使用說(shuō)明
根據巖石情況（硬度、磨蝕性）和鉆機類(lèi)型（高風(fēng)壓、低風(fēng)壓）來(lái)選擇潛孔鉆頭。不同形式的合金齒和布齒方式適用于不同巖石的鉆鑿。選擇正確的潛孔鉆頭，是獲得佳使用效果的前提；
在安裝潛孔鉆頭時(shí)，要將鉆頭平緩置入潛孔沖擊器卡釬套內，切勿用力碰撞，以免損傷鉆頭尾柄或卡釬套；

端面平面型：這種形狀的鉆頭比較堅固耐用，適用于鉆鑿堅硬和極堅硬巖石，同時(shí)也適用鉆鑿炮孔平直度要求不高的的中硬巖石和軟巖。

端面凹面型：這種形狀的釬頭端面上有一圓錐形凹陷部分，是鉆頭在鑿巖過(guò)程中形成輕度成核作用保持鉆頭的對中性能，鉆鑿的炮孔有較好的直線(xiàn)度，這種鉆頭排粉效果好，鉆速快，是市場(chǎng)上使用較多的潛孔鉆頭。

端面深凹中心型：這種形狀的鉆頭是由同類(lèi)型球齒釬頭演變來(lái)的，鉆頭的端面中心部有一深凹中心部分。用于鑿巖過(guò)程中的成核作用，鉆鑿深孔時(shí)炮孔的平直度，只適用于鉆鑿軟巖和中硬巖石。

潛孔鉆頭釬頭直徑：q65～q210mm，潛孔鑿巖鉆機在中大孔徑露天鑿巖工程中使用量較多。潛孔鉆頭以鑿巖性能穩定、便于使用修磨、以及價(jià)格合理等因素受到使用者歡迎。目前潛孔鉆頭大都采用球型鑿巖合金齒頭部和花鍵形尾柄。鉆頭合金可根據形狀分為半球齒、錐形齒、拋物線(xiàn)齒等多種類(lèi)型。半球齒承載能力強，耐磨性好，適合鉆鑿堅硬、中硬及磨蝕性巖石；錐形齒和拋物線(xiàn)齒鉆孔速度快，適應鉆鑿中硬及非磨蝕性巖石。潛孔鉆頭還可以采用邊齒（保徑、鑿巖齒）用球齒、芯齒（掘進(jìn)破巖齒）用錐形齒、拋物線(xiàn)齒的復合布齒形式，可達到在多種類(lèi)型巖石下快速鑿巖的目的。

用于水文水井的潛孔錘按驅動(dòng)孔底沖擊器的循環(huán)介質(zhì)不同,也分為液動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)(通常稱(chēng)為液動(dòng)錘)和氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)(通常簡(jiǎn)稱(chēng)為潛孔錘)。液動(dòng)潛孔錘已有SC-150型系列產(chǎn)品,主要用于φ150～260mm的基巖水文水井鉆探。氣動(dòng)潛孔錘是以壓縮空氣作為循環(huán)介質(zhì)又同時(shí)作為驅動(dòng)孔底沖擊器動(dòng)力的鉆進(jìn)方法,稱(chēng)為潛孔錘鉆進(jìn)。它是一種率的優(yōu)良鉆進(jìn)方法。在硬巖鉆進(jìn)中比回轉鉆進(jìn)的幾倍至幾十倍,因此在水文水井及其他鉆探行業(yè)中發(fā)展很快。

潛孔錘鉆進(jìn)需配備較大風(fēng)量和風(fēng)壓的空壓機、氣動(dòng)潛孔錘和潛孔錘鉆頭等機具。

有關(guān)潛孔錘類(lèi)型及其結構和工作原理等內容請參見(jiàn)本章節第六部分的內容。

潛孔錘鉆頭

潛孔錘鉆頭的種類(lèi)很多,但從碎巖的硬質(zhì)合金的形狀可分為兩種,一是刀片刃鉆頭,另一種是柱齒鉆頭,如圖4-35所示。前者用于一般軟地層,后者用于硬地層。

圖4-35 潛孔錘鉆頭

潛孔錘鉆頭比常規回轉鉆進(jìn)鉆頭在井下受力情況復雜,所以結構也比較復雜。一般刀片刃鉆頭的刀片刃排列呈十字形、X形或采用刃等形式。柱齒鉆頭的合金幾乎都采用過(guò)盈冷壓固齒方法。潛孔錘鉆頭直徑,我國目前常用220mm。國外大口徑超級潛孔錘直徑可達762mm,而集束式大口徑潛孔錘可鉆出1016mm直徑的鉆孔。

