1、第五章沖擊回轉(zhuǎn)鉆進第一節(jié)概述鉆探工程以機械方式破碎巖石， 最早是采用沖擊鉆進方法 以后才發(fā)展到以回轉(zhuǎn)鉆進為主的鉆進方法。近幾十年來 鉆探工作者根據(jù)動載荷比靜壓載荷能夠更加有效破碎堅硬巖石的原理研制成功了沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術。一、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進的實質(zhì)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進是有機地綜合了沖擊鉆進(單次破碎巖石作用) 和回轉(zhuǎn)鉆進 (連續(xù)破碎巖石作用 )的一種鉆進方法。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進主要是指在回轉(zhuǎn)鉆進的基礎上，加人一個沖擊器以提高鉆進效率。在鉆頭上或巖心管上聯(lián)結(jié)一個專門的沖擊器，在鉆進中給鉆具以一定的軸向壓力和回轉(zhuǎn)運動，同時沖擊器給鉆具以一定頻率的沖擊能量，在沖擊和回轉(zhuǎn)共同作用下，鉆頭破碎巖石， 進行鉆進。它是在地面以

2、動力帶動全套鉆具進行回轉(zhuǎn)(并通過鉆具給鉆頭一定的軸向壓力)的同時，孔內(nèi)沖擊器以每分鐘幾百次至幾千次的頻率進行沖擊。此沖擊力通過巖心管或直接傳至鉆頭：鉆頭上同時作用兩種載荷，即回轉(zhuǎn)方向的回轉(zhuǎn)力和軸向方向的沖擊力。如圖0-1所示。所以稱為沖擊回轉(zhuǎn)鉆進。圖 0-1 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進與沖擊鉆進、回轉(zhuǎn)鉆進的碎巖比較示意圖a回轉(zhuǎn)鉆進； b沖擊鉆進； c沖擊回轉(zhuǎn)鉆進P 靜 軸向力； M回轉(zhuǎn)力； P 沖 沖擊力根據(jù)巖石破碎原理，在一定的軸向壓力下沖擊破碎巖石，巖石強度要降低50% 80%，所以上述沖擊回轉(zhuǎn)鉆進比鋼繩沖擊鉆進效率要高3 5倍。又由于沖擊器放置在孔底，沖擊能量直接施加在鉆頭上，能量損失較少， 因此它比

3、地表沖擊器的鉆進效率也要高許多。又由于在沖擊載荷作用下，堅硬巖石易于實現(xiàn)體積破碎過程，所以， 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進比一般的回轉(zhuǎn)鉆進，其效率也要高。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進提高鉆進效率的原因，歸納起來有下列幾點：(1) 沖擊載荷的特點是接觸應力瞬時可達極高值，應力比較集中。由于巖石的動硬度要比靜硬度小， 固易產(chǎn)生微裂紋。 并且沖擊速度愈大， 巖石脆性增大， 有利于裂隙發(fā)育， 因此，不大的沖擊功就可以破碎堅硬巖石，而靜壓入時則需要很大的力。(2) 切削刃的磨損減少。在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進中切削刃具磨損減少的原因有：沖擊破碎巖石時刃具與巖石的作用時間很短；體積破碎的摩擦系數(shù)低于表面破碎時的摩擦系數(shù)，而在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進中很容易達到

4、體積破碎；鉆速快，切削具的相對磨損就減少。(3) 在沖擊時巖石上還加有一定的軸向壓力，改善了沖擊能量的傳遞條件，增大了沖擊1效果。(4) 由于連續(xù)高頻地給巖石施加沖擊載荷，所以在碎巖過程中裂隙發(fā)育較完全，更有利于破碎較硬巖石。(5) 在沖擊中又有連續(xù)不斷的回轉(zhuǎn)切削作用，改變了沖擊載荷的傳遞方向，充分發(fā)揮了沖擊碎巖和切削碎巖的效果。二、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進的發(fā)展概況沖擊回轉(zhuǎn)鉆進的應用已有上百年的歷史。 早在 19世紀 60年代就有人進行了潛孔式?jīng)_擊器的試制工作。早期在法國研制過低頻液動沖擊器。后來，在原蘇聯(lián)和美國進行過“渦輪錘”和“渦輪振動鉆”的研究工作。20世紀 30年代發(fā)展了風動潛孔錘。到50、 6

5、0年代獲得了較為廣泛的應用。20世紀 40年代，原蘇聯(lián)葛莫夫研制了滑閥式正作用液動沖擊器，美國巴辛格爾也研制了活閥式正作用液動沖擊器。50年代美國的艾莫雷研制了活閥式及反作用沖擊器，到后期， 就出現(xiàn)了種類繁多的沖擊器。各類沖擊器一直發(fā)展到現(xiàn)在，都取得了較大的發(fā)展。原蘇聯(lián)在 1961 年開始成批生產(chǎn)一 3A型沖擊器，1962年開始大力推廣沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法。到 1963年已有 30個隊用此法鉆進。此后新沖擊器不斷出現(xiàn)，1964 年生產(chǎn)了使用泥漿的5A型沖擊器； 1965年生產(chǎn) 一 2小水量沖擊器； 1970年生產(chǎn) 7型小口徑?jīng)_擊器； 1973 年出現(xiàn)了 一76型小口徑?jīng)_擊器和 B 5型高頻沖擊器，

