鉆孔灌漿設備管理培訓(DOCX 39頁).doc

第二章 鉆孔灌漿設備第一節(jié) 鉆孔設備1 鉆孔設備的一般配置灌漿工程的鉆孔設備包括鉆機和鉆進工具。鉆進工具是指水龍頭以下與其連接組成的全套工具。不同的鉆進方法機具配置不完全相同。圖2.1-1為回轉式巖芯鉆機主要設備布置及鉆具結構示意圖。本節(jié)介紹水利水電工程中常用的鉆機和主要鉆孔工具。（a） （b） （c） （d）圖2.1-1 回轉式巖芯鉆機主要設備布置及鉆具結構示意圖a-金剛石鉆進的鉆具；b-硬質合金鉆進的鉆具；c-全斷面鉆進的鉆具；d-鋼粒鉆進的鉆具；1-鉆機；2-動力機；3-水泵或泥漿泵；4-鉆塔；5-鋼絲繩；6-水龍頭；7-送水管；8-吸水管；9-水箱；10-主動鉆桿；11-套管；12-鉆桿接箍；13-鉆桿；14-鉆桿鎖接頭；15-沉淀管；16-沉淀管接頭；17-巖芯管；18-鉆里鉆頭；19-鉆鋌；20-鉆鋌接箍；21-鉆鋌鎖接頭；22-巖芯管接頭；23-擴孔器；24-金剛石鉆頭；25-全斷面鉆頭；26-硬質合金鉆頭2 鉆機2.1鉆機的功能鉆機是造孔的專用設備，其基本功能是以機械動力帶動鉆機，以回轉、沖擊、振動或沖擊回轉等方式在地殼中鉆進成孔。2.2 鉆機的結構原理目前，水利水電鉆探灌漿主要應用油壓給進式立軸鉆機和轉盤鉆機。其基本組成可概括為“三大機構”、“兩大系統(tǒng)”，即：回轉機構、給進機構、升降機構；機械傳動系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)。2.2.1機械傳動系統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)是將輸入的動力經(jīng)變速、變向、變矩分配給回轉、升降機構。其作用有三：變速變矩；分配動力；改變運動形式和換向。該系統(tǒng)主要包括聯(lián)軸節(jié)、離合器、變速箱和分動箱。2.2.2 液壓傳動系統(tǒng)液壓傳動系統(tǒng)是利用油泵輸出的壓力油液驅動油馬達、油缸等液動機構，以使立軸回轉和控制給進機構、移動鉆機、松緊卡盤及擰卸鉆桿等。該系統(tǒng)主要包括：動力機構、操縱機構、執(zhí)行機構及輔助裝置。動力機構油泵或稱能力轉換器，由它供給油路系統(tǒng)的壓力油，作為整個液壓系統(tǒng)工作的動力源。常用的油泵有齒輪泵、葉片泵與柱塞泵等。操縱機構又稱控制、調節(jié)裝置。它包括：調整壓力的壓力閥（溢流閥、減壓閥等）；調節(jié)速度的節(jié)流閥；變換方向的換向閥等各種不同的閥類。執(zhí)行機構又稱液動機，它包括實現(xiàn)往復運動的各種型式的油缸及旋轉運動的油馬達等。輔助裝置包括油箱、油管、油接頭、濾油器及控制儀表等。2.2.3 回轉機構回轉機構是回轉鉆具，帶動鉆頭破碎孔底巖石。油壓給進、機械傳動式鉆機的回轉機構有立軸式回轉器和轉盤式回轉器。2.2.3.1立軸式回轉器的組成、結構型式及特點立軸式回轉器的結構見圖2-1-2。它主要由箱體、變角裝置、橫軸、錐齒輪付、立軸導管、立軸及卡盤等組成。其中立軸與卡盤，除傳遞回轉運動外，還通過油缸與橫梁帶動鉆具上下運動。立軸式回轉器具有下列特點：（1）立軸式回轉器與給進系統(tǒng)在結構上緊密聯(lián)系，構成一個獨立的部件。回轉和給進運動通過立軸與卡盤傳至鉆具。（2）回轉器的變角范圍大，導向性能好，適于鉆進任何傾角的鉆孔。圖2-1-2 立軸式回轉器結構示意圖1橫軸（或半軸）；2主動傘齒輪；3軸承；4變速箱外殼；5變角裝置；6回轉器外殼；7軸承；8下壓蓋；9立軸導管； 10立軸； 11被動傘齒輪；12下卡盤；13上卡盤； 14橫梁； 15活塞桿； 16油缸； 17活塞。（3）立軸通孔較小，升降鉆具時，回轉器必須讓開孔口。讓開方式主要有后移式和開合式。（4）回轉器的錐齒輪傳動比較小。（5）回轉器本身不能擰卸鉆具，需另配擰管機。（6）回轉器的結構復雜，制造工藝要求較高。2.2.3.2 轉盤式回轉器的組成、結構型式及特點轉盤就是轉盤式鉆機的回轉器。轉盤有兩種結構型式：一種是心管定位式，另一種是殼體定位式。前者應用較為廣泛。轉盤的組成和基本結構見圖2-1-3。它由橫軸、錐齒輪付、轉盤、轉柱、回轉梁、卡筒、心管及箱體和機座等組成。轉盤具有下列特點：圖2-1-3 轉盤結構示意圖1鏈輪；2橫軸；3軸承；4軸頸；6軸承座；7主動錐齒輪；8軸承；9心管；10套軸；11從動錐齒輪；12轉盤；13轉柱；14回轉梁；15卡筒；16螺釘；17變速部分；18機座；19箱體。（1）轉盤直接安裝在孔口處的機座上，其重心低、強度大、穩(wěn)定性好。