国家精品课程岩土钻掘工程学第6章-冲击回转钻进与

第六章冲冲击回转转钻进与冲冲击、振动动钻进1、概述；；2、液体和和气动冲击击器；3、冲击回回转钻进用用钻头;4、冲击回回转钻进工工艺;5、钢丝绳绳冲击钻进进及振动钻钻进工艺.国家精品课课程10/24/2022中国地质大大学勘查教教研室冲击回转钻钻进是在钻钻头已承受受一定静载载荷的基础础上，以纵纵向冲击力力和回转切切削力共同同破碎岩石石的钻进方方法。与常常规回转钻钻进法相比比，冲击回回转钻进只只要用不大大的冲击力力，便可以以达到破碎碎坚硬岩石石的效果。。冲击回转钻钻进最适用用于粗颗粒粒的不均质质岩层，在在可钻性ⅥⅥ～Ⅷ级，，部分Ⅸ级级的岩石中中，钻进效效果尤为突突出。冲击回转钻钻进不仅应应用于硬质质合金钻进进，还应用用于金刚石石钻进及牙牙轮钻进。。冲击回转钻钻进不仅可可提高效率率和钻头寿寿命，而且且还可解决决“堵心””、“打滑”、“防斜””等问题。。在岩土工程程的大口径径施工中也也有用武之之地。第一节概概述岩土钻掘工工程学国家精品课课程冲击回转钻钻进的核心心部件是冲冲击器，根根据驱动介介质类型可可分为液动动冲击器和和气动冲击击器。液动冲击器器以高压水水或泥浆驱驱动，对中中硬以上岩岩石比单纯纯回转钻进进有明显优优势，还可可与绳索取取心相结合合。广泛用用于地质钻钻探、水文文水井、工工程施工、石油钻井井等领域。。但由于自自身冲击能能较小，故故钻进效果果仍低于气气动冲击器器。气动冲击器器(风动潜潜孔锤)以以压缩空空气驱动。。由于单次次冲击功大大，上返岩岩屑风速高高，钻进效效率可比液液动冲击器器高2~3倍。近年年来出现了了贯通式冲冲击器、跟跟管钻进、、成集束式式潜孔锤用用于大口径径钻进、、潜孔锤解解卡、起拔拔套管等。。钻孔深度度从埋线杆杆孔2.3m——油油气井1000m以以上。第一节概概述10/24/2022中国地质大大学勘查教教研室第二节液液动和气气动冲击器器一、液动冲击击器液动冲击器器根据结构构不同可分分为:阀式液动冲冲击器又可分为:(1)正作用阀式式液动冲击击器;(2)反反作用阀式式液动冲击击器;(3)双双作用阀式式液动冲击击器.无阀式液动动冲击器又可分为:(1)射流式液动动冲击器;(2)射射吸式液动动冲击器。。10/24/2022中国地质大大学勘查教教研室1.阀式液动冲冲击器1.1正正作用冲击击器液体压力推推动冲锤下下行冲击，，弹簧力复复位—“正作用”。冲锤5在簧簧6作用下下处上位，，中孔被活活阀4盖住住，液流瞬瞬间被阻，，液压↑产产生水锤。。冲锤和活活阀一同下下行，压缩缩阀簧3和和锤簧；活活阀下行时时被阀座9限制与冲冲锤脱开，，液流经中中心孔流向向孔底，液液压↓，活活阀在阀簧簧作用下返返位；冲锤锤在动能作作用下利用用惯性继续续运行，冲冲击铁砧7，冲击能能量经铁砧砧→岩心管管接头→钻钻头。冲锤在锤簧簧力作用下下弹回再次次与活阀接接触。第二节液液动和气动冲冲击器10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室其主要特点：(1)正作用用冲击器结构构简单，性能能稳定，调试试容易。(2)冲击器器中弹簧的反反作用要消耗耗一部分能量量，抵消了很很大一部分高高压液流所产产生的冲击力力。(3)弹簧在在1500次次／min或或更高的循环环压缩、伸张张下，容易损损坏。第二节液液动和气动冲冲击器10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室1.2反作作用冲击器利用高压液流流推动冲锤上上行，压缩工工作弹簧储存存能量，经弹弹簧释能作功功。高压液流进入入，由于水路路封闭当冲锤锤上下端压力力差超过弹簧簧1的压缩力力和冲锤本身身质量时，迫迫使冲锤上行行，并压缩工工作弹簧储存存能量；同时时，铁砧4的的水路被逐步步打开，高压压液流流向孔孔底，液压下下降，冲锤利利用惯性继续续上行到上死死点时，冲锤锤利用自身质质量和工作弹弹簧的弹力使使冲锤急速向向下冲击铁砧砧。同时，由于冲冲锤与铁砧相相接触而又封封闭了液流通通向孔底的通通路，液压开开始上升，当当上升到一定定值再次作用用于冲锤使其其上行，开始始第二个工作作周期。