《岩土钻掘工程学》第六章冲击回转钻进与冲击、振动钻进培训T

第六章冲击回转钻进与冲击、振动钻进1、概述；2、液体和气动冲击器；3、冲击回转钻进用钻头;4、冲击回转钻进工艺;5、钢丝绳冲击钻进及振动钻进工艺.

国家精品课程11/27/2022中国地质大学勘查教研室冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击力和回转切削力共同破碎岩石的钻进方法。与常规回转钻进法相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力，便可以达到破碎坚硬岩石的效果。冲击回转钻进最适用于粗颗粒的不均质岩层，在可钻性Ⅵ～Ⅷ级，部分Ⅸ级的岩石中，钻进效果尤为突出。冲击回转钻进不仅应用于硬质合金钻进，还应用于金刚石钻进及牙轮钻进。冲击回转钻进不仅可提高效率和钻头寿命，而且还可解决“堵心”、“打滑”、“防斜”等问题。在岩土工程的大口径施工中也有用武之地。

第一节概述岩土钻掘工程学国家精品课程冲击回转钻进的核心部件是冲击器，根据驱动介质类型可分为液动冲击器和气动冲击器。液动冲击器以高压水或泥浆驱动，对中硬以上岩石比单纯回转钻进有明显优势，还可与绳索取心相结合。广泛用于地质钻探、水文水井、工程施工

、石油钻井等领域。但由于自身冲击能较小，故钻进效果仍低于气动冲击器。气动冲击器(风动潜孔锤)以压缩空气驱动。由于单次冲击功大，上返岩屑风速高，钻进效率可比液动冲击器高2~3倍。近年来出现了贯通式冲击器、跟管钻进、成集束式潜孔锤用于大口径钻进、潜孔锤解卡、起拔套管等。钻孔深度从埋线杆孔2.3m——油气井1000m以上。

第一节概述11/27/2022中国地质大学勘查教研室第二节液动和气动冲击器一、液动冲击器

液动冲击器根据结构不同可分为:阀式液动冲击器又可分为:(1)正作用阀式液动冲击器;(2)反作用阀式液动冲击器;(3)双作用阀式液动冲击器.无阀式液动冲击器又可分为:(1)射流式液动冲击器;(2)射吸式液动冲击器。11/27/2022中国地质大学勘查教研室1.阀式液动冲击器1.1正作用冲击器液体压力推动冲锤下行冲击，弹簧力复位—“正作用”。冲锤5在簧6作用下处上位，中孔被活阀4盖住，液流瞬间被阻，液压↑产生水锤。冲锤和活阀一同下行，压缩阀簧3和锤簧；活阀下行时被阀座9限制与冲锤脱开，液流经中心孔流向孔底，液压↓，活阀在阀簧作用下返位；冲锤在动能作用下利用惯性继续运行，冲击铁砧7，冲击能量经铁砧→岩心管接头→钻头。冲锤在锤簧力作用下弹回再次与活阀接触。第二节液动和气动冲击器11/27/2022中国地质大学勘查教研室

其主要特点：(1)正作用冲击器结构简单，性能稳定，调试容易。(2)冲击器中弹簧的反作用要消耗一部分能量，抵消了很大一部分高压液流所产生的冲击力。(3)弹簧在1500次／min或更高的循环压缩、伸张下，容易损坏。

第二节液动和气动冲击器11/27/2022中国地质大学勘查教研室1.2反作用冲击器利用高压液流推动冲锤上行，压缩工作弹簧储存能量，经弹簧释能作功。高压液流进入，由于水路封闭当冲锤上下端压力差超过弹簧1的压缩力和冲锤本身质量时，迫使冲锤上行，并压缩工作弹簧储存能量；同时，铁砧4的水路被逐步打开，高压液流流向孔底，液压下降，冲锤利用惯性继续上行到上死点时，冲锤利用自身质量和工作弹簧的弹力使冲锤急速向下冲击铁砧。同时，由于冲锤与铁砧相接触而又封闭了液流通向孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值再次作用于冲锤使其上行，开始第二个工作周期。

第二节液动和气动冲击器11/27/2022中国地质大学勘查教研室反作用冲击器的主要特点：(1)对冲洗液的适应能力较强；(2)可获得较大的单次冲击功；(3)冲击器内部的压力损失较小，效率较高。该类冲击器的主要缺点是需要刚度较大的弹簧，工作寿命只有40~lOO小时。

