬合金鉆頭（1）普通大八角硬合金鉆頭其結(jié)構(gòu)有帶肋骨和不帶肋骨兩種形式。肋骨厚3mm，可增大通水面積，內(nèi)、外出刃皆為3mm，底出刃5mm，刃尖角90o~100o，適于鉆進(jìn)5～8級中硬巖石。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的鉆頭

(2)長片狀肋骨式硬合金鉆頭見右圖1.鉆頭內(nèi)肋骨與鉆頭體連成一體。當(dāng)鉆頭直徑為91mm時(shí)，外肋骨片厚度為4mm，外出刃1.5mm，內(nèi)出刃l(wèi)mm，底出刃5mm，沖擊刃角110o。適用于低頻大沖擊功液動沖擊器鉆進(jìn)中硬巖石。

(3)異形硬合金鉆頭見右圖2.利用異形截面鉆頭體，以增大液流過水?dāng)嗝?，減少流阻背壓和巖心堵塞。對于直徑為75mm的鉆頭，鑲焊6粒硬質(zhì)合金，內(nèi)、外出刃各lmm，底出刃2.5～3mm，合金刃尖角90o一100o，適于在5～7級中硬巖石中使用。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的鉆頭

2、取心金剛石鉆頭金剛石液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的主要特點(diǎn)是高頻率、小沖擊功，所配備的鉆頭主要是能適于鉆進(jìn)堅(jiān)硬及打滑巖層。目前，我國在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中仍沿用普通回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的金剛石鉆頭，但由于沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝不同于純回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，故在鉆頭結(jié)構(gòu)上應(yīng)有其特點(diǎn)。

(1)金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)是以回轉(zhuǎn)為主，沖擊為輔，選擇鉆頭類型時(shí)，表鑲或孕鑲鉆頭都可以用；

(2)由于在鉆進(jìn)中金剛石要承受較大的沖擊動載，所以應(yīng)選用強(qiáng)度較大的金剛石。金剛石在鑲嵌前最好先進(jìn)行圓?；徒饘馘儗犹幚恚蕴岣呓饎偸箾_擊和包鑲能力，同時(shí)，也應(yīng)提高胎體的強(qiáng)度和硬度；

(3)增大鉆頭水口和水槽的過水?dāng)嗝妗?/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的鉆頭

(二)風(fēng)動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用鉆頭

風(fēng)動沖擊鉆進(jìn)用的鉆頭，按用途分為取心和不取心的全面鉆進(jìn)鉆頭兩種。按齒形可分為片齒鉆頭、柱齒鉆頭和柱片混鑲鉆頭。

1、片齒鉆頭(見右圖)

鉆頭齒為硬合金刃片。刃片在鉆頭唇部的布局的有十字型、X型和多刃型。十字型鉆頭刃片之間的夾角為90o,容易鉆成五角形。X型頭的刃尖角分別為105o和75o,它容易保持鉆孔的圓度。多刃片大口徑鉆頭，根據(jù)直徑大小其刃片數(shù)不同。鉆頭底部除保留中心通孔外，在各刃片間開噴射孔，以便使雙壁鉆桿環(huán)空中的壓縮空氣從噴射孔中噴出，使之能更有效地冷卻鉆頭和清洗孔底巖粉。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的鉆頭

2．柱齒鉆頭

根據(jù)柱齒端部形狀的不同，分為平頭型和球齒型。根據(jù)柱齒全面鉆頭的端面形狀又可分為柱齒平面鉆頭和柱齒凸(凹)面鉆頭。柱齒凸面鉆頭在鉆進(jìn)過程中有自行修磨的作用，故鉆速較高，而凹面鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，孔底部分巖石保持一段凸起，有導(dǎo)正鉆進(jìn)方向的作用。柱齒型取心鉆頭見右圖。這種鉆頭唇面上鑲五組球齒，唇面內(nèi)部呈錐形，在內(nèi)錐面上鑲5個(gè)均布的球齒，唇面上有5個(gè)長方形噴射孔向孔底噴射壓縮空氣，以便冷卻鉆頭和清洗孔底。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室第二節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用的鉆頭