第二节液液动和气动冲冲击器10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室反作用冲击器器的主要特点：(1)对冲洗洗液的适应能能力较强；(2)可获得得较大的单次次冲击功；(3)冲击器器内部的压力力损失较小，，效率较高。。该类冲击器的的主要缺点是是需要刚度较较大的弹簧，，工作寿命只只有40~lOO小时。第二节液液动和气动冲冲击器10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室1.3双作作用冲击器冲锤正冲程和和反冲程均由由液体压力推推动。钻具自重使活活接头f压紧紧到外套g处处，工作腔d的液流分别别作用在活阀阀2和塔形冲冲锤6上，由由活阀上下端端的压差使活活阀上移到最最上位置；冲锤活塞上、、下面积不同同产生压差使使其向上移动动；当冲锤上上行到与活阀阀接合时，通通道d1被关关闭，冲锤与与活阀一起急急速下行，当当下行h时，，活阀被支撑撑座4限止，，冲锤与活阀阀分离，借助助惯性继续下下行到s时，，冲击砧子9；由于冲锤中心心通道被打开开，液流恢复复循环，在液液流压力作用用下，活阀与与冲锤急剧上上行，周而复复始。第二节液液动和气动冲冲击器10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室其主要特点：（1）双作用液液动冲击器的的液流能利用用率较大；（2）结构比比较复杂，部部分零件磨损损较快等缺点点。第二节液液动和气动冲冲击器10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室2.无阀冲击击器2.1射流流式冲击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并进入缸缸体上部，推推活塞下行，，冲锤冲击砧砧。在C输出高压压水的同时，，有一小股高高压液流(反反馈信号)进进入D控制孔孔。在活塞行行程末了时，，反馈信号很很强，促使射射流由C切换换到E输出，，高压液流由由左通道输出出，进入下腔腔，推动活塞塞向上。活塞上行时，，反馈信号又又回到F，射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10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室主要特点:1)结构简单单易操作；2)无弹簧及及配水活阀等零件，寿寿命较长；3)能量利用用率较高；4）工作时不不易堵水较好预防烧钻钻及蹩泵等事故；5）钻进中产产生的高压水水锤波比阀式式冲击器小，，钻具工作较较平稳，能减减少水泵、冲冲击器及高压压管路等零件件损坏.第二节液液动和气动冲冲击器10/24/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室2.2射射吸吸式式液液动动冲冲击击器器利用用液液流流高高速速喷喷射射时时产产生生的的卷卷吸吸作作用用及及阀阀与与冲冲锤锤间间压压力力与与位位移移的的综综合合反反馈馈关关系系，，通通过过阀阀与与冲冲锤锤、、活活塞塞上上腔腔与与下下腔腔液液流流压压力力差差的的正正负负交交换换而而使使冲冲锤锤反反复复运运动动。。主要要特特点点:第二二节节液液动动和和气气动动冲冲击击器器（1））结结构构简简单单、、零零件件少少、、无无易易损损弹弹簧簧，，工工作作寿寿命命较较长长。。（2））输输出出输输入入技技术术参参数数范范围围较较宽宽，，能能在在高高频频状状态态下下稳稳定定冲冲击击，，耐耐背背压压特特性性好好。。10/24/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室3.其其他他型型式式的的液液动动冲冲击击器器:3.1绳索索取取心心式式液液动动冲冲击击器器不仅仅具具有有绳绳索索取取心心钻钻进进的的各各种种优优点点，，同同时时冲冲击击载载荷荷可可克克服服绳绳索索取取心心钻钻进进钻钻头头唇唇部部较较厚厚，，钻钻头头比比压压较较小小在在坚坚硬硬致致密密岩岩石石中中钻钻速速较较低低的的缺缺点点。。