气动潜孔锤钻进技术
气动潜孔锤技术
1.1 研究现状
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。
1.2 研究的主要内容
（一）根据潜孔锤的工作原理及发展动态， 拓展其在复杂地层（地层松散、钻进困难、 孔壁稳定性差）钻进时的跟管及拔管应用， 同时提出对潜孔锤的改进措施。
2.1.2 冲击器的结构及其工作原理
冲击器是一个能产生冲击作用的气功装置，其 基本结构一般由配气机构，内外缸、活塞几部 分组成。
其基本结构见下图。
1 上接头 6 阀垫
11 半圆卡
2 密封圈 7 内缸 12 胶圈
3 逆止阀 8 活塞 13 外管
4 弹簧 9 外缸 14 花键套
5 配气座 10 缓冲圈
气动潜孔锤技术
湖北省地质环境总站 工程中心2019培训
讲课人：罗会军 邮箱：lzyzxdny126
1 概述
岩土钻凿工程在当前我国经济建设中已占有愈来愈 重要的地位，其应用领域已不仅涉及矿产的勘探与 开发，而愈来愈多地涉及建筑、供水、市政、交通、 环境等方面。而随着我国经济建设的进一步改革开 放和建设步伐的加快，这类工程的国际国内市场越 来越大，要求也越来越高。因此，岩土钻掘技术及 工艺水平的发展对我国的各类工程建设及经济发展 起着愈来愈重要的影响，空气潜孔锤钻进以其能够 大幅度提高钻进效率，保证工程质量，降低施工成 本，具有显著的技术经济效益而视为现代钻探技术 与衡量钻探技术的标志之一，受到国内外钻探行业 的重视。
1 概述
空气潜孔钻进技术因其如下的一些特点，是它 拓展应用领域的有利条件：
反循环气动潜孔锤的研制及应用
收稿日期:2009-02-07;改回日期:2009-04-04 作者简介:许刘万(1954-),男(汉族),陕西白水人,中国地质科学院勘探技术研究所教授级高级工程师,全国水井钻机情报网首席顾问,兰州军区给水团技术顾问,探矿工程专业,从事水文水井、工程钻探设备、各类钻具及钻探工艺的研究、推广工作及进口全液压动力头钻机、国产各类钻机、机具的配套研究,河北省廊坊市金光道77号,xuliuwan@;史兵言(1970-),男(汉族),山东人,中国地质科学院勘探技术研究所高级工程师、科研项目负责,探矿工程专业,从事各种钻探施工钻具及钻探工艺方法研究开发推广工作;赵明杰(1956-),男(蒙古族),河北承德人,河北省地矿物资总公司副总经理,全国水井钻机情报网秘书长,经济管理专业,从事地矿物资与各类钻机的配套销售工作,河北省石家庄市中山西路891号。
反循环气动潜孔锤的研制及应用许刘万1,史兵言1,赵明杰2(1.中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊065000;2.河北省地矿物资总公司,河北石家庄050081)摘 要:针对目前正循环气动潜孔锤施工中存在的若干问题,开发研制了新型派生系列反循环气动潜孔锤,经过在水井、砂金勘探施工中的应用,取得了非常显著的效果,为我国采用此种工艺方法施工提供了一种新的产品,使得这项技术更加完善,更加成熟,应用领域更加广阔。
关键词:空气钻进;水井;砂金勘探;反循环气动潜孔锤中图分类号:P634.4 文献标识码:A 文章编号:1672-7428(2009)04-0031-04D evelop m en t and Appli ca ti on of Reverse C i rcul a ti on D TH /XU L iu 2w an 1,SH I B ing 2yan 1,ZHAO M ing 2jie 2(1.The I n 2stitute of Exp l orati on Techniques,CAGS,Langfang Hebei 065000,China;2.Hebei Pr ovincial Geol ogy and M iningMateri 2als General Company,Shijiazhuang