水井鑽機

鑽鑿水井並完成下井管、洗井等作業的機械設備。包括動力設備和鑽頭、鑽桿、岩心管、鑽架等。一般分迴轉式轉機、衝擊式鑽機和複合式轉機3大類。

基本介紹

• 中文名：水井鑽機
• 功能：完成下井管、洗井等作業
• 組成：動力設備和鑽頭、鑽桿
• 分類：3大類

概況

公元前2世紀,中國已有用人力並藉助竹弓彈力使錐形鑽頭衝擊地層而鑽進的原始衝擊式鑽機，後曾在中國農村中長期使用。直至20世紀50年代，才從國外引進鋼絲繩衝擊式鑽機，60年代初開始發展大、小鍋錐、沖抓錐等簡易水井鑽機。1966年前後開始研製正循環轉盤式鑽機，1974年前後研製成功反循環轉盤式鑽機和複合式鑽機，70年代末創製了潛孔振動迴轉式鑽機。歐美各國在19世紀主要使用鋼絲繩衝擊式鑽機，19世紀60年代，法國首先使用轉盤迴轉式鑽機，以後傳入美國並得到迅速發展。20世紀50年代，開始發展反循環轉盤迴轉式鑽機，以後又出現了用壓縮空氣代替泥漿作為洗井介質的轉盤迴轉式鑽機，至70年代發展了液壓動力頭迴轉式鑽機。

分類

一般分迴轉式鑽機機、衝擊式鑽機和複合式鑽機3大類。

迴轉式鑽機

依靠鑽具的迴轉運動破碎岩層而成孔。主要有大、小鍋錐鑽機，正、反循環轉盤式鑽機，液壓動力頭式鑽

機，潛孔振動迴轉式鑽機等。簡單的迴轉式鑽機只有鑽進裝置，結構完善的迴轉式鑽機則有鑽進裝置和循環洗井裝置兩部分組成。轉盤式水井鑽機的鑽具包括鑽桿和鑽頭。常用鑽桿的名義直徑有60、73、89和114毫米4種。鑽頭分全面鑽進用鑽頭和環狀鑽進用鑽頭兩大類。大、小鍋錐 　利用其鍋錐形鑽具旋轉切削土層。根據鑽具的大小分別稱為大鍋錐和小鍋錐，可由人力或動力驅動。切下的土屑落到鍋內，提升到地面卸出，其結構簡單,工效低,只能用於一般土層或砂卵石直徑不大於10厘米、含量不超過50%的地層。小鍋錐開孔直徑0.55米，鑽井深度80～100米；大鍋錐開孔直徑1.1米，鑽井深度30～40米。正、反循環泥漿洗井轉盤式鑽機 　常用的迴轉式鑽機（圖1）,即正循環泥漿洗井轉盤式鑽機由塔架、卷揚機、轉盤、鑽具、泥漿泵、水龍頭和電動機等組成。作業時，動力機通過傳動裝置驅動轉盤，由主動鑽桿帶動鑽頭以30～90轉/分的轉速旋轉破碎岩層。泥漿由泥漿泵抽吸加壓後通過鑽桿上方的水龍頭壓入空心鑽桿，向下流入鑽頭，由水口射出，以冷卻、潤滑鑽頭；井底岩屑通過鑽桿外的環形通道被帶出井口，在沉澱池沉澱後，泥漿流回泥漿池供循環使用。反循環泥漿洗井轉盤式鑽機的鑽進方式和結構與上述基本相同，但泥漿的循環方式相反：泥漿在沉澱池沉澱後從井口自行流入井底，攜帶岩屑的泥漿則由砂石泵經鑽頭水口通過鑽桿內腔向上抽吸出井，回到沉澱池。這種方式稱泵吸反循環。也可用水泵將加壓水流從井底通過噴嘴射入鑽桿內腔，形成攜帶岩屑的上升水流，稱射流反循環。鑽機在鑽桿內可形成很高的上升流速，排出岩屑和卵石的能力較強，因而鑽進速度較快。適用於土層、一般砂層和卵石直徑小於鑽桿內徑的鬆散地層，所用鑽桿的內徑較大,一般為150～200毫米，最大可達300毫米。但因受泵的抽吸或壓送能力的限制,鑽井深度一般在150米以內，井深在50米以內時排屑效率較高。壓氣洗井轉盤式鑽機 　是在轉盤迴轉式鑽機上用空氣壓縮機代替泥漿泵，用壓縮空氣代替泥漿洗井。通常採用反循環方式,又稱氣舉反循環（圖2）。即將壓縮空氣通過供氣管路送至井內氣水混合室，使其與鑽桿內的水流摻混，形成比重小於 1的摻氣水流。在鑽桿外圍環形水柱的重力作用下，鑽桿內的摻氣水流挾帶岩屑不斷上升並排出井外，流入沉澱池，沉澱後的水流以自流方式流回井內。採用這種鑽機在井深較大時(50米以上)，排屑能力大於採用泵吸或射流反循環的鑽機，因而適用於井深較大的情況和缺水的乾旱地區，以及寒帶凍土地層。

