貫通式潛孔錘及反循環連續取心鉆探第一節鉆進工藝方法一、鉆進工藝方法貫通式潛孔錘反循環連續取心鉆頭及雙壁鉆桿組成的鉆具系統，鉆進中可同步實現下列三種鉆探新技術：

1、潛孔錘沖擊回轉鉆進；2、壓縮空氣全孔反循環；3、鉆進中不停鉆連續取心。二、鉆進系統的組成如圖所示。壓縮空氣經輸氣膠管進入雙通道氣水龍頭，進入雙壁鉆桿的環狀通道，驅動貫通式潛孔錘的沖錘作高頻往復運動沖擊鉆頭，實現潛孔錘碎巖鉆進。沖錘工作后的廢氣，經鉆頭的排氣孔排出，再經潛孔錘的貫通孔和雙壁鉆桿的中心通道，通過雙通道氣水龍頭及鵝頸彎管、排渣管排到旋流取樣器，完成動力及流體介質的反循環。潛孔錘鉆進中形成的巖礦心及巖渣屑經鉆頭底部間隙和擴壓槽隨反循環流體上返，實現不停鉆連續取心鉆進。1一天輪；2－鵝頸排心(樣)管；3一雙通道氣水龍頭；4－排心(樣)管；5一取樣器排氣(塵)管；6一旋流取心(樣)器；7－鉆機立軸；8一接心(樣)桶；9－雙壁鉆桿；10－鉆機；11一雙壁鉆桿鎖接頭；12－CQ-100／44貫通式潛孔錘；13一反循環柱齒合金鉆頭；14－空壓機；15、16－輸送壓氣管路；17－空氣儲氣罐三、鉆進原理如圖所示。驅動潛孔錘后的廢氣由鉆頭底部的排氣孔高速噴出，在噴口附近形成低壓區，對周圍介質就形成抽吸作用。氣流與被抽吸的介質，由孔底巖石反射后經鉆頭擴壓槽而進入鉆頭中心通孔；于是高速流體的流速逐漸降低，壓力增高，攜帶的巖心、巖屑及孔內流體沿鉆具的中心通道上返，經雙通道氣水龍頭和鵝頸彎管排出孔外。GQ-100／44型貫通式潛孔錘反循環連續取心(樣)鉆進的原理圖：1一排心(樣)管；2--雙通道氣水龍頭；3一鵝頸彎管；4--進氣膠管；5一雙壁鉆桿；6一逆止閥；7一心管；8一內缸；9---活塞；10---襯套；11一反循環專用鉆頭四、特點1、潛孔錘及鉆頭在結構上均為中空式；2、沖錘直接撞擊鉆頭，能量傳遞效率高；3、耗風量低，熱功效率高，沖擊能量大；4、使用空氣動力介質時，仍可使用各種液體沖洗介質保護孔壁及巖心，這對在破碎復雜地層中的應用具有特殊的意義；5、與專用反循環鉆頭配套使用，不需封隔器可穩定形成全孔反循環連續取心（樣）鉆進。GQ100GQ108GQ127GQ146GQ160GQ200GQ250潛孔錘外徑／mm100108127146160190242貫通孔直徑／mm55385555606260鉆孔直徑／mm105－132112－132132－152152－185165－200200－250250－350單次沖擊功／J1652684l05346407201052沖擊頻率／Hz181918.817161816耗氣量／m3.min591112131417五、貫通式潛孔錘系列規格及主要技術參數

第二節鉆進實例

一、復雜地層地質巖心勘探鉆進實例

在復雜地層中的地質巖心勘探，通常表現為：巖石堅硬，難于鉆進；地層漏失，護壁困難，巖礦心采取率低，達不到地質要求；綜合施工成本大幅度增高，施工周期延長。下面以河南嵩縣金礦勘探為例介紹。1、礦區概況

礦區位于河南省嵩縣范疙瘩村，金礦賦存于構造蝕變破碎帶中。地層極為復雜，屬于硬、脆、碎、漏、塌等復雜地層，鉆探施工難度極大。前期曾采用硬質合金鉆進、金剛石鉆進，但孔內經常坍塌掉塊漏失嚴重，巖礦心采取率嚴重不足，鉆孔超徑，埋鉆、卡鉆、斷鉆桿等孔內事故頻繁發生。2、潛孔錘反循環連續取心鉆進效果

鉆進效率高試驗中平均時效4.08米，是金剛石鉆進的3.5倍；平均臺班進尺18.42米，是金剛石鉆進的4.5倍；

時間利用率高在復雜地層中鉆進最大提鉆間隔86米，平均時間利用率36.3％，是金剛石鉆進的2.27倍；鉆頭壽命長反循環取心球齒鉆頭平均壽命75.45米，是金剛石鉆頭壽命的6～8倍；

巖礦心采取好由于鉆進產生的巖(礦)心只有唯一的中心通道，巖礦心采取率達98％以上；孔內事故少因鉆壓小，轉速低，孔壁無流體擾動和沖刷，孔底干凈無沉渣，連續鉆進回次進尺長，故大幅度減少了孔內事故的發生；

鉆孔垂直度好沖擊回轉鉆進，鉆進規程參數小，以沖擊為主體積破碎巖石，因此鉆孔不易彎曲；孔口無污染反循環排出的流體及巖(礦)心、巖渣(屑)，沿中心通道上返后進入專門的取心筒，對孔口及周圍環境不產生污染；