第二节液动和气动冲击器11/27/2022中国地质大学勘查教研室1.3双作用冲击器冲锤正冲程和反冲程均由液体压力推动。钻具自重使活接头f压紧到外套g处，工作腔d的液流分别作用在活阀2和塔形冲锤6上，由活阀上下端的压差使活阀上移到最上位置；冲锤活塞上、下面积不同产生压差使其向上移动；当冲锤上行到与活阀接合时，通道d1被关闭，冲锤与活阀一起急速下行，当下行h时，活阀被支撑座4限止，冲锤与活阀分离，借助惯性继续下行到s时，冲击砧子9；由于冲锤中心通道被打开，液流恢复循环，在液流压力作用下，活阀与冲锤急剧上行，周而复始。第二节液动和气动冲击器11/27/2022中国地质大学勘查教研室其主要特点：（1）双作用液动冲击器的液流能利用率较大；（2）结构比较复杂，部分零件磨损较快等缺点。第二节液动和气动冲击器11/27/2022中国地质大学勘查教研室2.无阀冲击器2.1射流式冲击器器双稳射流元件件控制的液动动冲击钻具。。高压水射流从从喷嘴喷出产产生附壁作用用。若先附于右壁壁，高压液流流则流入通道道C并进入缸体上上部，推活塞塞下行，冲锤锤冲击砧。在C输出高压水的的同时，有一一小股高压液液流(反馈信号)进入D控制孔。在活活塞行程末了了时，反馈信信号很强，促促使射流由C切换到E输出，高压液液流由左通道道输出，进入入下腔，推动动活塞向上。。活塞上行时，，反馈信号又又回到F，射流又切换到到右输出通道道。如此反复复循环，实现现冲锤的冲击击动作。第二节液液动和气动冲冲击器11/25/2022中国地质大学学勘查教研室室主要特点:1)结构简单易操操作；2)无弹簧及配水水活阀等零件，寿寿命较长；3)能量利用率较较高；4）工作时不易易堵水较好预防烧钻钻及蹩泵等事故；5）钻进中产生生的高压水锤锤波比阀式冲冲击器小，钻钻具工作较平平稳，能减少少水泵、冲击击器及高压管管路等零件损损坏.第二节液液动和气动冲冲击器11/25/2022中国地质大学学勘查教研室室2.2射吸式液动冲冲击器利用液流高速速喷射时产生生的卷吸作用用及阀与冲锤锤间压力与位位移的综合反反馈关系，通通过阀与冲锤锤、活塞上腔腔与下腔液流流压力差的正正负交换而使使冲锤反复运运动。主要特点:第二节液液动和气动冲冲击器（1）结构简单、、零件少、无无易损弹簧，，工作寿命较较长。（2）输出输入技技术参数范围围较宽，能在在高频状态下下稳定冲击，，耐背压特性性好。11/25/2022中国地质大学学勘查教研室室3.其他型式的液液动冲击器:3.1绳索取心式液液动冲击器不仅具有绳索索取心钻进的的各种优点，，同时冲击载载荷可克服绳绳索取心钻进进钻头唇部较较厚，钻头比比压较小在坚坚硬致密岩石石中钻速较低低的缺点。3.2孔底反循环液液动冲击器既可以实现局局部反循环，，又具有冲击击作用的孔底底钻具。第二节液液动和气动冲冲击器11/25/2022中国地质大学学勘查教研室室二、风动冲击器也称风动潜孔孔锤，以压缩缩空气作为介介质工作，压压缩空气也兼兼做冲洗介质质，因此也具具有空气钻进进的一些特点点。实践表明，风风动冲击回转转钻进的效率率一般比液动动冲击回转钻钻进高0.75~1.6倍，主要要原因是是风动冲冲击的单单次冲击击能量较较大，且且孔底冲冲洗效果果较好。。使用风动动冲击器器钻进时时，需配配备能力力较大的的空压机机，燃料料消耗较较大，设设备也较较复杂。。第二节液液动动和气动动冲击器器11/25/2022中国地质质大学勘勘查教研研室1.有阀冲击击器1.1压差式斜斜面蝶状状阀配气气装置所谓压差差式是以以风动冲冲击器活活塞运动动方向的的前方增增压，后后方减压压所造成成的压力力差来实实现阀的的变位，，从而达到配配气的目目的。第二节液液动动和气动动冲击器器图.斜面蝶状阀配气装置1-阀箱，2-阀片，3-阀座。