3.2孔底底反反循循环环液液动动冲冲击击器器既可可以以实实现现局局部部反反循循环环，，又又具具有有冲冲击击作作用用的的孔孔底底钻钻具具。。第二二节节液液动动和和气气动动冲冲击击器器10/24/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室二、风风动动冲冲击击器器也称称风风动动潜潜孔孔锤锤，，以以压压缩缩空空气气作作为为介介质质工工作作，，压压缩缩空空气气也也兼兼做做冲冲洗洗介介质质，，因因此此也也具具有有空空气气钻钻进进的的一一些些特特点点。。实践践表表明明，，风风动动冲冲击击回回转转钻钻进进的的效效率率一一般般比比液液动动冲冲击击回回转转钻钻进进高高0.75~1.6倍倍，，主主要要原原因因是是风风动动冲冲击击的的单单次次冲冲击击能能量量较较大大，，且且孔孔底底冲冲洗洗效效果果较较好好。。使用用风风动动冲冲击击器器钻钻进进时时，，需需配配备备能能力力较较大大的的空空压压机机，，燃燃料料消消耗耗较较大大，，设设备备也也较较复复杂杂。。第二二节节液液动动和和气气动动冲冲击击器器10/24/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室1.有有阀阀冲冲击击器器1.1压差差式式斜斜面面蝶蝶状状阀阀配配气气装装置置所谓谓压压差差式式是是以以风风动动冲冲击击器器活活塞塞运运动动方方向向的的前前方方增增压压，，后后方方减减压压所所造造成成的的压压力力差差来来实实现现阀阀的的变变位位，，从从而而达达到到配配气气的的目目的的。。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。10/24/2022中国地质质大学勘勘查教研研室如果活塞塞串联使使用时，，C1孔道的压压气去下下一个活活塞的上上气室，，推动活活塞向下下冲击作作功。压压缩气体体的少部部分经配配气阀中中心孔、、活塞中中心孔流流入孔底底，冲洗洗岩粉。。活塞向向下冲击击又产生生压差，，阀片又又摆动变变位，开开始第二二个循环环工作。。压差式斜斜面蝶状状阀配气气装置主主要用于于美国英英格索兰兰公司制制造的DHD系列风动动冲击器器上。该该类型配配气装置置动作灵灵敏可靠靠，但阀阀片加工工较困难难。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。10/24/2022中国地质质大学勘勘查教研研室1.2防防空打打机构及及工作原原理潜孔锤工工作时，，活塞的的冲击能能通过钻钻头直接接传至孔孔底岩石石，缸体体不承受受冲击载载荷。即使在悬悬吊状态态时，亦亦不允许许承受冲冲击负荷荷（即所所谓空打打）。用防空打打孔Ⅰ来来实现这这一功能能。当潜潜孔锤处处于悬吊吊状态时时，钻头头23及活塞9均借助于于自重向向下滑行行一段距距离，则则防空打打孔Ⅰ露露出，于是是来自配配气机构构的压气气被引入入缸体，，并经活活塞中心心孔道及及钻头孔孔道流入入孔底，，使潜孔孔锤自行行停止工工作。第二节液液动动和气动动冲击器器10/24/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室1.3配配气机机构及及工作作原理理(1)返回行行程工工作返回行行程→→阀片片7,活塞9处于下下限→→压气气经阀阀片7后面、、阀盖盖6上的轴轴向与与径向向孔进进入环环形腔腔Ⅱ→→至气气缸前前腔，，推动动活塞塞向上上运动。气缸上上腔经经活塞塞9及钻头头23的中心心孔与与孔底底相通通→压压气使使活塞塞9加速向向上运运动。当活塞塞9端面与与配气气杆22配合时时，上上腔排排气孔孔关闭闭→处处于压压缩状状态→→活塞塞做减减速运运动。。第二节节液液动动和气气动冲冲击器器10/24/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室活塞杆杆端面面越过过衬套套12上的沟沟槽ⅢⅢ时，，下腔腔压气气经钻钻头中中孔与与大气气通，，在压压差作作用下下阀片片7迅迅速上上移关关闭下下腔气气路，，开始始冲击击行程程的配配气工工作。。