浅析气动潜孔锤钻进技术在钻探中的应用
空气潜孔锤钻进技术在地源热泵钻探工程中的应用
６１ 地埋管换 热器 运达现场后 。 ．２ ． 须按 ４ ｍ间距安装 管卡 ． 将供 、 回水 支路分开 ， 完毕后 ， 应进行第一次水压试验 ， 在试验压力 １ Ｍ ａ ， ． Ｐ 下 稳 Ｏ 压 １ ｍ ｎ 压降不大于 ３ 且无渗漏 。 ５ ｉ． ％．
６２ 钻 进 成 孔 ． ６２１ 钻 进 参 数 ．．
６２２ 钻 进 程 序 ．． 山东省浅层 地热能示范 园是山东省开发 利用浅层地 热能的示 范 （） １潜孔锤在下人孔 内之前 ， 要对其各部件的灵活性 、 畅通 性以及 工程． 位于章丘 明水 开发 区， 以垂直地埋管换 热井作为 中央空调 的冷 钎头的完好性 、 连接部位 的可靠性进行详 细认真 的检 查 ． 当确认无 误 热源． 为建筑采 暖季制 冷。 后， 向冲击器 内注入一定造的机油 ， 以润滑 、 用 减磨。 换热井深 １０ 孔 径 １ ０ ｍ。 ０ ｍ． ５ ｍ 根据地质资 料分析 ． 地下 ｌ ｒ 以上 Ｏ ｎ （） ２ 下钻前首先连接冲击器与钻机动力头 ． 然后启动空压机 ， 在地 为覆盖层 ， 结构松散 ， 多为建筑垃圾 、 碎块 ； 以下为较完整基 岩 ， 为全 、 面再次对冲击器进行检查 ， 确认冲击器运转正常之后方可下人孔内。 强、 中等风化岩 ， 部有破碎层 。 局 如采用传 统施工工艺 ， 成孔周期长 ， 费 （ ）在下钻或加尺过程中都要对 钻具内孔逐一进行认 真检查 ， ３ 发 用高． 因此在施 工中采用 了空气潜孔锤钻进技术 。 现异物立即清理 ， 以确保空气通道的畅通 ， 避免影响正常施 工。 ３ 施 工 工 艺选 型 及 原 理 （） ４ 钻具下 入距孔底 Ｏ３ ． ｍ时 ， 开始送风 ， 以轻 压 、 慢速 扫至孔 底 ， 当听到孔 内有冲击器破岩声响后 ， 方可逐渐转入正常设定参数钻进。 ３１ 施 工 工艺 选 型 ． ６３ 清孔 ． 根据工程设计要求及场地工 程地 质条件 ． 用 Ｄ ２ ０型钻机 ． 选 Ｚ０ 配 钻孔达到设计孔深后潜孔锤孔底通过气压清孔 ２ ３ ｉ － ｍ ｎ随钻杆 提 Ｚ １０ Ｗ 型空压机 。 可在各种 软硬地层 、 Ｗ一 ２ ５ 其 碎石层 、 卵石层及岩层等 升排除沉渣 ． 在排 渣过程 中， 上下活动 、 同转钻具 ， 确认 无阻且不再 返 复 杂条件下均可轻松施工钻孔成孔 在施 工过程 中因基岩 上部 土层松 渣后 ． 方可停风起钻 ， 完成钻孔 的清孔 。 软、 散 ， 易产 生缩径塌孔等现象 ， 松 极 为防止 钻孔 缩径及塌孔等现象发 ６ 安装垂直 Ｐ ． ４ Ｅ管 生 ． 岩上部 土部采 用跟管钻进 。 基 即钻孔过程 中采用外径为 １８ ｍ的 ６ｍ 清孔提钻完毕后 ， 开始组织下管 ， 保持换热管里注满清水 ． 将预制 无缝 钢管跟进护壁 至 ｌｍ Ｏ 好的垂直 ｕ形管人工均匀平稳下人 ， 不可猛拉猛蹲。 ３２ 施 工 原 理 ． ６５ 压 力 复 检 ． 空气潜孔锤是 以压缩空气 为功力 的一种风动冲击工具 。 它所产生 安装垂直管后 ， 为确保垂直管完好无损 。 需进行压力 复检 ． 试验压 的冲击功和 冲击频率可 以直接传给钻头 ． 然后再通 过钻机和钻杆 的回 力 ０Ｍａ ． Ｐ 下观测 ２ ｍ ｎ 压力降不超过 ３ ６ ０ ｉ， ％即为合格 。压力试验完成 转驱 动 ． 形成对岩石 的脉动破碎能力 ． 同时利用潜 孔锤排 出的压缩空 后， 每组 双 ｕ型换热管的管头上应 立即封 １。 ２ Ｉ 气． 将破 碎后 的岩石颗粒 排出体外 ． 而实现 了孔 底冲击 回转 钻进清 从 ６６ 回填 封孔 ． （ 下转 第 ３ ６页） ６ 孔 的 目 的
气动潜孔锤钻进技术在基岩地区水文钻探中的应用分析
１ Ｏ ０ ・
科 技 论 坛
气动潜孔锤钻进技术在基岩地区水文钻探中的应用分析
何 杨
（ 吉林 省 四平 地 质 工 程 勘 察 院 ， 吉林 四 平 １ ３ ６ ０ ０ １ ）
摘
要： 本文首先分析 了气动潜孔锤的基本原理及其应用优势 ， 并在 此基础 上对气动潜孔锤钻进技术在基岩地 区水 文钻探 中的具体
应用进 行研 究。期望 可以对气动潜孔锤 钻进技 术的大范围推广应用有一定的促进作 用。
关键词 ： 气动 潜 孔锤 ； 水 文 钻探 ； 钻 进 技 术
０ ． ５ — ０ ． ７ Ｍ Ｐ ａ ，另 一 种 是 高 风 压 潜 孔 锤 ， 它 所 需 要 的 风 压 为 １ ． １气动潜孔锤的基本 工作原理 ０ ． ８ — １ ． ５ Ｍ Ｐ ａ 。２ ． １ ． ２风量 。在对风量进行确定时 ， 应当以潜孔锤 以及 为了确保气动潜孔锤既能保持 正常的 气 动潜孔锤属于 冲击 回转钻进技术 ， 其具 体是 由以下几个部分 空压 机的性能为前提 。同时 ， 又能将孔 内的岩石粉末排 除干净 ， 钻杆与孔 壁环状 间隙 组成 ： 配气装置 、 活塞 、 气缸 、 外套以及附属部件等等 。 其 中配气装置 工作状态 ， ０ ０ ｍ ／ ｍｉ ｎ以上 。 若是风量过小 ， 则不利于孔内 的主要作用是将 由钻杆输送过来 的压 缩空气分别送 给气缸 的前 室 的最低上 返风速应在 ９ 而且还会 对钻进效率造成一定程度 的影响 。 ２ ． １ － ３ 和后室 ， 借此来使活塞完成往复运动 ， 进 而达 到冲击钻头 的 目的 。 通 岩石粉末 的排 除 ， 常情况下 ， 配气装置应 当具有足够大 的断面 ， 并 且结构要尽 可能简 钻压 。实践表 明 ， 冲击功的大小 以及 冲击频率 的多少 与气动潜孑 Ｌ 锤 单， 最为重要 的是气道拐弯越少 越好 ； 在气动潜孔锤 中 ， 活塞是较为 的钻进效率密切相关 ， 而钻压是确保 冲击功能够充 分发挥作用 的主 重要 的组 成部 件之一 ， 也是主要 的运动 件 ， 其在 气缸 当中通 过往复 要 因素之一。 通常情 况下 ， 当潜孔锤直径一定时 ， 钻压应 当控制在一 运动产生 机械能 ， 并将 这部分能量传递 给钻头 ， 进而达到破 碎岩石 个 比较合理 的范 围内 ， 并 不是钻 压越 大 ， 钻进效 率就 越高 ， 恰 恰相 如果 在直径一定 的前提下 ， 钻 压设 置的过大 ， 会 使钻头的磨损速 的目的。 由于活塞相对 比较重要 ， 所 以要求其应 当具有合理 的尺寸 反 ， 及形状 ， 并且还要运动灵活 ， 这样才 能达 到较 高的冲击 效率 ； 气动潜 度 加 快 ， 这 样 会 降 低 钻 进 效 率 。若 是 选 用 的潜 孔锤 直径 为 ９ ０ ａ ｒ ｍ， 钻 孔锤 中的气缸分为前 室和后室 两个部分 ，它是活塞运动的载体 ， 对 压应 当控制在 ５ － ６ ｋ Ｎ为宜 ； 潜孔锤的直径为 １ ５ ０ ｍ ｍ， 钻压应 当控制 气缸最基 本的要求是结构简 单 、 抗磨 耐用 ； 外套 与气缸 之间组成 了 在 ９ － １ ０ ｋ Ｎ； 潜孔锤直径为 ２ ０ ０ ｍ ｍ， 钻压应当控制在 １ ３ — １ ５ ｋ Ｎ 。 