蝶状阀片片为圆形形，两面面带有斜斜面，靠靠阀片左左右摆动动实现阀阀体变位位。压缩空气气P由风动冲冲击器上上接头进进入气室室A，经开启启的左侧侧气孔沿沿B进入下气气室，推推动活塞塞上行。。产生压压差后，，蝶状阀阀片在压压差作用用下摆动动变位，，阀的右右翼开启启而左翼翼盖严。。于是压压缩气体体经开启启的右侧侧气孔沿沿C向进入上上气室，，推动活活塞向下下运动产产生一次次冲击作作用。11/25/2022中国地质大学学勘查教研室室如果活塞串联联使用时，C1孔道的压气去去下一个活塞塞的上气室，，推动活塞向向下冲击作功功。压缩气体体的少部分经经配气阀中心心孔、活塞中中心孔流入孔孔底，冲洗岩岩粉。活塞向向下冲击又产产生压差，阀阀片又摆动变变位，开始第第二个循环工工作。压差式斜面蝶蝶状阀配气装装置主要用于于美国英格索索兰公司制造造的DHD系列风动冲击击器上。该类类型配气装置置动作灵敏可可靠，但阀片片加工较困难难。第二节液液动和气动冲冲击器图.斜面蝶状阀配气装置1-阀箱，2-阀片，3-阀座。11/25/2022中国地质大学学勘查教研室室1.2防空打机构及及工作原理潜孔锤工作时时，活塞的冲冲击能通过钻钻头直接传至至孔底岩石，，缸体不承受受冲击载荷。。即使在悬吊状状态时，亦不不允许承受冲冲击负荷（即即所谓空打））。用防空打孔Ⅰ来实现这一功功能。当潜孔孔锤处于悬吊吊状态时，钻钻头23及活塞9均借助于自重重向下滑行一一段距离，则则防空打孔Ⅰ露出，于是来自自配气机构的的压气被引入入缸体，并经经活塞中心孔孔道及钻头孔孔道流入孔底底，使潜孔锤锤自行停止工工作。第二节液液动和气动冲冲击器11/25/2022中国地质大学学勘查教研室室1.3配气机构及工工作原理(1)返回行程工作作返回行程→阀阀片7,活塞9处于下限→压压气经阀片7后面、阀盖6上的轴向与径径向孔进入环环形腔Ⅱ→至气缸前腔，，推动活塞向向上运动。气缸上腔经活活塞9及钻头23的中心孔与孔孔底相通→压压气使活塞9加速向上运动。当活塞9端面与配气杆杆22配合时，上腔腔排气孔关闭闭→处于压缩缩状态→活塞塞做减速运动动。第二节液液动和气动冲冲击器11/25/2022中国地质大学学勘查教研室室活塞杆端面越越过衬套12上的沟槽Ⅲ时，下腔压气气经钻头中孔孔与大气通，，在压差作用用下阀片7迅速上移关闭闭下腔气路，，开始冲击行行程的配气工工作。(2)冲击行程工作作原理冲击行程开始始→活塞和阀阀片均处于极极上位置→压压气经阀盖和和阀座的径向向孔进入气缸缸上腔→推动动活塞高速向向下运动冲击击钻头。当活塞行至衬衬套的花键槽槽被关闭时→→下腔压力开开始上升→活活塞上端中心心孔离开配气气杆→上腔通通大气压力降降低，工作行行程结束。活塞冲击钻头头尾部后→阀阀片因其上、、下压差作用用→换向→活活塞重复返回回行程动作。。第二节液液动和气动冲冲击器11/25/2022中国地质大学学勘查教研室室2.无阀潜孔锤潜孔锤控制活活塞往复运动动的配气系统统装在活塞或或气缸壁上，，活塞运动时时自动配气。。利用压气的膨膨胀功，推动动活塞继续运运动，从而减减少了动力气气的消耗；取取消了复杂的配气气机构，代之之以简单的配配气气路，气气道路程短，，气压损失小小。主要有国产W系列和国外DHD系列。W-200型的工作原理理：压缩空气经上上接头1、止逆塞4进入进气座7下腔，然后气体分分成两路：一一路经进气座座7的中心孔道和和节流塞10进入活塞11和钻头16的中心孔道至孔底冷却钻钻头和清除岩岩粉；第二节液液动和气动冲冲击器11/25/2022中国地质大学学勘查教研室室另一路气进入入外缸9和内缸8间的环形腔(活塞运动进气气室)→推动活塞上下下运动。进气室的气体体经内缸径向向孔及活塞上上环形气槽进入下缸，，活塞开始向向上运动→上上移关闭进气气气路→活塞塞靠气体膨胀胀运行，当下缸与排排气孔相通时时→活塞靠惯惯性运行.