（2）錐齒輪付傳動比較大。（3）轉盤可以完成擰卸鉆具任務，不必另配擰管機。（4）一般轉盤通孔都較大，升降鉆具可不讓開孔口。（5）轉盤的變角范圍較小，一般為6090。（6）卡盤中心與轉盤中心的同心度很難保證。（7）轉盤結構簡單，加工制造較方便。2.2.3.3 給進機構給進機構是調整破碎巖石所需要的軸向壓力和控制給進速度。目前，機械傳動式鉆機采用的給進機構有油壓給進和手動機械給進兩類。手動機械給進機構有手輪（把）給進、鋼繩給進、主動鉆桿給進與螺旋差動給進等形式。有的鉆機還具有雙重給進機構，如XJ-100型鉆機既有手動給進機構，又有蝸輪蝸桿齒筒式和機械給進機構。液壓給進是一種先進的給進方式，通過操縱液壓控制閥，來調整軸向壓力和給進速度，實現(xiàn)加壓鉆進、減壓鉆進和快速倒桿。它除完成給進系統(tǒng)的功能外，還可完成松緊卡盤工作。2.2.3.4 升降機構升降機構是用以完成鉆具、套管和附屬工具的升降工作。升降機構的主要工作件是升降機，它主要由傳動系統(tǒng)、卷筒和制動器組成。目前，常用的鉆機均采用行星輪系傳動式升降機，習慣稱游星式升降機。圖2-1-4 游星式升降機結構示意圖1升降機軸；2升降機傳動齒輪；3中心輪Za；4游星輪軸；5游星輪Zg； 6內齒圈Zb；7卷筒； 8提升抱閘； 9制動抱閘；10游星架（1）游星式升降機的結構：我國鉆進絕大多數(shù)采用卷筒與內齒圈固定的定軸輪系傳動型游星式升降機，其傳動系統(tǒng)結構見圖2-1-4。（2）游星式升降機的工作原理與操縱狀況：升降機工作原理示意圖見圖2-1-5。圖2-1-5 行星式升降機工作原理示意圖（a）提升 （b）制動 （c）下降1中心齒輪；2行星齒輪；3齒圈；4支架提升：升降機接受動力后，中心輪處于轉動狀態(tài)，扳下提升抱閘手把，同時松開制動抱閘，提升抱閘閘住，提升制圈及行星齒輪的支架等，此時，行星齒輪在中心齒輪帶動下只能自轉并帶動齒圈轉動，卷筒就纏繞鋼繩進行提升。制動：扳下制動抱閘、剎住下降制圈，同時松開提升抱閘，卷筒、內齒圈被閘住不轉，鉆具停止升降。由于中心齒輪繼續(xù)轉動，故在齒圈及中心齒輪的影響下，行星齒輪構成的“轉動體”轉動，行星齒輪既自轉又公轉，轉動方向和速度是固定的。下降：提升和制動抱閘都處于松開狀態(tài)，在鉆具自重作用下，卷筒反轉，放松鋼絲繩，下降鉆具。2.3 鉆機的種類與選擇應根據(jù)施工環(huán)境、巖石性質、鉆孔深度、鉆孔方向、鉆孔直徑和灌漿方法等因素選擇高效率的鉆孔方法和鉆機。2.3.1 回轉式鉆機回轉式鉆機是目前使用最多的一種鉆孔設備。按其回轉機構的不同，回轉式鉆機分為立軸式、轉盤式和動力頭式三種。其中立軸式又分為手把式、液壓式、螺旋差動式和全液壓式四種。其中，立軸式液壓鉆機由于分檔較多，轉速高，機體較輕，操作簡便、能耗較低，是我國帷幕灌漿鉆孔的主要設備，這種鉆機按其鉆進能力分為100米、300米、500（600）米、1000米，即、四種規(guī)格，在灌漿工程中四種規(guī)格的鉆機都有應用，但應用較多的還是、型輕型鉆機。我國許多鉆探機械廠都能生產各種規(guī)格的不同型號的立軸式液壓鉆機，表2-1-1為部分國產鉆機型號和主要性能。我國一直也從國外進口一些回轉式鉆機，但數(shù)量不多，使用不很廣。表2-1-1 灌漿工程常用的部分回轉鉆機型號和規(guī)格性能鉆機型號鉆孔深度（m）鉆孔直徑（mm）鉆孔傾角（）轉速（r/min）配備動力（kW）主機重量（kg）制造商XY-1A1801509075140101011500北京探礦機械廠XY-11007511090751425708.8500DK36013512897.5600XY-2300563000-9065117222950重慶探礦機械廠XY-2PC150561500-9081119011650GX-ITD150751500-909060011500GX-50100751500-90993787.5360SGZ-1A15075110036095100011690杭州鉆機制造廠SGZ-A300751300360129120018.5920HXY-1100481500-9014560011500合肥探礦機械廠GXY-1A200461500-3606165411650無錫探礦機械廠HT-150A1505611003608385411380衡陽探礦機械廠HY-1A10050110036014257011750注：主機重量有的不含動力機，有的包含。2.3.2 沖擊回轉式鉆機沖擊回轉式鉆機是以回轉式鉆機為基礎，在鉆頭上部連接一個專門的沖擊器（也稱潛孔錘），在鉆進中鉆機提供一定的軸向壓力和回轉力矩，沖擊器給鉆具一定頻率的沖擊能量，在孔底以沖擊和回轉切削的共同作用破巖鉆進的一種機械。