3、柱片混鑲鉆頭

這類鉆頭是一種全面鉆進(jìn)鉆頭。鉆頭周邊鑲焊刃片，中心凹處鑲嵌柱齒。這是根據(jù)鉆頭中心碎巖量小而周邊碎巖量大而設(shè)計(jì)的。此種鉆頭具有較高的徑向抗磨能力，其缺點(diǎn)是制造工藝較為復(fù)雜。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室一、液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)對鉆探設(shè)備的要求

1、液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，除需增加孔底液動沖擊器外，其他設(shè)備在類型上與常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)基本相同，但對鉆機(jī)、水泵的性能有一些特殊的要求，如：硬合金液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，鉆機(jī)應(yīng)有低速檔(轉(zhuǎn)速30—50r／min)，而采用金剛石鉆進(jìn)時(shí)，則與回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相同；

2、液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，水泵不僅供應(yīng)清洗孔底的沖洗液，而且是液動沖擊器的動力能源。因此，水泵所提供的泵量、泵壓應(yīng)能滿足沖擊器的需要。

3、液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，泵壓高且有脈動性變化，故應(yīng)配備具有良好抗振性能的泵壓表、穩(wěn)壓罐。高壓膠管應(yīng)選用鋼絲編織的鑲裝高壓膠管，耐壓能力在8MPa以上，穩(wěn)壓罐的耐壓能力在10MPa以上。第三節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)設(shè)備及附屬裝置

5/6/2024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)設(shè)備及附屬裝置二、風(fēng)動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的主要設(shè)備及附屬裝置:

風(fēng)動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的主要設(shè)備除鉆機(jī)、風(fēng)動沖擊器外，還有空氣壓縮機(jī)，附屬裝置有除塵器、泡沫混合器及注射器等。

1、鉆機(jī)按鉆進(jìn)目的不同而有所區(qū)別

（1）鉆進(jìn)水井多采用長行程動力頭鉆機(jī)；

（2）鉆進(jìn)地質(zhì)勘探孔時(shí)，為適應(yīng)空氣沖擊器鉆進(jìn)的需要，多把立軸式鉆機(jī)設(shè)計(jì)為低轉(zhuǎn)速，有時(shí)也直接采用長行程無級變速的動力頭式的復(fù)合鉆機(jī)。

（3）在施工大口徑工程鉆時(shí)，常使用起重機(jī)式打樁機(jī)。5/6/2024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)設(shè)備及附屬裝置二、風(fēng)動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的主要設(shè)備及附屬裝置:

2、空壓機(jī)為風(fēng)動沖擊器提供動力；清洗孔底?？諌簷C(jī)的型式很多，在空氣沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中普遍使用螺桿式空壓機(jī)，因?yàn)樗哂兄亓枯p、噪音低、風(fēng)量大、壓力高、體積小的優(yōu)點(diǎn)。目前，國內(nèi)外的螺桿壓縮機(jī)型號很多，最高風(fēng)量達(dá)40m3／min，壓力一般為2.4MPa。5/6/2024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

一、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)破碎巖石原理

沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)在鉆頭切削具上同時(shí)受到3種力的作用，即回轉(zhuǎn)力、軸向靜壓力和沖擊力。在這3種力的聯(lián)合作用下，巖石以沖擊剪切和回轉(zhuǎn)切削方式破碎。首先是切削具在沖擊載荷作用下形成破碎穴，在兩次沖擊破碎穴之間造成孔底局部巖脊，而后切削具在回轉(zhuǎn)力的作用將已經(jīng)產(chǎn)生了裂紋的巖脊切削下來。鉆進(jìn)不同性質(zhì)的巖石，沖擊碎巖和回轉(zhuǎn)切削碎巖所起的作用是不相同的。

5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室

1、在堅(jiān)硬、脆性巖石中鉆進(jìn)時(shí):

巖石破碎主要是沖擊力作用的結(jié)果，鉆具的回轉(zhuǎn)只是移動切削具的位置，改變沖擊點(diǎn)，在移動中將裂隙發(fā)育的巖脊切削掉，而軸向靜載則是用來克服鉆具在沖擊時(shí)的反彈力，以改善鉆具的工作性能。因而，在考慮其最佳轉(zhuǎn)速時(shí)，主要是二次沖擊間形成的巖脊應(yīng)在鉆頭回轉(zhuǎn)切削作用下，能有效地被切削掉。因此，對于堅(jiān)硬、脆性的巖石，利用動載破碎巖石時(shí)，由于瞬時(shí)應(yīng)力集中，軸向靜載在孔底巖石上造成了預(yù)加應(yīng)力，而在沖擊的同時(shí)又作用有回轉(zhuǎn)力，這就對欲破碎的巖石上增加了附加剪切作用，造成粗大顆粒巖體的分離，提高了碎巖效果。而且，這種效果將隨巖石脆性的增大而更為顯著。

