【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 及 nCK C ????2 （元） C — 鉆探設(shè)備包括液動(dòng)沖擊器及附屬裝置等的平衡表價(jià)格（元）； n? 及 n? 為原用和采用液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆技術(shù)的鉆探設(shè)備數(shù)量： cKVTWn201?‘ (1— 3) cKVTWn201?‘’ (1— 4) 式中： 1W — 鉆探工作量（ m） 0T — 一年總時(shí)間（臺(tái)班）。無(wú)星期天的全天工作制時(shí)，地表鉆為 8 （臺(tái)班）；而地下鉆和海拔 2300m 以上的地表鉆為 1440（臺(tái)班）； 21 VV及 — 推廣前及推廣后的臺(tái)班效率（ m/臺(tái)班）； cK — 設(shè)備利用系數(shù)，取作 ~~。 前式中之 fC 為采用液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆時(shí)附加的流動(dòng)資金費(fèi)用。 第二章 液動(dòng)沖擊器 2． 1 沖擊器的種類(lèi) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)的分類(lèi)，一般以采用的潛孔式?jīng)_擊器 (或振動(dòng)獲 )之結(jié)構(gòu)或性能特點(diǎn)區(qū)分。 就沖擊器的性能而言，近年來(lái)出現(xiàn)了兩種不同的沖擊器，一種是沖擊頻率較高達(dá)到 42HZ 以上的高頻外擊器，但沖擊功則較小，一般在 9． 81J左右。利用這樣的沖擊器來(lái)實(shí)現(xiàn)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，由于破碎巖石主要是回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方式，而沖擊作用則是次要的，這樣的鉆進(jìn)方式稱之為回轉(zhuǎn) — 沖擊鉆。其使 用的鉆頭主要是金則石鉆頭，其次才是硬質(zhì)合金鉆頭。另外一種是所謂低頻沖擊器，其性質(zhì)特點(diǎn)是沖擊頻率較低，征 42HZ 以下，而沖擊功則較高 (達(dá) 29— 78J)，利用這樣的沖擊器來(lái)實(shí)現(xiàn)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，由于破碎巖石主要是依據(jù)沖擊作用，而回轉(zhuǎn)作用僅僅是將鉆頭刃移動(dòng)一個(gè)適當(dāng)?shù)拈g距，這樣的鉆進(jìn)方式則稱之為沖擊 — 回轉(zhuǎn)鉆。使用的鉆頭則主要是硬質(zhì)合金鉆頭。這樣的區(qū)分主要以碎巖的機(jī)理而言，所以現(xiàn)在通常所謂的沖擊回轉(zhuǎn)鉆乃是一種通稱。 就沖擊器的結(jié)構(gòu)而言，其分類(lèi)械述如下 一、液動(dòng)沖擊器 此類(lèi)沖擊器是目前最為成功的一種典型產(chǎn)品。其基本作用原 理是利用 9 泵供給的液能，直接迫使沖擊錘形成上下往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，并連續(xù)不斷的對(duì)鉆頭造成沖擊。利用現(xiàn)有泥漿泵所容許的泵壓 (例如 — 5． 8MPa)可以基本滿足 600 一 800m 深的地質(zhì)勘探鉆孔，所以這是目前運(yùn)用最為廣泛的一種液動(dòng)沖擊器。按照沖擊錘工作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)力學(xué)又可以分為以下三個(gè)類(lèi)型： 1．正作用式液動(dòng)沖擊器 利用泥漿系輸送的高壓液流做為能源，推動(dòng)沖擊錘下行沖擊鐵砧，而沖錘的回程則靠復(fù)位彈簧的作用而實(shí)現(xiàn)。目前國(guó)外最為成功的如蘇聯(lián)Г — 76， Г— 59 以及 Г?！?5 和 Г?！?6 型沖擊器；美國(guó)的如羅、巴辛蓋爾式等。我國(guó)比較成 功的如 YZ 型 ZF 型及 TK 型等。 2．雙作用式液動(dòng)沖擊器 其特點(diǎn)是沖擊錘的工作行程和沖擊錘的回程均由泵供給的液流能量實(shí)現(xiàn)。此種類(lèi)型的液動(dòng)沖擊器在國(guó)外成功的例子很少，而從七十年代開(kāi)始，我國(guó)對(duì)此種沖擊器的研制工作取得了很大的成功。