按使用動力的不同，常用的沖擊器有風動式和液動式。與回轉鉆進相比，它鉆孔速度快，機動靈活，鉆孔費用較低。沖擊回轉式鉆機的種類較多，灌漿工程中常用的型號及其性能見表2-1-2。表2-1-2 部分沖擊回轉鉆機型號及性能表鉆機型號鉆孔深度（m）鉆孔直徑（mm）鉆孔傾角（）轉速（r/min）配備動力（kW）主機重量（kg）制造商QDG-2-15012030012015132303700北京探礦機械廠GZ-150807315009010144372000QDG-125150200209025130111000DK1501003659036013512907.5300北京風動機械廠 MGJ-506050700180264811720重慶探礦機械廠MGY-100100100200201106162373000MD-3050651300901111815無錫探礦機械廠MD-505011015010902016718.5590MD-10010011020009011212373460JMZ-150305080150-1090山東地質探礦機械廠MK-27575090101557.5550煤科院西安鉆探研究所MK-42007509010300221100SM系列603150360046375110900010500意大利soilmecKlemm802系5114850021000德國寶峨公司Mustang系列30100阿特拉斯-柯普柯注：主機重量有的不含動力機，有的包含。2.3.3 沖擊式鉆機沖擊式鉆機（鑿巖機）在灌漿工程中多用于回填灌漿、固結（淺孔）灌漿和銜接帷幕灌漿的鉆孔。雖然沖擊鉆機的釬桿也須作回轉運動，但這種轉動并不是在打擊釬桿時發(fā)生，釬頭刃在沖擊破碎巖石時并不轉動，是一種純沖擊式鉆機。在施工中常用的沖擊鉆機有手提式鑿巖機、氣腿式鑿巖機（輕型、重型）等。2.4 鉆機的維護保養(yǎng)鉆機是鉆探灌漿的重要設備，只有通過正常的維護和保養(yǎng)，才能使鉆機延長使用壽命和保持良好的工作狀況。2.4.1 鉆機的維護2.4.1.1 開動前的檢查與維護（1）檢查變速箱、回轉器、減速箱、液壓油箱等的油量是否適當。（2）檢查制動裝置、離合器、鎖緊裝置和分動機構等的作用是否可靠，必要時進行調整。（3）在開車試運轉中，注意檢查儀表是否靈敏可靠。2.4.1.2 運轉中的操作與維護（1）掛檔變速前，先要扳開離合器。（2）操作離合器時，必須輕勻、平穩(wěn)。（3）使用卷揚機時，嚴禁將升降手把和制動手把同時閘緊。（4）在鉆進過程中，隨時注意軸承、齒輪傳動力等有無沖擊聲；溫度是否超過燙手溫度（60）。若發(fā)現(xiàn)問題應及時處理。2.4.2 鉆機的保養(yǎng)鉆機的保養(yǎng)作業(yè)按以下要求進行。2.4.2.1 每班保養(yǎng)（1）將機器外表洗擦干凈，注意保持底座滑道、立軸、導向桿的滑動面清潔和良好的潤滑狀態(tài)。（2）緊固外表所有起固定作用的螺釘、螺帽和保險銷。（3）按照要求向需要潤滑部位和油嘴加注適量的機油或黃油。（4）檢查各密封部位有無漏油現(xiàn)象，如有，立即消除。（5）檢查皮帶的松緊是否合適，有無損傷。（6）檢查各齒輪箱和壓力油箱的油位，必要時加添油液。（7）消除機器在本班內發(fā)生的一切故障。2.4.2.2 每周保養(yǎng)（1）徹底進行每班保養(yǎng)所規(guī)定的各項作業(yè)。（2）檢查立軸箱或轉盤箱的油量是否適當，進行必要的加添。（3）檢查卡盤有無松動和損傷，將卡盤上蓋卸開，將卡盤外露部分擦拭干凈，并注入黃油。（4）檢查摩擦離合器、升降機的制帶的作用是否可靠，清除制帶上的泥、油等臟物，并進行必要的修整。（5）檢查手動油泵的作用是否可靠。2.4.2.3 每月保養(yǎng)（1）徹底進行每周保養(yǎng)所規(guī)定的各項作業(yè)。（2）清洗液壓油箱和過濾器。檢查液壓油是否清潔，有無變質，必要時應予更換。（3）檢查傳動變速箱、立軸箱或轉盤箱、離合器油泵傳動齒輪箱中油料是否清潔，必要時應予更換。（4）對所有采用潤滑油潤滑的部位，普遍加上足夠的潤滑油。（5）檢查離合器、傳動變速箱、回轉器（或轉盤）、橫梁卡盤、升降機等主要部件的技術狀況，如有損傷應進行修理或更換。2.4.3 鉆機檢修機械檢修工作十分重要，生產單位要合理安排，把工作和檢修有機結合起來，鉆機檢修周期參見表2-1-3。表2-1-3 鉆機檢修周期表類別間隙時間（運轉小時）檢修要求檢查和修理內容小修356400檢查調整更換機油，緊固各部位連接螺栓。