Hebei 050081,China ))Abstract:According t o the technical p r oble m s in positive circulati on constructi on,a ne w derived syste m of reverse circula 2ti on DTH was devel oped,which has been app lied in the constructi on of water well and alluvial exp l orati on with remarkable effect .This ne w p r oduct made DT H more perfect and br ought wider app licati on field .Key words:air drilling;water well;alluvial exp l orati on;reverse circulati on DTH1 概述反循环气动潜孔锤钻进技术,是多工艺空气钻进技术中的一个重要组成部分,也是空气钻进技术在碎岩方法上的一项重大突破。
反循环气动潜孔锤工艺应用说明(金矿)
反循环气动潜孔锤工艺应用说明
一、技术原理说明：
反循环钻进技术，是多工艺空气钻进技术中的一个重要组成部分，也是空气钻进技术在碎岩方法上的一项重大突破。
目前此种钻进技术发展迅速，应用范围越来越广。
反循环的工作原理是：采用全液压动力头钻机时，动力头下部安装一气盒子，通过气盒子进气口将压缩空气直接送入到双壁钻杆环状间隙，驱动反循环潜孔锤工作，然后从钻头底部进入内管中空通道返回地表。
这种钻进工艺最大的优点是：排渣断面小，不受孔径限制，上返风速高，排渣干净，不重复碎岩，钻进效率高，钻头寿命长，从而节约了供风量，减少了功率消耗和设备数量。
同时也能有效的解决粉尘对环境和人员设备的危害。
二、应用领域：
可广泛应用于砂金勘探、喀斯特等特殊地质结构区域施工、地热井施工、煤层气井施工、地源热泵钻井施工等。
反循环工艺施工现场照片（图1）反循环砂金勘探现场照片（图2）
反循环潜孔锤结构示意图（图3）
双壁钻具照片（图4）
反循环钻具与全液压动力头钻机连接示意图（图5）
使用全液压车载动力头钻机进行反循环连续取样示意图（图6）
三、总结：
应用该技术不仅可以大幅度地提高钻进效率，而且能减轻工人劳动强度,实现劳动过程机械化。
其以钻进硬岩效率高、成本低、事故少、成井质量好等优越性，由于反循环气动潜孔锤钻进技术具有一系列的优点，在正循环钻进方法显得
无能为力的条件下，有效的解决了许多技术难题，正受到钻探行业的普遍青睐。
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 。 ��
空气潜孔锤取心跟管钻进技术
空气潜孔锤取心跟管钻进技术一、基本概况空气潜孔锤取心跟管钻进技术针对河床、滑坡、等堆积地层，采用空气钻进而研发的一种钻探新方法，具有钻进速度快、取心质量好、不破坏植被和不影响地层稳定性等优势；主要用于浅部地质钻探（绿色钻探、砂卵砾石层钻探等），水利水电、滑坡等工程地质勘察领域。
该技术通过“优质、高效”的途径，解决了各种堆积地层的岩心质量较差和钻进效率较低等问题；可“以钻代槽”，避免槽探对植被的破坏。
二、技术主要内容空气潜孔锤取心跟管钻进技术采用风动钻进原理，将基础工程中的潜孔锤跟管钻进与岩心钻探领域的回转取心钻进组合，通过优化结构，优势互补，形成一种取心质量好、钻进速度快的钻进新方法，为工程地质勘察提供有效的技术手段。
其核心技术是潜孔锤取心跟管钻具。
图1 空气潜孔锤取心跟管钻具空气潜孔锤取心跟管钻进技术主要由中心取心钻具、套管靴总成组成。
前者执行取心钻进任务，并随钻带动后者跟进套管；后者执行推动套管随钻向孔底延伸，实现随钻跟管钻进。
整套钻具结构简单，使用简便。