无阀潜孔锤返返程包括进气气、膨胀、惯惯性滑行三阶阶段。活塞在冲程过过程中，气体体经活塞上环环形气槽进入入上缸→经历历冲程进气、、空气膨胀、、活塞惯性滑滑行三阶段，，不同的是各各阶段运行长长度不同，冲冲程要保证有有足够的进气气长度，使活活塞获得较大大的速度，而而具有较大的的冲击能。第二节液液动和气动冲冲击器11/25/2022中国地质大大学勘查教教研室3.油气钻井用用的气动潜潜孔锤空气锤提离离井底时，压缩空气气从公接头头流到钻头头清理井眼眼，并没有有激发活塞塞。当空气锤放放到井底同同时加上钻钻压时，钻钻头接头被被压紧到空空气锤内部部密封舱上上。活塞的的一个通气气口(流体通过活活塞的流道道之一)对准控制杆杆的一个窗窗口，压缩缩空气→活塞底部空空间→推动活塞向向上运动。。在活塞上行行中，没有有空气通过过钻头流到到孔底。实际上吹洗岩屑的工作暂停了。第二节液液动和气气动冲击器器11/25/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室活塞塞到到达达冲冲程程顶顶部部时时，，活活塞塞的的另另一一个个通通气气口口对对准准了了控控制制杆杆的的一一个个窗窗口口，，压压缩缩空空气气→活塞塞上上方方空空间间→迫使使活活塞塞向向下下运运动动→活塞塞撞撞击击钻钻头头接接头头上上方方。。同时时，，控控制制杆杆的的底底阀阀打打开开，，钻钻柱柱内内部部的的空空气气通通过过控控制制杆杆、、钻钻头头接接头头以以及及钻钻头头喷喷嘴嘴吹向向孔孔底底带走走岩岩屑屑。。钻头头上上的的冲冲击击力力使使得得钻钻头头旋旋转转破破岩岩的的效效率率大大大大提提高高。。这这种种轮轮流流的的冲冲击击，，使使得得空空气气锤锤能能够够以以较较低低的的钻钻压压钻钻进进。。第二二节节液液动动和和气气动动冲冲击击器器11/25/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室第三三节节冲冲击击回回转转钻钻进进用用钻钻头头0、冲击击回回转转钻钻进进用用钻钻头头的的特特点点冲击击回回转转钻钻进进时时钻钻头头刚刚体体承承受受冲冲击击荷荷载载、、轴轴向向静静载载和和扭扭矩矩，，刚刚体体材材料料强强度度要要高高于于普普通通钻钻头头———40Cr、45CrNi合金金钢钢；；取心心冲冲击击钻钻头头壁壁厚厚较较普普通通取取心心钻钻头头厚厚，，一一般般壁壁厚厚10~20mm，钻头体体长度度较长长(140mm)；而气动动冲击击回转转钻头头壁厚厚更大大或多多采用用全面面钻进进型式式；钻头体体的外外形多多呈多多边形形，以以增大大通水水、通通气面面积；；为使钻钻头切切削具具承受受大冲冲载，，多采采用YGl5或粗粒粒YG11C硬质合合金切切削具具，多多采用用圆柱柱状、、八角角状和和球齿齿形状状。切削具具的出出刃形形式多多为平平底形形，且且出刃刃量较较大。。11/25/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第三节节冲冲击回回转钻钻进用用钻头头一、液动动冲击回回转钻钻进用用钻头头1.硬质合合金钻钻头（1）普通通大八八角硬硬合金金钻头头可带肋肋骨或或不带带肋骨骨。肋肋骨厚厚3mm以增大大通水水面积积，内内、外外出刃刃3mm，底出刃刃5mm，刃尖角角90ºº~100º，适于钻钻进5～8级中硬硬岩石石。（2）长片片状肋肋骨式式硬合合金钻钻头钻头内内肋骨骨与钢钢体成成一体体。外外肋骨骨厚4mm，外出刃刃1.5mm，内出刃刃1mm，底出刃刃5mm，冲击刃刃角110º。适用于于低频频大冲冲击功功液钻钻进中中硬岩岩石。。11/25/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第三节节冲冲击回回转钻钻进用用钻头头（3）异形形硬合合金钻钻头利用异异形截截面钻钻头体体增大大液流流断面面，减减少流流阻背背压和和岩心心堵塞塞。