气动潜孔锤钻进技术若干问题

简述气动潜孔锤在水井施工中主要参数的选择【摘要】主要阐述了如何在气动潜孔锤施工工艺中选取钻压，风压，风量及风速等主要钻进参数；简要介绍了气动潜孔锤钻进过程中注意事项；简单叙述了气动潜孔锤工艺在山东抗旱找水项目中的应用实例。

【关键词】气动潜孔锤；钻进参数；水井1、前言空气潜孔锤是以压缩空气为动力的一种风动冲击器。

它通过将产生冲击功和冲击频率直接传给钻头，再由钻机带动钻头做慢速的回转运动，进而不断形成对孔底不同扇面的新鲜岩石冲击破碎效果。

同时利用冲击器排出的压缩空气，对钻头进行冷却和将破碎后的岩石颗粒排出体外，从而实现了孔底冲击回转钻进的目的。

它具有钻进效率高、碎岩能量利用率高等优点。

然而实现高效钻进，就必须选择合理的钻进参数。

2、钻进参数的选择2.1钻压的选择空气潜孔锤钻进的基本工作过程，是在静压力（钻压）、冲击力和回转力三种力作用下不碎岩的。

其钻压的主要作用是为保证钻头齿能与岩石紧密接触，克服冲击器及钻具的反弹力（也称背压），以便有效地传递来自冲击器的冲击功。

钻压过小，难以克服冲击器的工作时的背压和反弹力，直接影响冲击功的有效传递。

对于潜孔锤全面钻进，一般认为单位直径的压力值在30～90kg/cm，钻压的合理选择应考虑到钻进方式（裸孔或偏心跟管、全面钻进或取心钻进），设备性能、钻具匹配（钻具钻量），以及所选用的冲击器的性能（如低风压还是中高压，因工作压力的不同而背压不同）进行综合考虑，既要达到最佳的钻进效果，还要最大限度地减少钻具及钻头的磨损。

钻压的选取可参照表1。

潜孔锤钻进主要靠冲击器活塞来冲击钻头，而不是靠钻杆柱加压提高钻速。

如果孔内钻柱自身重力超出其范围时应采取减压钻进。

钻压过高会导致钻杆剧烈震动，将会增大回转阻力和使钻头早期磨损，会损坏冲击器，钻孔弯曲和钻速下降等问题。

因此，在选取压力参考值是应尽可能取下限值。

2.2转速的选择潜孔锤钻进是冲击回转钻进并以冲击作为碎岩主要方式的钻进方法。

所以无需过快的线速度。

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
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。

空气潜孔锤取心跟管钻进技术一、基本概况空气潜孔锤取心跟管钻进技术针对河床、滑坡、等堆积地层，采用空气钻进而研发的一种钻探新方法，具有钻进速度快、取心质量好、不破坏植被和不影响地层稳定性等优势；主要用于浅部地质钻探（绿色钻探、砂卵砾石层钻探等），水利水电、滑坡等工程地质勘察领域。

该技术通过“优质、高效”的途径，解决了各种堆积地层的岩心质量较差和钻进效率较低等问题；可“以钻代槽”，避免槽探对植被的破坏。

二、技术主要内容空气潜孔锤取心跟管钻进技术采用风动钻进原理，将基础工程中的潜孔锤跟管钻进与岩心钻探领域的回转取心钻进组合，通过优化结构，优势互补，形成一种取心质量好、钻进速度快的钻进新方法，为工程地质勘察提供有效的技术手段。

