巖土鉆鑿工程在當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中已占有愈來愈重要的地位，其應(yīng)用領(lǐng)域已不僅涉及礦產(chǎn)的勘探與開發(fā)，而愈來愈多地涉及建筑、供水、市政、交通、環(huán)境等方面。而隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)一步改革開放和建設(shè)步伐的加快，這類工程的國際國內(nèi)市場越來越大，要求也越來越高。

因此，巖土鉆掘技術(shù)及工藝水平的發(fā)展對(duì)我國的各類工程建設(shè)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著愈來愈重要的影響，空氣潛孔錘鉆進(jìn)以其能夠大幅度提高鉆進(jìn)效率，保證工程質(zhì)量，降低施工成本，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益而視為現(xiàn)代鉆探技術(shù)與衡量鉆探技術(shù)的標(biāo)志之一，受到國內(nèi)外鉆探行業(yè)的重視。風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)工藝的誕生及發(fā)展是世界鉆探技術(shù)的一次重大革命，它改變了傳統(tǒng)的切削和研磨碎巖方式，使巖石成體積破碎，大大提高了鉆進(jìn)效率和對(duì)堅(jiān)硬及復(fù)雜地層的適應(yīng)性，風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)開始主要始于鉆鑿爆破孔，水井基巖孔，地質(zhì)勘探孔，國內(nèi)外研究者為了拓展其應(yīng)用范圍，從潛孔錘結(jié)構(gòu)形式、工作性能，使其適應(yīng)多種工程應(yīng)用的要求。
空氣潛孔鉆進(jìn)技術(shù)因其如下的一些特點(diǎn)，是它拓展應(yīng)用領(lǐng)域的有利條件：
1、鉆進(jìn)效率高，生產(chǎn)實(shí)踐證明，其鉆研進(jìn)效率比波動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)效率高了3～10倍，效率提高的原因是：單次沖擊功大，排渣風(fēng)速高，孔底干凈，無二次破碎；由于無液柱壓力，在無地下水的情況下，改善了孔底破條件。
2、潛孔錘的柱齒或球齒硬質(zhì)合金鉆頭，在堅(jiān)硬破碎巖石中伴用，既有利于破巖，又有比金剛石鉆頭壽命高的適應(yīng)性，大大降低了鉆頭成本。
3、因鉆具轉(zhuǎn)速低，鉆具對(duì)孔壁的碰撞機(jī)會(huì)較少，而且這咱鉆進(jìn)方法是以高頻對(duì)孔底沖擊，養(yǎng)活了對(duì)巖石或傾斜地層產(chǎn)生孔斜的影響，從而可提高鉆孔的垂直度，同時(shí)，也可減少孔壁巖石坍塌。
4、比起回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，潛孔錘鉆進(jìn)所需的鉆壓和扭矩要小得多。這樣可減輕鉆機(jī)的設(shè)備的質(zhì)量和能力，為大口徑硬巖鉆進(jìn)，邊坡坑滑加固錨桿孔鉆進(jìn)創(chuàng)造了有利有使用條件。
5、風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)采用的無循環(huán)干式作業(yè)，空氣既作為動(dòng)力又作為排渣介質(zhì)，不污染環(huán)境。
6、風(fēng)動(dòng)潛孔錘工作時(shí)單次沖擊功在瞬間即可生產(chǎn)極大作用力，因而它可應(yīng)用于軟層沖擊擠密不排土鉆進(jìn)，也可用于非開挖鋪管的夯管技術(shù)。
隨著潛孔錘結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展，工作性能的優(yōu)化，鉆研進(jìn)工藝的完善以及應(yīng)用時(shí)所顯示出的優(yōu)點(diǎn)，使人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到潛孔錘鉆進(jìn)在變東地層、礦產(chǎn)勘探及工程地質(zhì)勘探、錨因工程、灌漿孔、大壩倒垂孔中應(yīng)用具有良好前景。
一、研究現(xiàn)狀：
