公元前2世紀(jì),中國(guó)已有用人力并借助竹弓彈力使錐形鉆頭沖擊地層而鉆進(jìn)的原始沖擊式鉆機(jī),后曾在中國(guó)農(nóng)村中長(zhǎng)期使用。直至20世紀(jì)50年代,才從國(guó)外引進(jìn)鋼絲繩沖擊式鉆機(jī),60年代初開始發(fā)展大、小鍋錐、沖抓錐等簡(jiǎn)易水井鉆機(jī)。1966年前后開始研制正循環(huán)轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī),1974年前后研制成功反循環(huán)轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)和復(fù)合式鉆機(jī),70年代末創(chuàng)制了潛孔振動(dòng)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)。歐美各國(guó)在19世紀(jì)主要使用鋼絲繩沖擊式鉆機(jī),19世紀(jì)60年代,法國(guó)首先使用轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機(jī),以后傳入美國(guó)并得到迅速發(fā)展。20世紀(jì)50年代,開始發(fā)展反循環(huán)轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機(jī),以后又出現(xiàn)了用壓縮空氣代替泥漿作為洗井介質(zhì)的轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機(jī),至70年代發(fā)展了液壓動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)。
有的轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)同時(shí)備有泥漿泵和空氣壓縮機(jī),可根據(jù)情況選用不同的洗井方式。
液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī) 回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)的一種。由液壓馬達(dá)通過減速器驅(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,驅(qū)動(dòng)鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)切削巖層。可用直徑達(dá)1米的大型鉆頭鉆鑿大口徑水井,其特點(diǎn)是鉆進(jìn)速度快,鉆具的裝卸和下井管較簡(jiǎn)便,接長(zhǎng)鉆桿時(shí)無需提升鉆具,簡(jiǎn)免了卷揚(yáng)機(jī)、提升滑車、轉(zhuǎn)盤、水、方鉆桿等一系列部件。潛孔振動(dòng)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī) 是以振動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的方式鉆進(jìn)巖層的一種回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)。鉆具由鉆頭、振動(dòng)器、消振器和導(dǎo)向筒等組成(圖3)。振動(dòng)器產(chǎn)生的激振力使整個(gè)鉆具作錐擺運(yùn)動(dòng)。鉆頭通過摩擦圈套裝在振動(dòng)器外殼的外面,一方面隨振動(dòng)器作頻率約為1000轉(zhuǎn)/分、振幅約9毫米的水平圓周振動(dòng);另一方面又繞振動(dòng)器軸線作3~12轉(zhuǎn)/分的低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以破碎巖層,而鉆桿則不轉(zhuǎn),并借消振器避免將振動(dòng)傳給鉆桿。采用壓縮空氣反循環(huán)方式洗井,使巖屑通過位于振動(dòng)器中心的導(dǎo)管和鉆桿內(nèi)腔排出井外。這種鉆機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,鉆進(jìn)效率高。井孔直徑為600毫米左右,鉆進(jìn)深度可達(dá)150米。
沖擊式鉆
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,但沒有循環(huán)洗井系統(tǒng),巖屑的清除與鉆機(jī)不能同時(shí)進(jìn)行,因而工效較低。鉆井深度一般在250米以內(nèi),有的可達(dá)500~600米。主要類型如下述。沖抓錐 一種簡(jiǎn)單的沖擊式鉆機(jī),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,各抓瓣在直徑約1米的圓周上切入巖層,然后由卷揚(yáng)機(jī)通過鋼絲繩提升鉆具,抓瓣在閉合過程中將巖屑抓入尖錐體內(nèi),提出井口后再張開抓瓣卸出巖屑。沖抓錐的鉆井深度通常為40~50米,深可達(dá)100~150米。鋼絲繩沖擊式鉆機(jī) 由桅桿和其頂端的提升滑輪、鋼絲繩、沖擊機(jī)構(gòu)、鉆具(包括鉆桿和鉆頭)、電動(dòng)機(jī)等組成(圖4)。作業(yè)時(shí),電動(dòng)機(jī)通過傳動(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)。向下運(yùn)動(dòng)時(shí)靠鉆具本身重量使鉆頭切入并破碎巖層,向上運(yùn)動(dòng)則靠鋼絲繩的牽引。鉆具下落的高度即沖程大小,根據(jù)巖層情況確定,一般為0.5~1米,硬巖層用大值;沖擊頻率常用為30~60次/分。切下的巖屑用抽砂筒清出地面,也可用將鉆頭與抽砂筒合成一體的抽筒鉆具,鉆進(jìn)與清除巖屑同時(shí)進(jìn)行,使切下的巖屑直接進(jìn)入抽筒,積滿后提升鉆具,將巖屑倒出。為提高鉆頭的耐磨性和鉆進(jìn)速度,常在鉆頭端部堆焊鎢鋼粉,成為合金補(bǔ)焊鉆頭。復(fù)合式鉆機(jī)
鉆孔起始部位稱孔口,側(cè)部稱孔壁,底部稱孔底。鉆孔的直徑D簡(jiǎn)稱孔徑,孔口直徑稱開孔口徑,孔底直徑稱終孔直徑。從孔口至孔底的距離H稱鉆孔深度,簡(jiǎn)稱孔深。鉆孔的某一段稱孔段。
通常指用尖銳的旋轉(zhuǎn)工具在堅(jiān)硬的物體上鉆穿。如:在木板上鉆孔。在數(shù)處給一塊金屬板鉆孔。用鑿巖機(jī)(在堅(jiān)固材料中)鉆孔洞。在花崗巖上鉆孔。2.指為了裝飾、識(shí)別或便于分開而(常用機(jī)器)打一排小孔或花樣。形似獨(dú)木舟有時(shí)鉆孔作為垂飾的船形寶石。