(2)冲击行行程工工作原原理冲击行行程开开始→→活塞塞和阀阀片均均处于于极上上位置置→压压气经经阀盖盖和阀阀座的的径向向孔进进入气气缸上上腔→→推动动活塞塞高速速向下下运动动冲击击钻头头。当活塞塞行至至衬套套的花花键槽槽被关关闭时时→下下腔压压力开开始上上升→→活塞塞上端端中心心孔离离开配配气杆杆→上上腔通通大气气压力力降低低，工工作行行程结结束。。活塞冲冲击钻钻头尾尾部后后→阀阀片因因其上上、下下压差差作用用→换换向→→活塞塞重复复返回回行程程动作作。第二节节液液动动和气气动冲冲击器器10/24/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室2.无无阀阀潜孔孔锤潜孔锤锤控制制活塞塞往复复运动动的配配气系系统装装在活活塞或或气缸缸壁上上，活活塞运运动时时自动动配气气。利用压压气的的膨胀胀功，，推动动活塞塞继续续运动动，从从而减减少了了动力力气的的消耗耗；取取消了复杂杂的配配气机机构，，代之之以简简单的的配气气气路路，气气道路路程短短，气气压损损失小小。主主要有有国产W系列和和国外外DHD系列。。W-200型的的工作作原理理：压缩空空气经经上接接头1、止逆逆塞4进入进进气座座7下腔，然后后气体体分成成两路路：一一路经经进气气座7的中心心孔道道和节节流塞塞10进入活活塞11和钻头头16的中心心孔道道至孔底底冷却却钻头头和清清除岩岩粉；；第二节节液液动动和气气动冲冲击器器10/24/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室另一路路气进进入外外缸9和内缸缸8间的环环形腔腔(活活塞运运动进进气室室)→→推动动活塞塞上下下运动动。进气室室的气气体经经内缸缸径向向孔及及活塞塞上环环形气气槽进入入下缸缸，活活塞开开始向向上运运动→→上移移关闭闭进气气气路路→活活塞靠靠气体体膨胀胀运行行，当下下缸与与排气气孔相相通时时→活活塞靠靠惯性性运行行.无无阀潜潜孔锤锤返程程包括括进气气、膨膨胀、、惯性性滑行行三阶阶段。。活塞在在冲程程过程程中，，气体体经活活塞上上环形形气槽槽进入入上缸缸→经经历冲冲程进进气、、空气气膨胀胀、活活塞惯惯性滑滑行三三阶段段，不不同的的是各各阶段段运行行长度度不同同，冲冲程要要保证证有足足够的的进气气长度度，使使活塞塞获得得较大大的速速度，，而具具有较较大的的冲击击能。。第二节节液液动动和气气动冲冲击器器10/24/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室3.油油气气钻井井用的的气动动潜孔孔锤空气锤锤提离离井底底时，，压缩缩空气气从公公接头头流到到钻头头清理理井眼眼，并并没有有激发发活塞塞。当空气气锤放放到井井底同同时加加上钻钻压时时，钻钻头接接头被被压紧紧到空空气锤锤内部部密封封舱上上。活活塞的的一个个通气气口(流体通通过活活塞的的流道道之一一)对准控控制杆杆的一一个窗窗口，，压缩缩空气气→活活塞底底部空空间→→推动动活塞塞向上上运动动。在活塞塞上行行中，，没有有空气气通过过钻头头流到到孔底底。实实际上上吹洗洗岩屑屑的工工作暂暂停了了。第二节节液液动动和气气动冲冲击器器10/24/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室活塞到到达冲冲程顶顶部时时，活活塞的的另一一个通通气口口对准准了控控制杆杆的一一个窗窗口，，压缩缩空气气→活塞上上方空空间→迫使活活塞向向下运运动→活塞撞撞击钻钻头接接头上上方。。同时，，控制制杆的的底阀阀打开开，钻钻柱内内部的的空气气通过过控制制杆、、钻头头接头头以及及钻头头喷嘴嘴吹向向孔底底带走走岩屑屑。钻头上上的冲冲击力力使得得钻头头旋转转破岩岩的效效率大大大提提高。。这种种轮流流的冲冲击，，使得得空气气锤能能够以以较低低的钻钻压钻钻进。。