潛孔錘鉆進(jìn)規程參數

風(fēng)壓

潛孔錘的沖擊頻率和沖擊功都與風(fēng)壓有關(guān)。當風(fēng)壓從0.6MPa提高到1.03MPa時(shí),鉆進(jìn)效率可增加一倍。

目前,國產(chǎn)潛孔錘按其所需風(fēng)壓的不同有兩種。低壓潛孔錘所需的風(fēng)壓為0.5～0.7MPa,高壓潛孔錘所需風(fēng)壓是1.2～2.2MPa。

在使用潛孔錘鉆進(jìn)時(shí),除去潛孔錘正常工作所需的風(fēng)壓外,還要加上隨鉆孔深度的增加和克服水位以下的水柱壓力所增加的壓力。生產(chǎn)中常采用串聯(lián)增壓器的辦法,使風(fēng)壓增大。
風(fēng)量

潛孔錘鉆進(jìn)速度快,單位時(shí)間內所產(chǎn)生的巖屑顆粒大且量重,需要較大的風(fēng)量才能使孔底干凈。對于潛孔錘本身也有一定的額定風(fēng)量才能正常工作。如 W-200型潛孔錘的額定風(fēng)量為10～20m3/min。

從試鉆情況看,當井內上返風(fēng)速大于15m/s時(shí),潛孔錘才能發(fā)揮良好的效果。因此,要求風(fēng)量要井內上返風(fēng)速大于15m/s。

國內生產(chǎn)單位大多擁有9m3/min的空壓機,使用該機鉆進(jìn)水井鉆孔時(shí),風(fēng)量顯得不足。常將兩臺或多臺空壓機并聯(lián)使用,可解決風(fēng)量不足問(wèn)題。

沖擊頻率

當風(fēng)量和風(fēng)壓均達到潛孔錘所要求的額定值后,一般潛孔錘的沖擊頻率為600～1000次/min。

鉆壓

潛孔錘鉆進(jìn),保持鉆頭始終不離開(kāi)孔底,因此施加一定的孔底壓力。但如鉆頭壓力過(guò)大,不僅不會(huì )增加鉆進(jìn)速度,反而會(huì )加速鉆頭的磨損。如使用直徑為φ100～300mm的潛孔錘,鉆壓在10～18kN時(shí),鉆進(jìn)效率佳。

轉數

由于潛孔錘碎巖呈塊狀,故轉速不要求太高。一般規律是,球齒鉆頭的磨損與轉數成正比,巖石愈硬,研磨性愈高,轉數應低些。

轉數大小與潛孔錘的優(yōu)轉角和沖擊頻率有關(guān),其三者關(guān)系為

地勘鉆探工：初級工、中級工、工

式中:A為優(yōu)轉角(°);n為鉆具轉數(r/min);f為沖擊頻率(次/min)。

如優(yōu)轉角取11°,沖擊頻率為600次/min,則可求得鉆具轉數為18r/min。轉數也可由鉆頭每回轉一周,進(jìn)尺10mm的經(jīng)驗關(guān)系求得。即

鉆具轉數/鉆進(jìn)速度=1.6 (4-6)

例如,小時(shí)效率為12.2m/h時(shí),鉆具轉數n=12.2m/h×1.6=19.5≈20r/min。

潛孔錘跟管鉆進(jìn)方法

潛孔錘鉆進(jìn)用于基巖水井鉆探,取得了非常好的效果。但對極其松散的流砂層、卵砂漂石層、回填土層及第四系覆蓋層,則無(wú)法采用常規潛孔錘鉆進(jìn)方法。因而出現了潛孔錘跟管鉆進(jìn)法。

潛孔錘同步跟管鉆具作用原理

這種鉆具的鉆頭能在套管底部鉆出大于套管外徑的鉆孔,使套管能順利地跟進(jìn);在提鉆時(shí)又能使擴孔鉆頭方便地縮回,使整個(gè)鉆具能從套管中提出。圖4-36所示為跟管鉆進(jìn)鉆具組合圖。它由潛孔錘、導正器、偏心擴孔鉆頭、中心鉆頭、偏心護套、砂土層用錐形鉆頭和套管鞋等組成。并根據需要可附加扶正器、取粉管、排粉罩,或者使用雙壁鉆桿加有封隔器的正反接頭用于中心取樣鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)軟硬夾層的地層時(shí),鉆具組合為:

