常見工程鉆機種類及工作原理

工程鉆機是一種種鉆鑿水井并完成下井管、洗井等作業(yè)的機械設(shè)備，包括動力設(shè)備和鉆頭、鉆桿、巖心管、鉆架等。一般分回轉(zhuǎn)式工程鉆機、沖擊式工程鉆機和復(fù)合式工程鉆機三大類。

一、沖擊式工程鉆機

沖擊式工程鉆機主要是靠鉆具的垂直往復(fù)運動，使鉆頭沖擊井底以破碎巖層。其結(jié)構(gòu)簡單，沒有循環(huán)洗井系統(tǒng)，巖屑的清除與鉆機不能同時進行，因而功效較低。鉆井深度一般在250米以內(nèi)，有時可達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。鉆具的下端是幾個可以張合的尖角形抓瓣，當鉆具在自身重量作用下向下運動時，抓瓣張開，切入巖層，然后由卷揚機通過鋼絲繩提升鉆具，抓瓣在閉合過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100～150米。
 （2）  鋼絲繩沖擊式鉆機。由桅桿和裝在頂端的提升滑輪、鋼絲繩、沖擊機構(gòu)、鉆具、電動機等組成。作業(yè)時，電動機通過傳動裝置驅(qū)動沖擊機構(gòu)，帶動鋼絲繩使鉆具作上下往復(fù)運動，在向下運動時靠鉆頭本身的重量切入并破碎巖層，向上運動靠鋼絲繩牽引。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，鉆進與清除巖屑同時進行。

二、回轉(zhuǎn)式工程鉆機

 回轉(zhuǎn)式工程鉆機主要是依靠鉆具的回轉(zhuǎn)運動破碎巖層而成孔。

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，可由人力或動力驅(qū)動。切下的土屑落到鍋內(nèi)，提升到地面卸出。其結(jié)構(gòu)簡單，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。由塔架、卷揚機、轉(zhuǎn)盤、鉆具、泥漿泵、水龍頭和電動機等組成。作業(yè)時，動力機通過傳動裝置驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，由主動鉆桿帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)破碎巖層。有正、反兩種循環(huán)方式。正循環(huán)鉆機工作時，井底巖屑通過鉆桿外的環(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)鉆機工作時，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)鉆頭水口通過鉆桿內(nèi)腔向上抽吸出井，回沉到沉淀池。鉆機在鉆桿內(nèi)形成很高的上升流速，排出巖屑和卵石的能力較強，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。在轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆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）  液壓動力頭式鉆機。由液壓馬達通過減速器驅(qū)動，并以沿塔架上下移動的動力頭代替轉(zhuǎn)盤式鉆機上的轉(zhuǎn)盤和水龍頭，驅(qū)動鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)切削巖層?？摄@鑿大口徑水井。
 （5）  潛孔振動回轉(zhuǎn)式鉆機。以振動和回轉(zhuǎn)運動相結(jié)合的方式鉆進巖層。鉆具由鉆頭、振動器、消振器和導(dǎo)向筒等組成。振動器產(chǎn)生的激振力使整個鉆具作錐擺運動以破碎巖層。采用壓縮空氣反循環(huán)方式洗井，使巖屑通過導(dǎo)管和鉆桿內(nèi)腔排出井外。鉆井深度可達150米。

三、復(fù)合式工程鉆機

復(fù)合式工程鉆機主要有2種：

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