6、開始推廣金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進；1975年到 1976年成批生產(chǎn)口徑最小的KTC 一 59型、頻率更高的B一 6型沖擊器，與此同時，研制了用于各類地層的鉆頭和輔助設備和工具。例如，在一7和 一 9的基礎上改進的KC7 76和 KTC 一9 59型沖擊器，并帶有專用的碎巖和輔助工具，它在金屬礦中可鉆孔深達800 1200m。在 60年代中，原蘇聯(lián)將液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法用于常規(guī)口徑的硬質(zhì)合金鉆進和鋼粒鉆進中。70年代，原蘇聯(lián)則將這種鉆進方法應用到小口徑金剛石和硬質(zhì)合金鉆進中。這樣便進一步擴大了液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法的使用范圍。據(jù)初步統(tǒng)計，到1980 年已累計進尺 1000 104以上。原蘇聯(lián)采用液動沖擊

7、同轉(zhuǎn)鉆進定向鉆孔已試驗成功；并根據(jù)液動沖擊器的作用原理，設計制造出可以處理孔內(nèi)卡鉆事故的沖擊振動器；同時為了進一步提高鉆進效率，并研制出 C50型用于繩索取心鉆進的液動沖擊器裝置。此外，還大力發(fā)展了氣動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法。美國、法國、南非等國家也發(fā)展了沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法，并已將氣動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進視為現(xiàn)代各類巖土鉆鑿施工中快速而經(jīng)濟的方法。這些國家將該技術作為“多工藝綜合鉆進方法”的一部分，研制成功各類沖擊器；如美國的英格索爾蘭德(Ingersoll Rand)公司的 I R系列；法國的 A S S系列等，可與空氣循環(huán)介質(zhì)鉆進、繩索鉆進等配套使用。我國自 1958年開始研制沖擊回轉(zhuǎn)鉆具，許多單位在研制

8、沖擊器和沖擊回轉(zhuǎn)取心鉆進方面進行了許多工作，但后來研究中斷。從 1970年又開始進行研制，經(jīng)多年反復實踐，現(xiàn)已研制成功多種液動沖擊器。 沖擊器的結(jié)構(gòu)逐步趨于完善， 并初步摸索出有關設備配套， 管材規(guī)格，機械加工要求、鉆頭結(jié)構(gòu)類型、鉆進操作技術工藝及測試沖擊器性能等方面的經(jīng)驗。原地礦部在 “七五” 期間， 對沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術進行了全面的推廣工作，取得了良好的效果。到 1987年，據(jù)不完全統(tǒng)計，地礦、冶金、核工業(yè)三部僅液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進累計進尺已達130 104m。其中，金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進比重較大，已達 60%左右，其余為硬質(zhì)合金鉆進。到1993 年，我國在氣動、氣液混合、大口徑工程鉆探、繩索取心、

9、貫通式反循環(huán)連續(xù)取心等方面的沖擊器研制與使用， 都取得了可喜的進展， 在某些方面的研究成果， 顯示了我國的特色和同際領先水平。三、沖擊器的種類2目前國內(nèi)外所用的沖擊器，按其動力方式可分為下列四種：(一 )氣動式?jīng)_擊器以壓縮空氣作為動力工作介質(zhì)，驅(qū)動氣動沖擊器的沖錘產(chǎn)生沖擊作用。(二 )液動式?jīng)_擊器以高壓液流 (清水、泥漿或其它類型沖洗液 )作為動力工作介質(zhì)，推動液動沖擊器中的沖錘產(chǎn)生沖擊作用。(三 )液氣混合式?jīng)_擊器以高壓液流為主， 必要時輔以壓縮空氣， 用兩種動力工作介質(zhì)共同驅(qū)動沖擊器的沖錘產(chǎn)生沖擊作用；當前， 在地質(zhì)鉆探中，采用氣動式和液動式的沖擊器較多，采用液氣混合式的較少。機械式?jīng)_擊器

10、因其工作性能尚不能滿足鉆進要求，還處于研究試驗階段。液動式?jīng)_擊器又可分為“正作用”、“反作用”和“雙作用”三種類型。四、沖擊回轉(zhuǎn)鉆的應用范圍沖擊回轉(zhuǎn)鉆進除可以提高鉆速外， 又因所需軸向壓力較小， 轉(zhuǎn)速較低， 所以鉆孔不易彎曲，孔內(nèi)事故少，材料消耗低，因此，是當前一種現(xiàn)實可行的高效、優(yōu)質(zhì)、低消耗的鉆進方法。特別是在中等硬度以上的巖石中，其效率更為顯著。由于液動沖擊器的類型不斷增多，結(jié)構(gòu)不斷完善， 性能不斷提高， 磨料、鉆頭的品種不斷發(fā)展，以及相應的設備和輔助工具逐步配套，使沖擊回轉(zhuǎn)鉆的應用范圍愈加廣泛：(一 )可用不同的磨料來鉆進中硬、以及堅硬巖層從當前國內(nèi)外應用情況來看，以硬質(zhì)合金為磨料時。

11、最適用于鉆進粗顆粒不均質(zhì)的巖層，尤其是鉆進可鉆性為5 8級巖層時，效果更為突出。在硬巖層和堅硬巖層中，聚晶金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，均取得了較好的鉆進效果。據(jù)國內(nèi)外使用結(jié)果，金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進與金剛石回轉(zhuǎn)鉆進相比，機械鉆速提高了25% 100% ，回次進尺長度提高了10% 100% ，而且所鉆進的巖層愈硬，則提高的程度也愈顯著。如在可鉆性為 9 10級的矽化灰?guī)r中，機械鉆速可提高30%左右，而在可鉆性為12級的鐵質(zhì)碧玉巖中，則提高 102% 。我國河北某隊在可鉆性為 10級的石英巖中鉆進時， 金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進的小時效率比金剛石回轉(zhuǎn)鉆進提高了 107%。(二 )可鉆進裂隙發(fā)育及“打滑”巖層應用金剛石

