液壓潛孔沖擊器與水壓潛孔沖擊器的比較。

1 液壓鑿巖機與氣動潛孔鉆機的優(yōu)缺點

這里所說的液壓鑿巖機是指頂錘式鑿巖機

1．1 液壓鑿巖機的優(yōu)點

（1）油壓高，一般為10-25 MPa，并有向上限靠攏的趨勢， 比氣壓高出幾倍至幾十倍。

（2）輸出功率大，一般為5-20 kW ，少數(shù)機型， 如ATLAS公司的COP4050型，TAMR0CK公司的HL2000型達到了40kW ，更有HL4Ooo型達到了70 kW。

（3）鑿速快， 一般可以達到1～3 m／Min 。

（4）效率高，一般液壓鑿巖機本身的效率可達到50％ ，油泵的效率也高于空氣壓縮機，因此總的能量利用率遠高于氣動鑿巖機系統(tǒng)

1．2 液壓鑿巖機的缺點

（1）能量傳遞損失大，因為鑿巖機置于鉆桿頂部，隨著孔深增加，能量傳遞損失增大，鑿速下降

（2）鉆桿消耗大，隨著液壓鑿巖機功率的增大，鉆桿的應力也增大，鉆桿容易損壞，雖然ATLAS COPCO 公司發(fā)展了套管鑿巖技術，對減少鉆桿應力有一定作用，但增加了成本，也不能從根本上解決問題，仍

然限制了液壓鑿巖機的輸出功率，ATLAS公司的COP4050鑿巖機的輸出功率為40kW ，但考慮到深孔鉆進時鉆具的應力，正常只使用30 kW 的功率。

（3）炮孔易偏斜，鉆桿既承受沖擊力，又傳遞扭矩，易彎曲變形，造成炮孔精度不高。

1．3 潛孔鉆機的優(yōu)點

（1）無能量傳遞損失，沖擊器直接作用于鉆頭，無需鉆桿傳遞沖擊能量，鉆孔速度不受孔深的影響。

（2）成孔直，鉆桿剛性大，不承受沖擊力，只傳遞扭矩，所傳遞的軸壓力很小，在減壓鉆進時，根本就不需傳遞軸壓力，因此鉆桿不易彎曲變形，炮孔直而光滑，特別是在鑿巖存在裂隙，層面傾斜或巖石硬度改變的情況下，更是優(yōu)于其他鉆孔方式。

（3）排渣干凈，動力介質在做功后，還可以沖洗炮孔，比其他鉆孔方式沖洗干凈，避免了超鉆。

（4）噪聲小，因沖擊在孔底進行，比頂錘式噪聲小。

（5）適應性好，除了很軟的地層外，在所有的巖石組織中潛孔鉆機都處于*工作狀態(tài)，所鉆的孔徑與孔深都超過頂錘式鑿巖機由于以上優(yōu)點，潛孔鉆進被認為是*選擇，英國90％ 的采石場采用潛孔鑿巖：

1．4 氣動潛孔鉆機的缺點

（1）氣壓低，輸出功率小，鉆孔速度低，這是氣動潛孔鉆機的主要缺點，近來人們一直企圖增加氣壓， 現(xiàn)在已能達到2．5 MPa，盡管如此，也遠遠達不到液壓鑿巖機的油壓水平。而且高氣壓空壓機價格昂貴，要大功率驅動，噪聲也增加，隨著海拔的增加，高原地區(qū)空壓機效率還大大降低

（2）能量利用效率低，遠達不到液壓鑿巖機的水平 每米鉆孔能耗為液壓鑿巖機的3倍。

2 液壓潛孔沖擊器的應用

為了集中液壓鑿巖機壓力高、效率高與潛孑L鉆機炮孔直的優(yōu)點，德國Hausherr公司于20世紀90年代初，研制了Rapid液壓潛孔鉆機，其回轉機構、沖擊機構均由液壓驅動， 沖擊器有進回油兩條管子，新的液壓沖擊器（hydraulic DTH hammer）有三種規(guī)格直徑9O mm、1 15 mm、150 mm，可鉆炮孔直徑分別為100～125 mm，127～156 mm，l68-230 mm。Hausherr公司將Rapid鉆機與另一臺配有高氣壓（2．04MPa）沖擊器的HBM80S潛孔鉆機進行對比試驗，孔徑同為125 mm，孔深同為36m，進尺l000m，試驗結果為：發(fā)動機功率Rapid為l40 kW，HBM80S為305 kW，比值為0．46；燃料消耗Rapid為27 L／h，HBM80S為59 L／h，比值為0．46；潤滑油消耗Rapid為0．33 L／h，HBM80S為0．70L／h，比值為0．47，經濟效益十分顯著。

3 水壓潛孔沖擊器的應用

據(jù)文獻[4]報道，瑞典LKAB（盧基）公司與下屬的G—Drill公司開發(fā)研制了名為Wassara（瓦薩拉）水壓潛孔沖擊器，1988年開始研究，1990年進行樣機試驗，使用普通礦井水，濾去100 m 的微粒，水壓為18

