岩心钻探钻进方法4-冲击讲义回转钻进
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第四章冲击及冲击回转钻进
工程钻探学课件
第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具
1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
工程钻探学Leabharlann 件一字形钻头第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具
1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
第四章 冲击及冲击回转钻进
采用回转钻进方法钻进坚硬和研磨性较高的岩石时，由于岩 石抗压入强度高，切削具必须在很大的压力下才能切入岩石， 而大的轴心压力将导致切削具的急剧磨损，从而使钻进效率 大大降低。实践表明，破碎坚硬岩石时，冲击钻进比回转钻 进更为有效，这是由于岩石的剪切强度只相当于抗压强度的 1/6~1/12，冲击钻进使岩石产生剪切破碎。此外，在冲击载 荷作用下，岩石表面可产生瞬时接触应力，在动应力作用下， 岩石易产生裂纹，并且随冲击速度的提高，岩石的脆性将增 大，有利于岩石中裂纹的发育。因此，用不大的冲击力，便 可以达到破碎坚硬岩石的效果。
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进 施工工地照片
工程钻探学课件
第四章 冲击及冲击回转钻进 第一节、钢丝绳冲击钻进
钢丝绳冲击钻进的基本原理是， 借助于一定重量的钻头，在一定 的高度内周期地冲击井底，使岩 石破碎而获得进尺。在每次冲击 之后，钻头在钢丝绳带动下，回 转一定的角度，从而使钻孔得到 规则的圆形断面。
工程钻探学课件
钢丝绳冲击钻机
钢丝绳冲击钻机
工程钻探学课件
第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程
冲击钻进规程是研究如何合理地、有效地运用冲击钻具进行钻 进，从而能达到提高效率、保持质量和降低成本的问题。
第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具
1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
工程钻探学Leabharlann 件一字形钻头第一节、钢丝绳冲击钻进 二、钢丝绳冲击钻进所使用的钻具
1）用来破碎岩石和取样排屑的工具—钻头、冲击钻杆、 钢丝绳接头、捞砂筒和取样器等。
第四章 冲击及冲击回转钻进
采用回转钻进方法钻进坚硬和研磨性较高的岩石时，由于岩 石抗压入强度高，切削具必须在很大的压力下才能切入岩石， 而大的轴心压力将导致切削具的急剧磨损，从而使钻进效率 大大降低。实践表明，破碎坚硬岩石时，冲击钻进比回转钻 进更为有效，这是由于岩石的剪切强度只相当于抗压强度的 1/6~1/12，冲击钻进使岩石产生剪切破碎。此外，在冲击载 荷作用下，岩石表面可产生瞬时接触应力，在动应力作用下， 岩石易产生裂纹，并且随冲击速度的提高，岩石的脆性将增 大，有利于岩石中裂纹的发育。因此，用不大的冲击力，便 可以达到破碎坚硬岩石的效果。
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第二节、冲击回转钻进
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进 施工工地照片
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第四章 冲击及冲击回转钻进 第一节、钢丝绳冲击钻进
钢丝绳冲击钻进的基本原理是， 借助于一定重量的钻头，在一定 的高度内周期地冲击井底，使岩 石破碎而获得进尺。在每次冲击 之后，钻头在钢丝绳带动下，回 转一定的角度，从而使钻孔得到 规则的圆形断面。
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钢丝绳冲击钻机
