常見工程鉆機(jī)種類及工作原理

工程鉆機(jī)是一種種鉆鑿水井并完成下井管、洗井等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，包括動(dòng)力設(shè)備和鉆頭、鉆桿、巖心管、鉆架等。一般分回轉(zhuǎn)式工程鉆機(jī)、沖擊式工程鉆機(jī)和復(fù)合式工程鉆機(jī)三大類。

一、沖擊式工程鉆機(jī)

沖擊式工程鉆機(jī)主要是靠鉆具的垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使鉆頭沖擊井底以破碎巖層。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有循環(huán)洗井系統(tǒng)，巖屑的清除與鉆機(jī)不能同時(shí)進(jìn)行，因而功效較低。鉆井深度一般在250米以內(nèi)，有時(shí)可達(dá)500～600米。

主要有2種：
 （1） 沖抓錐。利用鉆具本身的重量沖擊地層。鉆具的下端是幾個(gè)可以張合的尖角形抓瓣，當(dāng)鉆具在自身重量作用下向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，抓瓣張開，切入巖層，然后由卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)鋼絲繩提升鉆具，抓瓣在閉合過(guò)程中將巖屑抓入錐體內(nèi)，提出井口卸出巖屑。鉆井深度通常為40～50米，最深達(dá)100～150米。
 （2）  鋼絲繩沖擊式鉆機(jī)。由桅桿和裝在頂端的提升滑輪、鋼絲繩、沖擊機(jī)構(gòu)、鉆具、電動(dòng)機(jī)等組成。作業(yè)時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)沖擊機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)鋼絲繩使鉆具作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在向下運(yùn)動(dòng)時(shí)靠鉆頭本身的重量切入并破碎巖層，向上運(yùn)動(dòng)靠鋼絲繩牽引。鉆頭沖程為0.5～1米，沖擊頻率30～60次／分。巖屑由抽砂筒清出地面，鉆進(jìn)與清除巖屑同時(shí)進(jìn)行。

二、回轉(zhuǎn)式工程鉆機(jī)

 回轉(zhuǎn)式工程鉆機(jī)主要是依靠鉆具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)破碎巖層而成孔。

主要有5種：
 （1）  鍋錐。利用其鍋錐形鉆具旋轉(zhuǎn)切削土層。根據(jù)鉆具的大小分別稱大鍋錐和小鍋錐，可由人力或動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。切下的土屑落到鍋內(nèi)，提升到地面卸出。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功效低，適宜于一般土層或砂卵石土層。鉆井深度小鍋錐為80～100米，大鍋錐為30～40米。
 （2）  循環(huán)泥漿洗井轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)。由塔架、卷?yè)P(yáng)機(jī)、轉(zhuǎn)盤、鉆具、泥漿泵、水龍頭和電動(dòng)機(jī)等組成。作業(yè)時(shí)，動(dòng)力機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，由主動(dòng)鉆桿帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)破碎巖層。有正、反兩種循環(huán)方式。正循環(huán)鉆機(jī)工作時(shí)，井底巖屑通過(guò)鉆桿外的環(huán)形通道被帶出井口，在沉淀池沉淀后，泥漿流回泥漿池供循環(huán)使用。反循環(huán)鉆機(jī)工作時(shí)，泥漿在沉淀池沉淀后從井口自行流入井底，攜帶巖屑的泥漿則由砂石泵經(jīng)鉆頭水口通過(guò)鉆桿內(nèi)腔向上抽吸出井，回沉到沉淀池。鉆機(jī)在鉆桿內(nèi)形成很高的上升流速，排出巖屑和卵石的能力較強(qiáng)，鉆井速度快，適用于土層、砂層和卵石直徑小于鉆桿內(nèi)徑的松散地層。鉆井深度一般在150米以內(nèi)。
 （3）  壓氣洗井轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)。在轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)上用空氣壓縮機(jī)代替泥漿泵，用壓縮空氣代替泥漿洗井。通常采用反循環(huán)方式，又稱氣舉反循環(huán)。適用于井深較大和缺水的干旱地區(qū)及寒帶凍土層。
 （4）  液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)。由液壓馬達(dá)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)，并以沿塔架上下移動(dòng)的動(dòng)力頭代替轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)上的轉(zhuǎn)盤和水龍頭，驅(qū)動(dòng)鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)切削巖層?？摄@鑿大口徑水井。
 （5）  潛孔振動(dòng)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)。以振動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的方式鉆進(jìn)巖層。鉆具由鉆頭、振動(dòng)器、消振器和導(dǎo)向筒等組成。振動(dòng)器產(chǎn)生的激振力使整個(gè)鉆具作錐擺運(yùn)動(dòng)以破碎巖層。采用壓縮空氣反循環(huán)方式洗井，使巖屑通過(guò)導(dǎo)管和鉆桿內(nèi)腔排出井外。鉆井深度可達(dá)150米。

三、復(fù)合式工程鉆機(jī)

復(fù)合式工程鉆機(jī)主要有2種：

   （1）水井鉆機(jī)：將沖擊與回轉(zhuǎn)作用結(jié)合在一起鉆進(jìn)的，如風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆機(jī)。潛孔錘鉆具由缸套和活塞等組成。由空氣壓縮機(jī)提供高壓空氣推動(dòng)活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，沖擊鉆頭以增強(qiáng)鉆頭鉆進(jìn)巖層的能力。與此同時(shí)，鉆具以35～60轉(zhuǎn)／分的較低轉(zhuǎn)速作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由活塞上、下空腔排出的空氣進(jìn)入鉆頭，并將孔底巖屑帶出井口。風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆機(jī)可用于硬巖層深井的鉆進(jìn)，鉆進(jìn)速度高，鉆出的井孔較直。
  （2）  兩用水井鉆機(jī)：是在轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)的基礎(chǔ)上增設(shè)沖擊機(jī)構(gòu)，以回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為主，當(dāng)遇到卵石層時(shí)用沖擊鉆進(jìn)的兩用鉆機(jī)，對(duì)各種地層的適應(yīng)性強(qiáng)。