國內氣動潛孔沖擊器技術發(fā)展現狀

劉朋，高學徑

（1.無錫通準鑿巖工具有限公司，江蘇 無錫214000；2.天水鑿巖機械氣動工具研究所，甘肅 天水741020）

（上接2019年第2期第22頁）

該公司生產110-195 規(guī)格的NM 系列無尼龍管高氣壓潛孔沖擊器，其技術參數見表28。該公司生產136-254 規(guī)格的速霸系列無尼龍管高氣壓潛孔沖擊器，其技術參數見表29。

該公司生產155-610 規(guī)格的水井、建筑基樁和鉆井用沖擊器，該類沖擊器屬于較大孔徑的高氣壓潛孔沖擊器，其特點與黑金剛公司同類產品類似，具體技術參數見表30。

該公司生產114-155 規(guī)格的反循環(huán)沖擊器，此種反循環(huán)沖擊器主要用于深孔勘探鉆進和巖心樣品，其技術特點與黑金剛同類產品類似，具體技術參數見表31。

3.2.3 其它地區(qū)的生產企業(yè)概況

除了宣化地區(qū)、長沙地區(qū)外，我國其它地區(qū)生產潛孔沖擊器的企業(yè)也很多。如湖北宜昌地區(qū)的五環(huán)鉆機具有限責任公司、武穴市長江工具股份有限公司，以及山東的龍口、濰坊地區(qū)，浙江的臺州地區(qū)也有許多很有影響力的潛孔沖擊器生產企業(yè)。

表28 新金剛NM 系列無尼龍管高氣壓潛孔沖擊器基本參數表

表29 新金剛速霸系列無尼龍管高氣壓潛孔沖擊器基本參數表

表30 新金剛水井、建筑基樁和鉆井用沖擊器基本參數表

表31 新金剛反循環(huán)沖擊器基本參數表

（1）湖北省武穴市長江工具股份有限公司

武穴市長江工具股份有限公司原名長江工具廠，最早成立于1970年，是一家歷史悠久的鑿巖釬具生產企業(yè)。近年來該公司與中國地質大學、華南理工大學、煤科院等科研單位合作，研發(fā)生產了多種潛孔沖擊器以及其他釬具鉆具產品。

該公司生產55-210 規(guī)格的低氣壓潛孔沖擊器產品，其技術參數如表32所示。

該公司生產76-165 規(guī)格的中、高氣壓潛孔沖擊器產品，其技術參數如表33所示。

（2）山東泰進機械裝備股份有限公司

表32 長江工具公司低氣壓沖擊器基本參數表

表33 長江工具公司中、高氣壓沖擊器基本參數表

山東泰進機械裝備股份有限公司位于山東省龍口市。2012年該公司與韓國東宇合作，生產大口徑潛孔沖擊器及鉆頭等鉆具，還生產無噪音組合潛孔錘產品。

該公司生產380-525 規(guī)格的中尺寸潛孔沖擊器，其基本參數如表34所示，675-975 規(guī)格的大尺寸潛孔沖擊器的基本參數如表35所示。

4 我國潛孔沖擊器產品技術發(fā)展現狀

得益于我國國民經濟的高速發(fā)展，以及各類基礎建設工程的大規(guī)模開展，我國潛孔沖擊器產品在新世紀尤其是2010年后得到爆發(fā)式增長。由于國內品牌的迅速發(fā)展，國外產品占據產業(yè)鏈高端和主導地位的局面被打破，目前國內品牌已占據大半市場，并大量出口國外市場。國內產品已從以前主要使用氣壓0.5 MPa 左右的低氣壓產品，發(fā)展為以1.4 MPa 左右的中氣壓產品、最高可達2.4 MPa 的高氣壓產品為主導。產品結構按照張維民教授的劃分，經歷了四代的改進。這幾代產品的具體原理及優(yōu)缺點在《我國潛孔沖擊器的發(fā)展歷程》一文有詳細描述，此處不再重述。產品規(guī)格方面從原來的最大200 mm 左右鉆孔尺寸，發(fā)展到今天的1000 mm 孔徑以上。產品種類也出現了大孔徑沖擊器、反循環(huán)沖擊器、鉆井專用沖擊器等新型產品，乃至多個沖擊器形成組合的可鉆鑿2 米左右孔徑巖孔的集束式潛孔沖擊器（組合潛孔沖擊器產品）?，F將上述技術發(fā)展情況概述如下：

表34 泰進中尺寸潛孔沖擊器基本參數表

表35 泰進大尺寸潛孔沖擊器基本參數表

（一）中氣壓與高氣壓潛孔沖擊器

上個世紀我國市場上的潛孔沖擊器以低氣壓產品占據主要地位。低氣壓潛孔沖擊器進尺慢，嚴重制約了鉆機的鑿孔效率。從本世紀初開始，0.7～1.4 MPa 左右的中氣壓產品以及1.4 ～2.4 MPa 的高氣壓的潛孔沖擊器逐漸占據主導地位。中氣壓和高氣壓的潛孔沖擊器鑿速明顯提高，尤其是在堅硬巖石的地質情況下，鑿速成倍增加，從而對施工效率的提升起到了巨大的推動作用。沖擊器產品由于使用高氣壓，使得沖擊器鑿孔直徑大幅擴大，因而也使得潛孔沖擊器在其他領域的應用如打水井、石油鉆井、建筑深基孔等成為可能。