钢丝绳冲击钻机
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第一节、钢丝绳冲击钻进 三、冲击钻进规程
冲击钻进规程是研究如何合理地、有效地运用冲击钻具进行钻 进，从而能达到提高效率、保持质量和降低成本的问题。
冲击回转钻进
第五章冲击回转钻进第一节概述钻探工程以机械方式破碎岩石，最早是采用冲击钻进方法．以后才发展到以回转钻进为主的钻进方法。
近几十年来．钻探工作者根据动载荷比静压载荷能够更加有效破碎坚硬岩石的原理．研制成功了冲击回转钻进技术。
一、冲击回转钻进的实质冲击回转钻进是有机地综合了冲击钻进(单次破碎岩石作用)和回转钻进(连续破碎岩石作用)的一种钻进方法。
冲击回转钻进主要是指在回转钻进的基础上，加人一个冲击器以提高钻进效率。
在钻头上或岩心管上联结一个专门的冲击器，在钻进中给钻具以一定的轴向压力和回转运动，同时冲击器给钻具以一定频率的冲击能量，在冲击和回转共同作用下，钻头破碎岩石，进行钻进。
它是在地面以动力带动全套钻具进行回转(并通过钻具给钻头一定的轴向压力)的同时，孔内冲击器以每分钟几百次至几千次的频率进行冲击。
此冲击力通过岩心管或直接传至钻头：钻头上同时作用两种载荷，即回转方向的回转力和轴向方向的冲击力。
如图0-1所示。
所以称为冲击回转钻进。
图0-1冲击回转钻进与冲击钻进、回转钻进的碎岩比较示意图a–回转钻进；b–冲击钻进；c–冲击回转钻进P静–轴向力；M–回转力；P冲–冲击力根据岩石破碎原理，在一定的轴向压力下冲击破碎岩石，岩石强度要降低50%～80%，所以上述冲击回转钻进比钢绳冲击钻进效率要高3～5倍。
又由于冲击器放置在孔底，冲击能量直接施加在钻头上，能量损失较少，因此它比地表冲击器的钻进效率也要高许多。
又由于在冲击载荷作用下，坚硬岩石易于实现体积破碎过程，所以，冲击回转钻进比一般的回转钻进，其效率也要高。
冲击回转钻进提高钻进效率的原因，归纳起来有下列几点：(1)冲击载荷的特点是接触应力瞬时可达极高值，应力比较集中。
由于岩石的动硬度要比静硬度小，固易产生微裂纹。
并且冲击速度愈大，岩石脆性增大，有利于裂隙发育，因此，不大的冲击功就可以破碎坚硬岩石，而静压入时则需要很大的力。
(2)切削刃的磨损减少。
在冲击回转钻进中切削刃具磨损减少的原因有：①冲击破碎岩石时刃具与岩石的作用时间很短；②体积破碎的摩擦系数低于表面破碎时的摩擦系数，而在冲击回转钻进中很容易达到体积破碎；③钻速快，切削具的相对磨损就减少。
岩土钻掘工程学第5章-回转钻进工艺
回转钻进工艺的历史与发展
01
回转钻进工艺起源于19世纪中叶 ，随着工业技术的发展和市场需 求的变化，回转钻进工艺不断得 到改进和完善。
02
现代回转钻进工艺已经实现了自 动化、智能化和信息化，提高了 钻进的效率和精度，为岩土工程 的发展提供了有力支持。
02
回转钻进工艺原理
回转钻进工艺的基本原理
回转钻进工艺是通过钻机的回转运动 ，带动钻杆和钻头连续旋转，利用钻 头切削牙齿的旋转切削作用，破碎岩 石，实现钻孔的目的。
要点二
详细描述
在某油田区块，采用回转钻进工艺进行石油天然气勘探。 通过先进的钻井技术和设备，成功地钻穿了复杂的地质构 造，发现了高产油层。这为该地区的能源开发提供了有力 支持，促进了当地经济发展。
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岩土钻掘工程学第5章-回转钻 进工艺
目
CONTENCT
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• 回转钻进工艺概述 • 回转钻进工艺原理 • 回转钻进工艺流程 • 回转钻进工艺应用 • 回转钻进工艺的挑战与解决方案 • 回转钻进工艺案例分析
01
回转钻进工艺概述
定义与特点
定义
回转钻进工艺是一种利用钻头旋转切削岩土，并通过钻杆将切削 下来的岩土带出孔外的钻进方法。
详细描述
钻孔质量问题通常是由于钻具磨损、钻压和转速控制不当、钻孔结构不合理等原因引起的。为了解决这一问题， 需要定期检查钻具，确保其完好无损；合理选择和控制钻压和转速，避免过大的磨损和失稳；优化钻孔结构，采 取相应措施提高钻孔质量。