中心钻具属于可提升部分，完成取心钻进回次后，可随钻杆被提到地表。
套管靴总成由套管钻头等三个零件组成。
该总成直接连接在套管下端，由中心钻具带动套管钻头旋转，承担跟管任务，钻孔施工期间，始终留在孔内隔离孔壁。
空气潜孔锤取心跟管钻进技术钻进原理：回转取心钻具，进行冲击取心钻进；同时，通过传扭副带动套管钻头回转，使其保持同步冲击回转钻进，并靠承传压付使套管向孔底延伸，而套管不回转。
钻进回次结束，直接将中心取心钻具提到地表进行取心，而管靴总成仍留在孔内；加长套管后，再将钻具下到孔底并与套管靴总成自动连接，可进行下一回次钻进。
表1 潜孔锤取心跟管钻具规格及其主要技术指标钻具名称 Φ127取心跟管钻具Φ146取心跟管钻具Φ168取心跟管钻具钻具规格/mm Ф127 Φ146 Ф168钻孔直径/mm Φ132 Φ152 Ф176岩心直径/mm Ф54.5 Φ67 Ф75跟进套管/mm Ф127 Φ146 Ф168钻头类型 球齿合金钻头 球齿合金钻头 球齿合金钻头钻具长度/mm 1570（外管1米）2570（外管2米）1525（外管1米）2525（外管2米）1710（外管1米）三、重要意义及应用情况1、成果的重要意义现阶段及相当长时间，我国高原等植被脆弱地区地质勘探，铁路等基础设施，水利水电和滑坡等工程地质勘察，其各种堆积地层钻探工作量巨大；“一带一路”向外延伸沿线的铁路、公路等基础设施建设，也将有巨大的工程地质勘察工作，该技术具有巨大市场，应用前景非常广阔。
空气潜孔锤钻进工艺
空气潜孔锤钻进工艺嘿，咱今天就聊聊这空气潜孔锤钻进工艺。
这玩意儿可厉害啦！就像个超级战士，在地下世界冲锋陷阵。
空气潜孔锤钻进，那可是个充满挑战和惊喜的过程。
想象一下，一个巨大的钻头，像一头凶猛的野兽，狠狠地咬进大地的怀抱。
而空气潜孔锤呢，就像是这野兽的心脏，不断地跳动，为钻头提供强大的动力。
它的工作原理其实并不复杂。
压缩空气通过钻杆进入潜孔锤，推动锤头高速冲击岩石。
这冲击的力量，那可真是惊人！就好像无数个小锤子，不停地敲打，把坚硬的岩石一点点地打碎。
这过程，不就像一个勇敢的战士，拿着武器，与敌人展开激烈的战斗吗？在实际应用中，空气潜孔锤钻进工艺有很多优势。
首先，它钻进速度快。
那速度，简直就像火箭一样，嗖的一下就钻进了地下。
相比传统的钻进方法，它能节省大量的时间。
这对于那些着急完成工程的人来说，可真是个大宝贝。
其次，它对地层的适应性强。
不管是硬岩还是软岩，它都能轻松应对。
就像一个万能的工具，不管遇到什么难题，都能找到解决办法。
这一点，可让很多工程师们省了不少心。
而且，空气潜孔锤钻进工艺还能提高钻孔的质量。
钻出的孔壁光滑，直径均匀，就像用尺子量过一样。
这对于后续的工程施工来说，可是非常重要的。
不过，空气潜孔锤钻进工艺也不是完美无缺的。
它对压缩空气的要求比较高。
如果压缩空气的压力不够，或者质量不好，就会影响钻进的效果。
这就像一个运动员，如果没有足够的氧气供应，就无法发挥出自己的最佳水平。
还有啊，操作空气潜孔锤钻进设备也需要一定的技术和经验。
如果操作人员不熟练，就容易出现问题。
这就像开车一样，新手司机和老司机的水平肯定不一样。
但是，这些问题都不能阻挡空气潜孔锤钻进工艺的发展。
随着技术的不断进步，这些问题都在逐渐得到解决。
现在，越来越多的工程都开始采用空气潜孔锤钻进工艺，它的应用前景一片光明。
总之，空气潜孔锤钻进工艺是一种非常有前途的钻进方法。
它就像一颗闪亮的星星，在地下工程领域绽放着光芒。
让我们期待它在未来能为我们带来更多的惊喜吧！。
气动潜孔锤钻进技术在矿井下大口径孔施工的应用研究
132管理及其他M anagement and other气动潜孔锤钻进技术在矿井下大口径孔施工的应用研究高建波（陕西省一九四煤田地质有限公司，陕西 铜川 727000）摘 要：在绿色矿山建设中，矿井下大口径孔施工是其中的重要内容。