自1871年美國研究制造了長一臺(tái)的蒸汽功力鑿巖機(jī)以來，不遠(yuǎn)之后便將注意力轉(zhuǎn)到空氣作為動(dòng)力的研究上，并于1902年由美國英格索蘭公司推出了第一臺(tái)便式移動(dòng)空氣壓縮機(jī)，從而導(dǎo)致了氣功鑿巖機(jī)的全面發(fā)展。空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)是上世紀(jì)初開始試驗(yàn)以及50～60年代獲生產(chǎn)發(fā)明，并于20～80年代廣為發(fā)展形成的，空氣鉆進(jìn)技術(shù)被視為鉆探技術(shù)的樗性之了動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)以及鉆進(jìn)效率高、鉆頭壽命長、鉆孔質(zhì)量好的特點(diǎn)，國內(nèi)外研究者對(duì)潛孔錘結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，工作性能優(yōu)化，鉆研匹配，鉆頭類型，工藝方法等方面竟相進(jìn)行研究，使其適應(yīng)多種工程應(yīng)用的要求。
（一） 國外的研究現(xiàn)狀
1、美國是空氣潛孔應(yīng)用較早的國家之一，它從最早的風(fēng)動(dòng)鑿巖開始，不斷進(jìn)行空氣壓縮的改進(jìn)和研究，不斷完善和發(fā)展風(fēng)潛孔錘的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行潛孔機(jī)械的配套，空氣不僅作為碎巖動(dòng)力，排渣及冷卻鉆頭，而且也為鉆機(jī)提供行走、回轉(zhuǎn)等動(dòng)力，使其工藝配套更趨完善和合理，其經(jīng)濟(jì)效益更加突出。風(fēng)動(dòng)潛孔錘的產(chǎn)品越來越多樣化和系列化，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。最近幾年來，其在大口徑工程鉆漿施工及潛孔定向鉆進(jìn)以及時(shí)性進(jìn)行非開挖地下管線鋪設(shè)中取得了較大的發(fā)展。
2、西德有前公司，為了有效地提高卵礫石中和堅(jiān)硬巖石的鉆進(jìn)效益，近年來也將潛孔錘鉆研進(jìn)技術(shù)較廣泛地應(yīng)用于礦山爆破孔、水井、工程和巖石鉆漿中，并取得了較好的效果，特別是潛孔錘取心鉆研進(jìn)技術(shù)及汽舉反循環(huán)工藝得到了較大的發(fā)展。
（二） 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國幅員遼闊，地形地貌氣候復(fù)雜多變，有大面積的沙漠戈壁，大面積黃土覆蓋區(qū)，大面積高寒缺水或供水困難地區(qū)，大面積巖溶地區(qū)，并存在冰凍層帶，當(dāng)然還有大量忌用液體循環(huán)介質(zhì)的各種客觀條件等宜于發(fā)展采用多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)，以保證鉆探質(zhì)量，提高鉆探速度和降低成本。我國地質(zhì)部門曾于1937～1958年在北京和甘肅錫鐵山進(jìn)行過早期空氣鉆進(jìn)試驗(yàn)。60～70年代乃至“六五”期間不少單位陸續(xù)進(jìn)行研究試驗(yàn)生產(chǎn)應(yīng)用，雖未能形成較大規(guī)模的生產(chǎn)能力，但對(duì)發(fā)展此技術(shù)的認(rèn)識(shí)都是肯定的，地質(zhì)生產(chǎn)部“七五”科技及攻關(guān)項(xiàng)目之一“多工藝空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)的開發(fā)研究”，經(jīng)過五年攻關(guān)活動(dòng)，項(xiàng)目所設(shè)七項(xiàng)課題和分解進(jìn)行的此項(xiàng)專題，均取得了豐碩成果，包括如下幾下方面：
1、空氣潛孔錘鉆進(jìn)器具和工藝
除了創(chuàng)造條件，大面積拓廣應(yīng)用常規(guī)潛孔錘鉆進(jìn)處，開發(fā)了反循環(huán)“GQ200”型貫通式潛孔錘和配套的“FQ200/250”球齒鉆頭，“QG273/210型”跟管鉆進(jìn)鉆具，“QXD－165”和“QXS－165”型潛孔錘取的鉆具，Q150/230、Q230/260、Q260/300mm潛孔擴(kuò)孔鉆頭，以及井口密封捕塵裝置，并研究總結(jié)了一套空氣潛孔錘鉆進(jìn)工藝，此項(xiàng)成果對(duì)提高我國水文井鉆探技術(shù)與生產(chǎn)水平效果顯著，后來又延伸研制成功孔徑95、93mm和800～1500mm貫通式潛孔錘。