镶焊6粒硬质质合金金，内内、外外出刃刃各1mm，底出刃刃2.5~3mm，合金刃刃尖角角90ºº~100º，适于在在5~7级中硬硬岩石石中使使用。。11/25/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第三节节冲冲击回回转钻钻进用用钻头头2.金刚石石钻头头液动冲冲击回回转金金刚石石钻头头主要要是孕孕镶取取心钻钻头，，常用用在坚坚硬“打滑”地层常常用高高频低低冲击击功的的液动动冲击击器。。结构构特点点：(1)首选人人造孕孕镶金金刚石石钻头头或聚聚晶体体钻头头；(2)选用高高强度度的或或经过过浑圆圆化和和金属属镀层层处理理的金金刚石石；(3)因金刚刚石单单晶抗抗冲击击韧性性与粒粒度成成反比比，故故粒度度不要要太大大，可可选70~80目金刚刚石，，金刚刚石浓浓度75%左右；；(4)要有足足够的的胎体体强度度和硬硬度，，避免免冲击击破裂裂，一一般选选中硬硬-硬胎体体，唇唇面形形状以以平底底形、、圆弧弧形和和同心心圆尖尖齿形形为好好；(5)由于冲冲洗液液量大大，钻钻头的的过水水面积积应增增大，，除主主水口口外增增设副副水口口，加加长加加深钻钻头钢钢体内内壁水水槽，，适当当增大大胎体体外径径。11/25/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第三节节冲冲击回回转钻钻进用用钻头头二、风风动冲冲击回回转钻钻进（（潜孔孔锤））钻头头多为全全面钻钻头——整体式式和分分体式式。根据碎碎岩材材料可可分为为硬质质合金金型和和金刚刚石加加强型型。切削刃形状状——分为刃片型型、柱齿型型和片柱混混装型。1.柱齿1.1硬质合金柱柱齿硬质合金牌牌号：K4012A，“K”表示矿产开开采用，“40”表示半球形形柱齿，“12”表示直径为为12mm，“A”表示高度。。半球齿强度度最高，锥锥球齿次之之，楔形齿齿最低；但但凿岩效率率相反。钻凿极坚硬硬和坚硬、、磨蚀性强强的岩石采采用半球齿齿，钻凿中中硬或坚硬硬、性脆的的岩石采用用锥球齿，，钻进软岩岩时宜采用用楔形齿。。11/25/2022中国地质质大学勘勘查教研研室硬合金柱柱齿耐磨磨性较低低，钻进进坚硬磨磨蚀性岩岩石时周周边柱齿齿磨损严严重，最最好的办办法是采采用金刚刚石加强强柱齿。。1.2金刚石加加强柱齿齿有聚晶型型和孕镶镶型——将金刚石石层复合合到硬质质合金柱柱齿头部部，利用用硬质合合金良好好的冲击击韧性。。可延长长钻头寿寿命，提提高钻速速降低钻钻进成本本。聚晶型柱柱齿在金金刚石压压机上高高温高压压烧结而而成。为为克服金金刚石聚聚晶层与与硬质合合金基体体的热膨膨胀系数数不同，，弹性模模量不同同，在金金刚石聚聚晶与硬硬质合金金基体间间采用了了两层过过渡层。。孕镶型柱柱齿在中中频炉上上采用热热压法烧烧结而成成，金金刚石含含量为75%左右，采采用了特特殊配方方和烧结结工艺使使金刚石石层与硬硬合金基基体牢固固连接。。第三节冲冲击回回转钻进进用钻头头11/25/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第三节冲冲击回回转钻进进用钻头头2．潜孔锤柱齿钻头头用冷压方方法在钻钻头体中中嵌装柱柱齿。钻头的柱柱齿在钻钻进过程程中能自自行修磨磨，使钻钻速稳定定；柱齿齿损坏20%时钻头仍仍可继续续工作，，而刃片片型钻头头崩角后后便不能能使用。。可分为二二翼形、、三翼形形和四翼翼形钻头头。图中中J-200型四翼钻钻头宜用用在中硬硬及中硬硬以下岩岩石。近似于于半球形形的头部部（亦称称球齿形形钻头））使边齿齿倾斜角角近45°提高钻头头寿命。。可分为平平头型、、圆弧型型、中凹凹型及中中凸型等等。圆弧弧型和中中凸型钻钻速较高高。