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1、什么叫冲击回转钻进？冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击力和回转切削力共同破碎岩石的钻进方法。与常规回转钻进法相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力，便可以达到破碎坚硬岩石的效果 。由液动冲击器提供冲击功的冲击回转钻进叫液动冲击回转钻进。液动冲击回转钻探技术冲击回转钻探是继现代金刚石钻探之后的钻探新方 法新工艺。 我国研究冲击回转钻探用的冲击器、锤头(通称潜孔 锤)及其钻进工艺始于1958年，至今已有40余年的历史。 据史书记载，人类懂得利用水力作为动力资源已有 数千年的历史，然而钻探工作者考虑利用钻杆柱中的冲 洗液蕴藏的能量驱动孔底钻头钻进岩石则开始于1887年 ，由德国人
2、沃.布什曼(V.Buschman)发明了这种新的钻进 方法，英国当时曾授予专利权。其后由考恩达（Coanda ）（国籍不详）对液动机理作了若干探讨，称之为考恩 达效应（Coanda Effect）。 我国这项钻探技术的发展经历了三个阶段。起步阶段19581965地矿部勘探技术研究所率先开始了对液动冲击器的 科学研究，到1965年，先后研制出了7种不同结构形式 的液动冲击器，经室内性能对比试验，优选出了YZ2 型阀式正作用液动冲击器，并在湖南地矿局某多金属矿 区进行了首次生产性试验，最大试验孔深430m，取得了 初步成功。与此同时，该所在广泛收集国外有关情报资 料的基础上，于1963年编辑了冲击
3、回转钻探专辑， 广泛介绍了国内外文献资料。上述工作为后来液动冲击 回转钻探技术的发展奠定了基础。 发展阶段19751984“文革”期间，这项科学研究工作中断10年之久。直到1975年以长春地院为主与辽宁第九地质队协作率先开展了对射流式液 动冲击器的研制，勘探技术研究所、河北地矿局综合研究队、冶 金探矿技术研究所、核工业华东地勘局、辽宁地矿局第九地质队 先后开展了对阀式正作用和阀式双作用液动冲击器的研究，到 1984年底，长春地院研制的SC型射流式、地矿部勘探技术研究所 研制的YZ54II、冶金探矿技术研究所研制的TK型、河北地矿 局综合研究队研制的ZF56型阀式正作用液动冲击器，以及核工 业华
4、东地勘局研制的YE54型和辽宁地矿局第九地质队研制的SH 54阀式双作用液动冲击器先后分别通过各部的部级技术鉴定， 并迅速地在生产中推广应用，从此这项新的钻探技术进入了一个 新的时期。 提高与实用阶段19841990 自1984年至1990年是液动冲击回转钻探的科研与推广应用的迅速 发展阶段。六年来我国在液动冲击器的理论和开发研究方面有了进一 步的深化和发展，配套技术方面的研究和推广应用得到了重视和加强 ，取得了丰硕的研究成果和技术经济效益，表现在以下几个方面。 1在已有成果的基础上，对冲击器的结构参数进行了进一步地优 化设计（尤其是配水机构），有效地降低了冲击器的正常工作排量和 压力损失，为
5、生产第一线提供了一批新一代的液动冲击器。2在研制开发新型液动冲击器、拓宽其应用范围方面也取得了可 喜的成就。3绳索取心液动冲击回转钻具的研制取得成功，并在生产实践得 到推广应用，标志着我国液动冲击回转钻探技术的研究水平有了新的 提高。4液动冲击回转配套技术的研究也取得重要成果。常用液动锤分类液动冲击器根据结构不同可分为: 阀式液动冲击器又可分为:(1)正作用阀式液动冲击器;(2)反作用阀式液动冲击器;(3)双作用阀式液动冲击器. 无阀式液动冲击器又可分为:(1) 射流式液动冲击器;(2) 射吸式液动冲击器。正作用液动冲击器工作原理阀式正作用液动冲击器的基本结阀式正作用液动冲击器的基本结 构和工