調整鏈條和三角皮帶的松緊程度，壓緊圓錐滾動軸承的透蓋。檢查并調整轉盤大小傘齒輪背帽的松緊程度，個別銷鍵的更換。中修15002000主要零部件的拆檢達到運轉圓滑，溫度正常，減少晃動和噪音拆洗離合器，修圓制帶，修換銷鍵，主要易損零件（如軸、齒輪、軸承的修換）大修50006000全面檢查修理、恢復設計制造的技術性能機體磨損部分的焊補鏜孔，主要零部件的修換，校正機架，鉚接制帶，整釘銘牌，外表噴漆。3鉆具鉆具即鉆進工具，它由主動鉆桿、鉆桿、鉆鋌、巖芯管、沉淀管、各種連接接頭、接箍以及鉆頭組成。這里主要介紹幾種常用的鉆頭和擴孔器。3.1 硬質合金鉆頭硬質合金鉆頭的結構要素有鉆頭體、切削具出刃、切削具鑲焊角、切削具在鉆頭底面的排布、切削具在鉆頭上的數(shù)目、鉆頭的水口和水槽等。硬質合金鉆頭適合于7級以下硬度的巖石中鉆孔，有較高的鉆進效率。與鉆粒鉆頭相比，它具有鉆進時鉆機平穩(wěn)，成本低，孔壁圓整，不受鉆孔方向的限制等優(yōu)點，但在堅硬巖石中鉆進效率不高。常用硬質合金鉆頭的結構型式及主要參數(shù)見表2-1-4。表2-1-4 常用硬質合金鉆頭的型式及主要參數(shù)鉆 頭結構型式鉆頭直徑（mm）主要尺寸（mm）肋骨數(shù)硬合金數(shù)（粒）備 注DD1dC階 梯肋骨鉆頭152/11215013011610414132/921301109610414112/7311091779.541293/57917561841277/427560467.5410單雙粒鉆 頭154/131150142.513518134/1121301231161218114/92110103961295/73918477979/577568619595649426內外鑲合金鉆頭152/1331501351012132/11413011610112/9411096893/7591776875/597561658/4056424三八連續(xù)掏槽式合金鉆頭94/7491774組(12)78/5875613組(9)59/3956422組(6)扭方柱硬合金鉆頭113/9311010396994/749184776978/58756861659/395649424品字形硬合金鉆頭114/93110103965組(15)95/749184774組(12)79/587568613組(9)全斷面矛式合金鉆頭114110959179756056全斷面翼片鉆頭結構型式和主要尺寸參見圖2-3-7和表2-3-4注：取芯鉆頭的鉆頭直徑表示方法是以分子表示包括出刃的外徑，以分母表示包括出刃的內徑。通常所稱“鉆頭直徑”是指不包括合金出刃的鉆頭最大外徑（D）。全斷面鉆頭的直徑是指包括合金出刃的鉆頭最大外徑。（1） 階梯肋骨鉆頭。階梯肋骨鉆頭是用T105型硬合金切削具焊接而成的，其特點是肋骨片較厚、水口寬、鉆進時孔底呈階梯狀。可鉆進35級巖層。如頁巖、砂頁巖和膠結不緊密的砂巖等。（2）內外鑲硬合金鉆頭。內外鑲硬合金鉆頭鑲有T313型硬質合金，在較堅硬地層也可鑲T105切削具，可斜鑲也可直鑲。適用于35級巖層，如均質石灰?guī)r、大理石、較松散的砂巖及頁巖等，也可鑲T110型合金，用以鉆進57級和部分8級不均質巖層，如長興灰?guī)r、硅化灰?guī)r和凝灰?guī)r等。（3）三八式硬合金鉆頭。也稱三八連續(xù)掏槽式硬合金鉆頭，這種鉆頭把T105、T107、 T110型小、中、大八角柱狀硬質合金切削具順序排成一組，產生連續(xù)掏槽，擴槽的破巖作用，耐磨性較高，適用于57級多裂隙地層。（4）扭方柱硬質合金鉆頭。也稱“負前角階梯鉆頭”，該鉆頭鑲T130型硬質合金，方柱切削具扭轉45，分內、中、外三環(huán)分布。并把切削具成1015負前角斜鑲。三環(huán)的底出刃不同，成階梯狀。其特點是能承受較大的軸向壓力，不易崩刃，可鉆進57級及部分8級中硬巖層。特別適用于鉆進研磨性大，均勻性差的巖層，如輝長巖、玄武巖、砂巖、風化的輝綠巖、閃長巖、矽嘎巖、硅化的頁巖和石灰?guī)r等。（5）矛式鉆頭。矛式鉆頭是一種不取芯、全斷面硬質合金鉆頭，鉆頭主翼片呈錐形，側翼片較短，起擴孔保徑作用，鑲T310型硬質合金切削具。鉆頭中間有一個27mm的水眼，為增大水流速度，可制成14mm的收斂式水眼，形成強力沖洗。適用于鉆進24級紅色黏土，疏松砂巖及塑性強的地層。（6）三翼片階梯硬質合金鉆頭。翼片階梯硬質合金鉆頭體的形狀呈炮彈形，可用普通鉆粒鉆頭改制，翼片用15mm厚鋼板制成階梯形，在翼片邊緣鑲S306型硬質合金。這種鉆頭適用于鉆進34級頁巖，部分5級砂頁巖及灰?guī)r，是適于強力規(guī)程的一種鉆頭。