中凹凹型由于于凸出的的岩核起起定心作作用，所所以能钻钻较直的的炮孔。。11/25/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第四节节冲冲击击回转转钻进进工艺艺一、冲冲击回回转破破岩机机理冲击使使接触触应力力瞬间间达极极大，，应力力集中中，岩岩石产产生裂裂纹。。冲击击速度度↑岩岩石脆脆性↑↑，裂裂隙发发育↑↑，不不大的的冲击击能（（数十十焦耳耳）就就可破破碎极极坚硬硬的岩岩石。。钻头上上同时时作用用轴向向静载载、冲击力力和回回转力力矩。刃具具具有冲冲击碎碎岩和和回转转碎岩岩两者者的特特征。。根据冲冲击和和回转转碎岩岩作用用的主主次，，又将将冲击击回转转钻进进分为为冲击击-回转和和回转转-冲击两两种碎碎岩形形式。。11/25/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室1.冲击-回转碎碎岩主要以以冲击击载荷荷碎岩岩为主主，轴轴向静静压力力主要要用来来克服服钻具具的反反弹力力，改改善冲冲击能能的传传递。。回转力力矩主主要是是使切切削具具沿孔孔底剪剪切两两次冲冲击间间残留留的岩岩石脊脊峰。。拟订订最佳佳回转转速度度时，应能能够将将中间间凸起起的扇扇形岩岩脊剪剪碎。。冲击器器具有有低频频率，，大冲冲击功功，风风动潜潜孔锤锤即属属此类类。利用这这种冲冲击剪剪崩和和回转转剪切切作用用，造造成脆脆性岩岩石大大颗粒粒岩体体的剥剥离。。随岩岩石脆脆性与与硬度度增大大，碎碎岩效效果愈愈显著著。第四节节冲冲击击回转转钻进进工艺艺11/25/2022中国地质大大学勘查教教研室第四节冲冲击回转转钻进工艺艺2.回转-冲击碎岩回转-冲击碎岩是是把高频低低冲击功，，加在一般般回转钻进进的硬质合合金钻头或或金刚石钻钻头上。主主要用于小小口径钻进进，液动冲冲击器即属属此类。破岩机理：：岩石受高高频冲击力力后，一方方面在刃具具接触处产产生应力集集中，增大大了破碎体体积；另一一方面岩石石内部分子子被迫振荡而产产生疲劳破破坏并降低低了强度，，再加上轴轴向的静压压和回转切切削，增加加了破岩的的效果。11/25/2022中国地质大大学勘查教教研室第四节冲冲击回转转钻进工艺艺二、影响冲冲击回转碎碎岩效果的的因素冲击能量对对碎岩效果果的影响并非冲击器器的冲击能能量越大越越好。评定定碎岩效果果还必须考考虑碎岩比比功。无论论单次或多多次冲击钻钻进，A和a的关系分成成A＜A0—伤痕区，冲冲击能小，，岩石不产产生破碎坑坑，岩粉很很细，因而而比功很大大；A0≤A≤Ac—过渡区，比功a变化不大；；A＞Ac—稳定区，比比功a较小且变化化不大。对一般岩岩石，冲击击能量Ac=10J/cm，破碎比功a有稳定值。。11/25/2022中国地质大大学勘查教教研室第四节冲冲击回转转钻进工艺艺2.冲击间隔对对碎岩效果果的影响两次冲击之之间切削刃刃回转一个个角度——称为冲击间间隔。反映映了转速与与冲击频率率之间的关关系，使两两次冲击间间的岩脊能能被全部剪剪崩或切削削掉的最大大间隔，称称为“最优冲击间间隔”，常用相邻邻两次冲击击间的最优优夹角β表示；最优冲击间间隔与冲击击器的冲击击功、岩性性、冲齿圆圆弧半径R和切削刃角角α有关；随冲击功↑↑岩石的最最优角β↑，花岗闪长岩岩，当A=6.1J/cm时，β=5°；A=12.5J/cm时,β=7.5°。随岩石硬度度↓最优角角β↑，如A=6.1J/cm时大理岩β=7.5°，花岗岩β=5°。11/25/2022中国地质大大学勘查教教研室第四节冲冲击回转转钻进工艺艺3.冲击应力波波对碎岩效效果的影响响冲击力以应应力波的形形式传给岩岩石，对碎碎岩效果有有重要影响响。细长冲锤入入射波幅值值低作用时时间长；短短而粗冲锤锤入射波幅幅值高作用用时间短。。图中冲锤锤质量相同同，但入射射波形却不不同。