潜孔锤工作原理

空气潜孔锤在复杂地层中的钻进【摘要】本文介绍了空气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】空气潜孔锤；钻进工艺；复杂地层1. 空气潜孔锤钻进的原理空气潜孔锤钻进的原理，是用地面的钻机通过钻杆对孔底施加压力和扭矩，用压缩空气驱动潜孔锤对岩石进行冲击碎岩，实现冲击回转钻进，同时利用压缩空气冷却钻头，并将孔底岩屑排出地表。

2. 复杂地层分类（1）钻进过程中，孔内经常出现各种复杂情况，如涌水、岩石破碎、孔壁坍塌、钻孔直径扩大或缩小等，使钻进工作不能正常进行，严重的会导致孔内事故，被迫停钻，甚至造成钻孔报废。

容易出现上述情况的地层称为复杂地层。

（2）在工程地质及水文地质钻探中，经常遇到的复杂地层主要有：粘土地层、破碎坍塌地层和卵砾石地层。

3. 在粘土地层中的钻进（1）粘土及粘土质页岩地层为高水敏性地层，岩石松软，吸水后膨胀，钻孔缩颈。

目前钻进此类地层，大多应用回转钻进的方法。

潜孔锤遇此类地层极易出现糊钻，形成泥包或泥环，以致造成卡埋钻事故。

通常岩芯钻探对付此类地层的方法为加入各种冲洗液添加剂，如水玻璃、PAM、PHP低固相泥浆等，意在采用优质泥浆护壁，以降低失水。

（2）实践表明：空气潜孔锤钻进粘土层时，进尺仍然很快，但为了避免缩颈造成的提钻困难，应采用减压钻进，且进尺一定深度后应反复上下串动钻具，进行扫孔，等粘土应力基本释放，不再缩颈为止。

若一旦发生因缩颈引起的提钻困难，则应采取以下措施：一是提钻，用动力头把钻具提到最高点；二是钻磨，让动力头带动钻具不停地转动；三是上下串动钻具，在原地转动约10分钟后，用动力头上下串动约1分钟。

为有效地解决或避免泥包和泥环，防止事故，期间应向孔内加入泡沫，因其比重小，含水少，润滑作用好，可有效地减少粘土对钻具的夹持作用。

4. 在破碎坍塌地层中的钻进（1）通常岩芯钻探中遇到破碎坍塌地层时，除减压钻进、适当降低转速外，着重从护壁材料入手，力图保持孔壁稳定。

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。

全套管护壁潜孔锤凿岩植桩施工工法全套管护壁潜孔锤凿岩植桩施工工法是一种在地下工程中使用的常见方法。

本文将从前言、工法特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例等方面进行详细介绍。

一、前言地下工程中的锤击钻孔法是一种高效、经济的地下施工方法，在不同地质条件下都有广泛应用。

全套管护壁潜孔锤凿岩植桩施工工法是一种补充改进的方法，可以解决一些传统方法难以应对的困难。

二、工法特点全套管护壁潜孔锤凿岩植桩施工工法具有如下特点：1. 应用范围广泛：适应于各种地质条件，包括岩石地层、软土地层和淤泥地层等。

2. 锤击能量大：通过使用潜孔锤，使得凿岩植桩的工作效率更高，能够应对各种复杂地层。

3. 施工质量高：全套管护壁可以有效保护孔壁，并确保施工过程中的稳定性和安全性。

4. 施工速度快：通过合理的施工工艺和机具设备，提高施工效率，缩短施工周期。

5. 成本控制好：较传统方法节约人工和材料费用，提高了经济效益。

三、适应范围全套管护壁潜孔锤凿岩植桩施工工法适用于以下地下工程项目：1. 建筑物基础工程2. 桥梁和隧道工程3. 地铁和地下车库工程4. 水利工程和环保工程5. 基坑支护和沉降控制工程四、工艺原理全套管护壁潜孔锤凿岩植桩施工工法的工艺原理主要包括以下几个方面：1. 潜孔锤工作原理：通过锤击方法传输能量，使钻头在地下岩石中切割并凿穿孔洞。

