沖擊鉆進的設備和工具輕便，易於操作和管理，是水文井等工程建設中鉆進大礫石、巨礫和脆性巖石的常用鉆進方法。但由於鉆具是用來破巖的，只能鉆垂直孔，鉆孔效率低，在使用上有壹定的局限性。
沖擊鉆井使用的設備有CZ-20、CZ-22、CZ-30和沖擊反循環鉆機。
(1)鉆孔工具
沖擊鉆孔中鉆具的連接方式如圖4-19所示，是壓裂地層和取樣鉆探的重要工具。
圖4-19沖擊鉆具結構示意圖
a:1-鋼絲繩；2，6，10—接口；3—振動器；4.5——擰開方口；7—鉆頭；8—巖粉槽；9—鉆桿；11-繩夾B:1-鋼絲繩接頭；2—鉆桿；3-管狀鉆頭C:1-鋼絲繩接頭；2—鉆桿；3位
1.少量
沖擊鉆頭按其刀片形狀可分為直形、工字形、十字形、馬蹄形和圓形，並可根據巖石性質選用。目前廣泛使用的是帶副刃的十字形鉆頭，如圖4-20所示。十字鉆底部具有各種切削角度的切削刃用於將沖擊力傳遞給巖石。
鉆頭的中間稱為鉆頭體。為了減少孔底巖漿對鉆頭的運動阻力，鉆頭體上有壹個供巖漿流通的凹槽。
沖擊鉆頭的切削角度取決於被鉆巖石的硬度。壹般可以是地層65，438+000左右，軟巖65-80，中硬巖90-65，438+065，438+00，硬巖65，438+00-65，438。為了減少鉆頭與井壁的摩擦，切削刃外端留有4° ~ 8°的後角。
沖擊鉆頭的上端設有連接鉆桿的錐螺紋和打撈鉆頭的環形槽。
為了提高鉆頭刃口的耐磨性，可采用氰化物處理或合金焊條堆焊。帶副刃的十字形沖擊鉆頭的規格見表4-13。
圖4-20帶副刃的十字形沖擊鉆頭
1-主葉片；2-二級刀片；3-水槽；4—錐形螺紋；5—環形凹槽；6-扳手槽
表4-13帶輔助刃的十字沖擊鉆頭規格表
2.沖擊鉆桿
沖擊鉆桿由實心圓鋼制成，以增加鉆頭的質量。鉆桿上端設有錐形公扣和打撈環槽，下端設有錐形母扣，用於連接鉆頭或撈砂筒。兩端還設有用於擰緊鉆具的槽。
鉆桿之間的連接方式有螺紋連接和法蘭連接，井內鉆桿不能太長，防止鉆桿甩斷。鉆桿的結構如圖4-21所示；鉆桿規格見表4-14。
圖4-21沖擊鉆桿結構示意圖
a-鉆桿的直徑；b——鉆桿長度；c——鉆桿的方頭長度；d-鉆桿段的邊長；e-錐形銷的長度；F ——錐形銷大頭直徑。
鋼絲繩接頭也叫繩夾。它的作用是連接鋼絲繩和鉆具，在鋼絲繩的扭轉作用下，鉆頭受壹次沖擊後，使鉆具自動旋轉壹定角度。
鋼絲繩接頭的結構如圖4-22所示。鋼絲繩通過頂端伸入接頭的中空活塞內，可將環從接頭中取出，伸至環內鋼絲繩的末端。鋼絲折回心形插入線圈，用巴氏合金焊牢。
上提鉆具時，由於活套與整個鋼絲繩接頭相連，整個鉆具被鋼絲繩的張力扭轉，使鉆具旋轉壹個角度。下放鉆具時，打環器脫離墊片，鋼絲繩恢復到原來的繃緊狀態，不受力。連接鋼絲繩的打環器在墊片的間隙中滑動，這樣就可以在不驅動鉆頭回轉的情況下拉緊鋼絲繩。也就是說，鉆頭在提升過程中以壹定角度旋轉，但在下降過程中不旋轉。因此，在鉆孔底部獲得了規則的圓形截面。為了避免彎針卡住，應經常檢查和清潔鋼絲繩接頭。
表4-14沖擊鉆桿規格表