钻具磨损与预防措施
总结词
钻具磨损是回转钻进工艺中的另一个重 要问题，它会影响到钻孔质量和施工效 率。
例如，在地热能开发中，通过回转钻进工艺钻取地热井，将地热能转化为热能或电能；在矿产资源勘 探中，通过回转钻进工艺获取岩心样本，进行矿产资源的评估和开发。
第四章 冲击及冲击回转钻进
5) 切削具的出刃形式多为平底形，且出刃量较大。
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进
二、冲击回转钻进用的钻头
2、液动冲击回转钻进用钻头 ① 取心式硬合金钻头 普通大八角硬合金钻头 可带肋骨或不带肋骨。肋骨厚3mm 以增大通水面积，合金采用 10×10×16mm大八角柱八粒，内、 外出刃3mm，底出刃5mm，刃尖角
4) 钻头是以自由落体方式冲击岩石的。冲击钻头利用高的
冲击速度产生很大的冲击力，能有效破碎坚硬岩石。
工程钻探学课件
第一节、钢丝绳冲击钻进 一、钢丝绳冲击钻进的特点： 冲击钻进，总的来说是一种钻进速度低的老方法。它利用 钻具自由落体式进行钻进，因而只能钻进垂直的钻孔；与 现代先进钻进方法相比，钻进效率较低。因此，冲击钻进
（2）的中心通道而流人孔底，作经常性冷却钻头及吹粉，
②作为动力的主气流则沿缸壳(12）中的气槽，进人活塞 （冲锤）的中间环腔，并经缸壳上的下气槽进入锤下气室， 推动活塞上行。
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进
一、冲击器
2、风动冲击器 ③在活塞上行中，当下段活塞封闭下气槽的入口后，就停 止向下气室进气，但锤下气室内的压气便膨胀井在惯性作用 下继续推动活塞上升。
冲击器钻进中硬岩石。
工程钻探学课件
第二节、冲击回转钻进
二、冲击回转钻进用的钻头
2、液动冲击回转钻进用钻头 ① 取心式硬合金钻头
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第二节、冲击回转钻进
二、冲击回转钻进用的钻头
2、液动冲击回转钻进用钻头 ②金刚石钻头 (1）现在金刚石冲击回转钻进方法仍以回转作用为主，冲击 为辅，所以选择钻头类型时，表镶或孕镶钻头都可以用；
2、风动冲击器 ⑥在活塞上行的过程中，当活塞的尾端离开轴承环(19）时， 活塞下气室中的膨胀气体经钻头中心孔排于孔底， ⑦当活塞下行至离开配气机构的尾管后，锤上气室的气体
第四章 冲击回转.
1-工作弹簧； 2-外壳； 3-冲锤活塞； 4-铁砧 反作用液动冲击器
岩土钻凿工艺学
反作用冲击器工作原理
（1）高压液流进入冲击器对冲锤活塞3产生作用，当冲锤活塞上下 端压力差超过工作弹簧1的压缩力和冲锤活塞本身的质量时，迫使 冲锤活塞上行，并压缩工作弹簧储存能量；与此同时，铁砧4的水 路被逐步打开，高压液流开始流向孔底，液压下降，冲锤活塞利用 惯性继续上行。 （2）当冲锤3上行到上死点时，冲锤下部的液流已畅通地流向孔底 ，工作室压力降低，由于冲锤活塞自身质量和工作弹簧释放储存能 量，便驱动冲锤活塞急速向下运动而冲击铁砧； （3）产生冲击作用的同时，由于冲锤活塞3与铁砧4相接触而又封 闭了液流通向孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值，再次 作用于冲锤活塞，使其上行，开始第二个工作周期。
岩土钻凿工艺学
射流式冲击器特点： 1、射流冲击器除活塞与冲锤外无其他运动零件，也无弹 簧、配水活阀等易损零件，因而钻具工作可靠，使用寿命 较长； 2、冲锤向下冲击砧子时，没有自由行程阶段和弹簧对冲 击力的抵消作用，因而冲击器能量利用率高； 3、能适用于高温高压条件下的深井作业 ；
4、钻进中产生的高压水锤波比阀式小，钻具工作平稳。
岩土钻凿工艺学
冲程时,由于冲锤活塞顶部锥体与活塞套下端闭合,高
速液流被迅速切断而产生水击，上腔压力猛增；与此同时
，冲锤活塞下腔压力急剧下降，故上、下腔间压力差推动
冲锤活塞和活塞套向下运动。活塞套抵达行程下限后，冲
锤活塞因惯性继续向下运动，直至冲击砧子为止。此时，
通道完全打开，液流畅通，活塞套与冲锤活塞又进入下一
岩土钻凿工艺学