第二节节液液动动和气气动冲冲击器器10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室第三节冲击击回转钻进用用钻头0、冲击回转钻钻进用钻头的的特点冲击回转钻进进时钻头刚体体承受冲击荷荷载、轴向静静载和扭矩，，刚体材料强强度要高于普普通钻头———40Cr、、45CrNi合金钢；；取心冲击钻头头壁厚较普通通取心钻头厚厚，一般壁厚厚10~20mm，钻头头体长度较长长(140mm)；而气气动冲击回转转钻头壁厚更更大或多采用用全面钻进型型式；钻头体的外形形多呈多边形形，以增大通通水、通气面面积；为使钻头切削削具承受大冲冲载，多采用用YGl5或或粗粒YG11C硬质合金切削削具，多采用用圆柱状、八八角状和球齿齿形状。切削具的出刃刃形式多为平平底形，且出出刃量较大。。10/24/2022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一、液液动动冲击击回回转转钻钻进进用用钻钻头头1.硬质质合合金金钻钻头头（1））普普通通大大八八角角硬硬合合金金钻钻头头可带带肋肋骨骨或或不不带带肋肋骨骨。。肋肋骨骨厚厚3mm以以增增大大通通水水面面积积，，内内、、外外出出刃刃3mm，，底底出出刃刃5mm，，刃刃尖尖角角90ºº~100ºº，，适于于钻钻进进5～～8级级中中硬硬岩岩石石。。（2））长长片片状状肋肋骨骨式式硬硬合合金金钻钻头头钻头头内内肋肋骨骨与与钢钢体体成成一一体体。。外外肋肋骨骨厚厚4mm，，外外出出刃刃1.5mm，，内内出出刃刃1mm，，底底出出刃刃5mm，，冲冲击击刃刃角角110ºº。。适用用于于低低频频大大冲冲击击功功液液钻钻进进中中硬硬岩岩石石。。10/24/2022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（3））异异形形硬硬合合金金钻钻头头利用用异异形形截截面面钻钻头头体体增增大大液液流流断断面面，，减减少少流流阻阻背背压压和和岩岩心心堵堵塞塞。。镶焊焊6粒粒硬硬质质合合金金，，内内、、外外出出刃刃各各1mm，，底底出出刃刃2.5~3mm，，合合金金刃刃尖尖角角90ºº~100ºº，，适于于在在5~7级级中中硬硬岩岩石石中中使使用用。。10/24/2022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2.金金刚刚石石钻钻头头液动动冲冲击击回回转转金金刚刚石石钻钻头头主主要要是是孕孕镶镶取取心心钻钻头头，，常常用用在在坚坚硬硬“打滑滑”地层层常常用用高高频频低低冲冲击击功功的的液液动动冲冲击击器器。。结结构构特特点点：：(1)首选选人人造造孕孕镶镶金金刚刚石石钻钻头头或或聚聚晶晶体体钻钻头头；；(2)选用用高高强强度度的的或或经经过过浑浑圆圆化化和和金金属属镀镀层层处处理理的的金金刚刚石石；；(3)因金金刚刚石石单单晶晶抗抗冲冲击击韧韧性性与与粒粒度度成成反反比比，，故故粒粒度度不不要要太太大大，，可可选选70~80目金金刚刚石石，，金金刚刚石石浓浓度度75%左右右；；(4)要有有足足够够的的胎胎体体强强度度和和硬硬度度，，避避免免冲冲击击破破裂裂，，一一般般选选中中硬硬-硬胎胎体体，，唇唇面面形形状状以以平平底底形形、、圆圆弧弧形形和和同同心心圆圆尖尖齿齿形形为为好好；；(5)由于冲洗液量量大，钻头的的过水面积应应增大，除主主水口外增设设副水口，加加长加深钻头头钢体内壁水水槽，适当增增大胎体外径径。10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室第三节冲击击回转钻进用用钻头二、风动冲击击回转钻进（（潜孔锤）钻钻头多为全面钻头头——整体式式和分体式。。根据碎岩材料料可分为硬质质合金型和金金刚石加强型型。切削刃形状———分为刃片片型、柱齿型型和片柱混装装型。1.柱齿1.1硬质合金柱齿齿硬质合金牌号号：K4012A，“K”表示矿产开采采用，“40”表示半球形柱柱齿，“12”表示直径为12mm，“A”表示高度。半球齿强度最最高，锥球齿齿次之，楔形形齿最低；但但凿岩效率相相反。