第三步:拔出沙管
拉砂管也稱吸入管，主要用於打撈井中的巖粉，也可直接用於鉆進砂質、粘土質軟地層。砂鬥形狀為圓柱體，上梁連接鋼絲繩，下端有閥門抽取巖粉。根據地層特點，閥門可制成球閥型、半球閥型或平板型。砂鬥形狀如圖4-23所示，規格見表4-15。
圖4-22繩卡結構圖
1-保護箍；2-墊圈；3-繩夾體；四活套
圖4-23挖砂桶
a——砂桶直徑；b——泥漿入口直徑；c——提漿手柄的高度；d-焊接長度；e——漿鬥的長度；φ ——提漿手柄直徑
表4-15采砂船機組規格表:mm
4.鋼索
沖擊鉆井通常使用6×19麻芯左旋撚鋼絲繩(6×19麻芯鋼絲繩見表4-16)。第壹個數字表示有6股子繩，第二個數字表示每股子繩由19鋼絲撚制而成。鋼絲繩規格應根據鉆具最大質量選擇，安全系數壹般為10。
表4-16 6×19麻芯鋼絲繩
(2)沖擊鉆孔程序
沖擊鉆井的專業參數包括鉆具質量、沖擊高度(沖程或沖次)、沖擊次數和巖粉密度。
1.鉆具質量
沖擊鉆具的質量是指鉆具靜止時，鉆頭質量、鉆桿、繩卡等能應用於巖石的鉆具的總質量，其大小應根據鉆巖的性質確定。用鉆頭單位刃長(cm)上鉆具的相對重力來表示。
在軟巖中取250 ~ 300n/cm；在中硬巖石中取350 ~ 400n/cm；硬巖中500 ~ 600n/cm；在硬巖中取650 ~ 800 n/cm。
根據巖石性質選擇鉆具質量是壹個原則；但同時也要考慮在沖擊鉆具上留下足夠的泥漿“通槽”，以保證鉆具能自由下沖擊孔底。同時，鉆具過長，穩定性差，會消耗沖擊動力，導致沖擊效果下降。因此，在滿足其他條件的情況下，應盡可能縮短鉆具長度。
2.沖擊高度
沖擊高度是指沖擊過程中鉆具提離井底的高度。壹般沖擊鉆機能改變的沖擊高度為0.6 ~ 1.1m。硬巖取小值，軟巖取大值。
根據試驗，增加沖擊高度比增加其他參數更能有效提高鉆進效率。但是，應考慮鉆具強度的極限。
影響沖擊高度的因素是鋼絲繩的彈性伸長，所以采用懸掛距離。懸掛距離的控制是通過控制放繩量來實現的。放線量要“少而勤”，保證與井的延伸速度壹致，每次放線都要在壓輪達到最高位置的時刻。懸掛的價值應該根據巖石來確定。鉆進軟巖時，每次沖擊切入巖石的深度較大，懸掛距離可以少留甚至不留；鉆進硬巖時，每次沖擊切入巖石的深度較小，應適當預留。懸掛距離也與井深有關。井越深，鋼絲繩的彈性伸長越大，應適當留著。壹般為中等硬度以上的巖石預留3 ~ 4 cm左右的懸液。
3.影響時間
沖擊次數是指鉆具每分鐘沖擊井底的次數。由於沖擊鉆井只有保證鉆具自由下落至井底才能有效破巖，因此要求鉆具的沖擊機構應與鉆具在壹個循環中下落的時間相吻合。也就是說，撞擊的次數應該與撞擊的高度相匹配。良好的影響次數稱為合理的影響次數。鉆孔時應增加沖擊高度時，應適當減少沖擊次數，避免鉆具在孔內“掏空”。
適用於現有沖擊鉆機的沖擊高度和沖擊次數的匹配參數見表4-17的規定。
表4-17撞擊高度與撞擊次數的關系
4.巖石粉末的密度
沖擊鉆孔內應有壹定密度的石粉漿，以懸浮巖屑，保護孔壁。我們把單位體積的巖粉漿中所含巖粉的質量稱為巖粉密度，單位為kg/L。