采用气动潜孔锤钻进技术进行矿井下大口径孔施工，是基于井下硐室施工环境的要求。
本文主要对气动潜孔锤钻进关键技术进行了分析，以某矿井下大口径孔施工项目作为研究对象，在施工机具设备的优化改进方面进行了探讨，以探究气动潜孔锤钻进技术在矿井下大口径孔填充施工中的应用效果。
关键词：气动潜孔锤钻进；矿井；大口径孔；应用中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）04-0132-2收稿日期：2019-04作者简介：高建波，陕西省一九四煤田地质有限公司。
随着社会经济的发展，各类工程技术水平实现了不断提升。
在我国社会发展过程中，对于能源资源的需求不断扩大，进而促进了矿山开采规模的进一步扩大，同时，随着工程开采从粗放式向集约式发展，在矿井下大口径孔填充施工中，利用气动潜孔锤钻进的先进技术，改善矿山尾砂排放，提高资源回收利用率，从而满足绿色矿山建设需求，促进矿山的可持续发展。
就目前而言，我国在大口径孔施工中设备的应用主要以立轴式回转或者是水井转盘式钻机为主，其在实际填充施工中的进度较为缓慢，并且需要的成本相对较大，尤其是在矿井下施工中，由于设备较大会为施工带来很多困难。
基于此，本文以某矿井下大口径孔施工项目为例，分析了在具体施工中应用气动潜孔锤钻进技术的应用效果。
1 气动潜孔锤钻进关键技术（1）技术原理。
气动潜孔锤钻进技术的主要应用原理是以高压气体对冲击活塞产生作用，促使其进行往返运动，从而对钻头产生一定的冲击力，为其提供工作动力，进而对岩石进行冲击破碎，同时，利用冲击器在活动中排除的压缩空气，实现冷却钻头和清除岩屑的作用。
（2）对钻机进行优化改进。
一般来说，在进行大口径孔施工过程中，其施工设备的选用多数是水井转盘式钻机，其在地面施工大口径钻孔具有良好的施工效果。
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。
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气动潜孔锤钻进
5．爆破孔施工 包括矿山采矿、水电、交通等建设中的爆破孔以及人工地震的震源孔， 都广泛采用潜孔锤钻进。 6．锚固与注浆工程施工 用潜孔锤施工各种用途的锚固孔与注浆孔都比普通回转钻进方法优越的 多，特别在某些滑坡治理和挡土墙锚固孔施工时往往忌用液体介质。 7．基础工程施工 主要指用潜孔锤施工钻孔灌注桩(特别是嵌岩桩)和地下连续墙。除用单 体潜孔锤外，大断面基础工程可用组合式潜孔锤施工。 8．矿山竖井施工 包括矿山采矿用竖井、通风井、充填井、诽水井等，亦用于大型多方 向反向井施工(Raise Drilling)和高垂直度的冻结孔施工。 9．其他应用领域 如地下坑道用管棚法施工时打水平孔，铺设地下管线和栽埋线杆施工 等。
气动潜孔锤钻进
5、大直径湿式反循环潜孔锤
气动潜孔锤钻进
三. 潜孔锤多工艺钻进技术 1.常规潜孔锤钻进
常规潜孔锤钻进指的是采用普通潜孔锤进行全面破碎孔底 岩石的一种钻进方式。它是最早使用的一种以单一干压缩空 作为动力（后来发展加入雾化、泡沫等介质）风动工具。它所 产生的冲击能量，可直接传给钻头，利用冲击器排出的压缩空 气以正循方式冷却钻头和排屑。
1 — 螺纹保护套； 2 — 上接头； 3 － 调整垫圈； 4 — 碟形弹簧； 5 — 节流顺； 6 — 阀盖； 7 — 阀片； 8 — 阀座； 9 — 活塞； 10— 外缸； 11— 内缸； 12— 衬套； 13— 柱销； 14— 弹簧； 15— 花键套； 16— 钢丝； 17— 圆键； 18— 密封圈； 19— 止逆阀； 20— 弹簧； 21— 磨损片； 22— 配气杆； 23— 钻头； I — 防空打孔； II— 内外缸环形腔； III— 衬套沟槽
气动潜孔锤钻进技术
气动潜孔锤钻进
气动潜孔锤钻进技术