有的轉盤式鑽機同時備有泥漿泵和空氣壓縮機，可根據情況選用不同的洗井方式。

液壓動力頭式鑽機 　迴轉式鑽機的一種。由液壓馬達通過減速器驅動，並以沿塔架上下移動的動力頭代替轉盤式鑽機上的轉盤和水龍頭，驅動鑽桿和鑽頭旋轉切削岩層。可用直徑達1米的大型鑽頭鑽鑿大口徑水井,其特點是鑽進速度快，鑽具的裝卸和下井管較簡便，接長鑽桿時無需提升鑽具，簡免了卷揚機、提升滑車、轉盤、水龍頭、方鑽桿等一系列部件。潛孔振動迴轉式鑽機 　是以振動和迴轉運動相結合的方式鑽進岩層的一種迴轉式鑽機。鑽具由鑽頭、振動器、消振器和導向筒等組成(圖3)。振動器產生的激振力使整個鑽具作錐擺運動。鑽頭通過摩擦圈套裝在振動器外殼的外面，一方面隨振動器作頻率約為1000轉/分、振幅約9毫米的水平圓周振動；另一方面又繞振動器軸線作3～12轉/分的低速旋轉運動以破碎岩層，而鑽桿則不轉，並借消振器避免將振動傳給鑽桿。採用壓縮空氣反循環方式洗井，使岩屑通過位於振動器中心的導管和鑽桿內腔排出井外。這種鑽機結構簡單，鑽進效率高。井孔直徑為600毫米左右,鑽進深度可達150米。

衝擊式鑽

靠鑽具的垂直往復運動，使鑽頭衝擊井底以破碎岩層。其結構簡單,但沒有循環洗井系統,岩屑的清除與鑽機不能同時進行，因而工效較低。鑽井深度一般在250米以內,有的可達500～600米。主要類型如下述。沖抓錐 　一種簡單的衝擊式鑽機，利用鑽具本身的重量衝擊地層。鑽具的下端是幾個可以張合的尖角形抓瓣，當鑽具在自身重量作用下向下運動時,抓瓣張開,各抓瓣尖端在直徑約1米的圓周上切入岩層,然後由卷揚機通過鋼絲繩提升鑽具，抓瓣在閉合過程中將岩屑抓入尖錐體內，提出井口後再張開抓瓣卸出岩屑。沖抓錐的鑽井深度通常為40～50米，最深可達100～150米。鋼絲繩衝擊式鑽機 　由桅桿和其頂端的提升滑輪、鋼絲繩、衝擊機構、鑽具（包括鑽桿和鑽頭）、電動機等組成（圖4）。作業時,電動機通過傳動裝置驅動衝擊機構，帶動鋼絲繩使鑽具作上下往復運動。向下運動時靠鑽具本身重量使鑽頭切入並破碎岩層，向上運動則靠鋼絲繩的牽引。鑽具下落的高度即衝程大小，根據岩層情況確定，一般為0.5～1米，硬岩層用大值；衝擊頻率常用為30～60次/分。切下的岩屑用抽砂筒清出地面，也可用將鑽頭與抽砂筒合成一體的抽筒鑽具，鑽進與清除岩屑同時進行，使切下的岩屑直接進入抽筒，積滿後提升鑽具，將岩屑倒出。為提高鑽頭的耐磨性和鑽進速度，常在鑽頭端部堆焊鎢鋼粉，成為合金補焊鑽頭。複合式鑽機