入射波形形对碎岩岩的影响响：缓和和入射波波比陡的的凿入效效率高，，因凿入入初不需需很大的的力，随随刃具侵侵深增加加，所需需力也增增大，故故缓和波波形与之之匹配。。改变入射射波形状状，除调调整活塞塞的形状状和断面面积之外外，还可可以用调调整撞击击面的接接触条件件来达到到。11/25/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第四节冲冲击击回转钻钻进工艺艺三、冲击击回转钻钻进规程程参数1、钻压钻压给岩岩石内部部预应力力，改善善冲击能能量的传传递条件件。但钻钻压↑切削刃单单位进尺尺磨损量量↑，为为↓刃磨磨损，钻钻压不能能过大，，但必须须克服冲冲击器反反弹力。。硬合金液液动冲击击回转钻钻进：硬硬度不大大弱研磨磨性岩石石要充分分发挥回回转切削削碎岩作作用，应应采用较较大钻压压。坚硬硬强研磨磨性岩石石应发挥挥冲击碎碎岩的作作用，钻钻压可相相对小些些。金刚石钻钻头以微微切削与与磨削为为主，冲冲击为辅辅，故岩岩石越硬硬所需钻钻压越大大，钻头头口径↑↑钻压压也应↑↑。风动潜孔孔锤全面面钻头，，冲击功功大，钻钻压对碎碎岩的影影响较小小，据报报导，其其钻压为为液动冲冲击的1/3就可获得得较好的的钻进效效果。11/25/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第四节冲冲击击回转钻钻进工艺艺2、转速——风动和液液动潜孔孔锤选择择转速方方法相同同硬合金潜潜孔锤回回转仅是是为改变变切削刃刃破岩的的位置，，若转速速过慢，，切削刃刃将打入入先前的的坑穴中中使钻头头回转受受阻。若若转速过过快，会会导致切切削刃过过早磨损损。所以以，转速速是否合合理将直直接影响响钻速和和钻头寿寿命。合合理转速速主要据据最优冲冲击间隔隔来确定定。金刚石冲冲击回转转钻进为为充分发发挥多刃刃切削研研磨岩石石，转速速应尽量量提高。。如J-200型风动潜潜孔锤钻钻进，转转速一般般15~30r/min。而孕镶金金刚石冲冲击回转转应开高高转速，，一般500~700r/min。11/25/2022中国地质质大学勘勘查教研研室第四节冲冲击击回转钻钻进工艺艺3、泵压和和泵量冲洗流量量不仅影影响洗井井质量，，而且直直接影响响冲击器器的工作作性能（（冲击功功和冲击击频率）），从而而影响钻钻进效率率。液动冲击击回转钻钻进中，，一般随随泵量增增加，机机械钻速速也增加加。因此此，只要要岩层允允许，泵泵的能力力足够，，就应采采用大泵泵量。泵压的规规律：冲冲击器在在0.5~0.6MPa开始工作作，当1.8~2.0MPa时冲击器器工作稳稳定，平平均每百百米增加加0.2~0.3MPa，泵压相应应增加。。11/25/2022中国地质质大学勘勘查教研研室风动潜孔孔锤钻进进，因钻钻速快单单位时间间产生的的岩屑多多而重，，故需比比空气钻钻进大的的风量才才能使井井底干净净。潜孔锤本本身也需需一定风风量才能能正常工工作。具具体风量量应根据据潜孔锤锤对风量量的要求求和钻孔孔环状上上返风速速计算来来定，选选择其大大者。潜孔锤工工作风压压要大于于上、下下配气室室的压差差，潜孔孔锤活塞塞才能作作上下往往复运动。目目前，国国产潜孔孔锤：低低压潜孔孔锤，所所需风压压是0.5~0.7MPa；高压潜孔孔锤为0.8~1.1MPa。钻进时还还需加上上随钻孔孔加深带带来的沿沿程压降降(0.0015MPa/m)和克服水水位以下下的水柱柱压力。。第四节冲冲击击回转钻钻进工艺艺11/25/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室一、钢钢丝绳绳冲击击钻进进工艺艺钢丝绳绳冲击击钻进进借助助一定定重量量的钻钻头，，在一一定的的高度度内周周期地地冲击击井底底，使使岩石石破碎碎而获获得进进尺。。