潜孔冲击器水平钻进技术

      空气潜孔冲击器钻进技术的特点

      空气潜孔冲击器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：

      （1） 钻进效率高，生产实践证明，其钻进效率比液动冲击回转钻进效率高了3~10倍，效率提高的原因是：单次冲击功大，排渣风速高，孔底干净，无二次破碎；由于无液柱压力，在无地下水的情况下，改善了孔底破碎条件。

      （2） 潜孔冲击器的柱齿或球齿硬质合金钻头，在坚硬破碎岩石中使用，既有利于破岩，又有比金刚石钻头寿命高的适应性，大大降低了钻头成本。

      （3） 因钻具转速低，钻具对孔壁的碰撞机会较少，而且这种钻进方法是以高频对孔底冲击，减少了对岩石或倾斜地层产生孔斜的影响，从而可提高钻孔的垂直度，同时，也可减少孔壁岩石坍塌。

      （4） 潜孔冲击器钻进时要求的转速低，克服的扭矩也小，因而对钻机的性能要求不高。这样可减轻钻机设备的质量和能力，为大口径硬岩钻进，边坡坑滑加固锚杆孔钻进创造了有利的使用条件。

      （5） 由于以空气作为循环介质，不同于清水与泥浆钻进，不会造成地层堵塞，故对含水层、含气层和含油层等生产层无影响，这对提高水井、煤层气井的生产量极其重要。另外，对环境的污染较小。

      （6） 风动潜孔冲击器工作时单次冲击功在瞬间即可生产*作用力，因而它可应用于软层冲击挤密不排土钻进，也可用于非开挖铺管的夯管技术。

      潜孔冲击器的分类按有以下几种分类形式：以用途来分可分为普通潜孔冲击器和特殊潜孔冲击器；从动力源来分，可分为气动潜孔冲击器和液动潜孔冲击器；按结构可分为阀式潜孔冲击器和无阀式潜孔冲击器。

      1. 按用途分类

      （1）普通潜孔冲击器

      即常规得以空气为动力、直径在800mm的全面钻进用潜孔冲击器，主要用于矿山和水井，以及地质钻探中的无岩心钻进，这是目前国内外用的zui多的潜孔冲击器类型。

      （2）特殊潜孔冲击器

      A 大口径潜孔冲击器

      指直径在800mm以上的潜孔冲击器，主要在大型灌注桩（如桥墩）和竖井中使用，此种潜孔冲击器又可分为单头和多头式（即捆绑式）。

      B 贯通式潜孔冲击器

      可以获得高质量岩矿样品，主要在贵金属矿勘探中应用。

      C 跟管钻进用潜孔冲击器

      即偏心潜孔冲击器，主要用于第四系覆盖层中的复杂地层钻进。

      D 非开挖定（导）向钻进用潜孔冲击器

      亦称鸭咀形潜孔冲击器，用于基岩地层中的水平定向钻进非开挖铺管。

      2. 按动力源分类

      （1）气动潜孔冲击器

      以压缩空气为动力，包括含泡沫的压缩空气。

      （2）液动潜孔冲击器

      指以水（泥浆）力为动力的潜孔冲击器，又可分为高频率低冲击功和低频率高冲击功两类，前者主要用于深孔岩心钻探，又称液动冲击回转钻进；后者主要用于无岩心全面钻进。

      3. 按结构分类

      这里的按结构分类，主要指以配气形式的不同来分类。气动潜孔冲击器按配气类别分为两大类：有阀式潜孔冲击器和无阀式潜孔冲击器。

      （1）有阀式潜孔冲击器

      通过各种形式的控制阀（碟状阀、碗状阀、板状阀等）司管压缩空气的切换，交替进入前后气室推动冲锤（活塞）往复运动产生冲击作用。活塞运动到缸体的前后死点，产生压力信号推动控制切换，使活塞换向冲击。阀式潜孔冲击器缸体内的配气过程简单，压缩空气只经历进气和排气二个配气过程。

      有阀式潜孔冲击器适用于低风压（1MPa以下），近年来正逐渐被无阀式潜孔冲击器所代替。

      （2）无阀式潜孔冲击器

      是继有阀式潜孔冲击器之后发明和发展起来的。它取消了控制阀，利用冲锤（活塞）运动开启和关闭不同通道，从而控制压缩空气的切换。活塞在缸体内的配气过程有三个状态，即进气行程、排气行程、膨胀（压缩）行程，从而发挥了压缩空气可压缩和膨胀作功的特性。与有阀型潜孔冲击器相比较，由于缸体内多了一个膨胀作功过程，节省压缩空气消耗量近30％，大幅度节约和降低了能耗。有阀型潜孔冲击器控制阀高频运动、切换，容易磨损报废，需定期更换。控制阀随潜孔冲击器工作时间延续而逐渐磨损，无法保证潜孔冲击器始终保持良好的工作性能。控制阀的灵活切换，只能在一定的气压范围内，压力的适应性及工作稳定性较差。无阀型潜孔冲击器从原理上*了这一弊端，消除了易损件。压力适应性强，工作稳定性好。因此，近代研究开发的各种类型潜孔冲击器均以无阀型为主，代表了潜孔冲击器的发展趋势。

      无阀式潜孔冲击器适用于高风压（1MPa以上），特点钻进效率高、寿命长。

      在气动潜孔冲击器钻进过程中，高压空气驱动冲击器内的活塞作高频往复运动。并将该运动所产生的动能*的传递到钻头上，使钻头获得一定的冲击功。钻头在该冲击功的作用下，连续的对孔底岩石施行冲击。岩石在该冲击功的作用下，形成体积破碎。同回转钻进相比，该工艺是以钻头冲击破碎岩石取代了切削岩石；以动载冲击代替了静载研磨，以岩石的体积破碎代替了研磨剪切破碎。在潜孔冲击器钻进的同时，一部分被体积破碎下来的岩屑被具有一定压力及速度的空气吹离孔底，并排出孔口、减少了岩石重复破碎的机会。所以气动潜孔冲击器有较高的钻进效率。

       气动潜孔冲击器的选择主要涉及其性能参数（冲击功、冲击频率、冲击能量以及压缩空气耗用量）、钻进规程（风量、风压、钻压、转速）和钻头。实际上良好的冲击器应达到两个指标：及有较高的破碎岩石效率和较长的钻具寿命。

      潜孔冲击器钻进工法铺设管道如图7-1示，首先在所穿越地层一端构筑始发井，根据设计要求安装设备。压缩空气通过钻杆进入潜孔冲击器，使潜孔冲击器内活塞产生往返运动，对钻头产生冲击作用，实现冲击钻进，同时回转钻杆。在钻进的同时顶进工作站顶进管道，实现跟管钻进。

      潜孔冲击器在孔中冲击钻头实现冲击钻进，破碎下来的岩屑通过机械，水力或压缩空气等方法排出（实际上，这里所说的水力和气力排土法目前在非开挖施工中还没有得到应用）。