第四節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝5/6/2024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、對于中硬、塑性較大的巖石:

其破碎方式仍然是以回轉(zhuǎn)切削為主，沖擊作用是輔助性的。沖擊作用在巖石中形成裂紋，為回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)切入巖石和切削巖石創(chuàng)造了十分有利的條件。因而，軸心壓力是保證有效破碎巖石的主要參數(shù)，它關(guān)系到切入巖石的深度和產(chǎn)生體積破碎的程度。軸壓的最大值則取決于切削具的強(qiáng)度。

3、對于塑性大的巖石:

沖擊力的碎巖作用不大，大部分沖擊能量為巖石的塑性變形所吸收，不能導(dǎo)致大的體積破碎和分離，而回轉(zhuǎn)切削破巖作用處于主導(dǎo)地位。

5/6/2024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

沖擊回轉(zhuǎn)碎巖過程中，具有沖擊碎巖和回轉(zhuǎn)碎巖兩者的特征，根據(jù)沖擊碎巖和回轉(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)碎巖和回轉(zhuǎn)—沖擊碎巖兩種形式。

1、沖擊—回轉(zhuǎn)碎巖以沖擊碎巖為主，回轉(zhuǎn)力矩使切削具在靜壓的作用下沿孔底剪切兩次沖擊間殘留的巖石脊峰，這種方式要求沖擊器具有低頻率、大沖擊功，風(fēng)動沖擊器即屬次類。對于脆性巖石來說，利用這種方式碎巖，效果較好。5/6/2024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。它主要用于小口徑鉆進(jìn)，液動沖擊器即屬此類。該方法之所以能破巖，主要是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，因而增加了破巖的效果。

5/6/2024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)工藝沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝的優(yōu)點(diǎn):

沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆頭切削具的磨損總體上小于純回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。這是因?yàn)?，在鉆進(jìn)硬—堅(jiān)硬巖石時(shí)，碎巖以沖擊作用為主，軸心壓力相對較小，同時(shí)切削具與孔底巖石處于瞬間動接觸狀態(tài)，因此，磨損較小。此外，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，所采用的轉(zhuǎn)速較低，切削具的磨損也較小。

5/6/2024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、影響沖擊回轉(zhuǎn)碎巖效果的因素1、沖擊能量對碎巖效果的影響

評定碎巖效果的合理性：單位體積破碎能(碎巖比功)，表示碎巖的能量消耗水平。沖擊能量A和碎巖比功α的α—A曲線分成三部分：A<A0是傷痕區(qū)，這時(shí)小的沖擊能不足以使巖石產(chǎn)生破碎坑，且破碎下的巖粉很細(xì)，因而比功α很大；A0≤A≤AC為過渡區(qū)(陰影部分)，該區(qū)內(nèi)測定的比功α變化不定；A﹥AC為穩(wěn)定區(qū)，該區(qū)內(nèi)比功α變化不大，且值較小。對于一般巖石，每厘米刃長上沖擊能量若超過10J，即AC＝10J／cm，破碎比功α認(rèn)為有穩(wěn)定值。5/6/2024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

在兩次沖擊之間，切削刃回轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這個(gè)角度稱之為沖擊間隔。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”，常用β表示。

β與沖擊功、巖性、沖擊齒圓弧半徑R和切削刃角等有關(guān)。沖擊功增加，巖石的最優(yōu)角β增加。如花崗閃長巖，當(dāng)A=6.1J/cm時(shí)，β＝5℃；A＝12.5J/cm時(shí)，βa＝7.5℃。

隨著巖石硬度的降低，最優(yōu)角β增大，如當(dāng)A＝6.1J／cm時(shí)，大理巖β＝7.5℃，花崗巖β＝5℃。5/6/2024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

