冲击式钻机percussion drilling machine

靠钻具的垂直往复运动冲击破碎地层凿井的水井钻机。按其结构形式不同，有钢丝绳冲击式钻机和潜孔振动冲抓锥。
钢绳冲击式钻机 由机架、冲击机构、工具卷筒、桅杆、钻具等组成(图1)。工作时，由电动机经胶带驱动主轴，通过由冲击齿轮、曲柄连杆及冲击梁组成的冲击机构带动冲击梁往复摆动，牵引钢丝绳使钻头作上下运动。当向下运动时，由于钻具的重量产生冲击力，以钻头破碎井底岩层，如此反复钻凿一定进尺后，再用抽砂筒将岩屑、泥沙、卵石等打捞出来。由于这种钻机冲击钻进时一般只是向井口加水或加不同浓度的泥浆而不需用泵抽吸，因此结构简单，容易制造，造价低，适宜在各种粘土、砂砾石、卵石等地层钻凿深度不超过300米，孔径500～600毫米的水井。

图1 冲击式钻机

1.主钢丝绳； 2.游轮； 3.大胶带轮； 4.胶带； 5.电动机； 6.工具卷筒； 7.机架； 8.主轴； 9.机台木； 10.井筒； 11.操作手把； 12.冲击齿轮； 13.钻具； 14.连杆；15.冲击轮； 16.冲击梁； 17.桅杆； 18.天车

冲击机构主要由冲击齿轮曲柄连杆机构及冲击梁组成。冲击齿轮上有5个偏心的曲柄销孔，通过改变曲柄销的位置可以得到不同的冲程（每次冲击时钻具下落的距离）；冲击梁由压绳滑轮、导向滑轮、游轮轴组成。冲程由钻具的质量、工作深度及所需的时间确定。通常取0.5～1米；冲击频率即每分钟钻具冲击次数，取决于钻具下落时曲柄旋转角、钻具在井孔中下落加速度和冲程，常用频率为30～50次/分。由于钻进时遇到阻力，钻具下落加速度要比重力加速度降低30%，一般软岩层为4.5～5米/秒²，硬岩层为6～6.5米/秒²。
冲击钻具有两种类型，一种是将钻头和钻杆固定在一起，用于凿进。而另设抽砂筒（底部有止逆阀的圆柱形筒），换装后用来清除井底岩屑。这种钻具的钻杆为圆钢，按井的规格不同而取不同尺寸，一般长为2～6米，直径为112～188毫米，重量为145～704千克，其钻头的结构形式有补焊一字形钻头（刃口为一字形）和十字形钻头（刃口带副刃呈十字形）；为增强钻头耐磨性，提高钻进速度，常采用钨钢粉补焊钻头刃口部。另一种是抽砂筒钻头，即把钻头和抽砂筒直接连接起来，边冲击凿进，边装砂，装满后抽出井外，适用于松散地层的钻进。抽砂筒的筒壁有6～10条轴向肋骨，以减少提升时的阻力；有的在抽砂筒底部加上环刃，用于松散砂砾层钻井。
潜孔振动冲抓锥 一种放入井孔内的电动机和钻具连成一体，靠振动、冲击作用破碎岩层的钻机。一般作为一种附件与有提升装置的机械组合起来使用，其结构如图2。工作时，两台电动机分别带动其轴上的偏心块作相反方向旋转。在起动后一个很短暂时间内，由于质量守恒原理，两台电动机能自动同步反向回转，从而产生上下方向的简谐振动，带动筒体一起上下振动，当筒体向下运动时，抓斗在振动冲击作用下靠其环形刃口在直径1米的圆周上切入地层；当沉入到一定深度后即开动气缸推动两个抓斗合拢，将岩屑抓入筒中，提出井口后张开抓斗放出岩屑。这种钻机结构比较简单紧凑，适用于粘土或较松散地层钻凿大口径的水井，钻进效率也较高，但井深加大时效率显著下降，钻直径1～1.2米、深40～50米的水井时，钻进效率为1.6米/小时。

图2 潜孔振动冲抓锥

冲击式钻机pound drilling rig

使工作部件作往复运动的一种钻井机械。由钻具、钻架、动力及传动装置等组成。工作时，由电动机通过传动机构使钻具上的钻头作上下往复运动。当向下运动时，由于钻具的重量产生冲击力使钻头破碎地层，再用抽砂筒将岩屑、泥沙、卵石等抽出井外。这种钻机结构简单，容易制造，但随着钻井深度增加，井内阻力增大，钻进效率降低，钻井深度一般在250 m以内。

冲击式钻机

attack drill