12、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法，可鉆進裂隙比較發(fā)育的巖層及容易磨光金剛石的巖層(即所謂“打滑”巖層 )。由于某種原因，不能開高轉(zhuǎn)速進行金剛石回轉(zhuǎn)鉆進 (如孔內(nèi)漏水 )的地層以及極易產(chǎn)生鉆孔強烈彎曲地層中，應用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，都取得了較好的效果。(三 )鉆孔孔徑及鉆進孔深均可滿足地質(zhì)鉆探的一般要求目前采用液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法所施工的鉆孔直徑，由50mm直到 130mm，可根據(jù)需要進行選擇。鉆進孔深可達800 1000m。(四 )可鉆進定向鉆孔及采用繩索取心鉆進近年來， 國內(nèi)外采用液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法來鉆進定向孔以及進行繩索取心鉆進，都取得了十分滿意的效果。到 1990年，我國已開發(fā)了三個系列品種的繩索取心式?jīng)_擊

13、器，并用于金剛石的繩索取心鉆進“打滑” 巖層、硬脆碎易堵的巖層，提高了鉆進效率及回次進尺長度。(五 )可進行取心鉆進或無巖心鉆進沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法不僅可用于取心鉆進， 也可進行無巖心鉆進。 采用無巖心沖擊回轉(zhuǎn)鉆進時，可更進一步提高鉆進效率。(六 )用于反循環(huán)及各種工程勘察施工目前，各種貫通式及非貫通式液、氣動沖擊器。已廣泛用于水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆進、氣舉反循環(huán)連續(xù)取心鉆進中，并在巖心勘探、工程勘察施中得到應用。3沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法雖然應用日益廣泛，但尚須進一步完善和提高。應當進一步研究沖擊回轉(zhuǎn)鉆進的碎巖原理； 研究、沒計新型的沖擊器； 研制用于堅硬巖層的大沖擊功的沖擊器， 泥漿鉆進用的沖擊器等；

14、研究沖擊器的設計和計算方法； 設計適應沖擊回轉(zhuǎn)鉆進用的水泵及鉆機； 研究沖擊回轉(zhuǎn)鉆進用的鉆頭結(jié)構(gòu)、 硬合金的材質(zhì)和形狀及其鑲焊方法；制訂合理的鉆進工藝參數(shù)。第二節(jié)液動沖擊器結(jié)構(gòu)及作用原理一、“正作用”類型液動沖擊器(一 )“正作用”類型液動沖擊器原理“正作用” 沖擊器是以高壓液流推動活塞沖錘下行而進行沖擊， 而并借助彈簧力量使其恢復到原來位置。如圖 5-2所示。在沖擊器外管1中裝有活塞沖錘5，它懸座在沖錘彈簧 6上，迫使活塞頂端始終與活閥 4相接觸， 以封閉活塞沖錘 5的中間水路?；铋y 4支撐在活閥彈簧 3上，并能在導向器中上下移動。但它的移動范圍并不大，向下作用時，受到活閥座 2的限制；向上

15、作用時受到緩沖墊圈 8的限制。 鐵砧 7與巖心管、 鉆頭相連接， 組成一套粗徑鉆具。“正作用”液動沖擊器的工作過程如下：高壓液流流向活塞沖錘 5的頂部后，由于活閥 4 封閉著活塞沖錘 5的中間水路而截斷了液流通道。當不斷流入的高壓液流達到一定能量時， 便推動活塞沖錘5向下運動，使其碰撞鐵砧 7產(chǎn)生一次沖擊。在活塞沖錘 5向下運動進行沖擊的過程中， 同時，也壓縮沖錘彈簧 6，使它逐步儲存能量； 活閥 4由于受到活閥座 2 的限制，在活塞沖錘 5 下行后便互相脫開(不再接觸，失去封閉作用 )。液流開始沿活塞沖錘 5 的中間水路流向孔底； 活塞沖錘產(chǎn)生沖擊作用后， 因其頂部壓力降低，沖錘彈簧 6將所

16、儲存的能最釋放出來，把活塞沖錘推回到原來的位置處?；钊麤_錘 5上行至上死點與活閥 4接觸后，其中間水路又被封閉， 再次截斷高壓液流， 第二個周期便開始。以此反復進行便形成連續(xù)性的沖擊。(二 )“正作用”液動沖擊器的結(jié)構(gòu)特點從結(jié)構(gòu)方面進行分析， “正作用” 沖擊器具有下列特點：1、可利用高壓室中的巨大水錘能量做功；2、液流在沖擊器腔體內(nèi)的流動水路較通暢；3、液流的功率恢復較高；4、結(jié)構(gòu)簡單，便于使用和維修；5、沖擊器的工作性能比較穩(wěn)定可靠6、便于縮小直徑?！罢饔谩币簞記_擊器存在的主要問題是：當活塞沖錘圖 0-2 正作用沖擊器結(jié)構(gòu)原理示意圖1外管； 2活閥座； 3活閥彈簧；4活閥；5活塞沖錘；

17、6沖錘彈簧；7鐵砧； 8緩沖墊圈5向下運動進行沖擊時，沖錘彈4簧6的反作用力對其沖擊力的抵消較大。盡管如此， 由于它的有效作用力還是相當可觀的，而且結(jié)構(gòu)也比較簡單，所以目前仍把它作為繼續(xù)研究應用的主要類別之一。我國研制的 ZF 系列、 TK 系列、 YZ系列及原蘇聯(lián)的、 B系列沖擊器，均屬“正作用”類型的液動沖擊器。(三 )ZF 一 56型液動沖擊器現(xiàn)以 ZF一 56型液動沖擊器為例說明其結(jié)構(gòu)、工作原理及應用特點。ZF 56型液動沖擊器屬于活閥式正作用液動沖擊器。它結(jié)構(gòu)簡單、啟動容易、調(diào)試方便、工作穩(wěn)定可靠。在級以上巖層中，用于56mm口徑的金剛石或硬質(zhì)合金的沖擊回轉(zhuǎn)鉆進中，均可不同程序的提高