2. 全套管护壁原理：在孔洞中设置套管，保护孔壁不塌方，并增强桩身的承载能力。

3. 锤击鼓风原理：通过鼓风机提供的压力，使空气通过管道传输到潜孔锤，产生冲击力。

五、施工工艺全套管护壁潜孔锤凿岩植桩施工工艺包括以下几个阶段：1. 前期准备：包括现场勘察、设计施工图纸、计算桩身长度和直径等。

2. 桩基施工准备：包括潜孔锤和套管的安装、鼓风机的设置和管道连接等。

3. 凿岩植桩过程：通过潜孔锤和钻头进行凿岩，同时套管在孔洞中随钻同时下沉，形成桩身。

潜孔钻的钻眼原理
潜孔钻是一种地下开发技术，它利用潜孔钻机在岩石或地下地层中钻孔。

它的钻眼原理如下：
1. 钻头设计：潜孔钻使用一种特殊的钻头，通常由刚硬的合金制成。

钻头的设计取决于目标地层的性质和钻孔的目的。

2. 注浆系统：在潜孔钻过程中，注浆系统迅速将泥浆或液态混凝土注入钻孔中。

这种注浆作用有几个目的：首先，它可以冷却钻头并带走钻屑；其次，它可以稳定钻孔并防止孔壁塌方；最后，它还可以提供对岩土层的支撑。

3. 高速旋转：潜孔钻机通常会以高速旋转的方式进行钻孔。

通过这种方式，钻头的切削齿轮可以有效地破碎岩石或地层，并将钻屑推到孔底。

4. 提升钻屑：当钻头切削岩石和地层时，注浆系统将注入的液体带走钻屑，并通过钻杆将其带回地面。

5. 钻杆系统：潜孔钻机使用钻杆将钻头连接到地面的钻机。

钻杆由若干个管道构成，它们负责传递旋转和推力到钻头，并将钻屑和注浆物质带回地面。

总的来说，潜孔钻的钻眼原理是通过高速旋转的钻头切削岩石和地层，并通过注浆系统稳定钻孔、冷却钻头和带走钻屑。

同时，通过钻杆系统将推力和旋转力传
递到钻头，并将钻屑和注浆物质带回地面。

这种原理使得潜孔钻能够在地下进行高效的钻孔作业。

潜孔钻工作原理
潜孔钻是一种利用气体或液体作为驱动力，在地下进行钻探工作的装置。

其工作原理可以简单描述如下：
1. 钻杆传动：潜孔钻主要由钻杆、钻头和钻具组成。

当供给气体或液体通过管道进入钻杆时，通过钻杆的传动，将动力传递至钻头。

2. 钻头旋转：通过钻杆传动，钻头会进行旋转，使其具有钻进地下的能力。

钻头一般采用钻头锥或刀齿形状，以便在地层中形成孔洞。

3. 钻头冲击：除了旋转外，钻头还具有冲击地层的能力。

钻头下部通常装有锤击装置，可以产生冲击作用。

这对于破碎地层、提高钻进效率非常重要。

4. 排出钻屑：在钻进过程中，产生大量的钻屑。

为了保证钻进顺利进行，需要将钻屑及时排出。

一般采用泥浆循环系统，将泥浆注入钻杆内，通过钻杆内的空隙，进入钻头下部，将钻屑冲出孔外。

总的来说，潜孔钻工作原理就是通过气体或液体提供动力，使钻头旋转和冲击地层，从而形成孔洞，并将钻屑排出。

这种工作原理能够满足地下钻探的需求，广泛应用于矿山勘探、地质调查和工程施工等领域。

潜孔钻机工作原理
潜孔钻机是一种用于钻取土壤或岩石的土质钻机。

它在土壤表层使用强力推动器进行水平推进，同时利用旋转机构带动下部的钻杆进行旋转钻进。

这种钻机能够实现不断钻进、提取土样和回收泥浆的功能。

潜孔钻机主要由推进器、旋转机构、钻杆和钻头组成。

推进器通过大量的冲击力将机器推进到地下，并负责外部环境的封闭。

旋转机构通过传动装置使钻杆和钻头发生旋转，从而实现土壤或岩石的钻进。

钻杆通过连接螺纹使得钻头能够连续向下或向上移动。

钻头在旋转的同时，依靠锋利的切削工具的作用将土壤或岩石削碎，并将其细小颗粒吹除。

潜孔钻机的工作过程为：首先，潜孔钻机通过强力推进器将钻机推进到需要钻取的位置。

然后，通过旋转机构带动钻杆和钻头进行旋转钻进，同时循环注入泥浆帮助排出土壤或岩石碎屑并降低钻头的温度。

钻杆进行钻进的同时，通过连接螺纹不断延长钻孔。