其核心技术是潜孔锤取心跟管钻具。

图1 空气潜孔锤取心跟管钻具空气潜孔锤取心跟管钻进技术主要由中心取心钻具、套管靴总成组成。

前者执行取心钻进任务，并随钻带动后者跟进套管；后者执行推动套管随钻向孔底延伸，实现随钻跟管钻进。

整套钻具结构简单，使用简便。

中心钻具属于可提升部分，完成取心钻进回次后，可随钻杆被提到地表。

套管靴总成由套管钻头等三个零件组成。

该总成直接连接在套管下端，由中心钻具带动套管钻头旋转，承担跟管任务，钻孔施工期间，始终留在孔内隔离孔壁。

空气潜孔锤取心跟管钻进技术钻进原理：回转取心钻具，进行冲击取心钻进；同时，通过传扭副带动套管钻头回转，使其保持同步冲击回转钻进，并靠承传压付使套管向孔底延伸，而套管不回转。

钻进回次结束，直接将中心取心钻具提到地表进行取心，而管靴总成仍留在孔内；加长套管后，再将钻具下到孔底并与套管靴总成自动连接，可进行下一回次钻进。

表1 潜孔锤取心跟管钻具规格及其主要技术指标钻具名称 Φ127取心跟管钻具Φ146取心跟管钻具Φ168取心跟管钻具钻具规格/mm Ф127 Φ146 Ф168钻孔直径/mm Φ132 Φ152 Ф176岩心直径/mm Ф54.5 Φ67 Ф75跟进套管/mm Ф127 Φ146 Ф168钻头类型 球齿合金钻头 球齿合金钻头 球齿合金钻头钻具长度/mm 1570（外管1米）2570（外管2米）1525（外管1米）2525（外管2米）1710（外管1米）三、重要意义及应用情况1、成果的重要意义现阶段及相当长时间，我国高原等植被脆弱地区地质勘探，铁路等基础设施，水利水电和滑坡等工程地质勘察，其各种堆积地层钻探工作量巨大；“一带一路”向外延伸沿线的铁路、公路等基础设施建设，也将有巨大的工程地质勘察工作，该技术具有巨大市场，应用前景非常广阔。

气动潜孔锤钻进技术若干问题刘家荣;王建华;王文斌;许刘万【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,但在日常应用中也存在着诸如钻进效果不尽如人意,所选设备性能和施工条件不匹配、不适应其主要参数,基本操作守则掌握不好等问题.以工程实践为依据,参考有关文献,对气动潜孔锤钻进中的若干技术问题进行了论述,以期促进该技术的推广应用.【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2010(037)005【总页数】5页(P40-44)【关键词】气动潜孔锤;钻进;钻进参数;设备;泡沫剂【作者】刘家荣;王建华;王文斌;许刘万【作者单位】中国地质大学《北京》,北京,100083;中国地质科学院勘探技术研究所,河北,廊坊,065000;中国地质科学院勘探技术研究所,河北,廊坊,065000;河北省地矿局石家庄综合地质大队,河北,石家庄,050081;中国地质科学院勘探技术研究所,河北,廊坊,065000【正文语种】中文【中图分类】P634.5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。

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。

从目前情况看,虽然推广面逐步扩大,技术领域不断拓宽,有的钻进效率比钢丝绳冲击钻进、牙轮回转钻进提高几倍到十几倍,成井率提高80%左右、成本降低50%,取得了显著的经济效益和社会效益。

但在日常应用中也存在一些问题和不足,诸如:(1）钻具组合形式单一,应用效果不尽如人意;(2）工艺方法简单,钻进效果不佳;(3）对泡沫剂的使用还不甚了解;(4）选用设备性能和施工条件不匹配、不适应;(5）进行气动潜孔锤钻进时,主要参数的选取和基本操作守则对钻进效率的提高影响等。

刍议气动潜孔锤在水井施工中的应用作者：钱天寿来源：《中国新技术新产品》2011年第15期摘要：介绍了气动潜孔锤工艺在水井施工中的设备选用和钻进参数及在应用中应该注意的问题。