18、鉆進效率，增長回次進尺， 減輕巖心堵塞及孔斜率。特別是用于“打滑” 地層鉆進時效果更為顯著。是實現(xiàn)小口徑多工藝鉆進的良好機具。用此沖擊器進行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進， 除需配備耐高壓膠管和穩(wěn)壓器外，可基本上利用現(xiàn)有的常規(guī)鉆探設備和鉆具級配， 在易斜地層采用硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)鉆進時，可將常規(guī)鉆機附加減速裝置，使轉(zhuǎn)速降低至 20 40r /min時，能更好地發(fā)揮其防斜功能和減輕管材磨損，有利于降低鉆探成本和預防孔內(nèi)事故。在現(xiàn)有泥漿泵( 如 BW 250/50和 BW 250型 )的能力下，鉆進孔深可達450m，如采用壓力更高的泵，其鉆孔深度還可增加。1、結(jié)構(gòu)及工作原理(1)結(jié)構(gòu)：沖擊器結(jié)構(gòu)簡單，由27個零件組成

19、 (參見圖 0-3)。(2) 工作原理 (見圖 0-4)：當鉆具 11未接觸孔底時，鉆具 11懸吊在六方套 10上。沖洗液經(jīng)減耗閥接頭通水孔 a、活閥 4內(nèi)孔，活塞沖錘 7內(nèi)孔、下砧 9(即聯(lián)動接頭 )，巖心管及鉆頭暢流至孔底，并由鉆具與孔壁之間的間隙返回地面。此時沖擊器處于懸吊狀態(tài)，不工作。當鉆具 11下降至孔底時，六方套10與鉆具 11的間隙被壓緊而消除。使活塞沖錘7相對上升與閥 4底面接觸，切斷水路而產(chǎn)生水錘，推動減耗閥2向上移動，打開主通水孔b，使沖洗液大量進入活閥區(qū)， 推動閥 4活塞沖錘 7同步下行。 并壓縮閥簧 5及錘簧 8，此時，沖擊器處于啟動狀態(tài)。圖 0-3 ZF 56 型沖擊

20、器結(jié)構(gòu)1上接頭； 2減耗閥桿； 3“ O”型密封圈； 4壓蓋； 5減耗閥簧； 6減耗閥座； 7墊圈； 8閥簧；9閥； 10 限制座； 11閥殼； 12支撐環(huán)； 13墊圈； 14軸用 Yx 型密封圈； 15“ O”型密封圈；16中接頭； 17活塞桿； 18外殼； 19沖錘； 20錘簧； 21錘簧墊； 22下砧套； 23卡瓦； 24 “ O”型密封圈； 25聯(lián)動接頭； 26六方套； 27墊圈5圖 0-4 ZF56 型正作用沖擊器作用原理a懸浮狀態(tài)； b啟動狀態(tài)； c沖擊狀態(tài)1接頭； 2減耗閥； 3減耗閥簧； 4活閥； 5閥簧； 6閥座； 7沖錘活塞； 8錘簧； 9鐵砧； 10 六方套； 11鉆具閥

21、 4繼續(xù)運動到凸肩與閥座6上端接觸時停止，活塞沖錘7則以本身的慣性繼續(xù)下行。對下鐵砧進行一次沖擊，此時閥4與活塞沖錘 7脫開。打開水路，活閥區(qū)壓力下降。減耗閥2在彈簧作用下復位，使主通水孔b關閉，儲存液能。閥d在彈簧 5的作用下復位。 活塞沖錘 7在下鐵砧 9和彈簧的作用下亦相繼復位?；钊麤_錘7的頂端又與閥4接觸而關閉水路，即產(chǎn)生第二次沖擊。如此周而復始的連續(xù)工作。圖 0-5 QWF 1 型分流接頭1異徑接頭； 2耐磨圈； 3巖心管接頭； 4外管； 5墊圈（ 10）；6推力軸承； 8內(nèi)管接頭； 9釘軸； 11內(nèi)管使沖擊器能夠正常工作所需水泵的泵量為1.35L/s，而 56mm口徑的金剛石鉆進僅

22、需0.58 0.75L/s泵量。為了減少大泵量對鉆頭的沖蝕和泵壓損失，在沖擊器與巖心管之間可接入一個分水接頭(見圖 0-5)，使沖擊器排出的液體一部分通過鉆頭底部流到管外，而多余部分則通過內(nèi)管底部進入分流接頭泄水孔排出管外。 另外，當沖洗液由內(nèi)管頂部上流時， 對巖心有一個向上的沖力，可減輕巖心堵塞和磨損，從而提高巖心的采取率。2、沖擊器組裝與調(diào)試沖擊器組裝時應按照圖0-3上表示的零件順序依次組裝，不得遺漏或倒置。新出廠的沖擊器都已經(jīng)過調(diào)試，用時不必重調(diào)。 但在使用一段時間后，當沖擊器性能變6壞或不正常時，需要進行重新調(diào)整。結(jié)構(gòu)尺寸 (參數(shù) )的含意及調(diào)整方法如下：(1)閥程及其調(diào)整：閥程H閥