个 空气 通道 ， 其 位于气缸 的外部 ； 气动潜孔 锤的主要 配套设备包 ２ ． ２ 气 动 潜 孔 锤在 基 岩 地 区水 文 钻 探 工 程 中应 用 括钻头 、 钻杆 、 钻机 、 空压机等等 。 为 了便 于研究 ， 下面依托具体 的工程 实例对气动潜 孑 Ｌ 锤在基岩 １ ． ２ 气 动潜 孔 锤 的应 用 优 势 地 区水文钻探 的具体应用进 行论述 。某地 区的 ｘ ｘ金矿水文观测孔 通过对大量的工程实践进 行研 究分析后发现 ， 气动潜孔锤具有 凿井 工程 中 ， 设计 了 ６个井 深 ５ ０ — ８ ０ ｍ的钻孑 Ｌ ， 主要用 作供 水井 的 以下应用优势 ： １ ． ２ ． １能够进一 步提高钻进效率 ， 并且可 以大幅度 缩 补充水源 。这 ６ 个钻孔全部位于 山间沟谷之 内。 该金矿所在地是典 短施工周期 。在对一些应用气 动潜 孔锤 的工程进行调查后发现 ， 采 型的基岩 地区 ， 地表覆盖层是厚度 为 ２ 一 ｌ Ｏ ｍ 的松散 第 四系冲积物 ， 用该 技术进行钻进施工 可以 比液动潜孔锤 的钻进效率 提高 ３ — ５ 倍 其 中含有 卵石 ，下覆盖层则是厚度 为 １ ０ — ２ ０ ｍ左 右的强风化 基岩 ， 左右， 若 是与回转钻进工艺相 比， 钻进 效率能够提高 ５ — １ ０倍 左右 。 再下是 比较完整的基岩 。该 地区的基岩岩性为黑云母花 岗岩 ， 局部 这是 因为气动潜孔锤在 钻进 的过程 中 ， 单次 冲击 功非常大 ， 并且 无 地方夹杂 由石英岩脉 。施工过程 中， 该地 区室外最低温度为零下 ３ ３ 液柱 压力 ， 同时 ， 排 渣风速较高 ， 不需要进行二 次破碎 ， 有效改善 了 摄氏度 ， 平均气温在零下 ２ ３摄氏度左 右。 本 工程在设计之 初选 用的 孔底碎岩条件 。 此外 ， 成孔之后可 以直接下泵进行抽水 ， 简化 了洗井 钻进工艺为泥浆护 壁 回转钻进 ， 由于室外 温度过低 ， 导致 水循环 管 工序 ， 它 的 机 械钻 速 最 高 可 达 ４ ０ ｍ ／ ｈ 。１ ． ２ ． ２可 以大 幅度 节 约 钻 探 成 路数 次出现冻结 ， 致使 工程 无法Ｊ ｒ ０ Ｉ ￣ Ｏ 进行。为了有效克服低 温对 钻 本。 由于气 动潜孔锤可 以采用球齿硬质合金钻头对硬度较高的岩石 进施工 的影响 ， 决 定采用气 动潜 孔锤 进行钻进施工 。改用气 动潜孔 进行 钻进 ， 这样一方面有助 于加快 岩石 的破碎速 度 ， 另一方 面球 齿 锤之后 ， 钻进施 工恢复正 常 ， 单 孔成孔仅 用 了 ５ ｄ ， 凿 井时 间大 幅度 硬质合金钻头 的使用寿命较之普通钻头高很多 ， 从 而节省了频繁更 缩短 ， 不但使出水量显 著提 高， 而且还 进一 步确保 了成井质量 。 鉴于 换钻头 的成本 。不仅如此 ， 气动潜孔锤 主要是 利用 空气 作为循环介 气动潜孔锤钻进技术的应用优势 ， 该 地区在随后 的水文地质勘察 工 质进 行钻进 ， 在整个钻进施工 的过程 中， 一般只需要非 常少 的生 产 程中再次采用 了气动潜孔锤施工两个抽水试验孔 ， 每个孔 的孔 深均 用水 ， 由此 不但节省 了用水 费用 ， 而且 还使该技术适用 于干旱缺 水 为 １ ５ ０ ｍ， 孔径为 ２ ５ ０ ｍｍ， 孔位 在构造破碎带上 。在应用气动潜孔锤 的地 区。 １ ． ２ ． ３有利于提 高成孔 的垂直度 。 因为气动潜孔锤在整个钻 进行 施 工 的 过 程 中 ， 钻 进 至基 岩 ２ － ３ ｍ后 ， 下人 护壁管 ， 两 个 井 眼仅 进 的过 程 中 ， 钻头 的钻 速 相 对 较 低 ， 加之离心力较小 ， 从 而使 得 钻 具 用了 ２ ０ ｄ 便顺利完成 ， 成井后 的出水量显著提高 。 对孑 Ｌ 壁 的撞击几率较低 ， 同时， 该技术是以高频对孑 Ｌ 底进行 冲击 ， 这 ３ 结 论 样一来有效减小了对破碎地层产生孑 Ｌ 斜的影响 ， 进 一步提高钻孔的 综 上所述 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 通 过本文 的分 析可知 ， 气 动潜 孔锤钻 进技术 能够在 垂直度 。１ ． ２ ． ４有助于确保成井质量 。通常情况下 ， 采用气动潜孔锤 比较坚硬 的基 岩地 区施工生产井 ， 该技 术不但工艺 简单 ， 而且施工 进行钻进 时 ， 不需要使用泥浆作 为循环介质 ， 这样便不 会 出现漏 浆 速度较快 。 同时 ， 该技术主要是 以空气作为驱动介质 ， 不会 受到外界 现象 ， 也就不 需要使用堵漏材 料 ， 而且 还有效减轻 了泥浆对含水 层 温度 的影 响， 尤其适合 在温 度较 低的条件下进行施工作业 。该技术 渗透性 的影响 ， 进一步提高 了成井质量。 在北方一些寒冷 的地 区有着较强的适 应能力 ， 具有广阔应用前景 。 ２ 气动潜孔锤钻进 技术在基岩地 区水 文钻探 中的具体应 用研 参 考 文 献 究 【 １ 】 宋军． 气动潜孔锤钻进在水 井施 工 中孔斜 问题 的原 因分析【 Ｊ １ ． 探 矿 ２ ． １气动潜孔锤 的参数选择 工程 ． ２ ０ １ ３ （ ７ ） ． 在应用气动潜孔锤进 行钻探的过程中 ， 钻进参 数的选择 是较为 【 ２ 】 张有． 空气潜孔锤钻进技术在抗浮 工程 中的应用研 究Ｉ Ｊ １ ． 中国煤炭 重要 的环节之一 ， 相关参数是否合理直接关 系到钻进效 率。气动潜 地 质 ， ２ ０ １ ２ （ １ ２ ） ． 孔锤 的钻进技术参数主要包括 如下 内容 ： ２ ． １ ． １风压 。 相关试验结果 【 ３ 】 李伟锋． 气动潜孔锤 钻进技 术在 大 口径 水井施 工ｑ － 的应 用『 ｃ １ 全 国 表明， 气 动潜孔 锤钻进 时 ， 钻速 会随着 风压 的增 大而增 大 ， 也就 是 成矿 理论 交流研讨会论文集ｆ Ｃ ］ ． ２ ０ １ ０ （ ３ ） ． 说， 风压与钻速成正 比例关系 。 在确定风压的过程中 ， 一方面需要 充 【 ４ 】 景远亮． 大孔径 空气潜孔锤钻进技 术在缺 水地区的应用『 Ｊ ］ ＿ 四川地 分考虑潜孔锤在正常工作 状态下所需的风压 ， 另一方 面还应 当考虑 质学报 。 ��
空气潜孔锤在深部地震探测中的应用
空气潜孔锤在深部地震探测中的应用摘要:通过项目的实施,空气潜孔锤钻机在25d时间内每台钻机成孔量达到800余米,对深部地震探测爆破孔钻进中存在的问题进行了分析,提出了有效的解决办法,文中较详细的介绍了设备选择,空气潜孔锤钻进工艺等,该工艺在地震探测中有广阔的应用前景。
关键词:深部地震探测空气潜孔锤物探爆破孔“秦岭造山带与南鄂尔多斯盆地地壳精细结构与动力学响应”是国家自然科学基金重点项目,该项目于2010年10月被批准立项。
中国地震局地球物理勘探中心与中国科学院地质与地球物理研究所合作共同承担了该项目中“华北克拉通西部秦岭造山带与南鄂尔多斯盆地地壳与上地慢人工源高精度地震探测与精细速度结构刻画”专题的野外深部地震探测、地震资料采集和基础数据处理工作。
