基于煤田地质钻探的冲击回转钻进技术

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Hale Waihona Puke ・ ９ ｌ・ 基于煤 田地质钻探 的冲击 回转钻进 技术
王 文 田
（ 黑龙 江省 煤 田 地质 １ １ ０勘探 队 ， 黑龙江 双鸭 山 １ ５ ５ １ ０ ０ ）
摘 要： 本文主要 阐述 了煤 田地质钻探 中冲击 回转钻进 的工具、 冲击回转钻进设备及 附属装置等技 术问题 。 关键词 ： 煤田地质钻探 ； 冲击回转 ； 钻进 ； 技术 冲击回转钻进 可用不 同的磨料来钻进 中硬 、 硬及坚 硬岩石。用 ２ ． Ｉ 液动 冲击 回转钻进设备 硬质合金 为磨 料时 ， 最适 用于钻进粗粒不均 质的岩层 ， 特别是钻 进 ２ ． １ ． １钻机 。以硬质合金磨料为主进行冲击 回转钻进 时， 要求钻 可钻性 ５ － ８级岩层时 ， 效果最佳。钻 孑 Ｌ 直径及孔深 均可满足各种钻 机增加低速挡 。 无低速挡的钻机可在钻机 的输入轴处添加一个减 速 孔要 求 目前采 用液动 冲击 回转 钻进 方法 所施 工 的钻孔 直径 ， 由 装 置（ 自制减速箱 或用汽车变 速箱） ， 使钻具 的 回转转速 采用减速箱 ５ ０ ｍ ｍ 到 １ ５ ０ ０ ｍｍ， 要 按 需 要 进 行 选 择 。 钻 进 孔 深 可 达 变更钻机 的回转转速时 ， 减速箱应有两个速挡 。其 中一个速挡要保 ８ ０ ０ ａｍ ｒ 一 １ ０ ０ ０ ａ ｒ ｍ。用 于反循环及各种勘察施 工 ， 各种贯通式及非 贯 持 钻机原 有的 回转转速 ，以便用于升降钻具 和钻进较 软岩层 的需 通式液 、 气运 冲击器广泛 用于水力反循环连续取 心钻进 、 气举反循 要 ； 另一个是减速挡 ， 使钻机 的回转转速增加一个低 转速区 ， 在该转 环连续取心钻进 中 ， 并 在岩心勘探 、 工程勘察施工 、 岩土工程施 工中 速可获得 ２ ０ — ８ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ的几个不 同转速 ， 用 于钻进较硬 的岩层 。进行 得到广泛应用 。 从 目前 ， 大量生产实践效果看 ， 冲击 回转钻进具有钻 金刚石 冲击 回转钻进时 ， 用 的钻机要具有 高转速 的性能 。 进效率高 、 工程质量好 、 钢材用量 少 、 孔 内事 故少 、 钻探 工程成本 低 ２ ． １ ． ２水泵 。 水泵是 冲击器工作的主要动力源。 为保证冲击器 能 等优点。 发挥有效的作用及 尽可能减少修理时间 ， 要求水泵达到 以下性能 ： ａ ． １冲击回转钻 进的工具 泵压 为（ ４ — ６ ）ｘ ｊ ０ ６ Ｐ ａ时 ， 水量达 ２ ． ５ — ３ ． ３ ３ Ｌ ／ ｓ ． ｂ 强 度大 ， 不 易损坏 ， 密 封性好 ， 排量均匀 、 稳定 ； ｃ ． 能长时间持续在高压状态下进行工作 ； ｄ ． １ ． １冲击器及其工作原理 １ ． １ ． １阀式正作用液动冲击 器。阀式 正作 用液 动冲击器 以液压 根据需要可进行多级变 速或无级变速 ， 以改变泵压和排量。 