其中又可分為兩種： (1)射流式波動(dòng)沖擊器 它是利用一個(gè)典型的雙穩(wěn)射流元件將液流連續(xù)不斷地分配到活塞的上端或下端，從而迫使沖擊錘實(shí)現(xiàn)沖擊行程和回程。此種沖擊器最為成功的例子是 SC— 89 型和 JSC— 75 型射流式?jīng)_擊器等。 （ 2）閥式雙作用液動(dòng)沖擊器 我國(guó)從 1971 年開(kāi)始大量研制，比較 好的結(jié)構(gòu)如地質(zhì)礦產(chǎn)部的遼寧 — 54 型、 YS 系列無(wú)彈簧式以及核工業(yè)部的 YE 型等。蘇聯(lián)也設(shè)計(jì)了一些試驗(yàn)性的結(jié)構(gòu)。 雙作用式液動(dòng)沖擊器除了上述兩種類(lèi)型外，近年來(lái)還出現(xiàn)了一種氣液混合的雙作用沖擊器，例如日本利根公司的 WH— 120N 型。 反作用式液動(dòng)沖擊器 其結(jié)構(gòu)原理恰好與正作用式液動(dòng)沖擊器相反。它是利用泵供給的液流能量推動(dòng)沖擊錘上行，同時(shí)壓縮彈簧而儲(chǔ)存能量；沖擊錘在工作行程開(kāi)始時(shí)是據(jù)沖擊程的重量和彈簧釋放的能量對(duì)鉆頭實(shí)現(xiàn)沖擊。美國(guó)海灣石油公司設(shè)計(jì)的反作用式液動(dòng)沖擊器就是其中之一。 4．繩索取心式波動(dòng)沖擊器 國(guó) 內(nèi)和國(guó)外目前在地質(zhì)礦山鉆探中普遍推 10 廣的繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)均為采用金剛石鉆頭的回轉(zhuǎn)鉆。當(dāng)遇到堅(jiān)硬致密的巖石時(shí)有的會(huì)造成金剛石鉆頭的“打滑”現(xiàn)象，鉆進(jìn)效率很低，有時(shí)甚至不能進(jìn)尺。這種現(xiàn)象鉆孔很深時(shí)，其矛盾尤為明顯，從而使繩索取心鉆探的優(yōu)勢(shì)受到很大的限制。近年來(lái)國(guó)內(nèi)和國(guó)外 (主要是蘇聯(lián) )對(duì)發(fā)展繩索取心鈾探與液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆探相結(jié)合的繩索取心液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)給予了很大的重視。其核心技術(shù)就是發(fā)展可以從繩索取心鉆桿中能夠和取心器 — 巖心容納管用鋼絲繩和打撈器升降自如的繩索取心式液動(dòng)沖擊器。我國(guó)正在研制和試驗(yàn)小的繩索取心式液 動(dòng)沖擊器有冶金工業(yè)部探礦研究所研制的TK— 605 型和地質(zhì)礦產(chǎn)部的 S75C 及 S59C 型等。其中 TK— 60S 型已于 1984年通過(guò)技術(shù)鑒定。蘇聯(lián)地質(zhì)部也于 1985 年開(kāi)始生產(chǎn) ССГ— 76 型繩索取心式液動(dòng)沖擊器。 實(shí)踐證明，繩索取心式液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆可比繩索取心鉆提高鉆進(jìn)速度，延長(zhǎng)提鉆周期和提高回次進(jìn)尺長(zhǎng)度。這是一種很有前途很現(xiàn)實(shí)的新技術(shù)。 由于繩索取心式的沖擊器目前主要是液動(dòng)沖擊器?？梢允钦饔檬?、各種雙作用式等。 二 鉆桿傳動(dòng)沖擊器。 美國(guó)和蘇聯(lián)都曾對(duì)此種結(jié)構(gòu)的沖擊器進(jìn)行過(guò)研究。狀沖擊錘 3 在鉆桿回轉(zhuǎn)時(shí)借助于彈簧 1 支 撐在孔壁上而不能回轉(zhuǎn)，當(dāng)鉆桿回轉(zhuǎn)，巖心管上端的齒狀凸緣迫使沖擊錘 3 上行，而當(dāng)上行到達(dá)凸圓齒的頂端時(shí)沖擊錘 3 落下而沖擊巖心管， 2 為具有花鍵的聯(lián)動(dòng)接頭。鉆桿每轉(zhuǎn)動(dòng)一周則可造成與凸齒齒數(shù)相同的沖擊次數(shù)。在 1976 一 1979 年問(wèn)我國(guó)甘肅、四川地礦局均曾對(duì)與此類(lèi)似的結(jié)構(gòu)進(jìn)行過(guò)研究。但至今在國(guó)內(nèi)外還均未得到運(yùn)用，共主要原因是它傳遞的能量很有限，而從支撐在孔壁上的彈簧或其他制動(dòng)裝置不靠。