关键词：气动潜孔锤；钻进参数；空压机；水井施工中图分类号：TE242.6 文献标识码：A气动潜孔锤钻进是属于空气钻进的一个分支，它是把空压机产生的压缩空气作为动力，通过不断改变冲击器内的进气方向，实现活塞在气缸内的不断往复运动产生冲击功和冲击频率直接作用在钻头上，然后在通过钻机和钻杆的回转驱动，形成对岩石的脉动破碎，同时利用冲击器排出的压缩空气把岩粉携带出孔外的一种冲击回转方法。

1 气动潜孔锤技术优缺点气动潜孔锤是以压缩空气作为动力介质完成冲击回转钻进，具有空气洗井钻进的特点。

较之传统的硬质合金回转钻进有成倍的功效。

特别是在高寒地区进行基岩水文钻探作业，对于缩短辅助时间、降低成本具有明显效果。

近年来在我国被广泛应用于采矿业凿井和基础工程等各个领域。

1．1 气动潜孔锤钻进的优点1.1.1 钻进效率高，成井周期短。

实践证明，气动潜孔锤钻进比液动潜孔锤钻进效率可提高2～5倍；比硬质合金回转钻进效率提高3～l0倍。

效率提高的原因是：单次冲击功大，无液柱压力；排渣风速高，孔底干净，无二次破碎，改善了孔底碎岩条件；成井后可直接下泵抽水，无需洗井，减少了洗井工序。

1.1.2 钻探成本低。

气动潜孔锤钻进配用的球齿硬质合金钻头在坚硬破碎岩石中钻进，既有利于破岩，又比普通硬质合金钻头寿命高；该工艺是用空气作为循环介质，施工中只需要极少量的生产用水，在干旱缺少水源的施工现场，可节省生产用水费用，又避免了供水系统的维护和设备运行，特别是在寒冷的冬季施工，大大缩短了辅助时间，降低了运行成本。

1.1.3 钻孔垂直度有保证。

气动潜孔锤钻进转速低，离心力小，钻具对孔壁的撞击机会小，此外这种钻进方法是以高频对孔底进行冲击，减小了对破碎或倾斜地层产生孔斜的影响，从而可提高钻孔的垂直度，一般孔斜度≤0.50/100m，同时也可减少孔壁岩石坍塌。

空气潜孔锤技术在矿山充填钻孔应用中常见问题及处理措施浅析作者：许青海白宝云王宁来源：《青海国土经略》 2020年第3期许青海白宝云王宁（青海省核工业放射性地质勘查院，青海西宁810000）摘要：本文通过对在充填工程中空气潜孔锤钻进技术的关键技术点进行剖析,从合理选择空压机和冲击器的选择，优化选择钻进技术参数入手，确保空气潜孔锤钻进技术的正确使用，同时对在具体施工过程中常见的制约因素、从机理方面入手进行分析，提出合理化的技术措施，使潜孔锤钻进技术在实际应用中得到了极大的扩展。

关键词：充填孔；空气潜孔锤；防斜；排粉；孔壁失衡充填钻孔是一种要求高垂直度的大口径钻孔施工，在施工方法中有多种方式进行，目前主要采用的是两大类型钻进方式，一类是泥浆护壁、牙轮钻头+钻铤的钻具组合进行钻进，另一类是以空气或泡沫为循环介质，空气潜孔锤为主的钻具组合进行钻进。

两类钻进方式各有优缺点，第一类钻进方式适用范围广，能够有效地控制孔内压力和孔壁稳定，但其钻进效率受其切削方式的影响，钻进速度低下；第二类钻进方式钻进效率高，孔斜控制有力，但因其循环介质是空气和泡沫，对孔内压力和孔壁稳定不能进行有效的平衡，从而适用的地层较少。

在充填孔这类钻孔施工过程中，为了在规定的时间段内，达到钻孔垂直度的高标准要求，就需要对所采用的钻进方法进行优化组合，最大效率地发挥其优势，采取不同的技术措施改变其劣势，才能达到高质量高效率的项目任务。