在每每次冲冲击之之后，，钻头头在钢钢丝绳绳带动动下，，回转转一定定角度度，从从而使使钻孔孔得到到规则则的圆圆形断断面。。应用范范围:(1)钻凿大大直径径水井井；(2)钻凿露露天矿矿山爆爆破孔孔；(3)用于钻钻进基基础桩桩孔、、连续续墙钻钻孔、、坝基基处理理孔以以及其其它工工程孔孔；（（4）钢丝丝绳冲冲击钻钻，只只能钻钻进垂垂直孔孔。第五节节钢钢丝丝绳冲冲击钻钻进与与振动动钻进进工艺艺11/25/2022中国地质大大学勘查教教研室第五节钢钢丝绳冲冲击钻进及及振动钻进进工艺1.钻具钻头、冲击钻杆、钢丝绳接头头、捞砂筒筒1.1钻头与钻杆杆钢丝绳冲击击钻头为使使冲击力更更集中施加加于岩石。。钻头底部部带有各种种刃角的切切削刃。一一般软岩取取65~80°中硬90~110°硬岩110~120°。为减少孔内内岩粉浆对对钻头运动动的阻力，，增大冲击击力，钻头头体上开有有流通岩粉粉浆的沟槽槽。钻头形状有有：一字形形、工字形形、十字形形、马蹄形形或圆形。。目前普遍遍用十字字形形带带副副刃刃的的钻钻头头.冲击击钻钻杆杆为为实实心心钻钻杆杆以以增增加加自自重重.11/25/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室第五五节节钢钢丝丝绳绳冲冲击击钻钻进进及及振振动动钻钻进进1.2钢丝丝绳绳接接头头钢丝丝绳绳接接头头使使钻钻具具在在钢钢丝丝绳绳扭扭力力作作用用下下，，让让钻钻头头每每冲冲击击一一次次自自动动回回转转一一个个角角度度。。提升升钻钻具具时时整整个个钻钻具具因因钢钢丝丝绳绳拉拉伸伸而而转转一一个个角角度度，，钻钻具具下下放放时时活活套套脱脱离离垫垫片片，，钢钢丝丝绳绳不不受受力力而而恢恢复复扭扭紧紧，，活活套套与与垫垫片片间间产产生生滑滑动动不不会会带带动动钻钻头头转转动动。。这这样样钻钻头头每每冲冲击击一一次次转转一一个个角角度度。。1.3抽筒筒又称称掏掏砂砂筒筒，，用用于于捞捞取取孔孔内内岩岩粉粉。。其其阀阀门门有有球球形形、、半半球球形形和和平平阀阀等等形形状状。。11/25/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室2.钢丝丝绳绳冲冲击击钻钻进进规规程程2.1钻具重量——单位刃长上钻钻具重量取决决于岩性：软岩层--200~300N/m；中硬岩层--350~400N/m；硬岩层--500~600N/m；极硬岩层--650~800N/m。2.2冲击高度——冲击运动时钻钻头提离孔底底的高度改变钻机的曲曲柄和连杆的的连接孔位，，可改变冲击击高度。由于于钢丝绳弹性性伸长，钻机机压轮上下高高度≠钻头冲冲击高度。悬距=压轮在最高点点、钢丝绳静静止、钻头距距孔底的距离离。冲击高度通常常取0.6~1.1m，极硬岩层取小小值，软岩取取大值。悬距距的最优值一一般为3~4cm。第五节钢钢丝绳冲击钻钻进及振动钻钻进工艺11/25/2022中国地质大学学勘查教研室室2.3冲击次数冲击次数与冲冲击高度有关关一般粘土层j=4.5~5m/s2；硬岩j=6~6.5；清洁孔底j=8.7。2.4岩粉密度若岩粉密度↓↓悬浮差孔底底岩粉垫↑钻钻效↓，不同同的岩性存在在着最佳岩粉粉密度。岩石石密度↑岩粉粉密度可越↑↑。操作中通过控控制掏砂间隔隔和数量来调调整岩粉密度度，规程上规规定“勤掏少少掏”就是为为了控制岩粉粉密度。第五节钢钢丝绳冲击钻钻进及振动钻钻进工艺冲击高度,m冲击次数,次/min1.1500.78580.486511/25/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室3.典型岩岩层的的冲击击钻进进工艺艺(1)含大卵卵石、、大漂漂石的的地层层用其其他钻钻进方方法不不易奏奏效，，用冲冲击(2)粘土层易造成糊钻，钻速不是主要问题，重要的是防止事故，勤掏浆并及时回灌密度小的泥浆。(3