1 地理状况工作区主要集中在山区,探测剖面大部分区段位于陕西省内,南端进入了四川省东北部与重庆市交界地区,基本呈北东方向展布,向北进入陕西省,终止于榆林附近。
沿剖面穿过了不同的地形条件和地理环境,跨越了大巴山造山带、秦岭造山带、秦岭北缘大断裂、渭河断裂、乾县—蒲城断裂以及口镇—关山断裂构造带和不同的地质构造单元。
地处山区,地形复杂。
工作区落差很大,高的在海拔2000 m以上的山坡或山顶,每个爆破激发点的距离约为150 km左右。
2 地层特点及钻井的主要问题工作区广泛分布砂岩、石灰岩、个别地区有花岗岩,并且有的地区岩石岩溶化比较严重,因为地层条件比较复杂且不稳定,会在在钻井过程中出现一系列不利现象。
3 空气潜孔锤技术及工艺3.1 设备选用钻探设备选用J-150B潜孔锤钻机2台,LGC-17/14、5空压机2台,钻杆全部为Φ89 mm,Φ194 mm球齿合金钻头2套,Φ180 mm球齿合金钻头2套。
3.2 施工工艺及参数3.2.1 钻孔结构在岩石岩溶化的地层,开孔直径应是194 mm,下入套管坐到基岩上护壁,终孔直径是180 mm,基岩地层直接开孔180 mm到终孔。
关于气动潜孔锤在地质勘探中的应用
综述276 2015年5期关于气动潜孔锤在地质勘探中的应用高明辉河南省煤田地质局四队，河南平顶山 467000摘要：气动潜孔锤钻进技术以其钻进效率高、钻孔质量好等一系列优点已被广泛应用于地质勘探工程领域，为使这一技术能够更好的应用，本文介绍了气动潜孔锤钻进技术在粘土层、破碎坍塌地层以及河床卵砾石地层中的钻进工艺。
关键词：气动潜孔锤；钻进工艺；复杂地层中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)05-0276-011 钻进技术根据施工区域的地质情况，钻孔机常采用四种主要的钻孔方法气动或液压驱动的旋转动力头与冲击设备结合，通过钻杆的顶部传输旋转和冲击能量，通过钻杆中的冲击波传递能量给钻头进行钻孔。
仅限于小孔径和深度浅的作业，一般常用于采石场，建筑工地和地下采矿作业。
潜孔锤（以下简称DTH）位于钻柱的底部，压缩空气通过钻柱进入DTH，驱动活塞往复运动直接冲击钻头，向岩石传递冲击能量。
系统功率损耗不大，特别适用于深孔、直孔和中硬岩石。
反循环（RC）钻孔是采用DTH从钻头面收集并输送岩石样品的一种形式，通过DTH的中心管将干燥和未被污染的岩屑装入样品收集装置，为地质分析作准备。
由液压或电动马达驱动的齿轮箱形成旋转的动力头，通过钻架上上下移动的进给系统和厚壁钻杆产生下拉力给三牙轮钻头施加足够的进给力。
用于较软岩石或强节理硬岩石。
2 气动潜孔锤跟管钻具系统一般主要由潜孔冲击器、导向钻头、环状钻头、扩孔钻头、套管靴及套管组成管钻具由钻机提供回转扭矩及推进动力，空压机提供高压空气通过钻杆进入潜孔冲击器使其工作。
冲击器冲击跟管钻具的导正器并将冲击波及钻压传给中心钻头及环状钻头破碎孔底岩石。
同时钻机带动钻杆回转，钻杆将回转扭矩传递给冲击器带动导正器转动使偏心钻头张开，使扩孔钻头及中心钻头跟随导正器旋转，钻出大于套管外径的孔，使套管在自重作用下随钻头跟进。
当自重小于套筒外壁的摩擦阻力时，内层跟管钻具继续向前破碎岩石，直至导正器上的凸肩与套管靴的凸肩接触，导正器将部分钻压和冲击波传递给套管靴，迫使套管靴带动套管与钻具同步跟进。
气动潜孔锤在钻孔硬岩钻进中的应用
Science &Technology Vision科技视界煤矿井巷揭煤工作工期紧、任务重。
揭煤钻孔施工过程中,当遇到高硬度岩时,使用普通复合片钻头进尺慢、效率低,很难满足揭煤工期要求。
当钻孔施工遇高硬度岩石时,对钻具、设备及施工进度都造成了较大的影响,为保证安全顺利揭煤,必须改进硬岩钻进施工工艺,将液压钻机与气动潜孔锤相结合,顺利地完成揭煤任务。
1概况1.1巷道情况西翼暗主斜井主要用途是做为张集矿(中央区)二水平采掘活动的运煤胶带机巷,北邻西翼回风大巷(二),右邻西翼-590回风大巷。
该巷位于西一采区系统大巷煤柱内,上口标高-484.6m,下口标高-816.2m,全长1360m。
西翼暗主斜井揭8煤巷道停头位置-724.13m,距8煤法距7米。
1.2地质情况8煤:黑色,粉末状为主,加块状,半暗~半亮型煤,平均煤厚3.2m;8煤顶板为石英砂岩,岩性坚硬,普氏硬度系数:11.5。
1.3钻孔设计措施孔共设计11排,每排11个钻孔,共计121个,钻孔总量:5206.2m。
钻孔掩护范围控制在巷道轮廓线外不少于12m,呈扇形布置,相邻两个钻孔终孔水平间距为3m。
钻孔方位:-45.7°~44.3°,倾角(以水平线为准):-40.7°~-5.9°,预计8煤见煤深度:9.3m~57.9m,止煤深度:14.2m~82.9m,实际终孔位置以穿过8煤后见岩1m 终孔。
由于岩石较硬,措施钻孔进行优化后,设计7排,每排7个钻孔,共计49个,钻孔量:2262.3m,相邻钻孔终孔水平间距为5m。
图1图22钻机及设备选择(1)钻机:ZDY3200S 型全液压钻机,额定转矩3200N.m,额定转速70~240r/min。
(2)钻杆:Φ63.5/73mm 肋骨钻杆。
(3)空压机:埃尔特空压机,型号:MLG21/10-132G,排气压力:1.0MPa,排气量:21m 3/min。
(4)潜孔锤1)潜孔锤的类型采用CIR90型低压冲击器,以压缩空气为动力,冲击器长度820mm,Φ80mm,冲击行程50mm,施工选择锤头Φ110mm、Φ90mm。
刍议气动潜孔锤在水井施工中的应用
刍议气动潜孔锤在水井施工中的应用作者：钱天寿来源：《中国新技术新产品》2011年第15期摘要：介绍了气动潜孔锤工艺在水井施工中的设备选用和钻进参数及在应用中应该注意的问题。
关键词：气动潜孔锤；钻进参数；空压机；水井施工中图分类号：TE242.6 文献标识码：A气动潜孔锤钻进是属于空气钻进的一个分支，它是把空压机产生的压缩空气作为动力，通过不断改变冲击器内的进气方向，实现活塞在气缸内的不断往复运动产生冲击功和冲击频率直接作用在钻头上，然后在通过钻机和钻杆的回转驱动，形成对岩石的脉动破碎，同时利用冲击器排出的压缩空气把岩粉携带出孔外的一种冲击回转方法。
1 气动潜孔锤技术优缺点气动潜孔锤是以压缩空气作为动力介质完成冲击回转钻进，具有空气洗井钻进的特点。
较之传统的硬质合金回转钻进有成倍的功效。
特别是在高寒地区进行基岩水文钻探作业，对于缩短辅助时间、降低成本具有明显效果。
近年来在我国被广泛应用于采矿业凿井和基础工程等各个领域。
1．1 气动潜孔锤钻进的优点1.1.1 钻进效率高，成井周期短。
实践证明，气动潜孔锤钻进比液动潜孔锤钻进效率可提高2～5倍；比硬质合金回转钻进效率提高3～l0倍。
效率提高的原因是：单次冲击功大，无液柱压力；排渣风速高，孔底干净，无二次破碎，改善了孔底碎岩条件；成井后可直接下泵抽水，无需洗井，减少了洗井工序。
1.1.2 钻探成本低。