液动冲击器以高压水或泥浆作为驱动介质。尽管液
动冲击器1887年就获得专利，但实际到20世纪50年代，
第六章 冲击回转钻进与冲击振动钻进
2012-7-25 中国地质大学勘查教研室
第二节 液动和气动冲击器
其主要特点： (1)正作用冲击器结构简单，性能稳定，调 试容易。 (2)冲击器中弹簧的反作用要消耗一部分能 量，抵消了很大一部分高压液流所产生 的冲击力。 (3)弹簧在1500次／min或更高的循环压缩、 伸张下，容易损坏。
国家精品课程
岩土钻掘工程学
2012-7-25
中国地质大学勘查教研室
第二节 液动和气动冲击器
1.2 反作用冲击器
国家精品课程
岩土钻掘工程学
利用高压液流推动冲锤上行，压缩工作弹簧储存能 量，经弹簧释能作功。 高压液流进入，由于水路封闭当冲锤上下端压力差 超过弹簧1的压缩力和冲锤本身质量时，迫使冲锤 上行，并压缩工作弹簧储存能量；同时，铁砧4的 水路被逐步打开，高压液流流向孔底，液压下降， 冲锤利用惯性继续上行到上死点时，冲锤利用自身 质量和工作弹簧的弹力使冲锤急速向下冲击铁砧。 同时，由于冲锤与铁砧相接触而又封闭了液流通向 孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值再次 作用于冲锤使其上行，开始第二个工作周期。
图 . 斜面蝶状阀配气装置 1-阀箱，2-阀片，3-阀座。
2012-7-25
中国地质大学勘查教研室
第二节 液动和气动冲击器
如果活塞串联使用时，C1孔道的压气去下 一个活塞的上气室，推动活塞向下冲击作功。 压缩气体的少部分经配气阀中心孔、活塞中 心孔流入孔底，冲洗岩粉。活塞向下冲击又 产生压差，阀片又摆动变位，开始第二个循 环工作。
2012-7-
1.3 双作用冲击器 冲锤正冲程和反冲程均由液体压力推动。 钻具自重使活接头f压紧到外套g处，工作腔d 的液流分别作用在活阀2和塔形冲锤6上，由 活阀上下端的压差使活阀上移到最上位置； 冲锤活塞上、下面积不同产生压差使其向上 移动；当冲锤上行到与活阀接合时，通道d1 被关闭，冲锤与活阀一起急速下行，当下行h 时，活阀被支撑座4限止，冲锤与活阀分离， 借助惯性继续下行到s时，冲击砧子9； 由于冲锤中心通道被打开，液流恢复循环， 在液流压力作用下，活阀与冲锤急剧上行， 周而复始。
第二节 液动和气动冲击器
其主要特点： (1)正作用冲击器结构简单，性能稳定，调 试容易。 (2)冲击器中弹簧的反作用要消耗一部分能 量，抵消了很大一部分高压液流所产生 的冲击力。 (3)弹簧在1500次／min或更高的循环压缩、 伸张下，容易损坏。
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第二节 液动和气动冲击器
1.2 反作用冲击器
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利用高压液流推动冲锤上行，压缩工作弹簧储存能 量，经弹簧释能作功。 高压液流进入，由于水路封闭当冲锤上下端压力差 超过弹簧1的压缩力和冲锤本身质量时，迫使冲锤 上行，并压缩工作弹簧储存能量；同时，铁砧4的 水路被逐步打开，高压液流流向孔底，液压下降， 冲锤利用惯性继续上行到上死点时，冲锤利用自身 质量和工作弹簧的弹力使冲锤急速向下冲击铁砧。 同时，由于冲锤与铁砧相接触而又封闭了液流通向 孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值再次 作用于冲锤使其上行，开始第二个工作周期。
图 . 斜面蝶状阀配气装置 1-阀箱，2-阀片，3-阀座。
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第二节 液动和气动冲击器
如果活塞串联使用时，C1孔道的压气去下 一个活塞的上气室，推动活塞向下冲击作功。 压缩气体的少部分经配气阀中心孔、活塞中 心孔流入孔底，冲洗岩粉。活塞向下冲击又 产生压差，阀片又摆动变位，开始第二个循 环工作。
2012-7-