MPa，流量為200～300 L／rain，孔徑105～115 mm，孑L深20-40m，孔斜為0．08～0．75m，平均為O．34 m，鑿巖速度平均為850mm／min，是氣動沖擊器的2～3倍，一般氣動潛孔鑿巖為320 mm／min。據(jù)文獻[5]報道，直徑為101．6 mm 的Wassara水壓沖擊器，壓力為18 MPa，流量為363．68 L／min，水過濾精度為50 m，回轉速度為0～90 r／min， 扭矩zui大為2500Nm，推進力zui大為22 kN，沖擊能為400 J，在18MPa時沖擊頻率為60 Hz，沖擊器輸出功率為24 kW。水壓沖擊器與同樣直徑、同樣輸出功率的氣動沖擊器相比較，水泵的輸入功率只相當于空壓機的0．26倍，LKAB公司基律納礦和馬爾姆貝里耶礦采用Wassara沖擊器鉆鑿向上扇形孔，炮孔偏斜減少一半，孔距與排距加大29％，工時總鑿巖崩礦量凈增86％ ，并在平巷掘進中使用直徑152．4 mm 的Wassara水壓沖擊器鉆254 mm直徑的水平掏槽孔。據(jù)文獻[6]報道，Wassara水壓沖擊器水壓為20 MPa，流量為180～280 L／min，鑿速為0.6～1m／min。LKAB公司所屬的兩座地下礦山鉆進200萬m炮孔后， 已證實了這種水壓沖擊器的性能。

根據(jù)文獻[6] [7]報道，使用Wassara水壓沖擊器的Simba469型鉆車， 每天鉆孔300 m，zui高達500 m，平均*運行時間為104 h，向上扇形孔，孔徑115 mm，孔深55m，偏斜zui大不超過1.5％。在基律納礦將反光鏡放入孔中30 m處，可以看到反射回來的光線。

據(jù)文獻[8]報道，Wassara水壓沖擊器鑿巖時巖渣移動速度僅為氣動鑿巖時的1／1O，對鉆桿磨損很小。

據(jù)文獻[5] [8]介紹，已在加拿大安大略鷹橋公司基得克里克礦和魁北克勞維康特礦也試驗過直徑為101.6 mm 的水壓沖擊器鉆直徑為114.3 mm的向下炮孔，其中勞維康特礦鉆鑿6 000 m 炮孔，試驗仍在進

行。直徑為101.6 mm的Wassara水壓沖擊器還用于鉆直徑127mm 的紐約地鐵注漿孔：直徑152.4 mm 的Wassara水壓沖擊器還用于在瑞士蘇黎世附近鉆了一個直徑為165．1 mm，深599．8 m 的地熱井。只用了5天時間， 而用普通旋轉鉆機則需要3個星期。Sandvik公司負責在世界范圍內推廣Wassara水壓潛孔鑿巖設備。

4 水壓沖擊器與液動沖擊器的區(qū)別

應當指出，我們需要將上述的水壓沖擊器與液動沖擊器區(qū)分開來，所謂液動沖擊器，早在19世紀60年代，法、俄、美等國即開始研究。20世紀50年代以后，蘇、美、中等國研制了類型繁多的液動沖擊

器，有正作用、反作用、雙作用、射流式、射吸式等等類型， 基本原理是利用水擊效應，主要利用水或泥漿的動壓力來推動活塞作功，泵壓較低，效率較低，一般小于30％ ，而我們現(xiàn)在討論的水壓沖擊器，主要利用液體靜壓力推動活塞作功，泵壓高得多，效率也比較高。

4．1 水壓沖擊器與液動沖擊器的區(qū)別

（1）水壓沖擊器主要用于采礦業(yè)，而液動沖擊器主要用于地質鉆探。

（2）水壓沖擊器可以鉆向上孔、向下孔等各個方向孔，而液動沖擊器一般只能鉆向下孔。

（3）水壓沖擊器壓力很高，高達l8～20MPa，而液動錘工作壓力很低，一般為0.5～4 MPa。

（4）水壓沖擊器的鑿速很高，而液動沖擊器鑿速很低，可以相差十倍或十幾倍。

（5）水壓沖擊器能量利用率高于液動沖擊器，達到了普通重型液壓鑿巖機的水平，而液動沖擊器能量利用率一般不超過30％。

（6）水壓沖擊器主要依靠水的靜壓力推動活塞做功，故稱為水壓沖擊器較為妥帖，而現(xiàn)在有人稱之為水力沖擊器，易和主要依靠動壓力做功的液動沖擊器概念相混，也有人稱之為液壓沖擊器，則易和以油為介質的液壓沖擊器概念相混。

（7）水壓沖擊器的介質為水，且要濾去雜質，而液動沖擊器介質可以是水，也可以是泥漿。

（8）水壓沖擊器結構與工作原理比較簡單，即由滑閥控制活塞作往復運動，而液動沖擊器則有正作用、反作用、雙作用、射流式、射吸式等多種類型。

4．2 水壓沖擊器與液動沖擊器的相同點

（1）都是置于孔底，潛孔鑿巖（DTH或ITH）；

（2）都可以以水為介質；

（3）都使用開路壓力水，即廢水（低壓水）排出，水壓沖擊器在地下礦的應用中，廢水沖洗巖渣后排到礦山集水池，沉淀后通過井下配流系統(tǒng)泵回，再輸送到鑿巖現(xiàn)場。在用水不方便的地方可使用移動式再循環(huán)系統(tǒng)。

5 結語

（1）液壓潛孔沖擊器與水壓潛孔沖擊器結合了頂錘式液壓鑿巖機與氣動潛孔沖擊器的優(yōu)點，能耗小，鑿速快，炮孔直。

（2）水壓潛孔沖擊器的動力介質與沖洗介質統(tǒng)一， 比液壓潛孔沖擊器更具有發(fā)展前途。

（3）水壓潛孔沖擊器主要利用水的靜壓力，而液動潛孔沖擊錘主要利用水的動壓力，這是兩者的主要區(qū)別。

（4）我國水壓潛孔沖擊器的開發(fā)研究方面的報道還很少見，我們應當注意研究*經驗，發(fā)展水壓潛孔鑿巖技術。