一. 气动潜孔锤的概况 二. 气动潜孔锤分类及特点 三. 潜孔锤多工艺钻进技术 四. 钻进技术参数及操作方法 五. 潜孔锤用于水文水井钻凿
气动潜孔锤钻进
一. 气动潜孔锤的概况
十八世纪中叶(1857年)意大利工程师巴特里特首次发明 了以压缩空气做为动力介质的世界第一台风动凿岩机，开创 了潜孔锤钻进的新纪元。 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。
气动潜孔锤钻进
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。 气动潜孔锤还能克服某些卵砾石层、漂砾层钻进困难。
B、进风孔
C、下腔
潜孔锤外径（mm）
190
单次冲击功（J）
720
贯通孔直径（mm）
钻孔直径（mm） 潜孔锤长度（mm）
62
200-250 1468
冲击频率（HZ）
耗气量（m3/min） 潜孔锤压力降（MPa）
18
14 1.0
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贯通式潜孔锤工作原理图见图2.2。压 缩空气经双通道气水龙头2由双壁钻杆5进 入贯通式潜孔锤的上接头环状间隙，推开 逆止阀6，充满外缸和内缸8之间的环状通 道，由内缸8上的径向进气孔进入前后气室 推动活塞9往复运动产生冲击能量。前后气 室内做功后的废气分别排入活塞9与心管7 之间的环状通道，进入钻头上部环槽，经 钻头花键槽底部留出的通道由钻头排气孔 排出。经扩压槽和孔底岩石的反射作用， 并在钻头抽吸孔的强力抽吸作用下，气体 携带岩样直接进入钻头中心，经潜孔锤的 贯通孔和双壁钻杆的中心通道，通过双通 道气水龙头的鹅颈弯管3、排渣管1最后排 到地表收集岩样设备中，实现不停钻连续 取心（样）钻进高新工艺。
型号
CIR-90 CIR-150 CIR-150A CIR-170 CIR-170A DH-4 DH-6 DHD-340A DHD-360
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4、贯通式潜孔锤
（吉林大学建设工程学院） （GQ-200型）
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1、钻杆内管 2、钻杆外管 3、扶正环 4、外 缸
5、心管 6、内缸 7、活塞 8、衬套 9、钻头 A、上腔
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2. 无阀式气动潜孔锤
（嘉兴JG150型）
气动潜孔锤钻进
嘉兴潜孔锤类型和技术参数
型号 JG-80 JG-80B JG-100 JG-100A JG-150 J-100B 风压 （MPa） 1.05 0.63 1.05 1.05 2.46 0.63 耗风量 （m3/s） 4 0.1 4.5 5.4 6.5 0.15 冲击功 （J） 111 108 210 210 608 165 冲击 频率 （HZ） 23.3 16 19.2 19.2 20 16 外径 重量 （mm） （Kg） 76 76 92 92 137 95 27.5 19 37.5 46 138 30 长度 （mm ） 957 854 1164 1164 1591 870 钻头 直径 （mm） 90 90-95 105-115 105-115 155-165 110
气动潜孔锤钻进
气动潜孔锤钻进的应用领域：
1．固体矿产勘探 在地质设计允许用岩屑取代岩心时均可采用潜孔锤钻进，以大幅度提 高钻进速度。自从出现贯通式潜孔锤和取心潜孔锤(在港孔捶下部接岩心管) 之后，很大程度扩展了其在固体矿产勘查领域的应用。 2．砂矿床勘查 某些矿产（如金矿）很多为砂矿床，并且往往赋存在卵砾石层以及含 漂砾的沉积层中，用潜孔锤结合反循环取样效果甚佳。 3．工程地质勘查 工程地质勘查包括陆地和水域，一般多在第四系覆盖层中钻进。当遇 到卵砾石层或漂砾时亦用潜孔锤钻进。 4．水井钻凿施工 这方面应用潜孔锤甚广，既能快速施工，又能提高成井质量，凡是在 基岩井施工设计时都首先考虑采用这种方法钻进。