盡管有人曾設(shè)計(jì)了液壓式和具有反向旋轉(zhuǎn)制動(dòng)的水力裝置，但均未能成功的得到運(yùn)用。 11 三、回轉(zhuǎn)器傳動(dòng)沖擊器 這是一種利用波動(dòng)蝸輪或類(lèi)似原理的 液力旋轉(zhuǎn)式機(jī)構(gòu)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸及錐形齒輪和成組的同步偏心機(jī)構(gòu)造成對(duì)鉆頭連續(xù)沖擊或振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。 液動(dòng)蝸輪沖擊器液流經(jīng)蝸輪機(jī)構(gòu) 1 而迫使錐齒 2 旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)曲柄 3 作縱向高速回轉(zhuǎn)。曲柄 3 將上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)彈簧 連桿 5 及沖擊錘 7 而對(duì)孔底形成連續(xù)不斷的沖擊，鉆頭的回轉(zhuǎn)則仍由地面鉆機(jī)通過(guò)鉆桿傳動(dòng)其外殼和鉆頭而實(shí)現(xiàn)。 美國(guó)的一種利用一種類(lèi)似多級(jí)的蝸輪 2，帶動(dòng)一組 24 對(duì)同步的偏心體而形成對(duì)孔底鉆頭的高速?zèng)_擊，這些偏心體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)仍然是利用一對(duì)錐形齒輪 3 來(lái)實(shí)現(xiàn)，離合器 1 是一組花鍵連接機(jī)構(gòu)，共目的是允許沖擊器做軸向運(yùn)動(dòng)并 且又能傳遞鉆桿的扭矩以便同時(shí)形成鉆頭的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的 ГВ3 型蝸輪沖擊器。外徑 260mm．水平軸上的偏心體 3，其殼腔之一半充填以鎢之碎塊，碎塊間則以鉛充填，因而形成了一個(gè)比重約為 14g／ cm 的偏心塊，而殼腔的另一半則充滿沖洗液，形成一個(gè)液力減阻器以減少旋轉(zhuǎn)時(shí)的阻力。高速回轉(zhuǎn)的偏心體就是沖擊能的來(lái)源。孔底給進(jìn)器 1 的目的是使鉆頭具有相當(dāng)?shù)恼穹?，同時(shí)也可以避免鉆桿激烈振動(dòng)。此種結(jié)構(gòu)的沖擊器曾進(jìn)行過(guò)鉆孔試驗(yàn)，但缺點(diǎn)甚大而末成功。 所有的液力回轉(zhuǎn)器傳動(dòng)的沖擊器，其主要缺點(diǎn)是各種型式蝸輪機(jī)的傳遞功率不足，而且效率 低，若設(shè)計(jì)成多級(jí)高速的蝸輪機(jī)構(gòu)則又過(guò)于復(fù)雜，而且又不可能承受長(zhǎng)時(shí)間的劇烈振動(dòng)。有效而成功的結(jié)構(gòu)尚待進(jìn)一步研究。 四、電動(dòng)沖擊器 電動(dòng)沖擊器可以利用直徑較小而軸向尺寸較大的潛孔式電動(dòng)機(jī)取代前述回轉(zhuǎn)器傳動(dòng)沖擊器中的蝸輪機(jī)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)。我國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)部勘探技術(shù)研究所曾于六十年代初進(jìn)行過(guò)研究，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)論是設(shè)計(jì)制造和使用都有 12 困難。在英國(guó)和蘇聯(lián)曾設(shè)計(jì)研究過(guò)利用磁致伸縮原理的高頻振動(dòng)鉆，但有效能量很小，鉆進(jìn)巖石十分困難。國(guó)外有人也曾研究過(guò)電磁沖擊器。至今為止，電動(dòng)沖擊器在深孔中的應(yīng)用由于輸電系統(tǒng)，沖擊器的結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜而 沒(méi)有大的進(jìn)展。 五、風(fēng)動(dòng)沖擊器 (潛孔錘 ) 風(fēng)動(dòng)沖擊器是就是利用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)沖擊錘完成工作行程和實(shí)現(xiàn)沖擊錘的回程，因此也一種雙作用式的沖擊器。