（二）新型潛孔沖擊器

在中氣壓、高氣壓沖擊器得到廣泛應用的同時，潛孔沖擊器的類型也增加了很多。主要有大孔徑潛孔沖擊器、反循環(huán)潛孔沖擊器、帶螺旋葉潛孔沖擊器、集束式潛孔沖擊器等。

（1）大孔徑潛孔沖擊器。在上世紀以低氣壓潛孔沖擊器為主導產品的時代，潛孔沖擊器鑿孔直徑基本在250 毫米以下。隨著中氣壓、高氣壓潛孔沖擊器產品的相繼研發(fā)成功，鑿孔直徑也不斷變大。圖6為山東泰進機械裝備股份有限公司生產的鑿孔直徑可達1500 毫米的大口徑潛孔沖擊器外形圖。

圖6 大口徑潛孔沖擊器外形圖

（2）反循環(huán)潛孔沖擊器。以圖7所示的宣化蘇普曼生產的反循環(huán)潛孔沖擊器排粉原理圖為例，左圖為常規(guī)潛孔沖擊器工作時的氣流和巖粉流動示意圖。壓縮空氣將鉆頭在巖孔底部鑿下的巖粉，沿沖擊器外壁和巖孔內壁的空間吹出孔外實現排粉。右圖為反循環(huán)潛孔沖擊器工作時的氣流和巖粉流動示意圖。這種潛孔沖擊器的中心有專用排出巖粉的通道。鑿孔時壓縮空氣將鉆頭在巖孔底部鑿下的巖粉，通過沖擊器的中心排氣通道排出實現排粉。

圖7 宣化蘇普曼反循環(huán)潛孔沖擊器原理圖

反循環(huán)潛孔沖擊器，巖粉是通過潛孔沖擊器以及與之配用的專用鉆桿的中心孔道，在不接觸巖孔的孔壁的情況下直接排出孔外的。這在巖層地質發(fā)育的情況下，能更好的保證巖孔孔壁的穩(wěn)定，從而提高成孔率；在進行巖礦采樣時，還可避免礦樣污染，提高礦樣準確度。此外，中心排粉還可控制排放，便于排渣的處理。在采樣時，也可方便的將巖樣輸送到對應的位置。圖8為北方穿越鉆具公司反循環(huán)鑿孔工作原理圖。

圖8 北方穿越鉆具公司反循環(huán)鑿孔工作原理圖

（3）帶螺旋葉潛孔沖擊器。這種沖擊器將適于處理巖石鑿孔和松軟巖土地質的螺旋鉆結合了起來，可很好的適用于礫石層、塊石、微風化基巖類地質條件下的打孔。圖9為山東泰進公司生產的帶螺旋葉潛孔沖擊器外形圖。

（4）集束式潛孔沖擊器。這種潛孔沖擊器在灌注樁孔鉆進時，比傳統施工方法能大幅提高效率。集束式潛孔沖擊器出現以前，灌注樁孔通常使用組合牙輪或滾齒鉆頭鉆進。這種方法在松軟地質條件下鉆進速度能達到施工要求，而在中硬以上巖層地質條件下，就需要加大鉆機扭矩（即增大回轉扭矩）和鉆壓（即增大推進力）。隨著巖層硬度的增加或鉆孔直徑的增大，這種施工方法的鉆進效率變得很低、經濟性變得很差[6]。而集束式潛孔沖擊器能發(fā)揮沖擊器高效對付硬巖的優(yōu)勢，很好地解決這種工況下的鉆孔問題。圖10為山東泰進公司集束式潛孔沖擊器外形圖。

圖9 山東泰進公司帶螺旋葉潛孔沖擊器外形圖

圖10 山東泰進公司集束式潛孔沖擊器外形圖

（三）各種新用途

傳統沖擊器主要用于露天礦鉆鑿爆破孔。隨著潛孔沖擊器技術的不斷進步和產品種類的不斷豐富，潛孔沖擊器還用于如下用途：

（1）鉆鑿交通、水電等工程中護坡用錨索孔或地鐵隧道工程中的錨索孔。

（2）鉆鑿水井，在石油開采中有堅硬巖層的地質條件下鉆石油井。

（3）建筑施工中鉆基樁孔。

（4）采礦工程中鑿地下礦探水孔。

（5）煤礦工程中鉆鑿探瓦斯用孔。針對新的用途，出現了適于這些特種工程的專用潛孔沖擊器，如長沙黑金剛、湖南新金剛等公司研發(fā)了水井、基樁和石油鉆井專用大孔徑潛孔沖擊器。潛孔沖擊器在這些工程中的應用，有效提高了工作效率，為我國上述相關行業(yè)提高效益、增強競爭力起到了很好的助推作用。