其規(guī)格尺寸見表2-1-5。表2-1-5 三翼階梯式硬質合金鉆頭尺寸 單位mm鉆頭直徑(mm)dDD1D2D3RL1L213411013094581107060180114901108662916055170957191674375505016079557551276640451503.2 金剛石鉆頭3.2.1金剛石鉆頭與擴孔器金剛石鉆頭具有鉆進效率高，鋼材消耗少等優(yōu)點。它不受巖石硬度、鉆孔方向的限制。金剛石鉆頭與擴孔器可分為表鑲或孕鑲兩種方式，這里主要介紹的是孕鑲金剛石鉆頭與擴孔器。根據(jù)地礦標準，孕鑲金剛石鉆頭和擴孔器的規(guī)格分別見表2-1-6、表2-1-7。 表2-1-6 金剛石鉆頭尺寸表 單位：mm類型規(guī)格D+0.5+0.3D1+0.1-0.1d+0.1-0.1d1-0.05-0.10d2-0.05-0.10d3+0.2d4d0水口（個）單管鉆頭464644293937.53234.53736565654394947.54244.547412666664495957.55254.557614767674596967.56264.567816雙管鉆頭36363521.53129.529.532.524464645294139.539.542.536565655395149.549.552412666665496159.559.562614767675597169.569.572816表2-1-7 金剛石擴孔器尺寸表 單位：mm類型規(guī)格D-0.1D1+0.3+0.1d+0.1d1-0.05-0.10d2-0.05-0.10d3-0.1d0+0.2d1+0.1+0.05d2+0.1+0.05單管擴孔器464446.531.537.53634.539.537.539565456.541.547.54644.549.547.549666466.551.557.55654.559.557.559767476.561.567.56664.569.567.569類型規(guī)格D+0.1-0.1D1+0.3+0.1d+0.1d1-0.05-0.10d2-0.05-0.10d3d0d1d2雙管擴孔器363536.5263129.5464546.5364139.5565556.5465149.5666566.5566159.5767576.5667169.53.2.2金剛石取芯鉆具灌漿工程先導孔和檢查孔常常需要采取巖芯，合理地選擇和使用取芯鉆具是提高巖芯采取率的重要條件。常用的有單管取芯鉆具、單動雙管取芯鉆具，較特殊的有三層巖芯管取芯鉆具、噴射式孔底反循環(huán)取芯鉆具等。單管取芯鉆具 它構造簡單，制造容易，操作方便。鉆具強度大，使用費用低。在完整、均質的巖層，或對取芯要求不很高的情況下使用。單動雙管取芯鉆具 這種鉆具的內管接頭與外管接頭之間設有軸承組，可使內管不隨鉆桿轉動，巖芯進入內管后能保持相對靜止，也不受循環(huán)液沖洗，因此取芯率高。使用單動雙管取芯鉆具能提高鉆速和回次長度，降低金剛石消耗，延長鉆頭使用壽命。單動雙管取芯鉆具可在節(jié)理、片理、裂隙發(fā)育和軟硬互層的地層中使用，是金剛石鉆進中常用和主要的配套工具之一。三層巖芯管取芯鉆具 在某些粉狀巖層、遇水溶解地層、膠結不好的土層或對巖芯品質要求很高的情況下，要在內管中設置第三層管，以便更好地保護巖芯。第三層管有兩種類型：一種是塑料管（低壓聚乙烯管），另一種是金屬半合管。鉆進時巖芯進入第三層管中，當裝滿巖芯的內管總成取出后，卸去兩端的連接件，有內管中取出第三層管。若是塑料管則用刀將其切開，若是半合管則將其分開即可取出滿足要求的巖芯。由于設置了第三層管，鉆頭內徑將減小3mm左右。噴射式孔底反循環(huán)鉆具 這種鉆具分為彎管型和分水接頭型兩種形式。其工作原理是沖洗液在泵壓作用下由鉆桿流至噴嘴噴出，經(jīng)由稱承噴裝置進入彎管或分水接頭，再流至鉆具外的環(huán)狀間隙，向上返出或向下流動。由于高速射流的作用，噴嘴附近形成負壓，導致巖芯管中所存沖洗液被吸附流進承噴裝置混合、流出，從而形成孔底反循環(huán)。噴射式孔底反循環(huán)鉆具在硬、脆、碎地層中鉆進，取芯可靠，采取率高，同時由于孔內清潔，能大大減少卡、埋鉆事故。3.3 鉆粒鉆頭由于人造金剛石的應用，金剛石鉆進工藝發(fā)展迅速，鉆粒鉆進的應用大大縮小。鉆粒鉆頭標準系列有75、91、110、130、150五種規(guī)格。其結構尺寸見表2-1-8。鉆進效率的高低，鉆頭水口起主要作用，常用的鉆頭水口形狀有單弧形、雙弧形、單斜邊、雙斜邊、斜梯形等。