鉆探成本低鉆探效率高，鉆頭壽命長，孔內事故減少，最終大幅度降低了鉆探成本。二、水文水井鉆鑿實例

采用潛孔錘正循環技術鉆鑿水井，鉆進效率高，但水井工程孔深大，背壓高，配套使用的空壓機不但要求風量大，風壓也高，使鉆進成本大幅度增高。主要矛盾是：為滿足排渣上返風速的要求時，供風量巨大，遠遠超出潛孔錘本身工作的需求。如表中所列為不同孔徑條件下滿足上返風速15m／s時對供風量的需求，以Φ89鉆桿為例。項目孔徑／mmΦ160Φ180Φ200Φ220Φ250Φ280上返風速所需風量12.517.322.728.638.649.8潛孔錘所需風量8～10lO～1212～1414～1616～1818～20由表可知：為滿足上返風速要求時，其供風量均大于驅動潛孔錘做功所要求的供風量。且孔徑越大，供風量之差就越大。正、反循環所需最低風量比較

鉆孔直徑Φ160Φ180Φ200Φ220Φ250Φ280正循環配用鉆桿Φ89Φ89Φ89Φ89Φ89Φ89風量12.7017.5823.0429.0739.2050.62反循環配用鉆桿SHB89／60SHB89／60SHB89／60SHB114／70SHB114／70SHB128／87風量2.592.592.593.523.525.44表中數據清晰反映出即使鉆孔直徑較大時，采用反循環鉆進方法滿足上返風速條件時所需供風量依然很小。當選用的鉆桿確定后，上返風速不隨鉆孔直徑改變而變化，只與供風量有關。實際鉆進中，反循環上返風速所需風量，已遠遠小于潛孔錘正常工作所需的額定供風量。

1、在水文水井鉆鑿中的應用實例

鉆進的現場施工系統見圖5－4所示。空壓機輸出的壓縮空氣，經貯氣罐12由進氣膠管5進入雙通道氣水龍頭7，經雙壁鉆桿3的環狀斷面通道，輸入貫通式潛孔錘2后驅動活塞沖錘往復運動，高速沖擊反循環鉆頭1并產生巨大的沖擊力破碎孔底巖石，完成高速鉆進。做功后的廢氣由鉆頭下部的排氣孔高速排出，在孔底形成低壓區，經鉆頭底端面的排氣槽進入鉆頭的中心孔，以較高的風速和攜屑能力將孔底的巖屑及鉆進形成的巖心，經潛孔錘貫通孔、雙壁鉆桿中心通道、雙通道氣水龍頭中心孔及鵝頸彎管9由排渣管8排出孔外，從而實現動力介質的反循環，即貫通式潛孔錘反循環及連續取心鉆進。現場施工系統圖1一反循環鉆頭；2一貫通式潛孔錘；3一雙壁鉆桿；4一黃河鉆機；5一進氣膠管；6一主動鉆桿；7一氣水龍頭；8一排渣管；9－鵝頸彎管；10－空壓機；11一輸風膠管；12一貯氣罐

2、鉆進效果

鉆進效率高鉆頭為環狀碎巖，且反循環排渣屑，孔底干凈，無重復破碎，因此，鉆進效率大幅度提高，是普通潛孔錘的3－5倍；

純鉆進時間利用率高不需提鉆取心，鉆頭壽命長，使純鉆進時間利用率比其他方法有較大提高；孔內排(渣)屑能力強實施反循環鉆進，壓縮空氣及流體介質沿鉆具中心通道上返速度高，攜渣能力強，形成的柱狀巖心在鉆進中即可連續排出地表，孔底始終保持清潔；反循環能力強，孔徑不受限制反循環的形成與鉆具及孔徑的級配無關。在鉆具規格不變時，水井口徑可任意設計，不會影響反循環的形成和排渣效果；巖心(樣)采取率高，品質好孔底鉆進產生的巖或巖心只有一個反循環中心通道，別無通路。鉆出的巖心在巨大沖擊力作用下及時折斷，形成短圓柱，能及時迅速排至地表；

判層準確、及時潛孔錘鉆進產生的巖渣(屑)顆粒大，產生的巖心及時排至地表，地質人員幾乎與孔底鉆頭同時接觸同一巖石，時效性強，可及時判層、及時采取相應的技術措施和進行正確決策，提高工程質量；

不堵塞含水層裂隙，提高水井出水量孔壁及含水層無巖渣或巖粉通過，并且潛孔錘反循環鉆進過程亦進行抽水洗井過程，利于疏通含水層，省去了抽水洗井工序，并提高水井出水量；供風量減小節省設備投資和降低空壓機能源消耗；

利于在干旱缺水地區施工該項技術的動力介質是壓縮空氣，不需任何液體介質或水，故利于干旱缺水、無水地區施工，能節約鉆進成本；空氣鉆進不受季節限制，可全天候施工作業；即使在冬季或冷凍地層、永凍地區也可正常鉆進。三、普通潛孔錘鉆進基巖水井排渣的技術措施

1、增加空壓機、增大供風量設備投資大，鉆進成本高；

2、采用增壓機、提高供風壓力空壓機設備多，油耗高；

3、潛孔錘鉆進與提鉆撈渣交叉作業增加了工序，影響鉆進效率；4、小徑打、大徑擴二次成井法保持了潛孔錘的高效率，但需二次成孔；

5、貫通式潛孔錘反循環鉆進鉆進與排渣同步完成。真正發揮了潛孔錘的優勢。四、應用前景

除應用于地質巖心勘探、水文水井鉆鑿領域外，也可應用于其他復雜地層條件或不同應用領域的鉆孔工程：1、邊坡加固及滑坡治理的錨桿孔工程、疏水孔工程：通常其地層條件較復雜，易塌孔，目前多采用潛孔錘跟管鉆進工藝，鉆進效率偏低，成本高。采用貫通式潛孔錘反循環鉆進方法，可較大提高鉆進效率，降低鉆孔成本；2、坑道內的導水孔工程：用潛孔錘正循環鉆進，