2、設(shè)備研制成功空氣反循環(huán)鉆進(jìn)用“WP”系列雙壁鉆具（Ф114、Ф89、Ф73）三牙輪鉆頭，雙通道水龍頭，主動(dòng)鉆探及巖樣接收裝置等，并研究總結(jié)了一套空氣反循環(huán)鉆進(jìn)工藝。
3、氣舉反循環(huán)邊疆取樣器具和工藝
設(shè)計(jì)研制成功SHB系列氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)雙壁鉆桿（Ф114、Ф12、Ф140、Ф168mm），各型鉆頭、氣液分離和巖樣接收裝置等，并研究總結(jié)了一套取樣判層和鉆進(jìn)工藝。
4、空氣鉆進(jìn)用泡沫劑和鉆進(jìn)工藝
共研制成功四種泡沫劑（ADF－1、CDT－182、CDT－183）和一種清泡劑（DX），其性能達(dá)到或超過國外同類產(chǎn)品水平。
5、多功能空氣鉆進(jìn)用鉆機(jī)和各類監(jiān)測系統(tǒng)，為發(fā)展多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)裝備創(chuàng)造了條件。
二、研究的主要內(nèi)容
（一）根據(jù)潛孔錘的工作原理及發(fā)展動(dòng)態(tài)，拓展其在復(fù)雜地層（地層松散、鉆進(jìn)困難、孔壁穩(wěn)定性差）鉆進(jìn)時(shí)的跟管及拔管應(yīng)用，同時(shí)提出對(duì)潛孔錘的改進(jìn)措施。
（二）根據(jù)空氣潛孔錘在復(fù)雜地層條件下的碎巖優(yōu)勢，研究其松散布地層及基巖地層中的取心鉆進(jìn)，進(jìn)一步完善鉆具配套，拓展其在復(fù)雜地層在進(jìn)行工程地質(zhì)勘察的應(yīng)用。
（三）風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)行ODEX工藝，它不僅使用了潛孔錘造孔，同時(shí)解決了套管跟進(jìn)問題，避免了鉆孔坍塌和重復(fù)破碎，提高了鉆進(jìn)速度，本文擬探索，在成孔口徑及鉆進(jìn)深度上有所突破，以滿足還在水利、水電、工路、鐵路、工業(yè)及民用等各類災(zāi)害及基礎(chǔ)施工中的不取心鉆進(jìn)。
（四）空氣潛孔錘擠密成孔。目前，我國土層錨桿及樁基孔施中常采用沖洗液正循環(huán)和長螺旋桿干式作業(yè)鉆進(jìn)方法。用正循環(huán)鉆進(jìn)法因受施工場地，沖洗液排放及污水處理等條件限制，一般很少采用。而長螺旋干式作業(yè)不僅消耗功率大，而且鉆進(jìn)效率低，成本高，因此一開展?jié)摽族N錐開鉆頭擠密成孔研究具有較為廣泛的應(yīng)用前景。
（五）非開挖地下管線施工中潛孔錘鉆進(jìn)，它是一種機(jī)構(gòu)簡單，使用廣泛，費(fèi)用低的非開挖鋪管施工設(shè)備。

第一章 空氣潛孔錘及其鉆進(jìn)參數(shù)
第一節(jié) 空氣潛孔錘的基本結(jié)構(gòu)和類型
空氣潛孔錘是以壓縮空氣為功力的一種風(fēng)動(dòng)沖擊工具。它所產(chǎn)生的沖擊功和沖擊頻率可以直接傳給鉆頭，然后再通過鉆機(jī)和鉆桿的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，形成對(duì)巖石的脈動(dòng)破碎能力，同時(shí)利用沖擊器排出的壓縮空氣，對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻和將破碎后的巖石顆粒排出體外，從而實(shí)現(xiàn)了孔底沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的目的。因此，沖擊器的結(jié)構(gòu)、性能是實(shí)現(xiàn)風(fēng)動(dòng)鉆進(jìn)的重點(diǎn)。
一、沖擊器的類型
1、按沖擊器的配氣方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為有閥和無閥兩種類型
（1）有閥式?jīng)_擊器，這類沖擊器的特點(diǎn)，是由配氣結(jié)構(gòu)的閥片控制的。按排氣方式可分為旁側(cè)排氣和中心排氣兩種。旁側(cè)排氣沖擊器使用最早，因其汽缸內(nèi)的氣體由鉆頭兩側(cè)排出，故稍旁側(cè)沖擊器、中心排氣沖擊器是使汽缸內(nèi)的氣體經(jīng)鉆頭的中心孔排出。這種沖擊器的排粉效果好，鉆頭使用壽命長，鉆進(jìn)效率高，較旁側(cè)沖擊器更適用于潛孔鉆進(jìn)的條件和要求。目前，用于巖土鉆掘的沖擊器多為中心排氣沖擊器。
