浅谈气动潜孔锤钻进技术的应用
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 。 ��
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。
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。
浅析气动潜孔锤钻进技术在钻探中的应用
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
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。
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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。
由此可见在进行大口径潜孔锤钻进时，钻孔直径和所用钻杆直径的级差比大时，就出现了潜孔锤供风量不能满足排渣所需风量的矛盾，所以携带孔底岩屑钻杆直径与井壁之间的环状间隙就显得尤为重要。
供风量的选择与确定，主要是保证在一定流通环空的上返风速，依下列公式推算（正循环）：
D-钻孔直径，mm；
d-钻杆直径，mm。
选择好风量、风速和风压的技术关键在于如何掌握好三个关系，即空气能量和循环阻力的关系；上返速度和清孔效果的关系；介质密度和钻井条件的关系。
在解决好上述关系的同时，还要采取相应的技术措施，如：增加供风量和供风压力；减小环流断面；有条件时选择反循环气动潜孔锤钻进；合理选用冲击器型号；调整介质密度，采用气液两相介质循环，如采用泡沫剂、雾化以及其他充气介质等。
通常规律是其相同条件下风压愈高钻速愈快。
但随孔深的增加压力也增大。
2.转速
潜孔锤钻进是属于慢回转的一种钻进方法，合理的转速选择，对钻头寿命乃至钻进成本至关重要。
它主要与冲击器所产生的冲击功的大小，冲击频率的高低，钻头的形式以及所钻岩石的物理机械性质有关。
要求破碎下来的岩屑及时被空气所清除，潜孔锤钻进无切削和剪切作用，所以无需过快的转速。
现提出下列经验数据供选择参考：
覆盖层：40～60r/min；软岩层：30～50r/min；中硬岩层：20～40r/min；硬岩层：10～30r/min。
五、设备组合配套
1.气动冲击器
冲击器是潜孔锤钻进的主要钻具，它是以压缩空气为动力的一种气动工具，它所产生的冲击功、冲击速度和冲击频率及通过钻机带动回转作用，形成对岩石的破碎，性能优劣直接影响钻进效率。
国外十分注重对冲击器性能的研究，解决了许多技术关键问题，使冲击器的性能有了很大的提高。
如阿特拉斯、美国寿力开发的系列产品就很多，有适合深孔的、低耗、气量的中高风压的等。
大部分为无阀结构，内部零件少。
结构简单，坚固而好用。
从发展趋势看是向高风压和大孔径发展。
国内一些厂家也很重视对冲击器的研究，产品的性能接近国际先进水平。
2.钻头
冲击器所产生的能量是通过钻头破碎岩石的，所以岩石要受冲击和研磨双重作用。
这就要求对钻头的合理设计、制造和使用，保证钻头的高效、耐磨和长寿命，也是提高钻进效率的重要因素之一。
从目前国外对潜孔锤钻头除了合理设计选用不同形状硬质合金柱齿外，钻头底唇面造型及合理布齿都至关重要。
常规用的大致分为以下4种底面造型，适用于不同岩层和工况条件下选择。
2.1平底型是一种通用型设计，用于较软或硬的岩层，但不宜在特别软的和覆盖层中使用。
2.2凸底型设计用于钻速比钻孔垂直更重要的硬、研磨性强的岩层钻进，但钻孔垂直度比其他钻头要差一些。
2.3凹底型设计有一个向内凹的锥形面，此型钻头适用于软和硬的岩层，而且钻头寿命长。
2.4扩孔钻头专门设计用于特殊情况下扩大孔径，这种方法解决了一次成孔存在的许多不利因素，而且成孔垂直度高，效率也相对较高。
除了上述钻头底面造型外，日常还会碰到有中空式钻头，跟管进用的其它形式钻头。
在此不再一一论述。
3.空压机
空气压缩机是把机械能转变为气体能量的一种设备，并已成为气动潜孔锤的动力源，所以空压机的性能高低（指风量和风压），就直接影响着潜孔锤钻进的效果。
合理选用空压机的性能是保证潜孔锤高效钻进的基础。
六、注入泡沫剂的功效
潜孔锤钻进注入泡沫剂是必不可少的一种工艺方法。
它是在输送空气的同时通过泡沫泵向空气流中注入一定量的发泡剂，使洗井介质在循环中产生大量的稳定泡沫，因为空气泡沫的比重比水小得多，再加上活性物质的其它性能，对解决潜孔锤钻进过程中排岩屑、扑尘、降低水柱压力、增浮和润滑钻具都有良好的作用。
七、结论
1.气动潜孔锤钻进工艺的一系列优点，已在钻探施工许多领域所证实。
它和其它方法配合使用，可以有效地推行综合式分层钻进技术，达到全面提高生产效率，降低钻探成本的目的。
2.该技术不仅适合浅而无水的钻进条件，而且当风压能够克服孔内水柱阻力的情况下，也能在深而有水孔中钻进。
3.最适合于干旱缺水、供水困难的甚岩井施工，大幅度提高钻进效率，减少供水设备和费用，保证施工能正常进行。
参考文献
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[2]鞍钢矿山研究所.国外潜孔风动冲击器[M].北京：冶金工业出版社，1980.
[3]耿瑞伦，陈星庆.多工艺空气钻探[M].北京：地质出版社，1994.。