影响冲击回转碎岩效果的因素-工程钻探与取样技术

1）冲击能量对碎岩效果的影响

试验表明，随着冲击能量的增大，岩石的破碎穴也越大、越深。但是，并非冲击器的冲击能量越大越好。因为评定碎岩效果的合理性，还必须考虑到单位体积破碎能（碎岩比功），它表示了碎岩的能量消耗水平。

国内外的研究表明，无论单次冲击或多次冲击钻进，冲击能量A和碎岩比功a的关系基本一样，保证有效破碎岩石所需的孔底冲击能量（N·m）由下式确定：

式中：∑lp——钻头切削具刀刃的总长度，cm；

a——每厘米切削刃上的比冲击能，（N·m）/cm。

比冲击能a的大小取决于岩石级别，推荐按下述数据选取。

岩石可钻性级别　　　　Ⅵ～Ⅶ　　　Ⅷ～Ⅸ　　　Ⅹ　　　　Ⅺ

比能a[（N·m）/cm]　　　10　　　10～15　　15～20　　22～25

可以将a-A曲线分成3部分（图9-22）：A＜A0是伤痕区，这时小的冲击能不足以使岩石产生破碎坑，且破碎下的岩粉很细，因而比功很大；A0≤A≤AC为过渡区（阴影部分），该区内测定的比功a变化不定；A＞AC为稳定区，该区内比功a变化不大，认为有稳定值且值较小。

2）冲击间隔对碎岩效果的影响(www.xing528.com)

在两次冲击之间，切削刃回转一个角度，这个角度称之为冲击间隔。冲击间隔反映了转速与冲击频率之间的关系，使两次冲击间的岩脊能被全部剪崩或切削掉的最大间隔，称为“最优冲击间隔”，常用相邻两次冲击间的最优夹角β表示。

图9-22　冲击碎岩的a-A曲线3个区域

最优冲击间隔与冲击器的冲击功、岩石性质、冲击齿圆弧半径R和切削刃角α等有关。随着冲击功的增加，岩石的最优角β增加，如花岗闪长岩，当A=6.1J/cm时，β优=5°；A=12.5J/cm时，β优=7.5°。随着岩石硬度的降低，最优角β增大，如当A=6.1J/cm时，大理岩β优=7.5°，花岗岩β优=5°。

3）冲击应力波对碎岩效果的影响

冲击器所产生的冲击力以应力波的形式经砧子、岩心管、钻头传递给岩石。这种应力波对冲击能量的传递效率和碎岩效果有重要的影响。

不同的活塞形状和不同的撞击面接触条件，将产生不同的入射应力波形。一般而言，细长的冲锤，入射波的幅度低，作用时间长；短而粗的冲锤，入射波的幅度高，作用时间短。如图9-23所示，7种冲锤质量都相同，但不同形状的冲锤，其入射波形却不同。

图9-23　不同入射波形和冲锤形状的关系

L—锤长（mm）；d1、d2—锤两端的直径（mm）

入射波形对碎岩的影响是：缓和的入射波形比陡的入射波形有较高的凿入效率，这是由于凿入起初不需要很大的力，随着刃具侵深的增加，所需力也增大，故缓和的波形与之相匹配。改变入射波的形状，除了调整活塞的形状和断面积之外，还可以用调整撞击面的接触条件来达到。