1.3 双作用冲击器 冲锤正冲程和反冲程均由液体压力推动。 钻具自重使活接头f压紧到外套g处，工作腔d 的液流分别作用在活阀2和塔形冲锤6上，由 活阀上下端的压差使活阀上移到最上位置； 冲锤活塞上、下面积不同产生压差使其向上 移动；当冲锤上行到与活阀接合时，通道d1 被关闭，冲锤与活阀一起急速下行，当下行h 时，活阀被支撑座4限止，冲锤与活阀分离， 借助惯性继续下行到s时，冲击砧子9； 由于冲锤中心通道被打开，液流恢复循环， 在液流压力作用下，活阀与冲锤急剧上行， 周而复始。
岩土钻掘工程冲击回转钻进
• 可用于硬质合金钻进、金刚石及牙轮钻 头钻进，适用范围宽，但在不同岩性需采用 频率不同的冲击器
*优点:
• 钻进效率高－在5-7级、部分8级硬岩中钻效可 提高50%-100%；在金刚石冲击回转钻进中对810级岩石效率可提高20%-50%，对致密、弱研磨 岩层可有效防止“打滑”，效率可提高50%100%
冲击回转钻进
3.钻进工艺
第三节 冲击回转钻进工艺
二一、、冲冲击击回钻转进钻机进理的机理
冲击回转钻进时，钻头上的切削具受到 三种力的作用，即回转力、轴向静压力和冲 击力。在三种力的共同作用下，切削具以冲 击剪切和回转切削两种方式破碎岩石。在两 次冲击之间造成孔底局部岩脊，而回转的切 削具则将这已经产生了裂纹的岩脊从孔底岩 体上切削下来，如下图所示：
冲击回转钻进
3.钻进工艺
第三节 冲击回转钻进工艺
二三一、、、冲冲冲击击击回钻参转进数钻机进理的机理
表征冲击器产生和施加给岩石以动载作用的特性指 标： ①冲击功－决定于冲锤重量和冲击速度
②冲击速度
③冲击频率-冲锤单位时间内的冲击次数。 冲击间距：在冲击回转钻进中，切削具两次冲 击之间的移动距离。
冲击回转钻进
冲击回转钻进
3.钻进工艺
第三节 冲击回转钻进工艺 一二 三 四、、冲冲击击回钻参转进数钻机进理的规机程理
12、、转钻速压
（3）各种岩石都有最优的冲击间距， 必须在施工中累积资料。前苏联对于 9~11级岩石，最优冲击间距为5~8mm； 对于7~8级岩石，最优冲击间距取 8~14mm。
冲击回转钻进
3.钻进工艺
3.钻进工艺
第三节 冲击回转钻进工艺 一二 三四、、冲冲冲击击击回钻回参转进转数钻机钻进理进的规机程理
1、 钻压
*优点:
• 钻进效率高－在5-7级、部分8级硬岩中钻效可 提高50%-100%；在金刚石冲击回转钻进中对810级岩石效率可提高20%-50%，对致密、弱研磨 岩层可有效防止“打滑”，效率可提高50%100%
冲击回转钻进
3.钻进工艺
第三节 冲击回转钻进工艺
二一、、冲冲击击回钻转进钻机进理的机理
冲击回转钻进时，钻头上的切削具受到 三种力的作用，即回转力、轴向静压力和冲 击力。在三种力的共同作用下，切削具以冲 击剪切和回转切削两种方式破碎岩石。在两 次冲击之间造成孔底局部岩脊，而回转的切 削具则将这已经产生了裂纹的岩脊从孔底岩 体上切削下来，如下图所示：
冲击回转钻进
3.钻进工艺
第三节 冲击回转钻进工艺
二三一、、、冲冲冲击击击回钻参转进数钻机进理的机理
表征冲击器产生和施加给岩石以动载作用的特性指 标： ①冲击功－决定于冲锤重量和冲击速度
②冲击速度
③冲击频率-冲锤单位时间内的冲击次数。 冲击间距：在冲击回转钻进中，切削具两次冲 击之间的移动距离。
冲击回转钻进
冲击回转钻进
3.钻进工艺
第三节 冲击回转钻进工艺 一二 三 四、、冲冲击击回钻参转进数钻机进理的规机程理
12、、转钻速压
（3）各种岩石都有最优的冲击间距， 必须在施工中累积资料。前苏联对于 9~11级岩石，最优冲击间距为5~8mm； 对于7~8级岩石，最优冲击间距取 8~14mm。
冲击回转钻进
3.钻进工艺
3.钻进工艺
第三节 冲击回转钻进工艺 一二 三四、、冲冲冲击击击回钻回参转进转数钻机钻进理进的规机程理
1、 钻压
工程地质勘察钻探
岩土工程施工-工程地质勘察钻探
17
三重管单动回转取土器参数
图2-14 三重管单动回转取土器 1-胶垫；2-连接头；3-油封；4-平面轴承；5-轴承夸；6-轴承；7-黄油嘴； 8-轴承；9-纸垫；10-锁母；11-油封；12-连接夸；13-“o”型密封圈； 14-小轴；15-导正套；16-钢球；17-衬套；18-外管；19-内管；20-钻头； 21-管靴；22-卡簧；23-卡簧座；24-平头铆钉；25-合金