钻凿极坚硬和和坚硬、磨蚀蚀性强的岩石石采用半球齿齿，钻凿中硬硬或坚硬、性性脆的岩石采采用锥球齿，，钻进软岩时时宜采用楔形形齿。10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室硬合金柱齿耐耐磨性较低，，钻进坚硬磨磨蚀性岩石时时周边柱齿磨磨损严重，最最好的办法是是采用金刚石石加强柱齿。。1.2金刚石加强柱柱齿有聚晶型和孕孕镶型——将将金刚石层复复合到硬质合合金柱齿头部部，利用硬质质合金良好的的冲击韧性。。可延长钻头头寿命，提高高钻速降低钻钻进成本。聚晶型柱齿在在金刚石压机机上高温高压压烧结而成。。为克服金刚刚石聚晶层与与硬质合金基基体的热膨胀胀系数不同，，弹性模量不不同，在金刚刚石聚晶与硬硬质合金基体体间采用了两两层过渡层。。孕镶型柱齿在在中频炉上采采用热压法烧烧结而成，，金刚石含量量为75%左左右，采用了了特殊配方和和烧结工艺使使金刚石层与与硬合金基体体牢固连接。。第三节冲击击回转钻进用用钻头10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室第三节冲击击回转钻进用用钻头2．潜孔锤柱齿钻头用冷压方法在在钻头体中嵌嵌装柱齿。钻头的柱齿在在钻进过程中中能自行修磨磨，使钻速稳稳定；柱齿损损坏20%时时钻头仍可继继续工作，而而刃片型钻头头崩角后便不不能使用。可分为二翼形形、三翼形和和四翼形钻头头。图中J-200型四翼钻头宜宜用在中硬及及中硬以下岩岩石。近似于半球球形的头部（（亦称球齿形形钻头）使边边齿倾斜角近近45°提高钻头寿寿命。可分为平头型型、圆弧型、、中凹型及中中凸型等。圆圆弧型和中凸凸型钻速较高高。中凹型由由于凸出的岩岩核起定心作作用，所以能能钻较直的炮炮孔。10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室第四节冲冲击回转钻进进工艺一、冲击回转转破岩机理冲击使接触应应力瞬间达极极大，应力集集中，岩石产产生裂纹。冲冲击速度↑岩岩石脆性↑，，裂隙发育↑↑，不大的冲冲击能（数十十焦耳）就可可破碎极坚硬硬的岩石。钻头上同时作作用轴向静载载、冲击力和和回转力矩。。刃具具有冲冲击碎岩和回回转碎岩两者者的特征。根据冲击和回回转碎岩作用用的主次，又又将冲击回转转钻进分为冲冲击-回转和和回转-冲击两种碎岩岩形式。10/24/2022中国地质大学学勘查教研室室1.冲击-回转碎岩主要以冲击载载荷碎岩为主主，轴向静压压力主要用来来克服钻具的的反弹力，改改善冲击能的的传递。回转力矩主要要是使切削具具沿孔底剪切切两次冲击间间残留的岩石石脊峰。拟订订最佳回转速速度时，应能够将中中间凸起的扇扇形岩脊剪碎碎。冲击器具有低低频率，大冲冲击功，风动动潜孔锤即属属此类。利用这种冲击击剪崩和回转转剪切作用，，造成脆性岩岩石大颗粒岩岩体的剥离。。随岩石脆性性与硬度增大大，碎岩效果果愈显著。第四节冲冲击回转钻进进工艺10/24/2022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.回转转-冲击碎碎岩回转-冲击击碎岩是把把高频低冲冲击功，加加在一般回回转钻进的的硬质合金金钻头或金金刚石钻头头上。主要要用于小口口径钻进，，液动冲击击器即属此此类。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振荡而产生生疲劳破坏坏并降低了了强度，再再加上轴向向的静压和和回转切削削，增加了了破岩的效效果。10/24/2022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，破碎比功功a有稳定值。。10/24/2022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———称为冲击击间隔。反反映了转速速与冲击频频率之间的的关系，使使两次冲击击间的岩脊脊能被全部部剪崩或切切削掉的最最大间隔，，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↑，花岗闪闪长岩，当当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°，花岗岩岩β=5°。