冲击式钻机和复合式钻机是水井钻机的重要分类,各自包含多种类型,以下是对它们的详细介绍:
冲击式钻机
冲击式钻机是利用钻具自由下落的冲击力破碎岩层成孔的机械,主要由动力装置、冲击机构等部件组成。其通过往复冲凿地层并采用泥浆固壁,适用于水利工程等领域的钻孔作业。根据不同的分类标准,冲击式钻机可以分为以下类型:
按动力来源分类:
人工架冲击锥:依赖人力操作,适用于小规模或特定条件下的钻井作业。
机动冲击式钻机:利用机械动力驱动,又进一步分为钻杆冲击式和钢丝绳冲击式两种。
钻杆冲击式:通过钻杆传递冲击力,适用于较深井孔的钻进。
钢丝绳冲击式:利用钢丝绳提升钻具至一定高度后自由下落,冲击地层。常见的有CZ-22型、CZ-30型、KCL-100型等机型,通过钢丝绳带动钻头冲凿松散砾石层。
按结构和工作原理分类:
普通冲击钻机:具有据臂机构,固定几种冲程,冲击频率高,适用于直径小于2米的桩。
简易冲击钻机:靠手动卷扬机提升钻头,冲击频率低。但大口径桩可通过提高卷扬机的功率,加大提升力,从而加大钻头质量,提高冲程。可适用3米以内的桩,但钻进效率不如普通冲击钻机。
冲击反循环钻机:由普通钻机改型而来,功能强大。国产钻机一般采用系吸反循环系统,其钻进效率是前两种类型钻机的2至5倍。主要有CGF-20、GCF-1500型等。此外,还有气举反循环冲击钻机,国内也在进行这类钻机的试制。
按钻进方式和应用场景分类:
冲抓锥:一种简单的冲击式钻机,利用钻具本身的重量冲击地层。钻具的下端是几个可以张合的尖角形抓瓣,当钻具在自身重量作用下向下运动时,抓瓣张开切入岩层,然后由卷扬机通过钢丝绳提升钻具,抓瓣在闭合过程中将岩屑抓入尖锥体内,提出井口后再张开抓瓣卸出岩屑。冲抓锥钻井深度通常为40至50米,较深可达100至150米。
钢丝绳冲击式钻机:由桅杆和其顶端的提升滑轮、钢丝绳、冲击机构、钻具(包括钻杆和钻头)、电动机等组成。作业时,电动机通过传动装置驱动冲击机构,带动钢丝绳使钻具作上下往复运动。向下运动时靠钻具本身重量使钻头切入并破碎岩层,向上运动则靠钢丝绳的牵引。
复合式钻机
复合式钻机是一种能够采用两种以上钻进方法的钻机类型,结合了冲击式、回转式等多种钻进方法的技术特点,适用于复杂地质条件下的钻进作业。根据不同的分类标准,复合式钻机可以分为以下类型:
按钻进方法组合分类:
回转-冲击复合式钻机:结合了回转式钻机的切削研磨和冲击式钻机的冲击破碎功能,如SPC-300H型回转、冲击两用车装钻机。
其他组合方式:根据实际需求,还可以将振动、闪转、静压等功能以不同组合复合在一起,形成具有多种钻进能力的复合式钻机。
按结构和应用场景分类:
一体式复合式钻机:将冲击与回转机构置于一个机架上,并设有自行机构。其凿井深度在回转钻进时为300米,冲击钻进时不超过80米。
专用复合式钻机:针对特定地质条件或钻进需求设计的复合式钻机,如适用于坚硬岩层的潜孔式复合钻机。