6、作原理见图。当钻具接触孔底后，构和工作原理见图。当钻具接触孔底后， 冲锤活塞冲锤活塞5 5在锤簧在锤簧6 6的作用下处于上位，当的作用下处于上位，当 其中心孔被活阀其中心孔被活阀4 4盖住时，液流瞬时被阻盖住时，液流瞬时被阻 ，液压急剧增高而产生水锤增压。在高压，液压急剧增高而产生水锤增压。在高压 液流作用下，活塞和活阀一同下行压缩阀液流作用下，活塞和活阀一同下行压缩阀 簧与锤簧。这称为闭阀启动加速运行阶段簧与锤簧。这称为闭阀启动加速运行阶段 。当活阀下行到相当位置时，活阀。当活阀下行到相当位置时，活阀4 4被活被活 阀座阀座2 2限制，停止下行并与冲锤脱开，此限制，停止下行并与冲锤脱开，此
7、时冲洗液可以自由地流径冲击器中孔而至时冲洗液可以自由地流径冲击器中孔而至 孔底，液压下降。孔底，液压下降。正作用液动冲击器工作原理此后，活阀在阀簧作用下返回此后，活阀在阀簧作用下返回 原位，而冲锤活塞原位，而冲锤活塞5 5在动能作用下继续在动能作用下继续 下行。活阀下行一定距离后，受到限位下行。活阀下行一定距离后，受到限位 座的限制，停止下行，而活塞由于高速座的限制，停止下行，而活塞由于高速 运动的惯性，继续下行，压缩弹簧，打运动的惯性，继续下行，压缩弹簧，打 击铁砧击铁砧7 7。此时，活塞与活阀瞬时脱开。此时，活塞与活阀瞬时脱开 ，打开水流通道，活阀在阀簧，打开水流通道，活阀在阀簧3 3的作
8、用的作用 下回位。由于阀区压力骤减，冲锤打击下回位。由于阀区压力骤减，冲锤打击 铁砧后在弹簧作用下也迅速上返复位，铁砧后在弹簧作用下也迅速上返复位， 关闭液流通道而产生第二次冲击。冲击关闭液流通道而产生第二次冲击。冲击 器如此周而复始地连续工作。器如此周而复始地连续工作。正作用液动冲击器特点正作用冲击器是以液压推动冲锤下行冲击 ，而用弹簧使冲锤复位的冲击器。 正作用冲击器结构简单，工作性能稳定， 调试容易，但冲击器中弹簧的反作用要消耗一 部分能量，抵消了很大一部分高压液流所产生 的冲击力。同时弹簧在1500次min或更高的循 环压缩、伸张下，容易损坏。但是，如果调试 和有效能利用适当，该类冲击
9、器仍是一种具有 广泛使用价值和发展前途的冲击器。 反作用液动冲击器工作原理反作用液动冲击器的工作原理与正作用冲击器正好反作用液动冲击器的工作原理与正作用冲击器正好 相反，它是利用高压液流的压力增高来推动活塞冲锤上相反，它是利用高压液流的压力增高来推动活塞冲锤上 升，并同时压缩弹簧，储备能量，一旦当工作室压力下升，并同时压缩弹簧，储备能量，一旦当工作室压力下 降时，弹簧便释放弹性能推动活塞冲锤加速向下运动，降时，弹簧便释放弹性能推动活塞冲锤加速向下运动， 产生冲击而做功。反作用冲击器的结构原理及工作过程产生冲击而做功。反作用冲击器的结构原理及工作过程 见示意图。当高压液流进入冲击器后，作用于活塞
10、冲锤见示意图。当高压液流进入冲击器后，作用于活塞冲锤 的下部，当液流的作用使活塞的上下端压力差超过工作的下部，当液流的作用使活塞的上下端压力差超过工作 弹簧弹簧1 1的压缩力和活塞冲锤本身的重量时，迫使活塞冲锤的压缩力和活塞冲锤本身的重量时，迫使活塞冲锤 上行，同时压缩工作弹簧上行，同时压缩工作弹簧1 1使其储存能量，与此同时，铁使其储存能量，与此同时，铁 砧砧4 4的水路逐步打开，高压液流开始流向孔底，此时活塞的水路逐步打开，高压液流开始流向孔底，此时活塞 冲锤仍以惯性作用继续上升。当冲锤冲锤仍以惯性作用继续上升。当冲锤3 3上升到上死点时，上升到上死点时， 活塞冲锤下部的液流已通畅地流向孔
11、底，此时工作室压活塞冲锤下部的液流已通畅地流向孔底，此时工作室压 力降低。由于活塞冲锤自身的容量和工作弹簧力降低。由于活塞冲锤自身的容量和工作弹簧1 1释放出的释放出的 能量的同时作用，驱动活塞冲锤急剧向下运动而冲击铁能量的同时作用，驱动活塞冲锤急剧向下运动而冲击铁 砧。产生冲击时，由于活塞冲锤与铁砧砧。产生冲击时，由于活塞冲锤与铁砧4 4相接触而又封闭相接触而又封闭 了液流通向孔底的通路。此后，高压液流再一次作用于了液流通向孔底的通路。此后，高压液流再一次作用于 活塞冲锤活塞冲锤3 3的下部而循环重复上一次的动作。的下部而循环重复上一次的动作。 反作用液动冲击器特点反作用冲击器的主要优点是：