表2-1-8 鉆粒鉆頭尺寸表 單位：mm規(guī)格DD1D2dd1d2bR重量（kg）7575576268-1266.5-1266782006.39191737884-1482.5-1482951727.81101109095103-14101.5-1410111516110.9130130110115122-16120.5-1612013615712.7150150130135141-16139.5-1613915715315.33.4 沖擊器按動力方式，沖擊器可分為液動沖擊器、風動沖擊器（潛孔錘）和機械作用式?jīng)_擊器。前兩種用得較多。3.4.1風動沖擊器（潛孔錘）潛孔錘是在孔底做功的沖擊器。分為閥式和無閥式兩種型式，無閥式?jīng)_擊器對風壓要求較低，零件使用壽命長，適應性強，較多采用。潛孔錘由配氣裝置、活塞、氣缸、外套和一些附屬零件組成。目前我國主要風動工具廠都能生產不同型號、性能和規(guī)格的無閥沖擊器，其主要類型與技術參數(shù)見表2-1-9。潛孔錘鉆頭一般有柱齒狀或球齒狀鉆頭，其型號有80、90、96、100、200、250等。表2-1-9 部分潛孔錘的型號與技術參數(shù)型號鉆孔直徑（mm）外徑（mm）風壓（MPa）耗風量（m3/min）頻率（Hz）沖擊功（kgm）CIR6568560.51.22.55.13.89.1CIR8089720.51.24.58.16.415.3CIR9095、100800.51.25.09.214.07.919CIR110110、120960.51.27.914.912.830.6CIR1501551360.50.715.913.324.759.4CIR1701751560.50.716.813.331.976.5J-100B105115950.40.7914.515J-150B1501601360.40.71514.233WC-8595120850.518221016812WC-1501651420.557.5151922.7DH-4105115920.562.462.2814.722.333.315.266.5DH-61521651360.562.467.136.8203145197.7DHD-340A105115920.562.462.313.318.13015.869.43.4.2液動沖擊器液動沖擊器是以沖洗泵輸送的高壓液流做為動力源的。液動沖擊器種類較多，其中閥式?jīng)_擊器比較成功。可用于灌漿工程鉆孔的主要是閥式正作用液動沖擊器，有TK系列、ZF-56型、EPL-1型等。3.4.2.1TK系列液動沖擊器TK系列液動沖擊器是一種正作用沖擊器，由冶金工業(yè)部第一地質勘探公司探礦技術研究所1980年研制成功的。這種沖擊器包括：TK-56型、75型、91A型、TK-60S型和TK-75S型。其中后兩種是繩索取心沖擊回轉鉆具中的沖擊器。實踐證明，使用TK系列沖擊器能夠較大幅度地提高鉆進效率和鉆探質量，降低生產成本，深受使用單位歡迎。主要技術參數(shù)見表2-1-10。（1）.結構與工作原理TK系列沖擊器是以高壓液流推動活塞沖錘下行沖擊鐵砧，而借彈簧力使活塞沖錘恢復到原來位置。當活塞沖錘在沖錘彈簧的作用下處于上位，其中心孔被閥蓋住。在高壓液流作用下，活塞和閥一同下行，壓縮彈簧打擊鐵砧。在即將打鉆之前的瞬間，閥由于閥座所阻，閥與活塞沖錘分開，在閥彈簧的作用下恢復到上位。在閥離開活塞沖錘后，中心孔開放，活塞上面卸壓?；钊麤_錘在彈簧作用下上返，當其與閥接觸后，繼續(xù)下行。循環(huán)周而復始，形成連續(xù)沖擊。表2-1-10 TK系列沖擊器技術參數(shù)表型 號TK-56TK-75ATK-91A鉆孔直徑（mm）57、607591、110沖擊器外徑（mm）557373鉆進方法金剛石或硬質合金沖擊回轉金剛石或硬質合金沖擊回轉金剛石或硬質合金沖擊回轉工作壓降（MPa）高頻1.11.91.01.91.52.2低頻1.52.52.03.02.03.5工作泵量(L/min)高頻55906012090150低頻72120120180180200單次沖擊功（kg.m）高頻0.41.30.61.80.72.0低頻0.93.52.907.2057沖擊頻率（次/min）高頻240031002300300024003200低頻170023001600230012001500總長（mm）167216021700質量（kg）253537（2）鉆具的特點沖擊器性能良好，工作可靠，易損件壽命長，故障少。TK-56、TK-75A型沖擊器主要易損件的壽命均高于國外同類產品。