青海省核工业放射性地质勘查院在新疆哈密地区铜镍矿区充填钻孔施工中主要采用了空气潜孔锤钻进工艺，通过实践，对空气潜孔锤钻进工艺在充填钻孔施工通过几个关键技术点进行过程控制，达到了工艺最优化组合，最终完成工程高效高质量的目的。

1 空气潜孔锤施工工艺的技术关键点分析空气潜孔锤钻进技术利用压缩空气做为动力，达到充填孔施工过程中的碎岩、排粉、冷却钻头目的，在使用过程中技术发挥到最优状态主要表现在以下三个技术关键点上：首先是正确选择适应地层的设备和器具；其次是使用过程中采用正确的钻进参数让空气潜孔锤达到最佳的应用状态；最后是在一些特殊地层中进行辅助技术应用，从而使之达到最优化的应用和最大的使用范围。

空气潜孔锤在灰岩地区水文凿井工程应用中应关注的几个问题【摘要】空气潜孔锤钻探工艺在云南抗旱救灾地下找水打井工程中的广泛应用，大大缩短了工期，为云南抗旱救灾地下找水打井工程赢得了宝贵时间。

文章主要对空气潜孔锤凿井施工中遇到的工程问题及解决方法进行了探讨。

【关键词】空气潜孔锤；灰岩；凿井；施工0.引言地下水的开发利用尤其是基岩水井钻凿，是人类可持续发展的重要内容之一。

空气潜孔锤钻凿基岩水井是国际上常规钻井方法，但技术和工艺上仍存在不足。

其是以压缩空气作为动力来破碎岩石，作为循环介质来洗孔、冷却钻头，将岩屑从孔底带出孔外的钻进方法。

它有以下特点：①钻进效率高。

产生的主要原因一是纯钻时间比率高，这是由于不需要提钻取芯，减少了频繁上下钻的时间。

二是钻孔内无液柱的静压力，使钻头下的岩石在地层的“反压差”效应作用下以最大限度释放残余应力，岩屑呈“爆裂”的形式崩离岩体，从而提高了破碎岩石的钻进效率。

同时，由于空气本身粘度小，又以高速吹洗孔底，使孔底净化程度高，几乎没有重复破碎现象。

②能延长钻头使用寿命，一个钻头在灰岩中钻进可超过1000米，钻进过程中对地层几乎没有污染，不但避免反复洗井过程，减少工期，而且到含水层由于汽液混合排出，起到了洗井的作用，出水量相对较大。

③钻进过程中几乎用不到冲洗液，避免了在缺水地区施工对水的依赖，减少了水的浪费和对地层的污染。

④钻探成本低，大约为常规钻进费用的50%。

在干旱缺水地区，采用空气潜孔锤钻进工艺可以提高钻进效率、降低成本、缩短施工周期。

1.空气潜孔锤凿井应用由来从2009年9月到2012年5月，云南大旱已经持续了近3年之久，云南省遭受了百年未遇的严重旱灾。

为打赢抗旱救灾攻坚战，继2010年抗旱打井之后，云南省国土资源厅组织开展了地下找水探采井实证工作。

截止2012年2月底，仍在持续的干旱已造成全省13个州市，91个县市区631万人受灾。

我院为履行“地下找水，共保民生”的使命，特意购买了一套空气潜孔锤钻探设备加入到抗旱突击行动中，期望能发挥其优越性，共保民生，共抗灾害。

气动潜孔锤跟管钻进技术在钻孔桩施工中的应用摘要：以澳门地区实际工程为例，浅析气动潜孔锤跟管钻进技术原理及在钻孔桩施工中的应用。

关键词：跟管钻进技术气动潜孔锤钻孔桩The Application of Pneumatic DTH Hammer Drilling with Casing Technology in the Construction of Bored PilesYao suixi(China Civil Engineering Construction Corporation, Beijing 100038, China)AbstractExamples of actual construction projects in the Macau region, simple analysis of the application of pneumatic DTH hammer drilling with casing principle and technology in the construction of bored piles.KeywordsDrilling with Casing Technology , Pneumatic DTH hammer，Bored Piles1 引言气动潜孔锤跟管钻进成孔技术是多工艺空气钻进方法之一，广泛应用于地质勘探、水文钻井、滑坡防治、隧道及桥梁等工程领域。