沖擊器所產(chǎn)生的沖擊力以應(yīng)力波的形式經(jīng)砧子、巖心管、鉆頭傳遞給巖石。

不同的活塞形狀和不同的撞擊接觸面，將產(chǎn)生不同的入射應(yīng)力波形。一般：細(xì)長的沖錘形狀，入射波的幅度低，作用時(shí)間長；短而粗的沖錘形狀，入射波的幅度高，作用時(shí)間短。如右圖所示，7種沖錘質(zhì)量都相同，但不同形狀的沖錘，其入射波形卻不同。5/6/2024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

入射波形對碎巖的影響是：緩和的入射波形比陡的入射波形有較高的鑿入效率，這是由于鑿入起初不需要很大的力，隨著刃具侵深增加，所需力也增大，故緩和的波形與之相匹配。

改變?nèi)肷洳ǖ男螤?，除了調(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。5/6/2024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)程的選擇

液動與氣動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)規(guī)程有很大差異。

(一)液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)規(guī)程的選擇

1、鉆壓沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，有軸壓和沖擊荷載。不同巖石，鉆壓對鉆速的影響不同，8級以下巖層，鉆壓增加機(jī)械鉆速有所增加,8級以上巖層時(shí)則有所下降。軸壓對平均回次鉆進(jìn)長度有影響。5/6/2024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

硬合金液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，為降低切削刃的磨損和增加回次長度，選用較低轉(zhuǎn)速。若增大轉(zhuǎn)速，則在沖擊頻率不變的情況下，兩次沖擊的間距增加，切削行程增大，切削具的磨損增大。影響轉(zhuǎn)速選擇的主要因素是巖石性質(zhì)。硬巖或強(qiáng)研磨性巖石，碎巖主要靠沖擊作用，沖擊間距應(yīng)較小，轉(zhuǎn)速應(yīng)降低；裂隙發(fā)育的巖層或軟巖層。合理的轉(zhuǎn)速應(yīng)保證充分發(fā)揮切削碎巖的作用。鉆進(jìn)不同級別巖石合理轉(zhuǎn)速如式：

金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，為充分發(fā)揮多刃切削研磨巖石，轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量提高。5/6/2024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

泵壓和泵量是液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的重要參數(shù)，鉆進(jìn)中，沖洗液不僅是冷卻鉆頭、清洗孔底，而且泵壓和泵量直接影響沖擊器的沖擊頻率和沖擊功的大小。通常，泵量增大，沖擊器的沖擊頻率和沖擊功增大，孔內(nèi)沖排粉干凈，平均機(jī)械鉆速增高。

液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)對泵壓也有一定要求。泵壓除克服沖擊器及管路上的阻力損失外，還應(yīng)滿足沖擊器做功的需要，隨著泵壓的增高，沖擊器的沖擊頻率和沖擊功都相應(yīng)增加。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室

(二)氣動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)規(guī)程選擇

主要規(guī)程是鉆進(jìn)時(shí)的風(fēng)量、風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速及孔底鉆壓。

1、風(fēng)量與風(fēng)壓的選擇

(1)風(fēng)量選擇

通常,風(fēng)量越大，環(huán)隙氣流上返速度越大，巖屑上返能力越強(qiáng)，鉆進(jìn)效率高。但風(fēng)量過大會引起壓力損失增大，沖刷孔壁加劇。一般攜帶巖屑上升的最佳速度大約在15—22m/s。

總風(fēng)量取決于鉆進(jìn)速度并與節(jié)流塞有關(guān)，鉆進(jìn)速度快，所需風(fēng)量也大。節(jié)流塞分配風(fēng)量，鉆進(jìn)時(shí)，根據(jù)環(huán)狀間隙上返氣流的狀況和沖擊器的工作情況，選擇不同孔徑的節(jié)流塞。風(fēng)壓不同，其耗風(fēng)量也不同，當(dāng)其處于不同海拔高度和不同溫度條件下時(shí)，其風(fēng)量應(yīng)加以修正。

第四節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝5/6/2024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)風(fēng)壓選擇

風(fēng)動沖擊器鉆進(jìn)時(shí)，鉆速與風(fēng)壓有密切關(guān)系。右圖為4種不同型號的沖擊器，在花崗巖中鉆進(jìn)時(shí)，鉆速與風(fēng)壓的關(guān)系。

風(fēng)壓較高能提高鉆速，但風(fēng)壓太大，管路中的損失也較大。因此，風(fēng)壓只能在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)選擇。