气动潜孔锤钻进配用的球齿硬质合金钻头在坚硬破碎岩石中钻进，既有利于破岩，又比普通硬质合金钻头寿命高；该工艺是用空气作为循环介质，施工中只需要极少量的生产用水，在干旱缺少水源的施工现场，可节省生产用水费用，又避免了供水系统的维护和设备运行，特别是在寒冷的冬季施工，大大缩短了辅助时间，降低了运行成本。
1.1.3 钻孔垂直度有保证。
气动潜孔锤钻进转速低，离心力小，钻具对孔壁的撞击机会小，此外这种钻进方法是以高频对孔底进行冲击，减小了对破碎或倾斜地层产生孔斜的影响，从而可提高钻孔的垂直度，一般孔斜度≤0.50/100m，同时也可减少孔壁岩石坍塌。
空气潜孔锤钻进技术在铝土矿钻探施工中的应用试验
山西组二煤 、 铝土矿 、 石炭系灰岩 。第四系覆盖层厚 度４ ０～１ ０ ０余 米 ， 卵砾 石 多层 出现 。基 岩 软 硬 互层
频繁 ， 部 分孔 段岩 层 破 碎 ， 泥 岩遇 水 缩 径 ， 孔 内情况 复杂 ， 施工 难度 较大 。岩 石可 钻性最 高 ８级 。
２ 试 验装 备 的选择 ２ ． １ 设备 选择 的依 据
ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ） ，ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｂ ｅ ｓ ｔ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｃ ａ ｎ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｔ ｏ １ ５ ． ３ ３ ｍ ／ ｈ ．Ｓ ｏ ｍ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｂ ｌ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ａ ｃ ｃ ｕ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ
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气动潜孔锤技术
• 气动潜孔锤技术概述 • 气动潜孔锤的类型与选择 • 气动潜孔锤的优缺点分析 • 气动潜孔锤的工艺流程与操作要点 • 气动潜孔锤技术的发展趋势与展望
01
气动潜孔锤技术概述
定义与特点
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
定义
气动潜孔锤技术是一种利用压缩 气体驱动的钻孔技术，通过冲击 破碎岩石或土层，实现地下钻孔 的目的。
智能化控制
引入先进的传感器和控制系统，实 现对气动潜孔锤的实时监测和智能 控制，提高钻孔精度和安全性。
环保节能技术
研发低能耗、低噪音、低排放的气 动潜孔锤，降低钻孔作业对环境的 影响。
应用领域的拓展
矿业开采
气动潜孔锤技术在矿业开采领域的应用不断拓展，尤其在 中小型矿山的开采中，气动潜孔锤钻孔效率高、成本低的 优势得到充分发挥。
提高钻孔精度
研究和发展新型的气动潜孔锤技 术，以减少钻孔过程中的震动， 提高钻孔精度。
优化气动系统
改进压缩空气的供应和调节系统， 提高压缩空气的压力和流量，从 而提高气动潜孔锤的钻孔效率。
04
气动潜孔锤的工艺流程与操作要 点
工艺流程
钻孔
使用气动潜孔锤钻机在岩石或土 层中钻孔。
扩孔
将钻孔扩大以适应潜孔锤的安装 和操作。
回转式气动潜孔锤的钻孔效率较高，钻孔质量较好，且钻孔 深度较大。
振动式气动潜孔锤
振动式气动潜孔锤是利用压缩空气驱动钻头产生振动进行 工作的。其结构简单，工作可靠，适用于各种硬岩和软岩 的钻孔作业。
振动式气动潜孔锤的钻孔效率较高，钻孔质量较好，且钻 孔深度较大。
选择依据
根据钻孔深度、钻孔直径、岩石硬度、岩石类型等因素综合考虑选择合适的气动 潜孔锤类型。
气动潜孔锤钻探技术在浅层采空区勘查中的应用
次 ／ ｎ ８ ０ ／ ｎ ｍｉ、 ２ 次 ｍｉ 。
层 的钻进 ， 以查明采 空 区分布 范围及 塌 陷等情 况 ； 实践证 明 ， 这是 一种 经济技 术效果好 、 率 高的钻进 效
方法 。
关 键词 ： 气动潜 孔锤 ； 空区 ； 用效果 采 应
中图分 类号 ： ６ ４ 文献标 识码 ： 文章 编号 ：Ｏ ４ ５ ｌ （ Ｏ １Ｏ — ０ １一 Ｏ Ｐ３ Ｂ １ ０ — ７ ６ ２ ｌ） ２ １ ２ ２
头； 冲击器外 径 ： ｌ ０ ｌ ｍｍ。 （） ５ｍｍ 钻杆 ； ４ ０ 套管 １ ７ ２ ｍｍ。
了加快钻 孔施工进 度 ， 们 采 用气 动潜 孔 锤 钻进 工 艺 ， 我 结 合传统 的钻探 方法 ， 高 了勘 探 进 度 ， 提 确保 了勘查 质 量， 圆满地 完成 了本次 勘查 钻探任务 。 ２ 地质 条件
（） ６ 风管 ： 选用 ２、．” 压胶 管 ， １５高 耐压 ４ ＭＰ 。 ￣５ ａ
３ ３ 采用异步跟 管钻 进 ． 空压 机离钻 机 １ ￣２ ｍ， 缩 气 动通 过 手动 阀、 ５ ０ 压 逆 止 阀、 压胶管 、 高 四通 ， 水龙 头 、 主动 钻杆 、 杆进入 潜孔 钻
遍 ， 土矿局 部分布 ， 粘 分布 没有规 律 ， 土岩赋 存于石 英 粘 砂岩 中 ， 厚度 变化较 大 。石 英砂岩 的石英 含量达 ７ ～ ５
２１ ０ １年第 ２ 期
西部 探矿工 程
１３ １
理 确定风 量 。本 工程考 虑到 局部碎 石较厚 ， 石英 砂岩 岩
浅谈气动潜孔锤钻进技术的应用
浅谈气动潜孔锤钻进技术的应用摘要：气动潜孔锤钻进技术以其钻进效率高、钻孔质量好等一系列优点已被广泛应用，为使这一技术能够更好的应用，作者以实践为依据，参考有关技术资料，对气动潜孔锤钻进技术的应用进行了论述。
关键词：气动潜孔锤钻进技术一、前言气动潜孔锤钻进是当代多工艺空气钻进技术方法之一，由于它具有钻进效率高、钻孔质量好等一系列优点已被广泛应用，而且得到了大家的认可。
此项钻进技术迄今为止已有50多年历史，早期用于建筑业，随后扩展到采矿、钻凿水井。
我国于20世纪80年代初期，在基岩水井施工中开始应用这一技术。
经过几十年的科研开发和推广应用，现已取得了非常显著的成效，从根本上改变了长期存在的钻进效率低、成本高、成井质量差、出水量小、使用寿命短等问题。
二、气动潜孔锤钻进原理气动潜孔锤钻进是以压缩空气作为动力，推动潜孔锤工作，利用潜孔锤对钻头的往复冲击作用，来达到破碎岩石的目的，被破碎的岩屑随潜孔锤工作后排出的废气携带到地表。
由于用途范围的不断扩大，促进了潜孔锤向多品种（常规式、偏心式、中空式、多种口径）、大口径以及集束式发展。
三、气动潜孔锤钻进的优点1.适用于极硬、中硬地层中钻进，效率和成孔质量均很高。
2.所需钻压小。
一般钻压在10～30kN。
3.钻孔垂直度好。
4.设备损耗小。
与回转钻进相比，潜孔锤钻进所需扭矩较小，这样对设备的损耗相对很小。
5.潜孔锤钻进维修费用低，使用寿命长，每米进尺成本比一般回转钻进降低50%。
