国内气动潜孔冲击器技术发展现状

2019-10-08刘朋高学径

凿岩机械气动工具 2019年3期

关键词：潜孔冲击生产

刘朋，高学径

（1.无锡通准凿岩工具有限公司，江苏无锡214000；2.天水凿岩机械气动工具研究所，甘肃天水741020）

（上接2019年第2期第22页）

该公司生产110-195 规格的NM 系列无尼龙管高气压潜孔冲击器，其技术参数见表28。该公司生产136-254 规格的速霸系列无尼龙管高气压潜孔冲击器，其技术参数见表29。

该公司生产155-610 规格的水井、建筑基桩和钻井用冲击器，该类冲击器属于较大孔径的高气压潜孔冲击器，其特点与黑金刚公司同类产品类似，具体技术参数见表30。

该公司生产114-155 规格的反循环冲击器，此种反循环冲击器主要用于深孔勘探钻进和岩心样品，其技术特点与黑金刚同类产品类似，具体技术参数见表31。

3.2.3 其它地区的生产企业概况

除了宣化地区、长沙地区外，我国其它地区生产潜孔冲击器的企业也很多。如湖北宜昌地区的五环钻机具有限责任公司、武穴市长江工具股份有限公司，以及山东的龙口、潍坊地区，浙江的台州地区也有许多很有影响力的潜孔冲击器生产企业。

表28 新金刚NM 系列无尼龙管高气压潜孔冲击器基本参数表

表29 新金刚速霸系列无尼龙管高气压潜孔冲击器基本参数表

表30 新金刚水井、建筑基桩和钻井用冲击器基本参数表

表31 新金刚反循环冲击器基本参数表

（1）湖北省武穴市长江工具股份有限公司

武穴市长江工具股份有限公司原名长江工具厂，最早成立于1970年，是一家历史悠久的凿岩钎具生产企业。近年来该公司与中国地质大学、华南理工大学、煤科院等科研单位合作，研发生产了多种潜孔冲击器以及其他钎具钻具产品。

该公司生产55-210 规格的低气压潜孔冲击器产品，其技术参数如表32所示。

该公司生产76-165 规格的中、高气压潜孔冲击器产品，其技术参数如表33所示。

（2）山东泰进机械装备股份有限公司

表32 长江工具公司低气压冲击器基本参数表

表33 长江工具公司中、高气压冲击器基本参数表

山东泰进机械装备股份有限公司位于山东省龙口市。2012年该公司与韩国东宇合作，生产大口径潜孔冲击器及钻头等钻具，还生产无噪音组合潜孔锤产品。

该公司生产380-525 规格的中尺寸潜孔冲击器，其基本参数如表34所示，675-975 规格的大尺寸潜孔冲击器的基本参数如表35所示。

4 我国潜孔冲击器产品技术发展现状

得益于我国国民经济的高速发展，以及各类基础建设工程的大规模开展，我国潜孔冲击器产品在新世纪尤其是2010年后得到爆发式增长。由于国内品牌的迅速发展，国外产品占据产业链高端和主导地位的局面被打破，目前国内品牌已占据大半市场，并大量出口国外市场。国内产品已从以前主要使用气压0.5 MPa 左右的低气压产品，发展为以1.4 MPa 左右的中气压产品、最高可达2.4 MPa 的高气压产品为主导。产品结构按照张维民教授的划分，经历了四代的改进。这几代产品的具体原理及优缺点在《我国潜孔冲击器的发展历程》一文有详细描述，此处不再重述。产品规格方面从原来的最大200 mm 左右钻孔尺寸，发展到今天的1000 mm 孔径以上。产品种类也出现了大孔径冲击器、反循环冲击器、钻井专用冲击器等新型产品，乃至多个冲击器形成组合的可钻凿2 米左右孔径岩孔的集束式潜孔冲击器（组合潜孔冲击器产品）。现将上述技术发展情况概述如下：