（2 ）無閥沖擊器，這種沖擊器沒有閥，控制活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的配氣系統(tǒng)是布置在汽缸壁上，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)自動(dòng)配氣。由于這類沖擊器不用閥片配氣，所以稱為無閥式?jīng)_擊器。這類沖擊器的工作壓力比有閥式要低，在相同工作壓力下產(chǎn)生的沖擊功要大一些。
2、按沖擊器的額定工作壓力，可以分為低風(fēng)壓沖擊器和中高風(fēng)壓沖擊器。
（1）低風(fēng)壓沖擊器，一般是指其額定工作壓力在0.5～0.7Mpa，如宜化一英格索蘭礦山工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的CIR系列，無錫探礦機(jī)械產(chǎn)生產(chǎn)的WC及DJ系列，嘉興冶金機(jī)械廠生產(chǎn)的廠系列沖擊器。
（2）中高風(fēng)壓沖擊器，是指工作壓力在0.7Mpa以上沖擊器，如宜化－英格索蘭礦山工程有限公司生產(chǎn)的DH和DHD高風(fēng)壓系列，無錫探礦機(jī)械產(chǎn)生的CJ2、GQ、CJ系列沖擊器，嘉興冶金機(jī)械廠生產(chǎn)的JW和JG系列沖擊器。一般將工作壓力在0.7～1.2Mpa的沖擊器叫作中風(fēng)壓沖擊器，工作壓力在1.2Mpa以上的沖擊器叫作高風(fēng)壓沖擊器。
（3）按沖擊的鉆進(jìn)口徑可分為小口徑?jīng)_擊器和大口徑?jīng)_擊器，孔口徑在200mm以下的沖擊器為小口徑?jīng)_擊器，如CIR90、CIR110、CIR150、CIR170、J－80、J－80B、J100、J－100B、J150等系列沖擊器，成孔口徑大于200mm的沖擊器叫做大口徑?jīng)_擊器如DH、DHD、CJZ、JW－200、J－200B、J－250、FGC－15等系列沖擊器。
（4 ）按潛孔錘錘的中心通孔形成分為普通潛孔錘和貫通式潛孔錘。如FGC－15O 為貫通式潛孔錘，其余為普通式潛孔錘。貫通式潛孔錘的研制成功，為進(jìn)行大口徑硬巖、砂卵石層鉆進(jìn)，以及進(jìn)行反循環(huán)連續(xù)取樣及繩索取的鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，提高鉆進(jìn)效率的同時(shí)，降低了設(shè)備（壓縮機(jī)風(fēng)量及風(fēng)量）配套要求，提高了鉆進(jìn)深度。
二、沖擊器的結(jié)構(gòu)及其工作原理
沖擊器是一個(gè)能產(chǎn)生沖擊作用的氣功裝置，其基本結(jié)構(gòu)一般由配氣機(jī)構(gòu)，內(nèi)外缸、活塞幾部分組成。其基本結(jié)構(gòu)見圖一和圖二。
三、空氣潛孔錘的工作原理
通過不斷改變進(jìn)排氣方向，就可實(shí)現(xiàn)活塞在氣缸內(nèi)的不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而也能不斷反復(fù)沖擊鉆頭，這就是氣功沖擊器工作的最簡單原理和過程。造成控制反復(fù)改變進(jìn)排壓縮空氣方向的機(jī)構(gòu)叫配氣機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)是沖擊器的核心部分，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入前氣室時(shí)推動(dòng)活塞上行，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入后氣室時(shí)推動(dòng)活塞下行?；钊菦_擊器的一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，它依靠活塞運(yùn)動(dòng)將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為沖擊的機(jī)械能，一般是以沖擊動(dòng)態(tài)表示，沖擊功的大小決定于活塞的重量及運(yùn)動(dòng)速度。下面就以圖二闡述沖擊器的基本工作原理。