1．栓塞密封情况的观测 2．稳定水位的观测和记录
岩土工程施工-工程地质勘察钻探
27
第四节 触 探
触探分动力触探和静力触探两类。
（一）动力触探
动力触探（DPT）是利用一定的落锤能量，将一定尺寸、一定形状 的探头打入土中，根据打入的难易程度（可用贯入度、捶击数或探头单 位面积动贯如阻力来表示）判定土层性质的一种原位测试技术。如将探 头换为标准贯入实验（SPT），则称为标准贯入实验。
2.击入法
一般适用于较硬与坚硬土层中的取样，即当用连续压入法或断续 压入法无法采用原状土样时采用。
3.回转压入法
适用与机械回转钻进的压入式取土器，系采取坚硬土层或极软岩
层中的土样或岩石时用，一般当不用上述方法取土时，才采用回转压入
法。若须在硬质岩层中采取原状样品时，可在岩芯钻探的岩芯中直接选
取原状样品。
岩土工程施工-工程地质勘察钻探
10
图2-8 取土器上部封闭装置图
图2-9 水压活塞式取土器
（a）取土器下入孔底时的状态;（b）开始压土时的状态
11
（c）压土后的状态
图2-10 回转式取土器
1—外管； 2—合金钻头； 3—内管靴（前刃）；
4—内管 ；5—上接头； 6—衬管； 7—小孔 ；8—阀 ；
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① 冲击动载作用下岩石易产生大剪切破碎，这对 硬岩（特别是粗颗粒硬岩）效果更为明显；
实验证明，对同种岩石，冲击载荷破碎的坑穴远大于静压载荷破碎的 坑穴。这可用岩石的剪切强度只是抗压强度的1/6—1/12进行解释。
② 在有一定预压下冲击破碎岩石，岩石的强度要 降低50—80%；
实验证明，同样是冲击破碎岩石，有预压条件比无预压条件的强度 要低的多。
⑤ 岩石在动载下强度、硬度和破碎比功都增加。
大量试验证明，岩石的动硬度高于静硬度。
工程钻探
5 2021/2/25
3. 冲击回转钻进碎岩过程
图(a)：静压回转钻进。
钻头在静压和回转两种外力作用下向 下螺旋钻进。
图(b)：冲击钻进。
钻头在唯一冲击力作用下上下运动。
图(c)：冲击回转钻进。
钻头在静压力、回转扭矩和冲击力三 种外载共同作用下向下螺旋钻进。
精品jing
岩心钻探钻进方法4-冲击回转钻进
●最早的雏形为手持钎杆人工锤击凿岩，嗣后发展为在回转 钻进基础上增加冲击器，形成以纵向冲击和回转切削共同破 碎岩石的钻进方法。
●目前有两大类冲击回转钻进机构：顶驱式和潜孔式。
●潜孔式冲击回转钻进的核心器具是冲击器，根据驱动介质 类型可分为液动冲击器、气动冲击器、机械冲击器等。
将钻具的回转运动变为纵向冲击运动。受工作原理和材料 强度的影响，寿命一直未能取得较大突破，故目前还未大 量进入生产使用。
④ 其它冲击器——如电磁、电机、涡轮等，未见 实用。
工程钻探
11 2021/2/25
7.2.2 常用液动冲击器结构及工作原理
液动冲击器
正作用
有阀式 无阀式
反作用 双作用 射流式
射吸式
工程钻探
最优冲击夹角
6 2021/2/25
4.在不同岩石的破碎机理
冲击回转钻进钻遇岩石性质不同时，静压力、回转扭矩和 冲击力三种外载荷在碎岩过程中发挥的作用不同。
◆在坚硬、脆性的岩石中钻进，岩石破碎主要是冲 击力的结果。
静压力因为不可能达到压入破碎岩石的应力要求，所以， 它主要的作用是克服冲击反弹，保证冲击能量的传递。
在中硬、塑性的岩石中钻进: 对冲击频率和冲击功的要 求不高，主要是应将钻压加得足够，保证切削具吃入岩石 的深度足够。此时，对转速的控制就并不要求合理的冲击 夹角了。
工程钻探
9 2021/2/25
7.2 常用冲击器分类、结构及工作原理
7.2.1 冲击器分类
冲击回转钻进的纵向冲击动载是由安装在靠近钻头的专门的冲击 器产生的，根据冲击器的驱动方式，一般将冲击器分为以下几类：
一些冲击钻进（如钢绳冲击钻进）中虽然有孔内钻具或钻头的回转 ，但未主动施加回转外载荷，只是变换冲击位置。所以将其划分为纯粹 的冲击钻进。
钢粒、硬合金和金刚石钻进中，也会因各种原因产生振动，但未主 动施加冲击外载，所以是纯粹的回转钻进。
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2. 与冲击回转钻进有关的岩石破碎机理研究结论