推动冲击锤下行进行 冲击 ， 用弹簧恢 复其 原位 特征的称 为正作用液 ２ ． １ ． ３动力机 。 钻机可用原配套型号的动力机 。 水泵的动力机需 动冲击器。冲锤活塞在锤 簧的作用下处于上位。在其 中心孔被活阀 增加功率 。浅孔时用 ２ ０ — ２ ２ ｋ Ｗ 动力机 ， 深孔 时用 ３ ０ ｋ Ｗ 的动力机 。 盖住 ， 液流 瞬时被阻 ， 液压急剧 增高而产 生水 锤，则活塞 和活 阀在 ２ ． ２附属装置及工具 高压作用 下一 同下行 ，压缩 阀簧与锤簧，在 活阀下行 到相 当位 置 ２ ． ２ ． １稳压罐 。目前所用水泵的空气室容积较小 ， 不能消除排量 时， 活阀被 阀座限制 ， 活 阀停止运动并 与活塞脱开 。 此时冲洗液能 自 不均匀性 ， 保持液压冲击时 的稳定性 ； 因此 ， 在水泵 的输 出管 与高压 ４ ６ ｍｍ或 由流径冲击器 中孔至孔底 ， 液压下降 。 之后 ， 活阀在 阀簧作用下返 回 胶管之 间需要安装一个稳压罐装 置。稳压罐可 用直径为 １ 原位 ， 冲锤活塞在动 能作 用下继续运行 。在 冲程 末了 ， 冲锤 冲击 铁 更大直径 的无缝钢管制作 。要求耐压能力在 １ ×１ ０ Ｐ ａ以上 ， 容积应 砧， 冲击能量经铁砧 、 岩心管接头 、 岩心管等传 到钻头（ 冲击 阶段） 。 冲 大 于 ０ ． ０ ５ ｍ 。 ２ ． ２ ． ２砂轮机 。 碳 化硅 砂 轮 机 。 砂 轮 片 直径 为 ２ ０ ０ ｍ ｍ一 ２ ５ ０ ｍ ｍ， 砂 击之后 ， 冲锤在锤簧的作用下弹 回。 在活塞与活阀再 次接触时 ， 液 流 轮粒度为 ６ ０ — １ ０ ０网 目， 砂轮的线 速度 以 ２ ０ ～２ ５ ｍ ／ ｓ 为宜。 又被阻止 ， 出现液压水击 ， 此工作周 而复始进行 。 １ ． １ ． ２无 阀式射吸液动 冲击器 。Ｓ Ｘ 一 ５ ４正型射 吸式 冲击 器结 构 ２ ． ２ ． ３分流器 。为解决金 刚石冲击 回转钻进 时 ， 冲击器需要 的冲 在 冲 简单 ， 是 国产 的新型液动冲击器 。它利用 高压 液流喷射 时的卷吸作 洗液量大与孔底金刚石钻头所需要 的冲洗 液量 小之间的矛盾 ， 用， 使 阀与活塞 、 冲锤的上下腔出现交变压力差 ， 推动 冲锤活塞往 复 击器 的下部应装置能进行调 节入孔底冲洗液量 的分流器 。Ｑ ＷＦ － １ 另一 运动。阀与活塞的回程和冲程都 由液压推动。ａ ． 回程 。 启动前 ， 冲击 型分流器 由冲击器排 出的液流一部分通过钻头 流到外管 间隙 ， 器的 阀与 冲锤 活塞都处行程下 限， 液流通道 畅通 。上 、 下腔形成 压 部分则经卡簧座的下部 流人 内管 中， 上返至分流接头孑 Ｌ ， 泄出管外 。 差， 使位于行程下限的阀与活塞 同时上行 ； 由于 阀的质量较轻 ， 运 动 可减 少流在孔底 的阻力 和对 金刚石钻头 的强力 冲蚀 ， 同时 ， 由内管 速度快 ， 先行 到达行程上限， 随后活塞也抵达行程上 限 ， 至此 回程 结 中上返 的液流对其岩心会 出现一 种向上移 动的推力 ， 此推力有助 于 束 ． 