空气潜孔冲击器钻进技术参数
时间：2012-09-10 阅读：2907
空气潜孔冲击器钻进技术不同于普通的切削与研磨原理。它是将压缩机产生的压缩空气的能量通过空气潜孔冲击器这个能量转换装置，对需要破碎的岩石产生高频的冲击能量，当这个能量（冲击功）达到岩石的临界破碎功时，便产生体积破碎，同时工作后的气体在一定的风速条件下将岩石颗粒排出孔外以实现钻进的目的。潜孔钻钻进的操作技术虽然简单，但是没有科学和熟练的操作，不可能取得理想的钻进效果，有时还可能发生麻烦。因此，合理的选用钻进技术参数如钻压、风压、风量和转速是取得理想钻进效果的基本条件。
一、钻压
空气潜孔冲击器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，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，钻压过大，将会增大回转阻力和使钻头早期磨损。
对于潜孔冲击器全面钻进，一般认为单位直径的压力值在30～90kg/cm，而对于潜孔冲击器取心钻进，压力*值可查资料较少，据中国地质大学对空气潜孔冲击器取心钻进的压力*值，在软至中硬岩层为78～199N/㎝2，据成都水文队试验资料通过钻压计算，在软至中硬岩层一般多为2.94～4.9KN，即单位面积上的钻压为41～68N/㎝2。但笔者认为，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*的钻进效果，还要zui大限度地减少钻具及钻头的磨损。
二、转速
转速的高低主要和冲击器的冲击频率，规格大小以及钻岩的物理机械性质有关。一般转速选用每分钟20转左右为好，转速过高会造成钻头的严惩磨损和钻进效率的降低，由于气功潜孔冲击器进是以冲击碎岩的，回转速度为改变钻头合金的冲击破岩位置，避免重复破碎，因此，合理的转速应保证在*的冲击间隔范围之内。
*冲击间隔的确定，多采用两次冲击间隔的转角表示，转速与冲击频率和*转角的关系式如下：
A=n 260/f （度）
式中： A ——— *转角（度）
N ------------ 钻具转速 （r / min）
f -------------冲击频率 （次/min）
美国水井学会（N?W?W?A）康伯尔认为在硬岩中两次冲击之间的*转角为11°，因而主张钻机立轴转速在18～30r/min。而笔者在多年的施工过程中，通过对各种地层及潜孔冲击器钻进的不同钻进试验应用，认为钻速选择在20～50转/分是比较合理的，对于硬岩层选用低转速，对于软岩层选用较高转速。
三、空气压力
潜孔冲击器的冲击频率和冲击功都与空气压力有关，空气压力是决定冲击功的重要因素，因而也是影响机械钻速的主要参数，从国内外大量资料证料，机械钻速的提高和空气压力的提高是成正比关系。例如：空气压力从0.6Mpa提高至1.03Mpa时，钻进速度可提高一倍，见下图。
空气压力除满足潜孔冲击器工作压力外，还应克服管道压力损失，孔内压力降、潜孔冲击器压降外，尚须在有水情况下克服水柱压力，才能正常工作。
P=Q2＋Pm＋P冲击器＋P水
式中：P --------空气压力 Mpa
Q2------每米干孔的压力降（一般为0.0015Mpa/m）
L--------钻杆柱长度（m）
Pm------管道压力损失（Pm=0.1～0.3Mpa）
P冲击器-----潜孔冲击器压力降 Mpa
P水------钻孔内水柱压力
从上式可以看出在无水条件下，钻时深度增加，空压压力越大，钻进深度越大。
四、空气量
空气钻进中空气清耗量是根据气动潜孔冲击器的性能参数（耗气量）及为清除孔内岩屑的zui低上返速度而确定。
根据文献资料*，为保持清除和携带孔底岩屑的钻孔环隙，上返速度，取心钻进成，上返速度V=10～15m/s，全面钻进时V=20～25m/s，为满足上述要求对空气量的计算，一般采用下式：
Q=47.1k1k2（D2－d2）V
式中：Q--------钻进时所需空气量m3/min
K1------孔深损耗系数，孔深100～200m以内取1.0～1.1
K2------孔内涌水时，风量增加系数，其值与涌水量有关，中等和入涌水量成K2=1.5
D-------钻孔直径（m）
D-------钻孔直径（m）
d--------钻杆外径
V--------环状间隙气流上返速度
总之，钻进技术参数的选择应考虑到岩石的机械特性，冲击器的性能，钻孔深度，孔内水柱压力，钻孔口径等诸多因素，在取得*的钻速同时，避免更多的动力及成本消耗。