近年来在城市建筑施工中亦多有应用，尤其适用于第四系冲击层地质的钻孔作业，具有钻进速度快、成孔率高、成孔深度大等优点。

2 气动潜孔锤跟管钻进成孔原理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。

跟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。

在不同地层中气动潜孔锤钻进技术探讨目录一、前言 (2)二、气动潜孔锤的工作原理 (2)三、气动潜孔锤的分类 (3)3.1 有阀式潜孔锤 (3)3.2 无阀式潜孔锤 (3)四、潜孔锤钻进工艺方法 (4)4.1 潜孔锤正循环钻进 (4)4.2 潜孔锤反循环钻进 (4)五、气动潜孔锤的钻进方法 (5)5.1 土层中气动潜孔锤的钻进方法 (5)5.2 卵砾石层中气动潜孔锤钻进方法 (5)5.3 硬岩地层和基岩地层中气动潜孔锤钻进方法 (5)5.4 复杂地层中气动潜孔锤钻进 (6)5.4.2 同步跟管钻进法 (7)5.4.3 贯通式气动潜孔锤反循环钻进法 (7)5.4.4 泡沫钻进法 (7)六、结语 (8)一、前言气动潜孔锤钻进广泛应用在露天开采和采石工作水井钻进、矿物勘探、桩孔钻进、现场勘察、岩层加固、桩墙钻进、地层锚固、特殊的地下钻进、地热孔钻进、通讯孔钻进、浅孔钻进、排水管和接地杆的安装等。

这样会遇到各种不同的地层情况。

二、气动潜孔锤的工作原理在气动潜孔锤钻进过程中，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源源不断的传递到钻头上，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。

在潜孔锤钻进的同时，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。

所以气动潜孔锤有较高的钻进效率。

气动潜孔锤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。

三、气动潜孔锤的分类气动潜孔锤按配气类别分为两大类：有阀式潜孔锤和无阀式潜孔锤。

气动潜孔锤施工注意事项
气动潜孔锤施工注意事项
1、开工前，必须认真阅读施工组织设计，了解井孔结构、地层情况、安全注意事项等。

2、严格按照施工设计的井孔结构选择冲击器和锤头、导正管、钻杆等。

3、连接冲击器和锤头、导正管、钻杆下入井内，并向钻具内注入100ml干净润滑油。

连接要紧密，不能漏气。

4、用高压管线连接空压机和钻机方钻杆，高压管线各连接处，要用9#钢丝绳作好安全绳，连接要牢固可靠。

5、启动空压机，等待空压机运行到加载状态时，打开送气阀，从方钻杆吹出高压管线内的异物，然后关闭送气阀，连接方钻杆和钻具，二次打开送气阀，向井内冲击器送气。

6、送气正常后，井内有空气或泡沫排出时，让钻具转动慢慢接触井底，然后逐渐加到规定钻压，正常钻进。

7、正常钻进时，要让人看好空压机气压，防止井内异常而憋坏空压机。

8、钻进加杆时，要提出方钻杆等井内吹出的岩粉减少时，关闭空压机送气阀，打开高压管线放气阀或扭开方钻杆，释放钻具和高压管线中的高压气体，然后加杆，再注入100ml干净润滑油，扭上方钻杆，关闭放气阀，打开送气阀送气，然后按第6条操作。

9、气动潜孔锤施工完毕后，必须打开放气阀和扭开方钻杆，放尽高压管线中的高压空气，在确保高压管线内没有高压空气时，放可拆卸高压管线接头。