6.钻进时不用水，有效的解决了干旱缺水地区施工供水困难问题。
四、气动潜孔锤钻进技术参数1.风量、风速和风压风量的确定，一方面是要根据所用冲击器的性能而定，另一方面则要满足所需的上返风速。
因为岩屑在气流介质中由于本身的粘度、密度和形状的不同而具有不同的悬浮速度，因此要使岩屑有效的排出孔外，达到孔底干净，就必须采用大于岩屑悬浮速度的上返风速才行，这也是潜孔锤钻进时重要参数之一。
除了反循环气动潜孔锤钻进不受孔径的限制外，正循环钻进风量在钻杆与孔壁环状间隙中的上返流速，不少资料推荐宜在15m/s～30m/s。
气动潜孔锤在工程地质钻探中的应用
风动潜孔锤钻探工艺在岩土工程中的应用风动潜孔锤钻探工艺是以压缩空气作为动力带动孔内冲击器工作，钻头以冲击一回转破碎岩石，同时利用高压气流作为携粉介质。
这种方法克服了常规钻进中单一的切削破碎缺陷及泥浆携粉带来的漏失及孔壁坍塌等缺点，具有钻进效率高、成孔质量好且成本较低的优势，是破碎坚硬岩石层及松散的漂卵石地层的首选钻探工艺。
然而，风动潜孔钻探工艺的效率，受关键设备——空压机的风量、风压——制约较大，且破碎地层漏风、塌孔、返渣率低，因而必须因地制宜，采用本文所介绍的工艺方法以提高风动潜孔锤在复杂地层中的钻进效率。
1．岩土工程施工常用的潜孔锤钻具组合和钻进参数1．1钻具组合Φ50(Φ73)变通钻杆+Φ90-110冲击器+Φ110-Φ130球齿冲击钻头。
1．2钻进参数风量：9—12m3／min风压：0．5—0．7Mpa转速：25-30r／min钻压：300—500N2．偏心潜孔锤跟管钻进工艺在松散破碎复杂地层钻进，尤其是锚杆土钉类水平孔钻进中，塌孔卡钻一直是造成钻效低甚至钻孔钻具报废的难题，我们通过实践研究采用偏心潜孔锤跟管钻进工艺较好地解决了这个难题。
偏心潜孔锤跟管钻进是利用偏心潜孔锤在破碎地层跟管钻进克服所遇到的塌孔、卡钻、漏气等问题，使返渣效率大幅度提高而空压机耗风较少，因此，钻孔质量高，钻进效率大幅度提高。
如我院在某导弹试验区高边坡治理锚索工程施工中，钻孔所遇地层0-15m 为中等风化花岗岩，岩体破碎，节理裂隙发育，用Φ90冲击钻配Φ110偏心钻头，跟Φ16 8护壁套管，钻进时速在3-5m／h而相同地层未用偏心潜孔孔锤，出现塌孔、卡钻，每孔钻探时间少则一个班，多达几天，钻进效率极低，且钻探事故频繁，经常出现卡钻，导致钻孔钻具报废。
3．螺旋钻杆用于潜孔锤钻进工艺潜孔锤钻探工作的效率高低，取决于关键设备——空压机的性能好坏。
一般来说，钻孔深度、孔径愈大，岩土体愈破碎，则要求空压机的风量和风压愈大，然而，一般单位多数有6-12m3／min高压空压机，在施工深度大于20m的破碎岩土体中，常出现上返气流小、大颗粒吹不上来、重复破碎、加杆困难、埋钻等事故，利用两台或多台空压机并取送风，其管路连接复杂，而且不经济。
气动潜孔锤跟管钻进技术在钻孔桩施工中的应用
气动潜孔锤跟管钻进技术在钻孔桩施工中的应用摘要：以澳门地区实际工程为例，浅析气动潜孔锤跟管钻进技术原理及在钻孔桩施工中的应用。
关键词：跟管钻进技术气动潜孔锤钻孔桩The Application of Pneumatic DTH Hammer Drilling with Casing Technology in the Construction of Bored PilesYao suixi(China Civil Engineering Construction Corporation, Beijing 100038, China)AbstractExamples of actual construction projects in the Macau region, simple analysis of the application of pneumatic DTH hammer drilling with casing principle and technology in the construction of bored piles.KeywordsDrilling with Casing Technology , Pneumatic DTH hammer，Bored Piles1 引言气动潜孔锤跟管钻进成孔技术是多工艺空气钻进方法之一，广泛应用于地质勘探、水文钻井、滑坡防治、隧道及桥梁等工程领域。
近年来在城市建筑施工中亦多有应用，尤其适用于第四系冲击层地质的钻孔作业，具有钻进速度快、成孔率高、成孔深度大等优点。
2 气动潜孔锤跟管钻进成孔原理气动潜孔锤跟管钻具系统一般主要由潜孔冲击器、导向钻头、环状钻头、扩孔钻头、套管靴及套管组成。
跟管钻具由钻机提供回转扭矩及推进动力，空压机提供高压空气通过钻杆进入潜孔冲击器使其工作。
冲击器冲击跟管钻具的导正器并将冲击波及钻压传给中心钻头及环状钻头破碎孔底岩石。
在不同地层中气动潜孔锤钻进技术探讨
在不同地层中气动潜孔锤钻进技术探讨目录一、前言 (2)二、气动潜孔锤的工作原理 (2)三、气动潜孔锤的分类 (3)3.1 有阀式潜孔锤 (3)3.2 无阀式潜孔锤 (3)四、潜孔锤钻进工艺方法 (4)4.1 潜孔锤正循环钻进 (4)4.2 潜孔锤反循环钻进 (4)五、气动潜孔锤的钻进方法 (5)5.1 土层中气动潜孔锤的钻进方法 (5)5.2 卵砾石层中气动潜孔锤钻进方法 (5)5.3 硬岩地层和基岩地层中气动潜孔锤钻进方法 (5)5.4 复杂地层中气动潜孔锤钻进 (6)5.4.2 同步跟管钻进法 (7)5.4.3 贯通式气动潜孔锤反循环钻进法 (7)5.4.4 泡沫钻进法 (7)六、结语 (8)一、前言气动潜孔锤钻进广泛应用在露天开采和采石工作水井钻进、矿物勘探、桩孔钻进、现场勘察、岩层加固、桩墙钻进、地层锚固、特殊的地下钻进、地热孔钻进、通讯孔钻进、浅孔钻进、排水管和接地杆的安装等。
这样会遇到各种不同的地层情况。
二、气动潜孔锤的工作原理在气动潜孔锤钻进过程中，高压空气驱动冲击器内的活塞作高频往复运动。
并将该运动所产生的动能源源不断的传递到钻头上，使钻头获得一定的冲击功。
钻头在该冲击功的作用下，连续的对孔底岩石施行冲击。
岩石在该冲击功的作用下，形成体积破碎。
同回转钻进相比，该工艺是以钻头冲击破碎岩石取代了切削岩石；以动载冲击代替了静载研磨，以岩石的体积破碎代替了研磨剪切破碎。
在潜孔锤钻进的同时，一部分被体积破碎下来的岩屑被具有一定压力及速度的空气吹离孔底，并排出孔口、减少了岩石重复破碎的机会。
所以气动潜孔锤有较高的钻进效率。
气动潜孔锤的选择主要涉及其性能参数（冲击功、冲击频率、冲击能量以及压缩空气耗用量）、钻进规程（风量、风压、钻压、转速）和钻头。
实际上良好的冲击器应达到两个指标：及有较高的破碎岩石效率和较长的钻具寿命。
三、气动潜孔锤的分类气动潜孔锤按配气类别分为两大类：有阀式潜孔锤和无阀式潜孔锤。
空气潜孔锤在水文水井钻探中的应用
[1] 杨 富 春 . 空 气 潜 孔 锤 在 大 口 径 水 文 水 井 钻 探 中 的 应 用 [J]. 西 部 探 矿 工 程 ,2009,21(6):48-50.