沖擊器結構簡單，質量輕，制造和維修容易，造價低，適用范圍廣，既可用于清水鉆進，也可用于含砂量低的泥漿鉆進。沖擊器適用于不同鉆進方法的需要。更換閥簧與閥簧座，調節(jié)泵量，可獲得不同的沖擊功和沖擊頻率。既可用于金剛石沖擊回轉鉆進，也可用于硬質合金沖擊回轉鉆進。泵壓、泵量較低，操作簡單，使用方便，易于推廣應用。采用金剛石沖擊回鉆進時所用設備、附屬器具與回轉鉆進基本相同，僅需配備耐壓（大于10MPa）鋼絲編織膠管、穩(wěn)壓罐（容積20L）、防震泵壓表以及耐高壓流量表。（3）應用效果TK系列液動沖擊回轉鉆具在全國冶金、地質、水利水電等8個系統(tǒng)所屬200多個勘探隊推廣應用，總進尺近30萬m，為提高鉆進效率和鉆探質量做出了較大貢獻，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。繩索取心沖擊器還打入國際市場，進入澳大利亞和加拿大的鉆探機臺。該系列液動沖擊回轉鉆具榮獲1987年度冶金工業(yè)培科技進步一等獎和1988年度國家科技進步三等獎。生產實踐證明，TK系列沖擊器具有以下優(yōu)點：鉆進效率高，是克服金剛石鉆頭“打滑”的現(xiàn)象的有效手段。在6級以上中硬和堅硬巖層中，沖擊回轉鉆進的鉆速均高于普通回轉鉆進的鉆速。鉆速可提高15%30%，最高達10余倍。巖層越硬，提高的幅度越大，在911級巖層中可提高30%以上。水利電力部成都勘測設計院1983年9月份使用TK-56型沖擊器鉆進1011級流紋巖，進尺為835m，平均小時效率比金剛石回轉鉆進提高46%，回次進尺提高75%。黃委會設計院地質勘探總隊1994年在11級石英砂巖地層中使用TK-75型沖擊器進行沖擊回轉金剛石鉆進，平均小時效率比金剛石回轉鉆提高125%，最高達193%。長江委三峽勘測研究院1996年在11級石英砂巖“打滑”地層采用TK-91型沖擊器進行金剛石沖擊回轉鉆進，采用天然孕鑲金剛石鉆頭，胎體硬度HRC405金剛石粒度2040目，平均小時效率是金剛石回轉進的幾十倍。四川冶金地質609隊在相同地層中采用相同金剛石鉆頭沖擊回轉鉆進，純鉆進時間利用率由24%提高到48%，臺月效率由200m提高到475m?；卮芜M尺長。沖擊回轉鉆進時，巖心管在高頻脈沖作用下發(fā)生顫動，使巖心順利進入巖心管，防止巖心堵塞。所以，無論是在破碎地層還是在傾角較大的地層，均不易發(fā)生巖心堵塞現(xiàn)象，從而提高了回次進尺。一般情況下，回次進尺可提高30%50%以上，最高可提高110%。取心質量好。由于減少巖心堵塞，避免了巖心磨損，因而沖擊回轉鉆進巖心采取率比回轉鉆進有顯著提高。如長江委三峽勘測研究院在石砂層地層采用沖擊回轉鉆進，巖心采取率由20%提高到91%，徹底改變了“打滑”地層巖心采取率過低的現(xiàn)象，深受地質人員歡迎。提高壓水試驗成果質量。沖擊回轉鉆進，孔壁光滑規(guī)則，孔徑均勻，利于壓水試驗器順利升降及膠塞封隔試段，從而提高壓水試驗質量。延長鉆頭壽命。金剛石回轉鉆進“打滑”地層時，往往用酸腐蝕、投石英砂或地表研磨鉆頭、采用軟胎體鉆頭等方式來克服“打滑”現(xiàn)象，導致鉆頭壽命降低。沖擊回轉鉆進一般使用胎體硬度為HRC4045較硬胎體鉆頭，鉆頭平均壽命可提高一倍以上。降低鉆探成本。沖擊回轉鉆進，小時效率提高，回次進尺增加，純鉆率提高，鉆頭壽命延長，縮短施工周期，從而可降低鉆探成本。一般可降低10%30%。3.4.2.2 ZF-56型液動沖擊器ZF-56型液動沖擊器是一種帶減耗閥的正作用活閥式高頻沖擊器，它是由河北省地質局綜合研究地質大隊研制的，經(jīng)過生產試驗，取得了良好的實用效果。（1）主要技術性能外徑：54mm；鉆頭直徑：5659mm；泵量：60100L/min；泵壓：（2.03.5）MPa；沖擊頻率：4257Hz；長度1.5m；質量1820kg。（2）沖擊器的特點高頻小沖擊功，可以用于金剛石或硬度較高的硬質合金沖擊回轉鉆進，不需配備減速裝置，便于大范圍推廣。泵量小，泵壓適中，可以利用現(xiàn)有泥漿泵，無需采用新泵。所需鉆具、鉆頭、鉆進規(guī)程、操作方法與常規(guī)鉆進方法大致相同，便于工人掌握。結構簡單，便于調試，易于修理。易損零件容易更換，便于加工，具有一定壽命。采用活閥式配水機構，密封點少，能夠采用輕泥漿鉆進。啟動容易，工作穩(wěn)定可靠調節(jié)范圍寬。在滿足泵量、泵壓進，性能不受孔深限制。沖擊器有沖孔機構，有較高的有效作用系數(shù)。（3）應用效果20世紀年代以來，地質礦產系統(tǒng)開發(fā)出6個系列近30個規(guī)格的液動沖擊器，ZF-56型沖擊器就是其中的一種。