風(fēng)動(dòng)沖擊器亦稱潛孔錘。由于工作介質(zhì)為空氣，而空氣的阻力是液體的 1／ 830— 1／ 900，故在相同的沖錘重量，有效工作面積和沖程條件下其沖擊功和沖擊頻率均比液動(dòng)沖擊器為大。在鉆進(jìn)時(shí)壓縮空氣也就是沖孔介質(zhì)，故其鉆進(jìn)工藝和特點(diǎn)基本上與空氣吹井鉆進(jìn)相同。在淺孔、破碎漏失地層和缺水地區(qū)、永凍層等條件下鉆進(jìn)時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)尤為突出。 我國(guó)研制風(fēng)動(dòng)潛孔錘及其配套鉆機(jī)是從 1958 年開(kāi)始， 1964 年進(jìn)行了YQ— 150A 型鉆機(jī)的生產(chǎn)性試驗(yàn)，而從 1965 年開(kāi)始推廣，約有二十多年的歷史，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 可見(jiàn)采用風(fēng)動(dòng)沖擊器實(shí)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，其鉆進(jìn)效率很高，一般為沖擊鉆的 3— 5 倍，約為液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆的 1． 5— 3 倍。 風(fēng)動(dòng)沖擊器結(jié)構(gòu)類(lèi)似鑿巖機(jī)，但無(wú)轉(zhuǎn)殲機(jī)構(gòu)，碎巖工具的旋轉(zhuǎn)和液動(dòng)沖擊器一樣均由地面鉆機(jī)或轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)現(xiàn)。 風(fēng)動(dòng)沖擊器的基本原理：室 (配氣機(jī)構(gòu) )控制壓氣使之輪流進(jìn)入氣缸的上空或下空，以便推動(dòng)活塞 —— 沖擊錘，對(duì)砧 (鉆頭 )進(jìn)行沖擊或推動(dòng)沖出錘上行完成回程動(dòng)作。閥室由陰蓋 閥片 2 和閥座 3 組成。當(dāng)沖擊器不工 作時(shí)閥片 2 由于自重置于閥座 3 上，活塞 6 則停留在鉆頭 (砧 )7 上。工作時(shí)壓氣經(jīng)閥蓋 1 的進(jìn)氣孔①進(jìn)入閥室，經(jīng)進(jìn)氣孔②進(jìn)入氣缸壁上的進(jìn)氣道⑦及下室④。此時(shí)活塞被舉起，當(dāng)活塞上行接近上死點(diǎn)時(shí)閥片 2 由于下端壓力升 13 高而改變位置并關(guān)閉閥蓋的進(jìn)氣孔⑦，同時(shí)開(kāi)啟閥座上的進(jìn)氣孔⑧，此時(shí)壓氣進(jìn)入上空推動(dòng)活塞向下沖擊鉆頭。在活塞到達(dá)沖擊點(diǎn)后閥片又換向，壓氣重新進(jìn)入下室并開(kāi)始第二個(gè)工作循環(huán)。工作沖程時(shí)下空氣體經(jīng)排氣口②和氣缸壁上的排氣道⑥排出；回程時(shí)，上空氣體經(jīng)徘氣口⑦及⑧排出，所有排出的廢氣均經(jīng)過(guò)鉆頭到達(dá)孔底實(shí)現(xiàn)沖凈鉆孔的作用。 所 有風(fēng)動(dòng)沖擊器均沒(méi)有防止空打和潤(rùn)滑的裝置。 我國(guó)采礦工業(yè)常用的風(fēng)動(dòng)沖擊器目前多為 C— 150、 J— 200 及 w— 200等，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖可從有關(guān)文獻(xiàn)中查到。前兩種均為有閥式，風(fēng)壓較低。而 w1200 型則為無(wú)閥式，據(jù)文獻(xiàn)載，與有閥式?jīng)_擊器相比，耗氣量可節(jié)省30％左右。 近年我國(guó)又研制成功一種 CC80 型風(fēng)動(dòng)沖擊器，經(jīng)過(guò)鑒定認(rèn)為其性能達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。其最大的特點(diǎn)是直徑小，沖擊功較大，完全有可能在地質(zhì)鉆探中采用，同時(shí)所需氣壓僅 ，比較適應(yīng)于現(xiàn)有壓風(fēng)機(jī)的技術(shù)條件。 CC60 型沖擊器的主要性能參數(shù)為： 鉆孔直徑， mm 80 全 長(zhǎng)， mm 625 氣缸直徑， mm 50 活塞行程， mm 120 沖擊功 ， J 沖擊頻率， HZ ~21 耗氣量： min/3m