空氣潛孔沖擊器鉆進(jìn)技術(shù)的特點(diǎn)

      空氣潛孔沖擊器鉆進(jìn)技術(shù)因其如下的一些特點(diǎn)，是它拓展應(yīng)用領(lǐng)域的有利條件：

      （1） 鉆進(jìn)效率高，生產(chǎn)實(shí)踐證明，其鉆進(jìn)效率比液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)效率高了3~10倍，效率提高的原因是：?jiǎn)未螞_擊功大，排渣風(fēng)速高，孔底干凈，無(wú)二次破碎；由于無(wú)液柱壓力，在無(wú)地下水的情況下，改善了孔底破碎條件。

      （2） 潛孔沖擊器的柱齒或球齒硬質(zhì)合金鉆頭，在堅(jiān)硬破碎巖石中使用，既有利于破巖，又有比金剛石鉆頭壽命高的適應(yīng)性，大大降低了鉆頭成本。

      （3） 因鉆具轉(zhuǎn)速低，鉆具對(duì)孔壁的碰撞機(jī)會(huì)較少，而且這種鉆進(jìn)方法是以高頻對(duì)孔底沖擊，減少了對(duì)巖石或傾斜地層產(chǎn)生孔斜的影響，從而可提高鉆孔的垂直度，同時(shí)，也可減少孔壁巖石坍塌。

      （4） 潛孔沖擊器鉆進(jìn)時(shí)要求的轉(zhuǎn)速低，克服的扭矩也小，因而對(duì)鉆機(jī)的性能要求不高。這樣可減輕鉆機(jī)設(shè)備的質(zhì)量和能力，為大口徑硬巖鉆進(jìn)，邊坡坑滑加固錨桿孔鉆進(jìn)創(chuàng)造了有利的使用條件。

      （5） 由于以空氣作為循環(huán)介質(zhì)，不同于清水與泥漿鉆進(jìn)，不會(huì)造成地層堵塞，故對(duì)含水層、含氣層和含油層等生產(chǎn)層無(wú)影響，這對(duì)提高水井、煤層氣井的生產(chǎn)量極其重要。另外，對(duì)環(huán)境的污染較小。

      （6） 風(fēng)動(dòng)潛孔沖擊器工作時(shí)單次沖擊功在瞬間即可生產(chǎn)*作用力，因而它可應(yīng)用于軟層沖擊擠密不排土鉆進(jìn)，也可用于非開(kāi)挖鋪管的夯管技術(shù)。

      潛孔沖擊器的分類按有以下幾種分類形式：以用途來(lái)分可分為普通潛孔沖擊器和特殊潛孔沖擊器；從動(dòng)力源來(lái)分，可分為氣動(dòng)潛孔沖擊器和液動(dòng)潛孔沖擊器；按結(jié)構(gòu)可分為閥式潛孔沖擊器和無(wú)閥式潛孔沖擊器。

      1. 按用途分類

      （1）普通潛孔沖擊器

      即常規(guī)得以空氣為動(dòng)力、直徑在800mm的全面鉆進(jìn)用潛孔沖擊器，主要用于礦山和水井，以及地質(zhì)鉆探中的無(wú)巖心鉆進(jìn)，這是目前國(guó)內(nèi)外用的zui多的潛孔沖擊器類型。

      （2）特殊潛孔沖擊器

      A 大口徑潛孔沖擊器

      指直徑在800mm以上的潛孔沖擊器，主要在大型灌注樁（如橋墩）和豎井中使用，此種潛孔沖擊器又可分為單頭和多頭式（即捆綁式）。

      B 貫通式潛孔沖擊器

      可以獲得高質(zhì)量巖礦樣品，主要在貴金屬礦勘探中應(yīng)用。

      C 跟管鉆進(jìn)用潛孔沖擊器

      即偏心潛孔沖擊器，主要用于第四系覆蓋層中的復(fù)雜地層鉆進(jìn)。

      D 非開(kāi)挖定（導(dǎo)）向鉆進(jìn)用潛孔沖擊器

      亦稱鴨咀形潛孔沖擊器，用于基巖地層中的水平定向鉆進(jìn)非開(kāi)挖鋪管。

      2. 按動(dòng)力源分類

      （1）氣動(dòng)潛孔沖擊器

      以壓縮空氣為動(dòng)力，包括含泡沫的壓縮空氣。

      （2）液動(dòng)潛孔沖擊器

      指以水（泥漿）力為動(dòng)力的潛孔沖擊器，又可分為高頻率低沖擊功和低頻率高沖擊功兩類，前者主要用于深孔巖心鉆探，又稱液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；后者主要用于無(wú)巖心全面鉆進(jìn)。

      3. 按結(jié)構(gòu)分類

      這里的按結(jié)構(gòu)分類，主要指以配氣形式的不同來(lái)分類。氣動(dòng)潛孔沖擊器按配氣類別分為兩大類：有閥式潛孔沖擊器和無(wú)閥式潛孔沖擊器。