壓縮空氣經(jīng)左側(cè)進(jìn)氣缸進(jìn)入內(nèi)缸4和外缸3間的環(huán)槽，由內(nèi)缸的徑向進(jìn)氣孔進(jìn)入前氣室（圖中位置），推動(dòng)活塞5上行（回程），后氣室內(nèi)氣體由于容積變小而排氣，經(jīng)活塞上端內(nèi)孔與上接頭1下部芯管之間環(huán)狀間隙排到初套6的下環(huán)槽，此時(shí)前氣室處于進(jìn)氣行程，后氣室處于排氣行程。當(dāng)活塞中部環(huán)面接觸內(nèi)缸下端內(nèi)孔后，既關(guān)閉了前氣室的進(jìn)氣通道，前氣室處于封閉狀態(tài)，室內(nèi)壓縮氣體開始膨脹作動(dòng)，繼續(xù)推動(dòng)活塞上行，此為膨脹過程。當(dāng)活塞上端內(nèi)孔與芯管密封面接觸而關(guān)閉排氣環(huán)槽后，后氣室內(nèi)氣體處于壓縮狀態(tài)，進(jìn)入壓縮行程。活塞繼續(xù)上行，當(dāng)?shù)锥嗣嬖竭^襯套上徑向排氣孔后，前氣室開始排氣，經(jīng)襯套內(nèi)孔直接排到下部環(huán)槽，此時(shí)前氣室為排氣行程。當(dāng)活塞上環(huán)面越過內(nèi)缸環(huán)槽后，壓氣開始進(jìn)入后氣室，后氣室處于進(jìn)氣行程，活塞作減速運(yùn)動(dòng)，直至速度為零而停止運(yùn)動(dòng)，即完成了活塞的回程運(yùn)動(dòng)?；钊麤_程時(shí)前后氣室經(jīng)歷的過程相反，前氣室依次經(jīng)歷排氣行程，壓縮行程和進(jìn)氣行程，后氣室依次經(jīng)歷進(jìn)氣行程、膨脹行程和排氣行程。經(jīng)潛孔錘作功后的廢氣內(nèi)襯套下環(huán)槽經(jīng)外缸徑向孔排至外缸與外套管之間的環(huán)狀通道，再經(jīng)上接頭右側(cè)排氣孔及專門排氣管排出外，壓氣在孔內(nèi)形成完全的封閉循環(huán)。

第二節(jié) 空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)
空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)不同于普通的切削與研磨原理。它是將壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣的能量通過空氣潛孔錘這個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)需要破碎的巖石產(chǎn)生高頻的沖擊能量，當(dāng)這個(gè)能量（沖擊功）達(dá)到巖石的臨界破碎功時(shí)，便產(chǎn)生體積破碎，同時(shí)工作后的氣體在一定的風(fēng)速條件下將巖石顆粒排出孔外以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)的目的。潛孔鉆鉆進(jìn)的操作技術(shù)雖然簡單，但是沒有科學(xué)和熟練的操作，不可能取得理想的鉆進(jìn)效果，有時(shí)還可能發(fā)生麻煩。因此，合理的選用鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)如鉆壓、風(fēng)壓、風(fēng)量和轉(zhuǎn)速是取得理想鉆進(jìn)效果的基本條件。
一、鉆壓
空氣潛孔錘鉆進(jìn)的基本工作過程，是在靜壓力（鉆壓）、沖擊力和回轉(zhuǎn)力三種力作用下不碎巖的。其鉆壓的主要作用是為保證鉆頭齒能與巖石緊密接觸，克服沖擊器及鉆具的反彈力，以便有效地傳遞來自沖擊器的沖擊功。鉆壓過小，難以克服沖擊器的工作時(shí)的背壓和反彈力，直接影響沖擊功的有效傳遞，鉆壓過大，將會(huì)增大回轉(zhuǎn)阻力和使鉆頭早期磨損。
對(duì)于潛孔錘全面鉆進(jìn)，一般認(rèn)為單位直徑的壓力值在30～90kg/cm，而對(duì)于潛孔錘取心鉆進(jìn)，壓力推薦值可查資料較少，據(jù)中國地質(zhì)大學(xué)對(duì)空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)的壓力推薦值，在軟至中硬巖層為78～199N/㎝2，據(jù)成都水文隊(duì)試驗(yàn)資料通過鉆壓計(jì)算，在軟至中硬巖層一般多為2.94～4.9KN，即單位面積上的鉆壓為41～68N/㎝2。但筆者認(rèn)為，鉆壓的合理選擇應(yīng)考慮到鉆進(jìn)方式（裸孔或偏心跟管、全面鉆進(jìn)或取心鉆進(jìn)），設(shè)備性能、鉆具匹配（鉆具鉆量），以及所選用的沖擊器的性能（如低風(fēng)壓還是中高壓，因工作壓力的不同而背壓不同）進(jìn)行綜合考慮，既要達(dá)到最佳的鉆進(jìn)效果，還要最大限度地減少鉆具及鉆頭的磨損。