当需要取样时，钻杆停止旋转，然后通过顶杆和提升机构将土样提取至地面。

疏松的土样通过设计在钻杆上的取样器收集，在地面上进行进一步的分析。

潜孔钻机的工作原理是通过推进器进行地下推进，并通过旋转机构带动钻杆的旋转钻进，从而实现对土壤或岩石的钻取。

不同的钻杆和钻头可以根据需要进行更换，以适应不同地质环境的钻探需要。

该机器在地质勘探、建筑施工以及矿业等领域具有广泛的应用。

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。

潜孔冲击器的工作原理
潜孔冲击器是一种利用爆炸气泡破裂产生的潜动波来进行爆炸破岩的工具。

其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 岩体预处理：首先，需要在岩体中预先钻孔，形成潜孔，并在潜孔中安装好潜孔冲击器。

2. 导爆管填充：将导爆管填充好炸药，通常使用炸药芯棒作为填充物。

3. 爆炸燃烧：当潜孔冲击器的导爆管受到电火花或其他信号触发时，导爆管中的炸药被引爆，产生高温高压气体。

4. 潜动波产生：由于炸药的燃烧，导爆管内的气体迅速升温膨胀，形成爆炸气泡。

当爆炸气泡增大到一定程度时，由于内外压力差异，爆炸气泡迅速破裂，产生剧烈的潜动波。

5. 潜动波传播：潜动波从爆破点向四周快速传播，进一步破坏周围的岩石。

6. 岩石破裂：潜动波持续传播，通过冲击、压力等效应，使周围的岩石发生破碎、剥离等破坏作用。

总的来说，潜孔冲击器通过爆炸气泡破裂产生的潜动波来进行爆破作业。

这种方法具有爆破作用范围大、破岩效果好等优点，广泛应用于矿山、隧道等岩石工程中。

潜孔钻机的基本组成与工作原理潜孔钻机是一种用于在地下进行钻探的设备。

它由多个部件组成，包括钻井机头、矿车、开孔架、液压系统、电气系统和控制系统。

工作原理是通过钻机头在地下打开矿孔，然后将岩屑从孔内取出以便进一步分析。

1.钻井机头：钻井机头是潜孔钻机的核心部件，用于在地下钻取孔洞。

它通常由钢铁制成，具有足够的强度和硬度以应对复杂的地质条件。

钻井机头通常由几个组件组成，包括钻杆、钻头和液压锤。

钻杆通过旋转和锤击来将钻头推进地下。

2.矿车：矿车是潜孔钻机的运输设备，用于在地下将岩屑从孔内取出。

它通常由钢铁制成，具有足够的强度和耐磨性。

矿车通常由几个组件组成，包括车体、转向装置和输送带。

矿车通过转向装置控制方向，并通过输送带将岩屑从孔内取出。

3.开孔架：开孔架是潜孔钻机的支撑装置，用于稳定钻井机头和矿车。

它通常由钢铁制成，具有足够的强度和稳定性。

开孔架通常由几个组件组成，包括主架、支架和固定装置。

开孔架通过固定装置将钻井机头和矿车固定在地下，以确保稳定性。

4.液压系统：液压系统是潜孔钻机的动力源，用于提供钻井机头和矿车的动力。

它通常由油泵、油缸、切换阀和液压油箱等组件组成。

液压系统通过油泵将液压油送入油缸，控制钻井机头和矿车的运动。

5.电气系统：电气系统是潜孔钻机的电力源和控制装置，用于控制潜孔钻机的运作。

它通常由发电装置、电缆、调速器和控制盘等组件组成。

电气系统通过发电装置提供电力，并通过控制盘控制潜孔钻机的运动。

6.控制系统：控制系统是潜孔钻机的智能装置，用于监测和控制潜孔钻机的运作。

它通常由传感器、控制器、显示屏和通信装置等组件组成。

控制系统通过传感器监测潜孔钻机的运行状态，并通过控制器控制液压系统和电气系统的运作。

1.安装潜孔钻机：将潜孔钻机安装在地下的开孔架上，确保稳定性和安全性。

2.下钻井杆：通过液压系统控制钻井机头下钻井杆，将钻头推入地下并旋转。

3.打开矿孔：通过液压锤控制钻井机头在地下打开矿孔，将岩屑从孔内取出。