      （1）有閥式潛孔沖擊器

      通過(guò)各種形式的控制閥（碟狀閥、碗狀閥、板狀閥等）司管壓縮空氣的切換，交替進(jìn)入前后氣室推動(dòng)沖錘（活塞）往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生沖擊作用?；钊\(yùn)動(dòng)到缸體的前后死點(diǎn)，產(chǎn)生壓力信號(hào)推動(dòng)控制切換，使活塞換向沖擊。閥式潛孔沖擊器缸體內(nèi)的配氣過(guò)程簡(jiǎn)單，壓縮空氣只經(jīng)歷進(jìn)氣和排氣二個(gè)配氣過(guò)程。

      有閥式潛孔沖擊器適用于低風(fēng)壓（1MPa以下），近年來(lái)正逐漸被無(wú)閥式潛孔沖擊器所代替。

      （2）無(wú)閥式潛孔沖擊器

      是繼有閥式潛孔沖擊器之后發(fā)明和發(fā)展起來(lái)的。它取消了控制閥，利用沖錘（活塞）運(yùn)動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉不同通道，從而控制壓縮空氣的切換。活塞在缸體內(nèi)的配氣過(guò)程有三個(gè)狀態(tài)，即進(jìn)氣行程、排氣行程、膨脹（壓縮）行程，從而發(fā)揮了壓縮空氣可壓縮和膨脹作功的特性。與有閥型潛孔沖擊器相比較，由于缸體內(nèi)多了一個(gè)膨脹作功過(guò)程，節(jié)省壓縮空氣消耗量近30％，大幅度節(jié)約和降低了能耗。有閥型潛孔沖擊器控制閥高頻運(yùn)動(dòng)、切換，容易磨損報(bào)廢，需定期更換?？刂崎y隨潛孔沖擊器工作時(shí)間延續(xù)而逐漸磨損，無(wú)法保證潛孔沖擊器始終保持良好的工作性能?？刂崎y的靈活切換，只能在一定的氣壓范圍內(nèi)，壓力的適應(yīng)性及工作穩(wěn)定性較差。無(wú)閥型潛孔沖擊器從原理上*了這一弊端，消除了易損件。壓力適應(yīng)性強(qiáng)，工作穩(wěn)定性好。因此，近代研究開(kāi)發(fā)的各種類型潛孔沖擊器均以無(wú)閥型為主，代表了潛孔沖擊器的發(fā)展趨勢(shì)。

      無(wú)閥式潛孔沖擊器適用于高風(fēng)壓（1MPa以上），特點(diǎn)鉆進(jìn)效率高、壽命長(zhǎng)。

      在氣動(dòng)潛孔沖擊器鉆進(jìn)過(guò)程中，高壓空氣驅(qū)動(dòng)沖擊器內(nèi)的活塞作高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)。并將該運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能*的傳遞到鉆頭上，使鉆頭獲得一定的沖擊功。鉆頭在該沖擊功的作用下，連續(xù)的對(duì)孔底巖石施行沖擊。巖石在該沖擊功的作用下，形成體積破碎。同回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相比，該工藝是以鉆頭沖擊破碎巖石取代了切削巖石；以動(dòng)載沖擊代替了靜載研磨，以巖石的體積破碎代替了研磨剪切破碎。在潛孔沖擊器鉆進(jìn)的同時(shí)，一部分被體積破碎下來(lái)的巖屑被具有一定壓力及速度的空氣吹離孔底，并排出孔口、減少了巖石重復(fù)破碎的機(jī)會(huì)。所以氣動(dòng)潛孔沖擊器有較高的鉆進(jìn)效率。

       氣動(dòng)潛孔沖擊器的選擇主要涉及其性能參數(shù)（沖擊功、沖擊頻率、沖擊能量以及壓縮空氣耗用量）、鉆進(jìn)規(guī)程（風(fēng)量、風(fēng)壓、鉆壓、轉(zhuǎn)速）和鉆頭。實(shí)際上良好的沖擊器應(yīng)達(dá)到兩個(gè)指標(biāo)：及有較高的破碎巖石效率和較長(zhǎng)的鉆具壽命。

      潛孔沖擊器鉆進(jìn)工法鋪設(shè)管道如圖7-1示，首先在所穿越地層一端構(gòu)筑始發(fā)井，根據(jù)設(shè)計(jì)要求安裝設(shè)備。壓縮空氣通過(guò)鉆桿進(jìn)入潛孔沖擊器，使?jié)摽讻_擊器內(nèi)活塞產(chǎn)生往返運(yùn)動(dòng)，對(duì)鉆頭產(chǎn)生沖擊作用，實(shí)現(xiàn)沖擊鉆進(jìn)，同時(shí)回轉(zhuǎn)鉆桿。在鉆進(jìn)的同時(shí)頂進(jìn)工作站頂進(jìn)管道，實(shí)現(xiàn)跟管鉆進(jìn)。

      潛孔沖擊器在孔中沖擊鉆頭實(shí)現(xiàn)沖擊鉆進(jìn)，破碎下來(lái)的巖屑通過(guò)機(jī)械，水力或壓縮空氣等方法排出（實(shí)際上，這里所說(shuō)的水力和氣力排土法目前在非開(kāi)挖施工中還沒(méi)有得到應(yīng)用）。