① 液动冲击器——以高压液体（水或泥浆）为动力介质。 这类冲击器在我国岩心钻探中使用最多。
② 气动冲击器——以压缩空气为动力介质。这类冲击器习 惯称为“潜孔锤”，在全面钻进钻孔施工中使用最多，如 锚固孔施工。
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③ 机械冲击器——利用某种机械运动使冲锤上下 运动。这类冲击器一般采用端面牙嵌机构、凸轮机构等
●液动冲击器以高压水或泥浆作为驱动介质。1887年就获得 专利，但实际到20世纪50年代，前苏联和中国才开始研究并 在地质取心钻探中广泛采用。
●气动冲击器也称为风动潜孔锤，是用压缩空气作为驱动介 质，多用于全面钻进。
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1 冲击回转钻进工艺原理
1. 定义：
冲击回转钻进是钻头在静压作用下进行回转，同时施加 纵向冲击动载，从而形成以回转切削和纵向冲击相结合的碎 岩钻进方法。
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◆两类不同岩石中的不同破碎机理，决定了采用 的工艺规程参数应当不同。
由于在两类岩石中三种外载荷各自发挥的作用不同， 决定了在两类岩石钻进中所用的规程参数不同。
在坚硬、脆性的岩石中钻进：要注重发挥冲击器的作 用，并且注意回转速度与冲击频率和冲击功的配合，将其 控制在两次冲击之间的夹角上。
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7.2.2.1 阀式液动冲击器
① 正作用液动冲击器
结构：如图所示。 工作原理：以液体压力推动冲锤 下行进行冲击，以弹簧作用力复 位。 特点：结构简单，技术成熟。冲 锤活塞向下作功时，可利用高压 室中巨大的水锤能量；但复位弹 簧的反作用力将抵消相当大的冲 击力。
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回转扭矩所起的作用是将裂隙发育的岩石剪切掉，同时变 换切削具的冲击位置。
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◆在中硬、塑性的岩石中钻进，岩石破碎主要是 静压力和回转扭矩的结果。
在塑性岩石中钻进，因为冲击器的冲击能量大部分被岩 石塑性变形所吸收，所以，它不可能对岩石破碎起到主要 作用。
这时静压力使切削具吃入岩石，回转扭矩使切削具剪切 岩石，冲击力只起到促进岩石裂隙发育、脆性增加的辅助 碎岩效果。
图7.1 正作用液动冲击器
1-外壳； 2-活阀座垫圈； 3-阀簧； 4-活阀； 5-冲锤活塞； 6-锤簧；
7-铁砧； 8-缓冲垫圈； 9-阀座
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② 反作用液动冲击器
结构：如图所示。
工作原理：利用高压液流的压力推动
冲锤活塞上行，并压缩工作弹簧储存能量 ，经弹簧释能而作功。
特点：结构简单，技术成熟，由于被压
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③ 岩石在动载作用下脆性增加，有利于裂隙发育 和脆性破碎；
实验证明，静载作用下不产生破碎坑穴的岩石，如孔隙性石灰岩，在 动载作用下产生了破碎坑穴，说明岩石脆性增加。
④ 切削具在动载作用时与岩石接触时间短，磨损 小。
磨损量与摩擦功成正比，摩擦功与摩擦时间成正比，所以，摩擦时间 越长，磨损量越大。
缩弹簧释放出的能量与冲锤活塞自重同时 作用，故可获得较大的单次冲击功，冲击 器内部压力损失小，能量利用率高。但工 作弹簧的工作寿命只有40～100h。
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图7.2 反作用液动冲击器
1-工作弹簧； 2-外壳； 3-冲锤活塞； 4-铁砧
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③ 双作用液动冲击器