外層。排粉罩-套管-套管鞋。

內層。鉆桿及扶正器-潛孔錘-導正器-偏心擴孔鉆頭-中心鉆頭。為防止風(fēng)量不足吹不出較大粒徑的巖屑而造成卡鉆,在潛孔錘上方裝有取粉管。

圖4-36 跟管鉆具組合圖

1—鉆桿;2—排粉罩;3—扶正器;4—套管;5—取粉管;6—潛孔錘;7—導正器;8—套管鞋;9—偏心擴孔鉆頭;10—中心鉆頭;11—沙土層錐形鉆頭;12—偏心擴套;13—雙壁鉆桿;14—封隔器;15—正反接頭

用雙壁鉆桿進(jìn)行中心取樣鉆進(jìn)時(shí),加上帶有封隔器的正反接頭,取消排粉罩和取粉管。鉆進(jìn)時(shí),空氣或泡沫從鉆桿進(jìn)入潛孔錘使沖擊器工作,沖擊器活塞沖擊導正器,導正器偏心軸上套著(zhù)偏心擴孔鉆頭,前端用絲扣連接著(zhù)中心鉆頭。當鉆具正向回轉,偏心擴孔鉆頭由于慣性力和井壁摩擦力張開(kāi),并在開(kāi)啟到大位置后被導正器上的擋塊限位。沖擊力由導正器傳給中心鉆頭和偏心擴孔鉆頭,對孔底巖石進(jìn)行破碎。偏心擴孔鉆頭擴出大于套管外徑的通道使套管能不受孔底巖石的阻礙而通過(guò)。當套管外壁的摩擦阻力過(guò)大,套管停止跟進(jìn)時(shí),由于內層鉆具繼續向前破碎巖石,直到導正器上的臺肩與套管鞋上的臺肩接觸,此時(shí)導正器將潛孔錘傳來(lái)的沖擊力部分施加給套管鞋,再加上鉆壓,迫使套管鞋帶動(dòng)整個(gè)套管柱與鉆具同步跟進(jìn),保護已鉆孔段的井壁。

導正器表面開(kāi)有提鉆吹巖屑的風(fēng)孔,與潛孔錘外殼底部接觸的地方也開(kāi)有風(fēng)孔,以利吹孔時(shí)能使大量的空氣從套管內部上返,并將夾在該部位的黏土清除。偏心軸上開(kāi)的風(fēng)口可對偏心擴孔鉆頭進(jìn)行冷卻并防止巖屑卡住擴孔鉆頭;大部分壓縮空氣由中心孔通過(guò)中心鉆頭的風(fēng)道直接沖洗孔底已破碎的巖屑。巖屑通過(guò)開(kāi)在導正器表面的風(fēng)槽進(jìn)入套管并被上返的高速氣流或泡沫帶出孔外。

鉆具工作時(shí),導正器表面和臺肩上的通孔分別被套管鞋內表面及潛孔錘底部封閉,大量的空氣進(jìn)入鉆頭工作區,對鉆頭進(jìn)行冷卻和清洗孔底;提鉆吹孔時(shí),臺肩上的通孔開(kāi)啟,由于孔底空氣阻力大,大部分空氣將從臺肩上的通孔向上吹除套管內的巖屑。鉆具再往上提,導正器表面的氣孔也開(kāi)啟,氣流對套管內的巖屑進(jìn)行強力吹除。并經(jīng)排粉罩排出套管或經(jīng)正反接頭進(jìn)入雙壁鉆桿中心管排出鉆孔。

鉆進(jìn)結束需提鉆時(shí),應稍稍反轉鉆具,使擴孔鉆頭又依靠與孔底的摩擦阻力而收回。于是整個(gè)鉆具外徑小于套管內徑,即可將鉆具提出鉆孔或進(jìn)行配接鉆桿和套管的工作。

鉆進(jìn)黏土層和砂土層時(shí),可不用偏心擴孔鉆頭,并將中心鉆頭換成錐形鉆頭鉆進(jìn),利用土層在高頻振動(dòng)下的“液化”現象來(lái)切削地層實(shí)現跟管。

潛孔錘跟管鉆進(jìn)工藝

采用潛孔錘跟管鉆進(jìn)時(shí),好使用動(dòng)力頭鉆機,以便一次跟進(jìn)較長(cháng)的套管。

為打直孔,根套管的安放不得偏斜,將套管的垂直度控制在2‰以?xún)?允許偏差為3mm/m)。套管應采用左螺紋連接或焊接,以防套管脫落。

好使用泡沫鉆進(jìn),利用它的潤滑性能,使套管順利地跟進(jìn)。

鉆進(jìn)時(shí)轉速以18～25r/min為宜,不可開(kāi)高轉速;鉆壓應根據地層而定。使鉆進(jìn)速度保持平穩為好。

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