12、1.对冲洗液的适应能力较强；2.由于被压缩弹簧释放出来的能量与活塞冲锤的重量同 时向下作用，故可获得较大的单次冲击功；3.冲击器内部的压力损失较小，故效率较高。该类冲击器的主要缺点是需要刚度较大的弹簧，此种弹簧需采用特殊的工艺制造，尽管如此，其工作寿命也只有40100小时。双作用液动冲击器工作原理双作用液动冲击器的结构及工作原理如图所示。在双作用液动冲击器的结构及工作原理如图所示。在 外壳中有带孔外壳中有带孔a a的活阀座的活阀座1 1，活阀，活阀2 2处于活阀座中。活阀处于活阀座中。活阀 是上下异径柱状活塞，小径段在阀座腔内。阀座腔以是上下异径柱状活塞，小径段在阀座腔内。阀座腔以 通孔通孔a
13、 a与钻具外相通。活阀下有支撑座与钻具外相通。活阀下有支撑座4 4，它是限制活，它是限制活 间下行的装置。活阀的活动行程为间下行的装置。活阀的活动行程为h h。塔形冲锤活塞。塔形冲锤活塞b b 的小径端在支撑座内，由导向密封件封闭，同时它也的小径端在支撑座内，由导向密封件封闭，同时它也 是是d d与与e e两腔之分割装置。塔形冲锤活塞（直径为两腔之分割装置。塔形冲锤活塞（直径为d d。与。与 D D）中有内通道。冲锤活塞的大径部分沿外套）中有内通道。冲锤活塞的大径部分沿外套3 3内的导内的导 向密封件向密封件7 7上下运动。在导向密封件上下运动。在导向密封件5 5和和7 7及冲锤活塞和及冲锤活
14、塞和 外壳之间形成空间外壳之间形成空间e e，该空间由通道，该空间由通道b b与钻具外部相通与钻具外部相通 。砧子。砧子9 9的下端与粗径钻具连接。砧子能沿轴向活动，的下端与粗径钻具连接。砧子能沿轴向活动， 这样当冲锤冲击砧子时，外壳就不受冲击作用。砧子这样当冲锤冲击砧子时，外壳就不受冲击作用。砧子9 9 内有通水孔，孔内有一节流环内有通水孔，孔内有一节流环8 8，它起限流作用，用来，它起限流作用，用来 确保在冲击器内腔与钻具外套周围建立必要的启动压确保在冲击器内腔与钻具外套周围建立必要的启动压 力差。力差。双作用液动冲击器工作原理如果钻头通道也能建立这个压力差，则不一定要节流环如果钻头通道也
15、能建立这个压力差，则不一定要节流环 。当钻具下到孔底，冲击器启动时，则活塞接头被压紧。当钻具下到孔底，冲击器启动时，则活塞接头被压紧 到外套到外套g g上。这时，压力工作室上。这时，压力工作室d d外的液体，分别作用到活外的液体，分别作用到活 阀阀2 2和活塞和活塞6 6上，使活阀上移至最上位置。同时冲锤活塞由上，使活阀上移至最上位置。同时冲锤活塞由 于上下端有压力差，也向上移动。当冲锤活塞向上行至同于上下端有压力差，也向上移动。当冲锤活塞向上行至同 活阀活阀2 2接合时，通道接合时，通道d d被关闭，运动系统上升力被截止。由被关闭，运动系统上升力被截止。由 于液力作用于活阀于液力作用于活阀2
16、 2下部的环形截面上，则冲锤活塞下部的环形截面上，则冲锤活塞6 6与活与活 问问2 2一起急速下行。当活阀下行到行程为一起急速下行。当活阀下行到行程为h h时，则被支撑座时，则被支撑座4 4 限制住。冲锤活塞借助惯性作用继续下行，活阀与冲锤活限制住。冲锤活塞借助惯性作用继续下行，活阀与冲锤活 塞分离，冲锤活塞的中心通道被打开，又恢复了循环，冲塞分离，冲锤活塞的中心通道被打开，又恢复了循环，冲 锤活塞继续下行行程锤活塞继续下行行程S S，冲击砧子，冲击砧子9 9，当冲锤活塞与砧子间，当冲锤活塞与砧子间 由于反作用力分开后，在冲锤活塞上又出现了液体压力差由于反作用力分开后，在冲锤活塞上又出现了液体压力差 ，从而使冲锤活塞又急剧上升。与此同时，活阀也由于压，从而使冲锤活塞又急剧上升。与此同时，活阀也由于压 力差作用急剧上行。当冲锤活塞上行至与活阀又接合时，力差作用急剧上行。当冲锤活塞上行至与活阀又接合时， 通道通道d d又被关闭，冲锤活塞又复下行，运动周而复始。当进又被关闭，冲锤活塞又复下行，运动周而复始。当进 入冲击器的液体流量不