表34 泰进中尺寸潜孔冲击器基本参数表

表35 泰进大尺寸潜孔冲击器基本参数表

（一）中气压与高气压潜孔冲击器

上个世纪我国市场上的潜孔冲击器以低气压产品占据主要地位。低气压潜孔冲击器进尺慢，严重制约了钻机的凿孔效率。从本世纪初开始，0.7～1.4 MPa 左右的中气压产品以及1.4 ～2.4 MPa 的高气压的潜孔冲击器逐渐占据主导地位。中气压和高气压的潜孔冲击器凿速明显提高，尤其是在坚硬岩石的地质情况下，凿速成倍增加，从而对施工效率的提升起到了巨大的推动作用。冲击器产品由于使用高气压，使得冲击器凿孔直径大幅扩大，因而也使得潜孔冲击器在其他领域的应用如打水井、石油钻井、建筑深基孔等成为可能。

（二）新型潜孔冲击器

在中气压、高气压冲击器得到广泛应用的同时，潜孔冲击器的类型也增加了很多。主要有大孔径潜孔冲击器、反循环潜孔冲击器、带螺旋叶潜孔冲击器、集束式潜孔冲击器等。

（1）大孔径潜孔冲击器。在上世纪以低气压潜孔冲击器为主导产品的时代，潜孔冲击器凿孔直径基本在250 毫米以下。随着中气压、高气压潜孔冲击器产品的相继研发成功，凿孔直径也不断变大。图6为山东泰进机械装备股份有限公司生产的凿孔直径可达1500 毫米的大口径潜孔冲击器外形图。

图6 大口径潜孔冲击器外形图

（2）反循环潜孔冲击器。以图7所示的宣化苏普曼生产的反循环潜孔冲击器排粉原理图为例，左图为常规潜孔冲击器工作时的气流和岩粉流动示意图。压缩空气将钻头在岩孔底部凿下的岩粉，沿冲击器外壁和岩孔内壁的空间吹出孔外实现排粉。右图为反循环潜孔冲击器工作时的气流和岩粉流动示意图。这种潜孔冲击器的中心有专用排出岩粉的通道。凿孔时压缩空气将钻头在岩孔底部凿下的岩粉，通过冲击器的中心排气通道排出实现排粉。

图7 宣化苏普曼反循环潜孔冲击器原理图

反循环潜孔冲击器，岩粉是通过潜孔冲击器以及与之配用的专用钻杆的中心孔道，在不接触岩孔的孔壁的情况下直接排出孔外的。这在岩层地质发育的情况下，能更好的保证岩孔孔壁的稳定，从而提高成孔率；在进行岩矿采样时，还可避免矿样污染，提高矿样准确度。此外，中心排粉还可控制排放，便于排渣的处理。在采样时，也可方便的将岩样输送到对应的位置。图8为北方穿越钻具公司反循环凿孔工作原理图。

图8 北方穿越钻具公司反循环凿孔工作原理图

（3）带螺旋叶潜孔冲击器。这种冲击器将适于处理岩石凿孔和松软岩土地质的螺旋钻结合了起来，可很好的适用于砾石层、块石、微风化基岩类地质条件下的打孔。图9为山东泰进公司生产的带螺旋叶潜孔冲击器外形图。

（4）集束式潜孔冲击器。这种潜孔冲击器在灌注桩孔钻进时，比传统施工方法能大幅提高效率。集束式潜孔冲击器出现以前，灌注桩孔通常使用组合牙轮或滚齿钻头钻进。这种方法在松软地质条件下钻进速度能达到施工要求，而在中硬以上岩层地质条件下，就需要加大钻机扭矩（即增大回转扭矩）和钻压（即增大推进力）。随着岩层硬度的增加或钻孔直径的增大，这种施工方法的钻进效率变得很低、经济性变得很差[6]。而集束式潜孔冲击器能发挥冲击器高效对付硬岩的优势，很好地解决这种工况下的钻孔问题。图10为山东泰进公司集束式潜孔冲击器外形图。