二、轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)速的高低主要和沖擊器的沖擊頻率，規(guī)格大小以及鉆巖的物理機(jī)械性質(zhì)有關(guān)。一般轉(zhuǎn)速選用每分鐘20轉(zhuǎn)左右為好，轉(zhuǎn)速過高會(huì)造成鉆頭的嚴(yán)懲磨損和鉆進(jìn)效率的降低，由于氣功潛孔錘進(jìn)是以沖擊碎巖的，回轉(zhuǎn)速度為改變鉆頭合金的沖擊破巖位置，避免重復(fù)破碎，因此，合理的轉(zhuǎn)速應(yīng)保證在最優(yōu)的沖擊間隔范圍之內(nèi)。
最優(yōu)沖擊間隔的確定，多采用兩次沖擊間隔的轉(zhuǎn)角表示，轉(zhuǎn)速與沖擊頻率和最優(yōu)轉(zhuǎn)角的關(guān)系式如下：
A=n 260/f （度）
式中： A ——— 最優(yōu)轉(zhuǎn)角（度）
n ------------ 鉆具轉(zhuǎn)速 （r / min）
f -------------沖擊頻率 （次/min）
美國水井學(xué)會(huì)（N·W·W·A）康伯爾認(rèn)為在硬巖中兩次沖擊之間的最優(yōu)轉(zhuǎn)角為11°，因而主張鉆機(jī)立軸轉(zhuǎn)速在18～30r/min。而筆者在多年的施工過程中，通過對(duì)各種地層及潛孔錘鉆進(jìn)的不同鉆進(jìn)試驗(yàn)應(yīng)用，認(rèn)為鉆速選擇在20～50轉(zhuǎn)/分是比較合理的，對(duì)于硬巖層選用低轉(zhuǎn)速，對(duì)于軟巖層選用較高轉(zhuǎn)速。
三、空氣壓力
潛孔沖擊器的沖擊頻率和沖擊功都與空氣壓力有關(guān)，空氣壓力是決定沖擊功的重要因素，因而也是影響機(jī)械鉆速的主要參數(shù)，從國內(nèi)外大量資料證料，機(jī)械鉆速的提高和空氣壓力的提高是成正比關(guān)系。例如：空氣壓力從0.6Mpa提高至1.03Mpa時(shí)，鉆進(jìn)速度可提高一倍。
空氣壓力除滿足潛孔錘工作壓力外，還應(yīng)克服管道壓力損失，孔內(nèi)壓力降、潛孔錘壓降外，尚須在有水情況下克服水柱壓力，才能正常工作。
P=Q2＋Pm＋P錘＋P水
式中：P --------空氣壓力 Mpa
Q2------每米干孔的壓力降（一般為0.0015Mpa/m）
L--------鉆桿柱長度（m）
Pm------管道壓力損失（Pm=0.1～0.3Mpa）
P錘-----潛孔錘壓力降 Mpa
P水------鉆孔內(nèi)水柱壓力
從上式可以看出在無水條件下，鉆時(shí)深度增加，空壓壓力越大，鉆進(jìn)深度越大。
四、空氣量
空氣鉆進(jìn)中空氣清耗量是根據(jù)氣動(dòng)潛孔沖擊器的性能參數(shù)（耗氣量）及為清除孔內(nèi)巖屑的最低上返速度而確定。
根據(jù)文獻(xiàn)資料推薦，為保持清除和攜帶孔底巖屑的鉆孔環(huán)隙，上返速度，取心鉆進(jìn)成，上返速度V=10～15m/s，全面鉆進(jìn)時(shí)V=20～25m/s，為滿足上述要求對(duì)空氣量的計(jì)算，一般采用下式：
Q=47.1k1k2(D2－d2)V
式中：Q--------鉆進(jìn)時(shí)所需空氣量m3/min
K1------孔深損耗系數(shù)，孔深100～200m以內(nèi)取1.0～1.1
K2------孔內(nèi)涌水時(shí)，風(fēng)量增加系數(shù)，其值與涌水量有關(guān)，中等和入涌水量成K2=1.5
D-------鉆孔直徑（m）
d--------鉆桿外徑
V--------環(huán)狀間隙氣流上返速度
總之，鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的選擇應(yīng)考慮到巖石的機(jī)械特性，沖擊器的性能，鉆孔深度，孔內(nèi)水柱壓力，鉆孔口徑等諸多因素，在取得最佳的鉆速同時(shí)，避免更多的動(dòng)力及成本消耗。

第二章 空氣潛孔錘在跟拔導(dǎo)管中的應(yīng)用