23、是指閥在工作時由上死點到下死點之間的距離。測量時，將支承環(huán) 12、限制座 10及閥 9置于中接頭 16上，使閥的凸肩與限制座10的頂端面接觸。即閥處于下死點位置(不裝彈簧 )。用深度尺或帶有深度尺的卡尺量出從接頭16上端絲扣根部至閥9頂端的距離 L 1，量出閥殼 11下端的深度 L2，其中 L 2與 L 1之差即為閥程 H 閥 。具體量法見圖 0-6。 H 閥=L 2-L 1-1.85 (mm)閥程由設計圖紙而定，新沖擊器不必調(diào)整，但使用一段時間后，閥9及限制座 10因磨損使閥程增大，這時可以重新調(diào)整墊圈13，再用上述方法測量調(diào)整后的閥程，使之達到要求。(2) 沖程及其調(diào)整：測量前先將下砧套2

24、2砸緊在聯(lián)動接頭 25上，再將六方套 26套到聯(lián)動接頭 25上。將外殼18與六方套 26裝在一起擰緊。而后將活塞桿17與沖錘 19砸緊 (注意不要砸壞活塞桿的上平面)。再將活塞桿沖錘一起裝入外殼 18中(不裝錘簧 )，將中接頭 16中間孔對準活塞桿裝入后與外殼18擰緊。然后把裝好的部分直立起來，在活塞桿上裝上閥9后，用深度尺或帶有深度尺的卡尺從中接頭16上部的絲扣根部量出至閥9頂端面之距離 L2，閥殼 11下端深度 L與 L 2之差即為沖程 H 沖 。量法見圖 0-7。圖 0-6 閥程的測量方法H 沖=L -L 2-1.85(mm)如 H沖小于要求值時，可在六方套下加墊圈27，如 H沖大于要求

25、值時，則減去墊圈27。7圖 0-7 沖程的測量圖 0-8 錘簧預壓和測量方法(3)自由行程及其調(diào)整：自由行程 H 自是指沖錘活塞與閥 9脫開后， 靠慣性所走的距離，它與沖程及閥程有如下關系：H自 =H 沖 H 閥(mm)自由行程 H自 是個很重要的參數(shù)，調(diào)整時一定要保證在允許范圍以內(nèi)。調(diào)整沖程與閥程時一定要注意自由行程的大小，H 自 一般在 3 3.5mm之間較優(yōu)。(4)錘簧預壓及其調(diào)整：錘簧預壓，H 預 是指沖擊器裝上錘簧之后，六方套處于最下位置時錘簧預先壓縮之長度。 其量法與沖程量法相同。 量時要事先裝入錘簧， 錘簧預壓和測量方法見圖 0-8。H 預 =L3 L+1.85(mm)如錘簧預壓

26、 H預 不合適時，可在錘簧下加厚或減薄錘簧墊21。(5) 沖擊試驗：沖擊器調(diào)整好后，在現(xiàn)場可按下述方法進行沖擊試驗，將沖擊器與主動鉆桿連接， 并將其拉入孔內(nèi)，使聯(lián)動接頭下切口處于孔口，并叉入墊叉，用卡盤將主動鉆桿夾緊，提起一定距離，使六方套處的滑動間隙拉開，開泵送水。待泵壓達 (7 10)105Pa左右時，慢慢放下立軸，使六方套與聯(lián)動接頭的間隙壓緊，沖擊器即可啟動工作。如不沖擊，泵壓劇增，應迅速提起立軸，待泵壓恢復后，再稍加大泵量如前啟動，一般就可以工作了。如立軸下放后， 沖擊器不沖擊， 泵壓不升高， 可將立軸提起， 適當減小泵量， 再行啟動。如經(jīng)反復調(diào)整后仍不工作，則需重新調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，找出

27、不啟動的原因。沖擊器在孔口工作時，可用耳聽聲音，手摸高壓膠管的辦法來判別其性能。有時雖能工作，但穩(wěn)定性不好或沖擊無力，頻率不高，也必須重新調(diào)整。3、沖擊器故障及其排除方法沖擊器在使用中較常見的故障是錘簧折斷和密封圈損壞，其它故障在孔內(nèi)出現(xiàn)很少。現(xiàn)將常見故障以及排除的方法列于表0-1。8表 0-1 沖擊器故障及其排除方法現(xiàn)象原因排除方法彈簧無預壓或預壓小，活塞與閥關閉不嚴加厚彈簧墊不啟動、泵壓不增加活塞桿密封圈磨損，不起密封作用或過緊更換新密封圈錘簧折斷更新的錘簧泵量過大重新調(diào)整泵量泵量過大或過小重新調(diào)整泵量自由行程過大重新調(diào)整自由行程錘簧預壓過大適當減薄錘簧墊啟動后又不沖擊，憋泵減耗閥卡死或錘

28、簧折斷修磨減耗閥或更換彈簧閥卡死或閥簧折斷除去臟物或更換彈簧塊塞沖錘被卡死拆卸排除閥體斷裂更換新閥泵量過大減小泵量啟動后泵壓升到一定值活塞桿密封圈過緊更換密封圈后，停止沖擊，泵壓下降錘簧預壓不夠加厚錘簧墊圈到一定值后又開始沖擊，錘簧縱向彎曲過大更換錘簧這樣間斷沖擊周而復始活塞桿頂面和閥平面不平，合閥不嚴密修磨接觸面鋼套不同心修磨或更換鋼套工作不穩(wěn)定，沖擊連續(xù)性減耗閥打開后不復位，被卡死修磨減耗閥，清除臟物不好，泵壓過高或過低減耗閥簧折斷更換減耗閥簧4、沖擊器使用時的注意事項(1) 沖擊器要聯(lián)接在巖心管與鉆桿之間下入孔內(nèi)，離孔底0.5m左右時，開始開大水量沖孔。在改小水量稍小于額定值，即50L左

