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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。
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。
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。
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。
空气潜孔锤钻进技术空气潜孔锤钻进是属于空气钻进技术的一个分支。
它是把压缩空气即作为冲洗介质，又作为碎岩能量的一种冲击回转方法。
干旱缺水地区钻探施工用水困难，空气钻进也就成为钻探首选的方法。
目前国内应用较为广泛的有空气潜孔锤钻进、空气泡沫潜孔锤钻进等。
其主要特点是：(1)提高了返渣速度，钻进速率快。
(2)在钻进的过程中，井孔内比较干净,含水（气）层不易被钻井液堵塞，水量观测直观。
(3)在钻进过程中，不需使用泥浆泵，无需花费大量的时间去保养泥浆泵。
(4)钻头寿命延长。
(5)钻进受气候影响小。
传统的泥浆钻进工艺受气候的影响较大，特别是到了寒冷的冬季，由于泥浆冲洗液容易结冰，不能正常在野外施工；潜孔锤钻进工艺由于使用的循环介质为高压空气流，受气候影响较小，在冬季也可以进行施工(6)钻进所需压力小、转速低、不需使用扶正器①钻进所需的压力较小(9.8—25千牛)，具体要视所使用的锤头尺寸与地层硬度而定。
②潜孔锤钻进，由于其采用冲击与回转联合破碎岩石的机理，钻进压力小，有利于保持钻孔垂直。
③钻进用扭矩比泥浆牙轮钻进要小的多，回转转速也很低，一般为20—30转/分，降低了断钻杆事故的发生。
④潜孔锤钻进不需要大量的水制作泥浆冲洗液，这对干旱缺水的基岩山区尤为重要，可节约远距离拉水所需的费用、时间。
空气潜孔锤钻进所需要的配套设备有：1.钻机2.空压机（增压机）3.高压管汇4.空气潜孔锤5.孔口密封装置6.注油器7.注水泵8.空气锤拆卸工具（液压卸扣钳）。
连接的方式如图所示。
案例：在2007年，三仁宝业在四川达州普光气田引进美国NUMA气动潜孔锤，创造了中国空气钻井速度之最—日进尺437米，并且创造了单个普通空气钻头使用1130米的进尺记录。
钻机全液压动力头钻机与转盘钻机比较：•动力头转动，不需要方钻杆，每根钻杆都可以做为主动钻杆。
提高加杆速度。
•钻进过程中转速可以随意调节。
•钻井参数可以准确控制。
•可以边钻边提，有效防止卡钻，方便处理钻进过程中的事故。
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。
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。