冲程。 在活塞上升到上 限时 ， 与活塞连成一体 的冲锤顶部锥体 减 少 岩 心 堵 塞 的机 会 。 ２ ． ２ ． ４高压胶管 。冲击 回转钻进时所需要 的泵压较高 ， 用 高压胶 （ 阀座１ 与 阀结 合， 高 速液流被迅速 切断而 出现水 击 ， 上腔压力猛 增 ； 同时 ． 活塞下腔的压力急剧下 降。因此 ， 上、 下 腔间压力 差推 动活塞 管可能爆裂 ； 需用钢丝 编制 ２ 层 或 ３层的 、 耐压在 ８ ０ ０ ｋ Ｐ ａ以上 的高 迅速 向下运 动， 阀抵达行程 下限后 ， 活 塞因惯性继续 向下运 动（ 自由 压胶管 。 行程） 直至冲击砧子为止。 这时 ， 阀门完全打开 ， 液流畅通。 进行周而 ２ ． ３管材 复始地出现冲击。 ２ ． ３ ． １钻 杆。为 减少 高压液流沿途的压力 损失 ， 在可能条件下尽 可能选用 内径较大的钻杆 。为避 免防止钻 杆接 头丝扣处 漏水 ， 降低 １ ． ２冲击 回转钻进钻头 冲击 回转钻进钻头 的主要类型主要有 ： 冲击器 的工作性能 ， 在接头丝扣处要采取密封措施 。 ２ ． ３ ． ２岩心管 。为提高岩心管的抗弯强度（ 刚性） 和增强耐 磨性 ， １ ． ２ ． １液动 冲击 回转钻 头。取心式硬质合金钻 头分 为： ａ ． 普通人 八角 硬质合金钻 头 ，有带肋骨 和不带肋 骨两种形式 ， 适 用 于钻 进 要进行高频表面淬火。岩心管经高频表面淬火处理后 ， 不仅 能增 强 成倍 的延长使用寿命 ， 大量节省钢材 ； 而在 冲击 回 ５ － ８ 级 中硬岩石 ； ｂ ． 长片状肋 骨式 合金 钻头， 适用于大 冲击 功低频率 耐磨性和抗弯强 ， 液动冲击器钻进 中硬岩层 ； ｃ ．异形硬质合 金钻头 的特点是利用异形 转钻进 中， 它的重要意义 ， 即是在 岩心管刚性增 加后 ， 要减少 冲击传 截面钻头体 ， 以增大液流过水 断面 ， 减少流阻背压和岩心堵塞 ， 钻头 递效率 的损失 。 ２ ． ４风动冲击 回转钻进 的设备 适用于钻进 ５ — ７级 中硬 岩石 。 风动冲击 回转 钻进 的主要设 备有钻 机 、 风动 冲击 器 、 空气压 缩 １ ． ２ ． ２取心金刚石钻头 。金刚石液动 冲击 回转钻进 的主要特点 机。 钻机按钻进对象不 同有所区别 ， 如： 水井钻进多采用长行程动力 是高频率 、 小 冲击功 ， 配备 的钻头必须能钻进坚硬及打滑岩层 。 １ ． ２ ． ３风动 冲击 回转钻进用钻头 。 风动 冲击 回转钻进用的钻头 ， 头钻机 ； 地质勘探孔钻进时 ， 多把主轴式钻机设 计为低转速 ， 有 时也 按用途分为取心式 和不取心全面钻进钻头。目前使用较多 的是不取 直接采用长行程无级变速的动力头式复合钻机 ； 在大口 径工 程钻施 常使用起重 机式 打桩机 ； 此外 ， 如矿 山爆破孔 钻进 都有 不同形 心全面钻进钻头。 按采用的齿形 可分为 ： 一是 片齿钻头 。 钻头齿为硬 工时 ， 它为 质合金片 ； 二是柱齿钻头 根据柱齿端部形状 的不 同 ， 可分为平头型 式的专用钻机 。空压机是风动冲击 回转钻进的另一主要设备 ， 和球齿型 ； ��