29、右時，開始慢轉(zhuǎn)掃孔。鉆具到孔底后，沖擊器即可啟動工作， 并開始進尺。 然后再改換為正常鉆進參數(shù) (包括泵量、 泵壓 )進行鉆進。 如不啟動，將鉆具提離孔底，調(diào)整泵量直至沖擊正常為止。如再不啟動可提鉆檢查。(2) 正常鉆進時，不應提動鉆具，“倒桿”前應把鉆具提離孔底，以防止下次開車時扭壞鉆頭胎體。(3)孔內(nèi)掉有合金時應及時打撈，(4)復雜地層必須使用優(yōu)質(zhì)泥漿(低固相 )。含砂量不超過2%，粘度不超過 19s。(5)如孔內(nèi)有掉塊、坍塌、縮徑或巖粉過多時，均不能進行沖擊鉆進?，F(xiàn)將我國研制的“正作用”液動沖擊器技術規(guī)格列于表0-2。(四 )B一 6型液動沖擊器蘇聯(lián) 1974年在 B一 5型沖擊器的基礎

30、上，開始研制口徑更小的 B一 6型液動沖擊器，如圖0-9所示。 B一 6型液動沖擊器的外徑為 57mm，可配用 59mm的金剛石鉆頭或合金鉆頭，用于鉆進中硬及堅硬巖石。鉆具處于懸吊狀態(tài)時， 花鍵軸 7和沖錘 4在巖心管、 鉆頭以及它們本身的自重作用下，處于最低部位。此時，液流通過活閥1、沖錘 4和花鍵軸 7的各個水路，順利的流向孔底。表 0-2 “正作用”液動沖擊器技術規(guī)格型號YYZF56TK 56YZ75沖擊器外徑 /mm8993545673沖錘質(zhì)量 /kg31506.49630行程 /mm111218泵量 /ls-12.50 5.003.344.171.340.921.502.50 3.0

31、09泵壓 /9.8 104Pa8151620201015515沖擊頻率 /Hz10 13.416.72541.741.75016.7沖擊功 /9.8J3 5691.00.41.32.53.5沖擊器質(zhì)量 /kg202060沖擊器長度 /mm20573761150016612350圖 0-10“反作用”液動沖擊器結(jié)構(gòu)原理圖圖 0-9 B 一 6 型液動沖擊器1彈簧； 2外殼； 3活塞沖錘； 4鐵砧1活閥； 2活閥彈簧； 3缸套； 4沖錘； 5沖錘彈簧； 6外殼； 7花鍵軸； 8花鍵套鉆具放到孔底后， 由于花鍵軸 7與花鍵套 8結(jié)合，沖錘 4在沖錘彈簧 5的推動下， 上升到上死點與活閥 1接觸而互相

32、結(jié)合，截斷了高壓液流的通路。當高壓液流達到一定能量時， 便推動沖錘 4及活閥 1向下運動 ( 同時壓縮活閥彈簧 2和沖錘彈簧 5)。由于活閥 1下行至缸套 3的上端后被阻擋而與沖錘 4脫開 ( 此時液流通往孔底水路打開) 。沖錘 4由于慣性作用仍繼續(xù)向下運動，便產(chǎn)生一次沖擊。隨后，在活閥彈簧 2和沖錘彈簧 5的各自作用下， 其活閥 1及沖錘 4又先后恢復到原來的位置。以此周而復始便形成了連續(xù)性的沖擊。二、“反作用”類型液動沖擊器(一 )“反作用”類型液動沖擊器原理“反作用” 沖擊器結(jié)構(gòu)原理與“正作用” 沖擊器工作原理相反，它是利用高壓液流的壓力推動活塞沖錘上升， 并壓縮工作彈簧儲存能量。 當分

33、配液流機構(gòu)閥門打開高壓液流暢通而工作室中的壓力下降時，則工作彈簧便釋放能量，驅(qū)動活塞沖錘急速向下運動產(chǎn)生沖擊，如圖0-10 所示?！胺醋饔谩币簞記_擊器的工作過程如下：10高壓液流進人沖擊器后， 作用于活塞沖錘 3的下部。當液流的作用力超過彈簧 1的壓縮力和活塞沖錘 3本身重量后，便迫使活塞沖錘 3上升 (壓縮彈簧 1使其儲存能量 ) 。與此同時，鐵砧4的水路被逐步打開，高壓液流開始流向孔底，此時，活塞沖錘3仍以慣性作用繼續(xù)上升。當活塞沖錘 3上升到上死點時，活塞沖錘下部的液流已暢通的流向孔底，則工作室壓力降低。由于活塞沖錘 3的自身重量和彈簧 1釋放出所儲存能量的同時作用，便驅(qū)動活塞沖錘 3

34、急速向下運動，產(chǎn)生一次沖擊。在產(chǎn)生沖擊作用的同時， 由于活塞沖錘 3與鐵砧 4，相接觸而又堵塞了液流通向孔底的通路。高壓液流再次作用于活塞沖錘 3的下部，開始進行第三次的重復動作。周而復始，便形成了連續(xù)性的沖擊。(二 )“反作用”類型液動沖擊器的結(jié)構(gòu)特點從結(jié)構(gòu)方面進行分析，“反作用”沖擊器具有下列特點：1、對沖洗液的適應能力較強，可采用一般的泥漿進行鉆進；2、在結(jié)構(gòu)中沒有起相反作用的彈簧，可以比較充分地利用活塞沖錘本身重量和彈簧的張力， 沖錘下行是一個加速運動的過程。同時由于被壓縮彈簧釋放出來的能量，與活塞沖錘本身的重量等同時向下作用，故可獲得較大的單次沖擊功，適宜鉆進大口徑的鉆孔；3、壓力降