孔內(nèi)涌水時(shí)，風(fēng)動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的風(fēng)壓將有所不同，尤其是加接鉆桿后，需要有足夠的風(fēng)壓把孔內(nèi)水柱抬起并噴出。這種現(xiàn)象稱為“氣噴”，把孔內(nèi)涌水排出的最大風(fēng)壓稱為“氣噴峰值壓力”，其大小決定于水柱的高度。一旦孔內(nèi)涌水被壓縮空氣排出，此時(shí)風(fēng)壓即降到潛孔錘的工作風(fēng)壓。5/6/2024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、鉆壓及轉(zhuǎn)速的選擇

(1)鉆壓的選擇

鉆壓保持孔底鉆頭與巖石的緊密接觸，一般為0.9kN/cm。鉆壓過大并不能增大鉆速，反而可能增大鉆頭的磨損。

(2)鉆頭的回轉(zhuǎn)速度

合理的轉(zhuǎn)速應(yīng)保證沖擊刃(如球齒)在每沖擊一次后能落在新的巖面上。若回轉(zhuǎn)速度過慢，沖擊刃將重復(fù)沖入先前的沖坑中，重復(fù)破碎，鉆頭不穩(wěn)定，回轉(zhuǎn)受阻，鉆進(jìn)效率下降。若鉆頭轉(zhuǎn)速過快，鉆進(jìn)效率并不增加，反而會引起鉆頭齒的過快磨損。不同地層的合理轉(zhuǎn)速為:

復(fù)蓋層：40—60r／min；軟巖層：30～50r／min；

中硬巖層：20～40r／min；硬巖層：10～30r／min。5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室

一、鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)

(一）鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)的原理

借助于一定重量的鉆頭，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)一定的角度，從而使鉆孔得到規(guī)則的圓形斷面.第五節(jié)鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)及振動鉆進(jìn)5/6/2024中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室

(二）鋼絲繩沖擊鉆的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍

1、特點(diǎn):

(1)用沖擊方法破碎巖石，特別是大卵礫石、漂石、裂隙硬巖等巖層，具有效率高、消耗功率低、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

(2)設(shè)備簡單，移動方便，維修方便;(3)鋼絲繩沖擊鉆，只能鉆進(jìn)垂直井孔。

2、應(yīng)用范圍:(1)鉆鑿大直徑水井；

(2)鉆鑿露天礦山爆破孔；

(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。第五節(jié)鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)及振動鉆進(jìn)5/6/2024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)（三）鋼絲繩沖擊鉆機(jī)一般由動力機(jī)、主軸、沖擊機(jī)構(gòu)、卷筒、桅桿和行走機(jī)構(gòu)等部件組成。5/6/2024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)（四）鋼絲繩沖擊鉆具鋼絲繩沖擊鉆具主要有：鉆頭、沖擊鉆桿、鋼絲繩接頭撈砂筒.

5/6/2024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．鉆頭

沖擊鉆進(jìn)的鉆頭是直接破碎巖石的鉆具。沖擊鉆頭底部帶有各種刃角的切削刀，用它將沖擊力傳給巖石。鉆頭中部稱鉆頭體，為了減少鉆頭在運(yùn)動中巖粉漿對它的阻力，鉆頭體上開有流通巖粉漿的溝槽，以增大鉆頭的沖擊力。5/6/2024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)2．沖擊鉆桿

沖擊鉆桿是為加重鉆頭重量的實(shí)心鉆桿。鉆桿間的連接方式有兩種：一是絲扣連接，另一種是法蘭盤連接。

3．鋼絲繩接頭鋼絲繩接頭又稱繩卡。它的作用是聯(lián)接鋼絲繩與鉆具；并使鉆具在鋼絲繩扭力作用下，能在鉆頭沖擊一次后自動回轉(zhuǎn)一定的角度。5/6/2024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)

4．掏砂桶掏砂桶又稱抽筒，主要作用是撈取井內(nèi)的巖粉。也可用它來鉆進(jìn)砂質(zhì)或粘土質(zhì)等軟地層。掏砂桶為一圓桶，上有提梁連接鋼絲繩，下有活門抽取巖粉。

5/6/2024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)