10/24/2022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。入射波形对对碎岩的影影响：缓和和入射波比比陡的凿入入效率高，，因凿入初初不需很大大的力，随随刃具侵深深增加，所所需力也增增大，故缓缓和波形与与之匹配。。改变入射波波形状，除除调整活塞塞的形状和和断面积之之外，还可可以用调整整撞击面的的接触条件件来达到。。10/24/2022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三、冲击回回转钻进规规程参数1、钻压钻压给岩石石内部预应应力，改善善冲击能量量的传递条条件。但钻钻压↑切削刃单位位进尺磨损损量↑，为为↓刃磨损损，钻压不不能过大，，但必须克克服冲击器器反弹力。。硬合金液动动冲击回转转钻进：硬硬度不大弱弱研磨性岩岩石要充分分发挥回转转切削碎岩岩作用，应应采用较大大钻压。坚坚硬强研磨磨性岩石应应发挥冲击击碎岩的作作用，钻压压可相对小小些。金刚石钻头头以微切削削与磨削为为主，冲击击为辅，故故岩石越硬硬所需钻压压越大，钻钻头口径↑↑钻压也也应↑。。风动潜孔锤锤全面钻头头，冲击功功大，钻压压对碎岩的的影响较小小，据报导导，其钻压压为液动冲冲击的1/3就可获得较较好的钻进进效果。10/24/2022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、转速——风动和液动动潜孔锤选选择转速方方法相同硬合金潜孔孔锤回转仅仅是为改变变切削刃破破岩的位置置，若转速速过慢，切切削刃将打打入先前的的坑穴中使使钻头回转转受阻。若若转速过快快，会导致致切削刃过过早磨损。。所以，转转速是否合合理将直接接影响钻速速和钻头寿寿命。合理理转速主要要据最优冲冲击间隔来来确定。金刚石冲击击回转钻进进为充分发发挥多刃切切削研磨岩岩石，转速速应尽量提提高。如J-200型风动潜孔孔锤钻进，，转速一般般15~30r/min。而孕镶金金刚石冲击击回转应开开高转速，，一般500~700r/min。10/24/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室第四四节节冲冲击击回回转转钻钻进进工工艺艺3、、泵泵压压和和泵泵量量冲洗洗流流量量不不仅仅影影响响洗洗井井质质量量，，而而且且直直接接影影响响冲冲击击器器的的工工作作性性能能（（冲冲击击功功和和冲冲击击频频率率）），，从从而而影影响响钻钻进进效效率率。。液动动冲冲击击回回转转钻钻进进中中，，一一般般随随泵泵量量增增加加，，机机械械钻钻速速也也增增加加。。因因此此，，只只要要岩岩层层允允许许，，泵泵的的能能力力足足够够，，就就应应采采用用大大泵泵量量。。泵压压的的规规律律：：冲冲击击器器在在0.5~0.6MPa开始始工工作作，，当当1.8~2.0MPa时冲冲击击器器工工作作稳稳定定，，平平均均每每百百米米增增加加0.2~0.3MPa，泵泵压压相相应应增增加加。。10/24/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室风动动潜潜孔孔锤锤钻钻进进，，因因钻钻速速快快单单位位时时间间产产生生的的岩岩屑屑多多而而重重，，故故需需比比空空气气钻钻进进大大的的风风量量才才能能使使井井底底干干净净。。潜孔孔锤锤本本身身也也需需一一定定风风量量才才能能正正常常工工作作。。具具体体风风量量应应根根据据潜潜孔孔锤锤对对风风量量的的要要求求和和钻钻孔孔环环状状上上返返风风速速计计算算来来定定，，选选择择其其大大者者。。潜孔孔锤锤工工作作风风压压要要大大于于上上、、下下配配气气室室的的压压差差，，潜潜孔孔锤锤活活塞塞才才能能作作上上下下往往复复运动动。。目目前前，，国国产产潜潜孔孔锤锤：：低低压压潜潜孔孔锤锤，，所所需需风风压压是是0.5~0.7MPa；高高压压潜潜孔孔锤为为0.8~1.1MPa。