35、較低，液流的功率利用較高；4、液流在沖擊器腔體內(nèi)的流動水路較通暢；5、結(jié)構(gòu)簡單，便于使用和維修?！胺醋饔谩?沖擊器存在的主要問題是沒有充分利用液流的巨大水錘能量， 并需用剛度較大的彈簧，同時為了獲得較高沖擊頻率，需要供給較多沖洗液，即要求泵量較大。(三 )“反作用”液動沖擊器美國海灣公司生產(chǎn)的“反作用”液動沖擊器，如圖0-11所示。它可鉆進直徑222mm的鉆孔，沖擊頻率達10Hz。若采用泥漿鉆進油氣井，效果較好。該沖擊器的主要特點是，當沖錘2向下運動進行沖擊時，沖錘2與活閥 5脫開，這樣就避免了作用在活閥 5上的壓力， 克服沖錘向下沖擊速度減緩的弊病， 可提高沖錘下降的末速度，增大沖擊能量。B

36、MC 5型、 BBO 5A型及 793型“反作用”液動沖擊器的技術規(guī)格見表0-3。圖 0-11 美國海灣公司生產(chǎn)的“反作用”液動沖擊器動作過程1鐵砧； 2沖錘； 3沖錘彈簧； 4外殼； 5活塞； 6彈簧； 7閥箱； 8通水孔； 9凸肩表 0-3 “反作用”液動沖擊器的技術規(guī)格型號BMC 5BBO 5A793 型鉆孔直徑 /mm115145沖擊器直徑 /mm10812713091泵量 /ls-15612 16.673.3411泵壓 /9.8 104Pa8 10581015沖擊頻率 /Hz21.67 2556.6750.0016.720.0沖擊功 /9.8J8 1210124.98沖擊器質(zhì)量 /k

37、g100500600沖擊器長度 /mm2300650076001853三、“雙作用”類型液動沖擊器(一 )“雙作用”類型液動沖擊器作用原理及結(jié)構(gòu)特點“雙作用” 沖擊器結(jié)構(gòu)特點是。 活塞沖錘的正沖程和反沖程都是由高壓液流驅(qū)動完成的。即高壓液流通過控制閥的分配作用或通過射流元件的切換作用，使液流在沖擊器中反復變換流動方向，推動活塞沖錘下行和上行產(chǎn)生往復運動，每往復一次便產(chǎn)生一次沖擊。以壓差原理驅(qū)動活塞沖錘產(chǎn)生往復運動的工作原理，如圖5-12所示。鉆具到達孔底后，活動接頭支座與外套支座相結(jié)合。此時，b腔處的高壓液流分別作用到活閥 2及沖錘 6上，并使活塞及沖錘向上運動?；铋y 2上升的作用力：p1p0

38、d224沖錘的上升作用力：p2p0( D 2 d 2 ) G4式中： p0高壓液流在d 腔內(nèi)的壓力；d沖錘上部及活閥下部的直徑：D沖錘下部直徑；G沖錘重量。當沖錘 6向上運動至同活閥2相接觸而閉合時，便關閉了高壓液流通向孔底的水路。此時，活閥及沖錘便停止了上行運動。由于高壓液流作用于活閥上部的面積大于所作用于下部的面積，所以沖錘6與活閥 2同時向下運動。其作用力為：(d 23d22 )p3p04式中： d3沖錘上部及活閥下部直徑；d3 活塞上部直徑( 又等于沖錘內(nèi)徑的直徑 )。沖錘 6以 S行程向下沖擊， 但活閥 2下行 h行程后，由于受到支撐座4 的限制不能再繼續(xù)下行，故沖錘與活閥兩者脫開。

39、沖錘與閥脫開后，通往孔底的水路便開始恢復。當沖錘 6沖擊鐵砧 9后，由于 a腔處的高壓液流再次分別作用到活閥2及沖錘 6上，活閥及圖 0-12 雙作用液動沖擊器工作原理圖121帶孔的活閥座；2活塞； 3外套； 4支撐座； 5導向密封件；6塔形沖錘活塞；7導向密封件； 8節(jié)流環(huán)； 9砧子沖錘又開始向上運動。 這樣便完成一次沖擊作用。如此周期重復進行便形成了連續(xù)性的沖擊。(二 )“雙作用”類型液動沖擊器我國研制的“雙作用類型液動沖擊器”的種類較多，僅地礦部系統(tǒng)即已形成 YS、 SC、SX各種口徑三大系列。按照液流分配閥的結(jié)構(gòu)、位置及作用方式不同，可分為：活閥式；節(jié)流閥式；射流式及射吸式等。1、活閥

40、式“雙作用”液動沖擊器Ye一型、 Ye型、 Yf73一型及 HED 一 2型等，均為活閥式“雙作用”液動沖擊器。Ye一雙作用液動沖擊器是我國二機部系統(tǒng)研制的，該沖擊器經(jīng)過大量鉆進試驗表明，它具有性能良好、工作穩(wěn)定，并具有口徑小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點。Ye一雙作用液動沖擊器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖0-13所示。沖擊器在孔內(nèi)懸垂、啟動前呈“自由”狀態(tài)。整個沖錘處在行程的下限位置。上活閥4的下端離開活塞桿20的上閥座。 在閥彈簧 10的作用下，上活閥處上限位置。同時， 在沖擊器下部，閥桿 35，在閥彈簧 35a的作用下，排水閥門是打開的，留有間隙L 1。當送入高壓水后，高壓水由活塞桿 20的