J-150B
J-170B J-200B J-250B
0.63
0.63 0.63 0.63
0.25
0.3 0.4 0.5
400
430 520 560
0.25
15 17.2 16.2
136
156 188 215
81
94 163 208
1012
1196 1299 1474
155-235
175-240 200-210 250-300
气动潜孔锤钻进
工作原理：
该类型风动冲击器工作原理是在活塞返回行程时（如图 所示），压气由上接头1进入，以配气座10上的长孔①、内 缸12上端的气孔②、外缸13上端的环⑦⑧⑨⑩状空间③、内 缸12的长孔⑤、再经活塞上端与外缸13之间的空间⑦、活塞 下端上的气槽⑧与外缸管下端的环状⑨关闭时，前气室停止 供气；当活塞继续后退至其上端气槽⑥与内气缸12上的气槽 ④相通时，压气仍经①、③、⑤、⑥以及④到达后气室，后 气室开始供气，推动活塞冲程做功。前后气室的废气，分别 由钻头尾部排气管和活塞中心孔经钻头排出至孔底。另外该 冲击器还有一条经配气座中心孔，活塞及钻头中心孔排至孔 底的气路，以作为排除岩屑的补充，该气流的大小由节流塞 直径来调节。
气动潜孔锤钻进
宣化有阀式风气潜孔锤
宣化无阀式风气潜孔锤
气动潜孔锤钻进
宣化潜孔锤类型及技术参数
风压 （MPa） 0.5-0.7 0.5-0.7 0.5-0.7 0.5-0.7 0.5-0.7 0.56-2.46 0.56-2.46 1.06-2.45 1.06-2.45 耗风量 （m3/min） 7.2 15.9 17 16.8 19.5 2.3-14.7 7.1-36.8 2.3-13.3 4.5-26.6 冲击功 （J） 107.8 333.4 420 421 500 152-665 450-1977 158-694 390-1719 冲击频率 （r/min） 840 890 850 800 840 1340-2000 1210-1850 1090-1800 1100-1800 138 136 92 136 156 外径 （mm） 80 136 重量 （Kg） 18.5 86 89 102 119 45 126 47 129 长度 （mm） 864 1010 1008 1150 1142 1138 1485 1161 1295 钻头直 径（mm） 90 155 155-165 175 175-185 105-114 152-165 105-114 152-165
气动潜孔锤钻进
1. 阀式气动潜孔锤
属于这类冲击器在我国使用最多的为J系列冲击器（如 J—80、J—100、J—150、J—200、J—250）和CZ系列冲击 器等。
（嘉兴J200型）
气动潜孔锤钻进
J系列冲击器结构如图所示。 冲击器工作时，压缩空气由接头2 压开止逆阀19进入缸体。进入缸 体的压缩空气分成两路，一路是 直吹排粉气路，经阀座8、配气杆 22、活塞9的中孔通道以及钻头23 的中心孔进入孔底，直接用来吹 洗孔底岩屑；另一路是气缸工作 的配气气路，压缩空气进入具有 阀片7的配气机构，并借助活塞9 与配气杆22、内缸11上的孔及衬 套12上的槽进行配合，使阀片翻 转，实现上、下进排气的转换， 推动活塞往复运动。
气动潜孔锤钻进
W—200型无阀冲击器结构图 1—上接头； 2—密封圈； 3—弹簧；
W型无阀冲击器为国产中心排 气的潜孔冲击器。结构见图。 其工作原理为压缩空气经上 接头1，逆止阀4进入进气座7的后 腔，然后压气分两路前进；一路 经进气座和喷嘴10进入活塞和钻 头的中空通道，在孔底冷却钻头 和喷吹岩屑；另一路进入内缸14 之间的环形腔（此腔作为活塞运 行的进气室）。位于进气室的压 气，经气缸的径向孔以及活塞上 的环形槽进入