[2] 赵鸿杰 , 孙智杰 . 空气潜孔锤与气举反循环钻进组合工艺在水文水井钻探中 的应用 [J]. 探矿工程 - 岩土钻掘工程 ,2006,33(11):52-53.
（4）当钻孔遇到破碎层，且不是含水层时，尽可能在破碎层 中多钻进一定深度，直至无法钻进时，提出钻具，灌注水泥浆，
待水泥渗入裂隙中将破岩固结后，再用潜孔锤将钻孔渗透，继续 以原孔径钻进。
（5）每钻进 100 m 左右，应对钻具和潜孔锤进行提钻检查， 同时通过上下钻具，对磨孔壁进行吹扫和修理，防止长时间不提 钻，遇到缩径地层不提钻的现象。
5 结语 空气潜孔锤以及气举反循环结合钻进施工工艺具备成井时间
较短、成井品质较好、施工节省水等特点，纵然早期投资大、技术 水平较高，但面临目前恶劣的市场竞斗，它已充足展示出其显赫 的竞斗力。该结合钻进工艺不仅仅适合应用作水文水井钻探，而 且还适合应用于空气潜孔锤钻进工艺 ：用作某种不允许用水施工 的工程孔中，比如正在开挖的煤矿井眼、通气孔、电缆孔、送料孔 等 ；用作已明确地层岩性不需取心的钻孔，可较大提升工作率度， 减少工期，如灌浆孔施工等 ；用作岩土工程整顿中的滑坡段的锚 固孔施工，假如使用水钻工艺钻孔，可能影响滑坡复苏或运动加 大，乃至危害施工期间中现场工作人员的人身安全。
①进入隧道前，必须调查场地是否平坦。便于移动桩机，然 后对局部易损件进行装药，保证矿山钻孔场地的稳定，作业时不 发生位置移动。② 接收钻孔测量把控点、基准线、水平点等有关 信息，与工作人员一起测量准确度。设测点前，做好行业筹备工 作，对机械设备进行校正，制定钻井施工方案。③ 安装并测试 内置机器。钻机就位后，用液压系统将水平仪调整到水平尺。设 备就位后，将钻头对准木桩位置，使立柱端部与立柱中心一致， 使桩机平整，保证孔不移动。④ 手动。桩座就位后，将锤击与桩 位对齐，调整垂直度。在拔孔过程中，控制锤的沉降速度，检查 钻头是否扭曲，了解异常状况的因素，快速采取对策。⑤ 清除 孔时，要使用空气潜孔锤发生的压缩空气用为清洗介质，将锤击 零碎的岩屑带进孔内摆放。派专人清理洞口，清除的岩屑是可以 运到外面的颗粒。⑥ 人工穿透坚硬矿层，人工认真察看钻孔速 度和孔隙岩屑释放量，按施工需求，按人工深度把控人工标高方 位。当人工施加预应力时，应停止人工钻孔，设备运转正常，并 进行锤击和旋转，使洞内岩屑顺利排出。
气动潜孔锤钻进技术
⽓动潜孔锤钻进技术⽓动潜孔锤钻进技术摘要：⽓动潜孔锤的应⽤领域及分类和特点，根据常规潜孔锤钻进⽅法特点进⾏了总结与分类，吉林⼤学⾃主研发的贯通式潜孔锤及反循环钻进技术，研究成功，经⽣产性野外试验，取得了良好的效果。
关键词：⽓动潜孔锤、钻进技术、反循环1.概述风动潜孔锤20世纪60年代引⼊我国，70年代我国技术⼈员已经⾃⾏设计研制风动潜孔锤，应⽤领域主要是矿⼭爆破孔，完成的⼯作量愈年增加。
风动潜孔锤钻进以其很⾼的钻进效率、很长的钻头寿命、较低的钻孔成本、并不需配制洗井介质、适合全天候施⼯作业等显著特点，在各钻孔领域展现出巨⼤的应⽤前景。
⾃70年代始风动潜孔锤逐渐扩⼤其应⽤领域，发展到⽔⽂⽔井钻凿，其硬岩钻进效率较常规钻进⽅法(硬质合⾦钻进、钢粒钻进)效率提⾼5～8倍，风动潜孔锤钻凿⽔井做为⼀项⾼新技术当时被⼴为应⽤。
上世纪80年代国外已将风动潜孔锤拓宽应⽤到地质岩芯勘探领域，将潜孔锤施⼯爆破孔⼏⽶⾄⼗⼏⽶深延伸到勘探钻孔的⼏百⽶深，将潜孔锤爆破孔只成孔不取芯发展到取芯取样钻进，并由普通正循环钻进发展为中⼼取样钻进，即CSR(Center Sample Recovery)钻进⽅法。
80年代开始，随着潜孔锤应⽤于勘探领域，国外钻探技术⼈员开始研究贯通式潜孔锤及反循环钻进技术。
时值我国七·五计划开始，原地质矿产部瞄准国际前沿，也将贯通式潜孔锤及反循环钻进技术列为重点科技攻关项⽬，由原长春地质学院承担研究⼯作。
2. 应⽤领域⽓动潜孔锤钻进适⽤的地层⼏乎可包括所有⽕成岩和变质岩以及中硬以上的沉积岩。
对于硬岩和坚硬岩层来说，使⽤潜孔锤钻进更为有利。
因为硬岩和坚硬岩层的脆性⼤，在冲击载荷作⽤下，除局部岩⽯直接粉碎外，在钻头齿刃接触部位岩⽯将产⽣破裂形成⼀个破碎区，并产⽣较⼤颗粒的岩屑，因⽽钻进速度⼤⼤⾼于单纯回转钻进。
⽓动潜孔锤对容易孔斜的岩层，如⽚理、层理发育，或者软硬不均匀以及多裂隙的岩层等，能有效防⽌或者减少孔斜。
气动潜孔锤在钻孔硬岩钻进中的应用
部分经过缸体上的“ Ｂ ” 槽和锤头上的三个缺 Ｅ ｌ喷射 出来 ． 清洗孔底 ． 部分压缩空气带碎 石返出孔外 ． ｅ 证 冲击器不断凿入新 的岩层 ： 另一 部分则进入配气装置 ， 迫使 锤头往复运动 ， 冲击岩１ ） 将 中１ １ ０ ｍ ｍ复合片钻头连接至钻 杆前 ， 钻进 ３ ｍ ～ ５ ｍ后起钻 ， 将复合 片钻孔卸去 （ ２ ） 将潜孔锤连接至钻杆前 ， 下 入至孔底 。 在钻杆尾部高压管上安 装润滑装置 ． 开启压风 ， 进行冲击钻进。 （ ３ ） 潜孔锤 施工岩层变 软时 ． 起钻 更换 ｑ ｂ ９ ４ ｍ ｍ复合 片钻头施 工 至８ 煤底板见岩 ｌ ｍ起钻。
４ 施 工情 况
２ ０ １ ４年 １ 月 ９日中班将空压机调试正常后 ． 系统风压达 １ ． ０ Ｍ Ｐ ａ ． 两台钻机正常施工后 ． 系统风压保持在 ０ ． ９ Ｍ Ｐ ａ 。 使用 ０ ９ ０ ａ ｒ ｍ潜孔锤 进行施工 ， 硬岩段每小班平均进 尺 １ ５米 。倾角在一 ２ ５ ｏ 的钻孔 ， 平均孔 深３ ０ 米． 硬岩段平 均 １ Ｏ 米， 钻孔施工平均在 １ 至２ 个小班完成。 使用 １ １ ０ ｍ ｍ潜孔锤进行施工 ．硬岩段每小班平均进尺 １ Ｏ 米 倾角平均 在一 ９ ｏ 的钻孔 ． 平 均孔深 ８ ５米 ， 硬岩段平 均 ３ ０米 ． 钻 孔施工平 均在 ３ 个小班完成 。 使用 潜孔锤施 工 时间 ： ２ ０ １ ３ 年 １ 月 ９日中班 至 ２ ０ １ ４年 ２月 １ ０ 日早班 ， 共计施 工 ３ １ 个 圆班 ２个小班 。钻孔施 工数量 ： ４ ８个 ， 累计钻 孔量 ： ２ １ ４ ６米 。硬岩段每小班施工 １ Ｏ至 １ ５米 ， 平均每施 工一个钻孔 。
对 设 备 进行 优 化 使 用 ． 形 成 一 套 基 本成 熟 的硬 岩 钻 进 钻 进 施 工 工 艺 。
气动潜孔锤技术