钻进进时时还还需需加加上上随随钻钻孔孔加加深深带带来来的的沿沿程程压压降降(0.0015MPa/m)和克克服服水水位位以以下下的的水水柱柱压压力力。。第四四节节冲冲击击回回转转钻钻进进工工艺艺10/24/2022中国国地地质质大大学学勘勘查查教教研研室室一、、钢钢丝丝绳绳冲冲击击钻钻进进工工艺艺钢丝丝绳绳冲冲击击钻钻进进借借助助一一定定重重量量的的钻钻头头，，在在一一定定的的高高度度内内周周期期地地冲冲击击井井底底，，使使岩岩石石破破碎碎而而获获得得进进尺尺。。在在每每次次冲冲击击之之后后，，钻钻头头在在钢钢丝丝绳绳带带动动下下，，回回转转一一定定角角度度，，从从而而使使钻钻孔孔得得到到规规则则的的圆圆形形断断面面。。应用范范围:(1)钻钻凿凿大直直径水水井；；(2)钻钻凿凿露天天矿山山爆破破孔；；(3)用用于于钻进进基础础桩孔孔、连连续墙墙钻孔孔、坝坝基处处理孔孔以及及其它它工程程孔；；（4）钢钢丝绳绳冲击击钻，，只能能钻进进垂直直孔。。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10/24/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第五节节钢钢丝丝绳冲冲击钻钻进及及振动动钻进进工艺艺1.钻钻具钻头、冲击钻钻杆、钢丝绳绳接头头、捞捞砂筒筒1.1钻头与与钻杆杆钢丝绳绳冲击击钻头头为使使冲击击力更更集中中施加加于岩岩石。。钻头头底部部带有有各种种刃角角的切切削刃刃。一一般软软岩取取65~80°中硬硬90~110°硬岩岩110~120°。为减少少孔内内岩粉粉浆对对钻头头运动动的阻阻力，，增大大冲击击力，，钻头头体上上开有有流通通岩粉粉浆的的沟槽槽。钻头形形状有有：一一字形形、工工字形形、十十字形形、马马蹄形形或圆圆形。。目前前普遍遍用十字形形带副副刃的的钻头头.冲击钻钻杆为为实心心钻杆杆以增增加自自重.10/24/2022中国地地质大大学勘勘查教教研室室第五节钢钢丝丝绳冲击击钻进及及振动钻钻进1.2钢丝绳接接头钢丝绳接接头使钻钻具在钢钢丝绳扭扭力作用用下，让让钻头每每冲击一一次自动动回转一一个角度度。提升钻具具时整个个钻具因因钢丝绳绳拉伸而而转一个个角度，，钻具下下放时活活套脱离离垫片，，钢丝绳绳不受力力而恢复复扭紧，，活套与与垫片间间产生滑滑动不会会带动钻钻头转动动。这样样钻头每每冲击一一次转一一个角度度。1.3抽抽筒筒又称掏砂砂筒，用用于捞取取孔内岩岩粉。其其阀门有有球形、、半球形形和平阀阀等形状状。10/24/2022中国地质质大学勘勘查教研研室2.钢丝丝绳冲击击钻进规规程2.1钻钻具重重量———单位刃刃长上钻钻具重量量取决于于岩性：：软岩层--200~300N/m；；中硬岩岩层--350~400N/m；硬岩层--500~600N/m；；极硬岩岩层--650~800N/m。2.2冲冲击高高度———冲击运运动时钻钻头提离离孔底的的高度改变钻机机的曲柄柄和连杆杆的连接接孔位，，可改变变冲击高高度。由由于钢丝丝绳弹性性伸长，，钻机压压轮上下下高度≠≠钻头冲冲击高度度。悬距=压压轮在最最高点、、钢丝绳绳静止、、钻头距距孔底的的距离。。冲击高度度通常取取0.6~1.1m，极硬岩岩层取小小值，软软岩取大大值。悬悬距的最最优值一一般为3~4cm。第五节钢钢丝丝绳冲击击钻进及及振动钻钻进工艺艺10/24/2022中国地质大大学勘查教教研室2.3冲冲击次数冲击次数与与冲击高度度有关一般粘土层层j=4.5~5m/s2；硬岩j=6~6.5；清洁孔底底j=8.7。2.4岩岩粉密度若岩粉密度度↓悬浮差差孔底岩粉粉垫↑钻效效↓，不同同的岩性存存在着最佳佳岩粉密度度。岩石密密度↑岩粉粉密度可越越↑。操作中通过过控制掏砂砂间隔和数数量来调整整岩粉密度度，规程上上规定“勤勤掏少掏””就是为了了控制岩粉粉密度。第五节钢钢丝绳冲冲击钻进及及振动钻进进工艺冲击高度,m冲击次数,次/min1.1500.78580.486510/24/2022中国地质大大学勘查教教研室3.典型型岩层的冲冲击钻进