上一章就空氣潛孔的類型、工作原理及鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)已有綜述，我們知道空氣潛孔潛是實(shí)現(xiàn)空氣鉆進(jìn)的核心部分，而沖擊器的核心是活塞這個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，由它產(chǎn)生高頻的振動(dòng)及沖擊作用直接傳遞給鉆頭而實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)目的。因此，就如何根據(jù)潛孔錘的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理來改變力的傳遞方向，以實(shí)現(xiàn)其在復(fù)雜地層中鉆進(jìn)分步跟管護(hù)孔，及拔出導(dǎo)管是本章的研究重點(diǎn)。在常規(guī)鉆操作工作中，跟管與拔管都是靠吊鐘來實(shí)現(xiàn)，但其勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，特別是在水平孔鉆中孔施工中會(huì)增加大量的人力消耗，而卻效率極低，甚至無法進(jìn)行工作，達(dá)不到設(shè)計(jì)目的。１９９３年～１９９４年，筆者曾在成都市順城街地下通道管棚施工及三角處交流中心深基坑支護(hù)成孔，錨桿施工中遭遇此困難，因地層皆為第四系列卵石層且地下水皆已疏干，護(hù)孔極為困難，雖當(dāng)時(shí)已有偏心跟管工藝應(yīng)用，但因該工藝在生產(chǎn)中的應(yīng)用還不十分成熟，且鉆進(jìn)濃度遠(yuǎn)達(dá)不到當(dāng)時(shí)濃度米的要求，給施工帶來較大困難，為此，筆者在通過如何就就根據(jù)沖擊器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理進(jìn)行認(rèn)真分析后，成功實(shí)現(xiàn)了空氣潛孔錘在跟拔管施中的應(yīng)用，解決了施工難題，并為單位創(chuàng)造了較好的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益，為在復(fù)雜地層中進(jìn)行水平孔鉆進(jìn)提供了有利的技術(shù)支撐，使空氣潛孔鉆進(jìn)工藝在非開挖鋪設(shè)管線，隧道管棚施工，邊坡錨桿及錨索施工以及鉆探埋卡鉆的事故處理上得到了更為廣泛的應(yīng)用，拓展了空氣潛孔錘的應(yīng)用領(lǐng)域。

第一節(jié) 空氣潛孔錘在跟管中的應(yīng)用
筆者于１９９３年首次在成都市順城城街過街通道管棚施工中應(yīng)用，解決了在水平施工中跟拔管困難以來，后多次在進(jìn)行非開挖鋪設(shè)管線，深基坑錨固支護(hù)，邊坡錨索，錨桿施工中得到進(jìn)一步應(yīng)用，并使之與偏心跟管潛孔錘鉆進(jìn)工藝相結(jié)合，使該方法得到了更為廣泛的應(yīng)用。
一、空氣潛孔錘的跟管原理
空氣潛孔錘跟管的基本原理是將沖擊器活塞產(chǎn)生的高頻振動(dòng)及沖擊力直接作用到導(dǎo)管上，將導(dǎo)管跟入孔內(nèi)，其具體過程如下：
空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣進(jìn)入沖擊器，使活塞在氣缸內(nèi)產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而對(duì)打桿產(chǎn)生高頻的振動(dòng)沖擊作用，打桿再將沖擊頻率及沖擊力傳遞到導(dǎo)管，使導(dǎo)致管在高頻振動(dòng)及沖擊作用下跟入地層而達(dá)到護(hù)孔的目的。
二、跟管實(shí)現(xiàn)機(jī)具
１、下缸接頭，原沖擊器下缸接頭是實(shí)現(xiàn)傳遞回轉(zhuǎn)和扭短作用的，而跟管是在不回轉(zhuǎn)下進(jìn)行的，因此，需對(duì)下缸接頭進(jìn)行改進(jìn)。
２、打桿：打桿及作用相當(dāng)于鉆頭，沖擊器活塞直接其上，其與巖心管接頭連接，接頭又與導(dǎo)管相接，因此打桿直接將沖擊功傳遞至導(dǎo)管。
３、巖心管接頭：巖心管接頭其作用是將打桿及套管連接在一起，同時(shí)為了讓沖擊器工作后的氣體排出，通常在接頭上鉆口徑Ф１６mm的排氣孔，以降低導(dǎo)管內(nèi)的氣體背壓。

第二節(jié)　　潛孔錘在拔管中的應(yīng)用
在復(fù)雜比層中進(jìn)行垂直或水平孔施工中往往進(jìn)行跟管鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)完畢或發(fā)生孔內(nèi)事故，經(jīng)常遇到起拔導(dǎo)管的問題。常規(guī)方法為使用吊錘和千斤頂進(jìn)行強(qiáng)力起拔，但往往失敗和將導(dǎo)管拔斷，后采用潛孔錘法，利用其高頻振動(dòng)進(jìn)行松動(dòng)和解卡，再施以一定的起拔索引力，可將導(dǎo)管輕松拔出。
一、拔管原理