上行，当底端面越过衬套上径向排气孔后，前 气室开始排气，经衬套内孔直接排到下部环槽， 此时前气室为排气行程。当活塞上环面越过内 缸环槽后，压气开始进入后气室，后气室处于 进气行程，活塞作减速运动，直至速度为零而 停止运动，即完成了活塞的回程运动。活塞冲 程时前后气室经历的过程相反，前气室依次经 历排气行程，压缩行程和进气行程，后气室依 次经历进气行程、膨胀行程和排气行程。经潜 孔锤作功后的废气内衬套下环槽经外缸径向孔 排至外缸与外套管之间的环状通道，再经上接 头右侧排气孔及专门排气管排出外，压气在孔 内形成完全的封闭循环。
2、设备研制成功空气反循环钻进用“WP”系 列双壁钻具（Ф114、Ф89、Ф73）三牙轮钻头， 双通道水龙头，主动钻探及岩样接收装置等， 并研究总结了一套空气反循环钻进工艺。
3、气举反循环双壁取样器具和工艺
设计研制成功SHB系列气举反循环钻进双壁钻 杆（Ф114、Ф12、Ф140、Ф168mm），各型钻 头、气液分离和岩样接收装置等，并研究总结 了一套取样判层和钻进工艺。
（五）非开挖地下管线施工中潜孔锤钻进，它 是一种机构简单，使用广泛，费用低的非开挖 铺管施工设备。
空气潜孔锤是以压缩空气为功力的一种风动冲击工 具。它所产生的冲击功和冲击频率可以直接传给钻 头，然后再通过钻机和钻杆的回转驱动，形成对岩 石的脉动破碎能力，同时利用冲击器排出的压缩空 气，对钻头进行冷却和将破碎后的岩石颗粒排出体 外，从而实现了孔底冲击回转钻进的目的。因此， 冲击器的结构、性能是实现风动钻进的重点。
4、空气钻进用泡沫剂和钻进工艺
共研制成功四种泡沫剂（ADF－1、CDT－182、 CDT－183）和一种清泡剂（DX），其性能达 到或超过国外同类产品水平。
5、多功能空气钻进用钻机和各类监测系统，为 发展多工艺空气钻进技术装备创造了条件。
潜孔锤钻进工艺在煤层勘探中的应用
泡体积在 ８ ０ ０ ｍ Ｌ左 右 ， 半衰期也稳定 在 ３ ５ ０ ｓ ； Ａ Ｂ Ｓ则
基 本 保持 在 ６ ０ ０ ｍＬ与 ２ ５ ０ ｓ 。 资料 表 明 ， 实 际钻 进过 程
中 的 需求。 ２ ． ２ 轨迹 监测 与ｆ 是实 验数据 的 ２ ～３ 倍， 若 以上 返 速 度 ２ ｍ／ ｓ 计算 ， ６ ０ ０ ｍ 的孑 Ｌ 只需 要 加 入 Ｋ 就 可 以满 足钻 进
个：
（ ２ ） 泡 沫 的携岩 能 力优 于 空气 ， 泡 沫 将 岩屑 颗粒 包 裹， 形 成 了一 层保 护膜 ， 防 止 岩 屑粘 结 ， 不 致形 成 泥 包
现象 ， 而且 还 可 以降低 粉尘 。另 外 ， 泡 沫 还 具有 润 滑 能
空 压 机 功 率 不 够 。压缩 空 气 作 为 循 环 介 质 ， 其 能 量主要用于 ３ 方面： 冲击 做 功 、 克服重力排屑 、 沿 程 损 失 。钻 进 至 ４ ８ ０ ｍ左 右 ， 空压 机 已经 不 能完 全将 孔 底 的 岩 屑排 出 ， 使 得 岩 屑 留 在孑 Ｌ 底， 导 致埋 钻 、 卡 钻 等孑 Ｌ 内
２ ６
西 部探 矿 ｌ Ｔ程
２ ０ １ ４ 年第 ３ 期
钻 孔 采用 二 开结 构 ， 对应 的钻 具组 合 见 表 ｌ 。开 孔前 检 查潜 孑 Ｌ 锤 是 否 能 正 常 工 作 。将 潜 孔 锤 压 在 橡 皮 塞 上 （ 因为潜 孑 Ｌ 锤 有 防 空打 机构 ） ， 通人 高 压 空气 ， 若 能正 常 工作 ， 则 可 以开 孑 Ｌ 钻进 ； 否 则需 要 查 明原 因 ， 或 是更 换
使得上部胶结性较差 的岩屑脱落 ， 造成卡钻等事故。
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2 气动潜孔锤施工的优点
（1） 施工冲击功率大� 潜孔锤以冲击碎岩为主， 钻进效率高， 是钻进坚硬岩层, 卵砾和漂砾层等坚硬 岩层的有效方法，而且潜孔锤的单次冲击功一般可 高达数百至一千焦耳以上， 以冲击碎岩为主 �汝箕沟 矿区白芨沟煤矿地层以石英粗砂岩 , 硅质细砂岩为 主， 岩石比较硬 ， 钻进比较困难 � 下表是在白芨沟煤 矿坚硬岩层中各钻进工艺对照表，空气潜孔锤钻进 钻速高达 5 1 0 m/ h （见同类地层进尺对照表） ， 充分说 明气动潜孔锤施工冲击功率大的特点�
（5 ） 气动冲击器结构简单， 便于制造维修， 工作 性能可靠， 潜入深水时密封性好， 孔底岩屑排除效果 好， 钻进速度和使用寿命长 �在施工白芨沟矿防灭火 灌浆 孔中， 30 0 m 的 两个钻 孔只用 一个 钻头， 价值 11 0 0 元， 施工只需 3 5 天 ，如果用普通钻 头钻进 300 m， 最少也需 60 个钻头， 价值 90 0 0 元， 施工最少
� 30 天左右 � 利用潜孔锤钻进， � 效率十分可观， 真正达 径 1 20 1 50m m 时，供风量在 1 0 1 2m 3/m i n 最合适， � 在 大于 1 20 34 0 m 采用 高压 冲击 器 时， 供 风量 在 到低消耗, 低劳动强度， 高效率, 高效益的目的 �
3 气动潜孔锤钻进缺点
第 8 卷 第 3期 VOL.8 NO.3
2010 年 6 月 Jun.2010
浅析气动潜孔锤钻进技术在钻探中的应用
黄忠正 谷保泽 宗伟琴
（神华宁煤集团公司生产技术部， 宁夏 银川， 7 50 0 0 4）
摘
要： 通过对神华宁夏煤业集团公司汝箕沟矿区地面防灭火钻孔及部分瓦斯抽放钻孔采用气动潜孔
锤钻进工艺施工， 总结出了气动潜孔锤施工的工艺优点和技术参数， 从而提高施工效率， 减少钻进事故� 关键词： 气动潜孔锤 施工工艺 处理措施 中图分类号： D 41 文献标识码： A 文章编号： 1 674-8 49 2 （20 10 ） 0 3 -0 40 -0 3
表 3 白芨沟煤矿瓦斯抽放孔终孔水平位移数据表
孔号 1# 2
#
取决于所用冲击器在气缸内所产生的压力大小 � 过 大或过小都会影响潜孔锤钻进的正常工作 �大则会 引起钻头的过早磨损 , 球齿掉落 , 回转困难， 过小将 影响冲击功率的有效传递， 进尺缓慢 � 4. 2 转速 钻具的转速主要是根据岩石性质 , 钻头直径, 冲 击功和冲击频率来确定 �合理的回转速度保证最优 的冲击间隔范围内破碎岩石 �若回转速度低， 不仅会 产生重复破碎， 影响效率的提高， 而且钻头球齿也易 嵌入碎岩坑穴中， 造成回转困难和钻头的磨损， 如果 回转速度高， 则不仅会使冲击碎岩的作用减弱， 而且 会造成钻头强烈磨损， 使冲击碎岩转化为切削碎岩，