井內巖石粉末的密度將直接影響鉆井效率。當巖粉密度過小時，鉆具高速下降，會受到鉆具行程末端緩慢移動的壓輪的限制，使沖擊功不能充分發揮破巖作用，鉆井效率降低；當巖粉密度過高時，鉆具會低速下落，導致鉆具在到達孔底之前就發生反彈，使鉆具不能有效沖擊孔底，甚至“空鉆”。同時，在沖擊鉆孔中使用巖粉漿來懸浮破碎的巖石顆粒。如果石粉密度不合適，會在孔底形成壹層石粉墊，削弱鉆頭對孔底的沖擊作用。這種巖粉墊嚴重的時候可以讓鉆孔效率為零。
實際操作中控制巖粉密度的方法是控制撈砂間隔和撈砂量，所以規定中有“多交少交”的規定。經驗證明，用吸管撈砂時，吸管應在井底巖粉漿密度最高的“巖粉柱”範圍內運動，吸管的提升距離應為20 ~ 50 mm，吸管運動次數以3 ~ 4次為宜。
沖擊鉆井各種技術參數的匹配主要依據地層條件，可參照表4-18進行選擇。
(3)沖擊鉆孔應用
沖擊鉆法雖然古老，但由於其自身的特點，在大直徑供水井和大直徑樁孔的施工中仍具有壹定的優勢。因此，有必要了解沖擊鉆進在某些巖層中的鉆進方法。
1.在巨礫和巨礫等地層中鉆井。
這類地層膠結差，松散，卵石堅硬光滑，井壁不穩定，易發生坍塌、井斜、漏失。沖擊鉆孔可以取得良好的效果。
表4-18沖擊鉆孔規則參數表
鉆這類地層應采用大沖擊高度、低沖擊次數，並適當提高鉆具質量。如果滲漏不大，可以用泥漿護壁；如果漏失嚴重，可將泥球拋入井壁，用厚泥保護。遇到大漂石時，可采用“高拔沖”的鉆進方法，將漂石打碎，擠入孔壁。當井筒發生井斜時，可在井斜段充填脆性石塊，用小程序重新鉆進。鉆孔糾正後，可繼續正常鉆孔。此外，在操作中要加強鉆具的轉動，采用大切削角，防止鉆頭磨損過快，經常檢查鉆具，及時修理鉆頭，防止鉆孔縮卡。
2.粘土層鉆孔
這種地層粘度高，透水性差，在孔內成漿性大。鉆進時易發生縮徑和糊鉆，但井壁穩定。所以，穿透和護壁都不是問題，重要的是防止意外。壹般可采用小沖擊高度、輕鉆具重量，適當減少沖擊次數、頻繁換漿、少放繩、短進尺，並註意向孔內補充壹定量的稀泥漿。當遇到塑性和彈性較大的地層時，可在孔內放入磚塊或軟礫石，增加破碎巖石的“利器”。當遇到粘質砂層時，可使用砂筒鉆進，以提高鉆進效率。
3.砂鉆
在砂層鉆孔主要是保護井壁，要用優質泥漿護壁。在較薄的流沙層中，可放入泥球增加護壁能力，在較厚的流沙層中，可選擇後續鉆孔。
4.石灰巖地層鉆井
石灰巖中裂隙比較發育，鉆孔時容易掉塊，卡鉆具。如果處理不當，會導致鋼絲繩斷裂，引發事故。
鉆進石灰巖地層時，鉆頭的後角要大，使鉆頭與孔壁的間隙在30 ~ 50 mm範圍內，鉆頭的刃角也要大，壹般用帶側刃的十字形鉆頭。操作中要盡量減少鉆具擺動，掌握好懸掛距離。放線繩要小而勤快，沖擊高度和沖擊次數要搭配得當。當地層特別破碎時，可投擲泥球並擠壓到裂縫中，以增加井壁的穩定性。鉆頭應使用硬質材料修補，並準備2 ~ 3個鉆頭用於旋轉。高質量的泥漿可以用來懸浮鉆屑。在有溶洞的地方，要註意操作，防止井斜。