將沖擊器下缸接頭重新進(jìn)行改進(jìn)加工成一打墊，沖擊器活塞直接作用于打墊上，打墊將沖擊作用傳遞給外缸，再通過外缸與沖擊器上接頭及導(dǎo)管的連接傳遞至導(dǎo)管上，導(dǎo)管在高頻的沖擊及振動(dòng)作用下拔出孔外，沖擊器工作后的氣體從打墊的中心孔排出。
二、主要實(shí)現(xiàn)器具
１、打墊：其作用相當(dāng)于鉆頭，直接承接沖擊作用。
２、連接三通：其作用為連接沖擊器與導(dǎo)管，同時(shí)將氣送入沖擊器。
沖擊器跟管拔管技術(shù)，本人曾多次在２０～３０米的孔內(nèi)應(yīng)用，幾乎全都應(yīng)用成功，如在施工中確有困難時(shí)，可加大沖擊中的性能，施加較大的牽引力。但值得注意的是沖擊器工作時(shí)的高頻振動(dòng)，易破壞絲扣，因此在工作過程中應(yīng)隨時(shí)將已松動(dòng)的絲扣旋緊，另外在拔管時(shí)，外缸受力后容易產(chǎn)生斷裂，可向廠家提出改善材質(zhì)及增大厚度的要求來解決此問題。

第三章　　空氣潛孔錘在取芯鉆進(jìn)中的應(yīng)用
空氣鉆進(jìn)以其能大幅度鉆進(jìn)效率，保證工程質(zhì)量，降低施工成本，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益而被視為現(xiàn)代鉆探技術(shù)與衡量鉆探技術(shù)水平的標(biāo)志之一，受到國內(nèi)外鉆探行業(yè)的重視。國外經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，進(jìn)入７０～８０年代，空氣鉆進(jìn)技術(shù)日益完善，形成了以含氣低密度介質(zhì)，多種循環(huán)方式、多種碎巖方法的多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于石油、煤油、固體礦產(chǎn)、水文水井、工程地質(zhì)勘察，工程施工等領(lǐng)域，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
作為多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)配套重要內(nèi)容的空氣沖擊回轉(zhuǎn)（潛孔錘）取芯鉆進(jìn)技術(shù)的試驗(yàn)研究，其主要意義在于適應(yīng)堅(jiān)硬及復(fù)雜地層、干旱缺水、供水困難、以及忌用液體循環(huán)介質(zhì)的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)勘探，固體礦產(chǎn)勘查，為獲得地層的實(shí)物巖心資料，滿足地質(zhì)質(zhì)量及工程技術(shù)要求，提高鉆進(jìn)效率，而充分利用空氣鉆進(jìn)的主要技術(shù)裝置和器具，配置適應(yīng)的取心鉆頭及鉆具即可有效工作。
一、國內(nèi)外對(duì)空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)技術(shù)的研究現(xiàn)狀
值得指出的是，在應(yīng)用空氣潛孔錘不取心鉆進(jìn)大幅度提高鉆進(jìn)效率的同時(shí)，為滿足部分孔段巖心采取要求的取心式?jīng)_擊回轉(zhuǎn)已經(jīng)提出。多年來，通過不同途徑的試驗(yàn)研究獲得了較大的進(jìn)展，堅(jiān)硬巖石及復(fù)雜地層取心鉆進(jìn)取得成功，貫通式潛孔錘連續(xù)取四樣及繩索取心技術(shù)得到了長足發(fā)展。取心技術(shù)在各種領(lǐng)域得到了飛速發(fā)展。
二、國外基本情況
1、原蘇聯(lián)出版的“巖心鉆探學(xué)”，關(guān)于空氣潛孔錘取心鉆進(jìn)的鉆具結(jié)構(gòu)，由氣動(dòng)沖擊器+巖心管+氣動(dòng)沖擊鉆組成，在IX－X級(jí)巖石中鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速達(dá)成2.5～2m/h，巖心采取率為75～80%。
2、西德空氣潛孔錘主要應(yīng)用于第四系卵石層和淺孔中，并且應(yīng)用潛孔錘取心鉆進(jìn)已取鉆進(jìn)展，其鉆頭型式為原壁園筒，底唇面鑲嵌球齒或片齒合金。
3、美國剛開展了取心鉆進(jìn)技術(shù)在石油、礦山等其它領(lǐng)域的潛孔錘取心應(yīng)用研究，其工藝也由單位的正循環(huán)發(fā)展到反循環(huán)低密度循環(huán)介質(zhì)領(lǐng)域，在空氣鉆進(jìn)深度上有著更大的發(fā)展。(