41、內(nèi)孔， 流經(jīng)沖錘 29的內(nèi)孔， 到滑閥 32的上部， 將滑閥和閥桿 35同時向下推動。當滑閥 32接觸頂桿 37，消除了 L3間隙時，滑閥再不能下滑。但高壓水繼續(xù)送入，勢必造成增壓。當壓力達到一定程度 當閥桿頂壓力大于閥彈簧35a的預加壓力 (8.8 11) 8.8N時，閥桿 35的上端則與滑閥 32分開。這樣閥桿 35上端的承壓面積增大 (為 3.4cm2) ，所受的推力也增大，即可迅速將閥桿 35的下端與排水閥座 39a結(jié)合，把閥座的通道迅速關閉。由于沖擊器下活塞面積大于上活塞而積 8.63cm2，所以在高壓水作用下，產(chǎn)生壓力差，活寒推動沖錘立即上升。沖錘上升時，也是由于壓差作用，閥桿35

42、不動，排水閥門仍然關閉。在沖錘上升中，閥彈簧 35a逐漸被壓縮，積蓄能量。當沖錘上升到行完L2距離 (15 17mm)時，錘頭 36的上肩與限位圈 33相接，即將閥桿拉開。 沖錘在慣性力作用下繼續(xù)上升。 當排水閥門打開后，閥桿兩端的原壓差關系被改變， 閥彈簧回彈， 將閥桿 35迅速向上推動。 同時沖錘在慣性作用下上升， 使活塞桿 20上端與上活閥相接觸。這時兩組閥門先后關閉，活塞上端切斷了高壓水路；活塞底部與孔底相通，為低壓區(qū)。上活塞面積19.6cm2全部受高壓水作用，又迅速將活塞連同沖錘下推，當沖錘在活塞的推動下達到一定的末速度，即當沖錘實現(xiàn)沖擊前的1.52.0mm時，上活閥受限位作用即被打

43、開，利用高壓水和沖錘向下運動的慣性，錘頭36沖擊砧座42而做功。 提前打開上活閥是為了及時給錘底部增加大量高壓水以迅速關閉下排水閥，及時提起沖錘。實踐證明，該沖擊器液流能量利用率較大。但結(jié)構(gòu)較復雜，部分零件磨損較快?；铋y式 “雙作用”液動沖擊器的結(jié)構(gòu)特點是：該類沖擊器無執(zhí)行載荷彈簧；液流功率恢復較高；工作性能比較穩(wěn)定可靠；沖擊器的結(jié)構(gòu)簡單。活閥式 “雙作用”沖擊器存在的主要問題是：液流在腔體內(nèi)的暢通性較差，并需注意調(diào)整各部分的間隙，給裝配與使用帶來不便。13圖 0-13 Ye一雙作用液動沖擊器的結(jié)構(gòu)和工作原理1連接管 ;2調(diào)整墊 ;3調(diào)整套 ;4上活閥 ;5上閥哈夫 ;6哈夫外殼 ;7調(diào)整墊

44、;8上閥支架 ;9調(diào)整墊 ;10閥彈簧 ;11緩沖彈簧 ;12閥套 ;13調(diào)整墊 ;14圓螺母 ;15 防松墊 ;16鋼檔墊 ;17密封圈 ;18 銅檔墊 ;19上缸體 ;20活塞桿 ;21下缸體 ;22銅檔墊 ;23密封圈 ;24擋圈 ;25圓螺母 ;26防松墊 ;27防松墊 ;28 外管 ;29 沖錘 ;30防松墊 ;31滑閥外殼 ;32滑閥 ;33限位圈 ;34哈夫 ;35閥桿 ;35a閥彈簧 ;36錘頭 ;37 頂桿 ;38調(diào)整墊 ;39銅套 ;40“ O”型圈 ;41、 39a排水閥座 ;42砧座 ;43六方套；44調(diào)整墊； 45閥頭 ;46彈簧 ;47閥頭支撐 ;48、49螺釘和墊

45、圈 ;50巖心管 ;51巖心檔圈 ;52卡心器 ;活閥式“雙作用”液動沖擊器技術規(guī)格列于表0-4。表 0-4 活閥式“雙作用”液動沖擊器技術規(guī)格型號YeYeYf73Yf50HED2沖擊器直徑 /mm7375735075活塞工作面積 /cm219.619.219.68.0519.6沖錘質(zhì)量 /kg3026226.533.5行程 /mm192119 21202020 43泵量 /Ls-11.34 2.01.5 1.842.53.341.17 1.671.25 4.17沖擊頻率 /Hz16.716.712.5 18.4252.525沖擊功 /9.8J898 94 61422沖擊器質(zhì)量 /kg5562

46、512159沖擊器長度 /mm258023502255200024302、節(jié)流閥式“雙作用”液動沖擊器節(jié)流閥式 “雙作用” 沖擊器的作用原理與活閥式“雙作用” 沖擊器的作用原理基本相同。不同點是以一個節(jié)流圈來代替活閥式?jīng)_擊器的配水機構(gòu)。這樣便簡化了沖擊器的結(jié)構(gòu)。該種沖擊器的結(jié)構(gòu)較簡單，液流在腔內(nèi)的暢通性也較好。但液流的功率恢復較低。 YS 型、 LDF 型均為節(jié)流閥式?jīng)_擊器。LDF 一 54型沖擊器的結(jié)構(gòu)如圖0-14所示。節(jié)流閥式“雙作用”沖擊器的技術規(guī)格列于表0-5。表 0-5 節(jié)流閥式“雙作用”沖擊器的技術規(guī)格型號YC75LDF 54沖擊器直徑 /mm7354活塞工作面積 /cm21814沖錘質(zhì)量 /kg207.5 1.5行程 /mm2510 20泵量 / L s-12.34 3.341.17 1.84泵壓 /9.8104Pa3015 30沖擊頻率 /