（2） 钻孔空气上返流速高， 孔底清洗彻底， 冷却 效果好， 钻头寿 命长 � 由于 在施工过 程中， 钻杆 与 孔径匹配 非常到位 ，确保了 孔底岩屑 及时排出 孔 口， 同 时， 压 缩空 气以 超音 速通过 钻头 喷嘴 ， 其沿 环状间隙 返回地面 � 在施工 汝箕沟煤 矿地面瓦 斯 抽放 钻孔 时， 曾 出现断 钻具 , 粘 附卡钻 等事 故， 但 由于采用气动潜孔锤钻进工艺， 克服了环状钻头及 金刚 石钻 头采用 泥浆 钻进 处理 孔 内事 故棘 手 , 费 劲, 耗 时等 困难 ， 真正 实现 了钻孔 内干 净， 处理钻 孔事故简单 , 快 等目的 � 通 过气动潜 孔锤的施 工， 大大的减少了钻探作业辅助时间， 增大了纯钻进时 间， 极大地提高了钻进效率 � （3 ） 气动潜孔锤钻进钻压 小， 转速 低及扭矩小， 明显减少钻杆折断和磨损，具有良好的钻孔防斜和 保直效果� 我们以前采用普通环状合金钢粒及金刚 石钻头钻进中，因为合金钻及金刚石钻头都是切削 钻进， 需要相当速度， 这样势必加大动力， 在材料的 消耗上可以说是气动潜孔锤的 2 到 3 倍以上 � 由于 潜孔锤钻压小 , 转速低, 扭矩小， 而进尺快， 所以在孔 内不易造成大的孔径，加上采用塔式或满眼级配钻 具 （在潜孔锤钻头处及钻头以上 8m 和 1 7 m 处分别加 三组扶正器 ） ， 另外加 4 2m 的钻挺， 如图 1 所示 （钻具 级配图 ） � 这样的钻具级配和潜孔锤结合起来， 钻进 进尺高 , 钻孔孔斜小 , 钻具不易断， 硬岩层钻进取得 了很好的效果 �
（1） 只能一次性成孔 � 若要扩孔， 还要用特制的
1 2 1 8m 3 /m i n 最合适 � 4. 4 风压 钻进速度与所供给的负风压密切相关，不同结
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第 3期
构的潜孔锤在相同的风压时， 其钻进速度不同�而对 于同一潜孔锤来看， 在不同的风压作用下， 其钻进速 度尤其明显， 特别是无阀潜孔锤， 随着风压的提高， 其钻进速度增加更快，而每米进尺所消耗的风量却 相对减少 �在钻进过程中， 随着钻孔加深， 压缩空气 循环阻力增加， 空压机的供风压力将升高�这时必须 得调整风压， 否则达不到钻进效果 �我们在实际施工 中， 采用日式复盛螺旋空压机能够自动调节风压 , 转 速， 将解决这一问题 （见表 4） �
泵压和风压对照表
中硬, 坚硬均质 10 0 1 50 kg / mi n 7 0 90 kg / mi n 可自调 易破碎 7 0 k g/ mi n 90 k g/ mi n 可自调
Байду номын сангаас
软的无摩性, 无裂岩层 合金 金刚石 1 50 1 80 kg / mi n 90 1 1 0 kg / mi n 可自调
4 气动潜孔锤的钻进技术参数
气动潜孔锤钻进效率的高低，不仅取决于所用 的空气压缩机 , 冲击器及钻头的性能和质量， 而且必 须做到合理操作 , 正确选用钻进技术参数， 才能很好 地运用 � 4. 1 钻压 汝箕沟矿区施工中采用的宣化 �英格索兰公司
产的 DH D34 0 A 高压潜 孔锤以 及 C IR 1 1 0 低压 潜孔 � � � 锤， 压力在 0 . 4 0. 6 钻进 �潜孔锤压力的大小， 主要 （4） 利用气动潜孔锤钻井效率高， 采用小裂隙不 怕漏水和泥浆马达定向钻井相结合钻进，解决了利 用空气 潜孔锤钻 井不能纠 斜和泥浆 牙轮钻井 速度 慢 , 效率低的弊端，既能纠斜又能提高钻进效率 � 200 7年在白笈沟矿南四采用此项钻探工艺进行定向 灭火钻孔施工， 准确无误地打到煤柱巷道中， 对煤矿 防灭火起到重大作用， 钻进效果见表 3�
主采二层煤， 煤厚度 0 29. 36m ， 平均厚度 1 8. 33m ， 开 采工艺为分层走向长壁式开采方法，开采方法以综 采, 综放为主 �含煤属于侏罗纪延安组地层， 以含石 英, 长石的粗砂岩和细砂岩为主， 粉砂岩, 泥岩, 页岩 次之 � 神华宁夏煤业集团相继采用普通合金钻进工 艺, 钢粒钻进工艺 , 金刚石钻进工艺等通过地面施工 钻孔对火区进行灌浆及地面瓦斯抽放 � 采用普通环 状硬质合金钻头， 每台班只能钻进 0 . 2 0 . 3m ， 而且钻 进速度不能满足施工要求， 经研究， 改用钢粒钻进， 但每台班只能钻进 1 2m ，后来采用金刚石钻进， 金 钢石钻进成本高， 且钻探参数要求很高， 经实验未能 达到预期的效果 �最后， 采用气动潜孔锤钻进工艺， 克服了进尺慢 , 事故多等缺点， 实现钻进效率高， 保 证了汝箕沟矿区效益生产和安全生产�
终孔深度 终孔水平位移 （m） 286. 0 0 250 . 7 0 283. 14 24 9. 16 （m） 2. 80 2. 95 3. 58 2. 57
孔号
# #
终孔深度 终孔水平位移 （m） 254 . 40 283. 0 0 252. 0 0 259. 0 0 （m） 2. 17 2. 96 2. 55 2. 89
钻头
稳定器
稳定器
稳定器
图�
钻具级配图
我们在白芨沟 , 汝箕沟煤矿钻孔施工中效率非 常可观， 钻进效率是普通钻探的 3 4 倍， 不同钻进方 法效果对比见表 2 �
表 2 不同钻进方法效果对比
钻进方法 潜孔锤 普通法 时效 （/ m. h - 1） 钻效 （/ m. 月 -1） 1 3. 85 0 . 31 3 357 . 67 90 . 66 备注 4 个钻孔平均值 7个钻孔平均值
表4
类型 泥浆泵
其工艺在 施工过程 中对地层 环境的适 应性及钻 进 效益是普通环状合金钻进工艺 , 钢粒钻进工艺和金 钢石钻进 工艺无法 取代的 � 在神华宁 夏煤业集 团 汝箕沟矿 区防灭火 钻孔及瓦 斯抽放钻 孔采用气 动 潜孔锤工艺施 工， 大大提高 了施工钻 进速度， 减少 了钻进事故， 取 得了一定的 经济效益 和社会效 益 � 但是 ， 气动 潜孔 锤的应 用， 尤其在 软 , 硬岩 交替 的 地层中钻进还有空白区域， 需要我们不断地摸索和 总结 � 由于气动潜孔锤工艺使用适用性强 , 使用范 围广， 钻进效率 高 , 劳动强度低等 特点， 可以肯 定， 不久的将来， 气动潜孔锤必将代替环状合金钻头及 金刚石钻头等一些钻进工艺 �
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