(五)鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)規(guī)程

沖擊鉆進(jìn)規(guī)程是指在沖擊鉆進(jìn)時(shí)，為了達(dá)到好的鉆進(jìn)效果，依據(jù)一定的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對鉆具及鉆進(jìn)工藝參數(shù)進(jìn)行控制，這些人為可以控制的參數(shù)稱之為沖擊鉆進(jìn)規(guī)程。

沖擊鉆進(jìn)規(guī)程主要包括：鉆具重力（量）沖擊高度沖擊次數(shù)巖粉漿密度

5/6/2024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．鉆具的重力（Q）

鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)是利用鉆具在井中自由下落沖擊而破碎巖石，因此，鉆具重力直接影響著鉆進(jìn)效率。鉆具重力的計(jì)算公式為：式中：L——鉆頭上的有效刃長，cm;

q0——單位鉆頭刃長的鉆具相對重力，N/cm。

相對重力q0值，可根據(jù)巖石的硬度來選擇。實(shí)際制造鉆具時(shí)，除根據(jù)巖石選擇鉆具的重量外，還要考慮鉆具上泥漿的“通槽”和整個(gè)鉆具的長度。5/6/2024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)

2．沖擊高度（S）和懸距

沖擊高度是指在沖擊過程中，鉆具被提離井底的高度。改變曲柄與連桿連接的位置，可得到不同的沖擊高度。一般沖擊高度范圍在0.6~1.1m。壓輪擺動高度不等于鉆具在井內(nèi)的沖擊高度。鉆進(jìn)中，常采用控制放繩和留懸距的辦法來控制。

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2．沖擊高度（S）和懸距

懸距是當(dāng)壓輪停止到上死點(diǎn)時(shí)，待鋼絲繩靜止后，鉆頭距井底的距離。

留懸距的目的：防止因鋼絲繩松弛而造成鉆具抖動、產(chǎn)生鉆具絲扣脫扣等事故；防止鋼絲繩載荷突然增大給鉆機(jī)帶來的損害。

鉆進(jìn)軟巖，每次沖擊切入巖石的深度較大，懸距可以少留或不留；硬巖因切入深度小，故應(yīng)適當(dāng)多留；懸距值還與井深有關(guān)，當(dāng)鋼絲繩越長，其彈性伸長量就越大。鉆進(jìn)硬巖選較大的沖擊高度，鉆進(jìn)軟巖選較低的沖擊度。5/6/2024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)

3．沖擊次數(shù)鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)時(shí)，沖擊機(jī)構(gòu)往復(fù)一次所需時(shí)間和鉆具沖擊循環(huán)時(shí)間相吻合,即沖擊次數(shù)和沖擊高度必須互相匹配，此沖擊次數(shù)才是合理的沖擊次數(shù)。合理的沖擊次數(shù)可按下式計(jì)算：

式中:n—沖擊次數(shù)，次/min；

S—沖擊高度。

α1—下降角（從下死點(diǎn)轉(zhuǎn)到上死點(diǎn)曲柄回轉(zhuǎn)的角度）；

j—鉆具在井內(nèi)巖粉漿中下降的加速度；

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4．巖粉漿密度沖擊鉆進(jìn)時(shí)，井內(nèi)巖粉漿的密度過大，將影響鉆具下降的加速度，從而影響沖擊破碎巖石的效果；從另一方面看，井內(nèi)有一定密度的巖粉漿，卻有利于懸浮巖粉、巖屑。否則巖粉、巖屑就會滯留而沉積在井底，形成一層巖粉墊，使鉆頭不能直接沖擊新鮮巖面，破碎巖石的效果不好。對于某種巖石，有最佳的巖粉漿密度，一般是巖石的比重越大，巖粉漿的最佳密度相應(yīng)越高。鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)各規(guī)程參數(shù)的配合關(guān)系見資料.

5/6/2024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)二、振動鉆進(jìn)

(一）基本原理、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

1、振動鉆進(jìn)的基本原理:

振動鉆進(jìn)是在鉆具的上部或下部安裝一個(gè)振動器，振動器產(chǎn)生激振力，在激振力與鉆具重力的共同作用下，推動鉆具向下鉆進(jìn)的一種方法。

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2、振動鉆進(jìn)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

這種方法適用于砂性土、粘土、粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)粘土等土層。在這些軟巖層和松散巖層中鉆進(jìn)與取樣都有很高的效率。由于這種鉆進(jìn)方法不使用泥漿，不污染巖樣和地層，并且設(shè)備比較