有兩種類型：一類是在轉盤迴轉式鑽機的基礎上增設衝擊機構,以迴轉鑽進為主,當遇到卵石層時用衝擊鑽進的兩用水井鑽機，對各種地層的適應性較強；另一類是將衝擊與迴轉作用結合在一起鑽進的水井鑽機,如風動潛孔錘鑽機。它所使用的潛孔錘鑽具(圖5)由缸套和在缸套中上下運動的活塞等組成。缸套下端與鑽頭連線，上端通過螺紋接頭與鑽桿相連，由空氣壓縮機提供的0.7～1.4兆帕的高壓空氣通過活塞上方的逆止閥、空氣分配器和活塞下方的進氣口，推動活塞衝擊頻率作為 700～1200次/分的上下往復運動，使活塞頻繁地衝擊鑽頭，以增強鑽頭鑽進岩層的能力。與此同時，鑽具以35～60轉/分的較低轉速作迴轉運動。由活塞上、下空腔排出的空氣，向下進入鑽頭，起冷卻鑽頭的作用，並將孔底岩屑帶出井口。其迴轉和循環洗井部分的結構與用壓縮空氣洗井的轉盤迴轉式鑽機基本相同，所用鑽頭為碳化鎢球齒鑽頭或牙輪鑽頭等。風動潛孔錘鑽機可用於硬岩層深井的鑽進，鑽進速度高，且鑽井速度不因鑽進深度的增加而降低，鑽出的井孔較直。

為了適應不同地層鑽進的需要，提高鑽進效率，水井鑽機正向多用途鑽機及全液壓傳動與操縱的方向發展：即一台鑽機備有多種設備和附屬檔案，可採用衝擊式、迴轉式和潛孔錘等多種鑽井方式；還可採用泥漿洗井、壓縮空氣洗井和正、反循環洗井等方法。

機構組成

1、液壓油泵：為雙聯式，大排量泵為動力頭提供動力，小排量 泵為四個支腿油缸、起落桅桿油缸、加力/提升滑車油缸提供動力。2、四個支腿：小型打井設備由液壓油缸和固定架組成。可在工作現場調整機體的水平度，起到支撐和穩定機體的作用。

3、桅桿：為巨型鋼管、槽鋼和角鋼 組合焊接的框架結構，以兩側槽鋼的內槽為動力頭上下運行的軌道，保證鑽孔的垂直度。打井桅桿的起落由液 壓油缸完成。

4、動力頭：採用齒輪減速箱的機構，其低速軸中間有一個大孔的芯軸，芯軸的上口可與混 凝土灌注設備的膠管接口連線，進行灌注混凝土；芯軸的下口通過法蘭盤連線鑽桿、鑽頭。高速軸由大扭 矩液壓馬達驅動。

系統構成

1.動力系統，為整套鑽機提供能量的設備；

2.工作系統，按工藝的要求進行工作的設備；

3.傳動系統，為工作機組傳遞、輸送、分配能量的設備；

4.控制系統，控制各系統、設備，按工藝的要求進行協調、準確工作；

5.輔助系統，協助主系統工作的設備。

水井鑽機配件平板閥的密封潤滑

手動水井鑽機配件平板閥推力軸承採用鋰基潤滑脂，每次維修後應檢查潤滑脂的消耗情況，若發現變質、污染或缺少，應立即給予更換或補充，閥腔應在每次維修時及時進行沖洗，重新加注密封脂，以潤滑閥板和閥座。維修過程中，若閥桿密封填料密封處發生輕微泄漏時，可通過閥蓋上的密封脂注入閥注入密封脂，阻止泄漏，但施工完畢後應及時進行密封更換。在對閥門進行補註密封脂之前，一定要先考慮閥體的內部壓力，所使用的高壓注塑槍的壓力一定要大於閥內部壓力，才能將密封脂成功注入。在注塑槍內裝入7903密封脂，通過軟管連線到閥門閥蓋上的注入閥。操作注塑槍，注入密封脂。