到90年代初，該系統(tǒng)推廣液動沖擊器總臺數(shù)2000臺套，進尺超過100多萬米。實踐證明，推廣液動沖擊器后普遍獲得較好效果，在中硬、堅硬和硬、脆、碎巖層中技術經(jīng)濟指標均明顯優(yōu)于回轉鉆進，鉆進效率提高30%60%，甚至100%以上，成本降低15%，鉆孔彎曲度得到改善。硬、脆、碎地層中巖心采取率提高到90%以上。臺月效率提高52%100%。陜西省勘測設計院在堅硬“打滑”地層（可鉆性11級）采用ZF-56型液動沖擊器。在金剛石沖擊回轉鉆進中，平均小時效率達0.47m/h，比金剛石回轉鉆進提高倍。3.4.2.3 型雙作用沖擊器型沖擊器是一種閥式雙作用沖擊器。原長江流域規(guī)劃辦公室勘測總隊承擔“六五”科技攻關項目“型雙作用沖擊器”的科研任務，并獲得原水利電力部科技進步四等獎。（1）沖擊器主要技術性能外徑：54mm；鉆頭直徑：59mm；泵量60114L/min；泵壓（1.52.2）MPa；沖擊頻率：1735Hz；長度：1.8；沖擊行程：1214mm；啟動泵壓：（200500）kPa；啟動泵量：3245L/min；質量：25kg（以上數(shù)據(jù)由地質部勘探技術研究所測定）。（2）沖擊器的特點目前國內已研制的沖擊器，泵量、泵壓大都比較高，要求管路密封嚴格，現(xiàn)有水泵難以達到要求。水利水電勘探的特點是孔淺，為此，設計了一種泵壓較低、泵量較小的沖擊器，沖擊頻率和沖擊功不能滿足金剛石和硬質合金沖擊回轉鉆進的需要，測試表明，有以下特點：起動性能好。泵量32L/min、泵壓200kPa便能啟動?；钊\動靈活性較好。沖擊器正常工作時，泵壓不高，如泵壓2.1MPa、泵量90L/min。對管路密封要求可大大降低。采用活閥式分流器，提高背壓以減少沖擊功。活閥式分流器，使送入孔底的流量占57%。（3）沖擊器工作原理在沖擊器工作前，沖錘活閥與下活閥停在鐵砧上。液流通過沖錘活閥、鐵砧中心的通孔流向孔底。當水泵送入的高壓液流通過鐵砧內孔下部的節(jié)流孔時，由于節(jié)流產生背壓、下活閥面積大于上活閥面積，液流將沖錘活閥與下活閥抬起，并使其與上活閥1接觸，切斷水路。這時在高壓水錘力作用下，推動上活閥及沖錘活閥、下活閥一同急速下行。當上活閥行至行程限位器時，因被限制而停止運動。而沖錘活閥與下活閥在慣性力和重力作用下，繼續(xù)下行，沖擊鐵砧。上活閥在彈簧作用下復位。如此反復動作，即可沖擊鉆進。在金剛石沖擊回轉鉆進中，要維持沖擊器正常工作所需的一般應大于100L/min。如果把這些泵量全部送入孔底，必然導致泵壓過大，對鉆頭產生浮托力，增加液流對鉆頭胎體的沖蝕和巖心的沖刷以及對鉆頭鋼體的沖蝕。因此，必須對沖擊器作功后的液體進行分流。活閥式分流器的工作原理：經(jīng)沖擊器作功后的液流進入分流器活閥內腔，一部分從相隔120度的分流孔流入管外空間，另一部分從閥內腔收縮孔流入巖心管、鉆頭到管外空間與分流體一同返回地表。當下端壓力升高時，活閥失去原來的平衡狀態(tài)，便向上運動，堵塞部分或全部分流孔，造成憋泵，預示孔內故障，應立即提鉆。（4）應用效果長辦勘測總隊在萬安、構皮灘、三峽等水利樞紐堅硬或“打滑”地層中采用EPL1型沖擊器進行金剛石沖擊回轉鉆進，臺時效率比金剛石回轉鉆進提高40%70%，回次進尺提高75%，巖心采取率可以達到90%95%，成本有所降低。該沖擊器性能就不斷完善。3.4.2.4 鉆進技術參數(shù)應根據(jù)巖性、鉆頭直徑與結構、硬質合金塊數(shù)、金剛石鉆頭唇部面積等因素進行合理選擇。（1）鉆壓硬質合金沖擊回轉鉆進，鉆壓的作用主要是保證切削具與巖石能緊密接觸，以便有效地傳遞沖擊功，對碎巖不起主要作用。鉆壓不宜過大，一般以（45）kN為宜。金剛石沖擊回轉鉆進，鉆壓與金剛石回轉鉆進基本相同。（2）鉆速硬質合金沖擊回轉鉆進，轉速都較低，這是為了降低切削具的磨損和增加回次長度，一般常用低轉速6070r/min。對硬巖或強研磨性巖石，碎巖主要靠沖擊作用。轉速一般為3045r/min。裂隙發(fā)育地層，轉速可達120170r/min。金剛石沖擊回轉鉆進，由于孕鑲鉆頭主要靠細粒金剛石磨削作用，因而轉速應高。一般應采用450940r/min。（3）沖洗液量沖洗液量是沖擊回轉鉆進的一個關鍵參數(shù)。因為沖洗液不僅影響洗孔質量，而且直接影響沖擊器的工作性能沖擊功和沖擊頻率，從而影響鉆進效率。在鉆進時，只要地層允許，水泵合適，應盡可能采用較大的沖洗液量。沖擊器所需的沖洗液量一般在60150L/min，這樣的沖洗液量能夠滿足洗孔和冷卻鉆頭的需要。在一般情況下，沖擊器（500600）kPa時就可以開始工作，當達到（1.82.0）MPa