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(kāi)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(kāi)始研制正循環(huán)轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)，1974年前后研制成功反循環(huán)轉(zhuǎn)盤(pán)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(pán)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(kāi)始發(fā)展反循環(huán)轉(zhuǎn)盤(pán)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(pán)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)。

回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)

依靠鉆具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)破碎巖層而成孔。主要有大、小鍋錐鉆機(jī)，正、反循環(huán)轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)，液壓動(dòng)力頭式鉆

機(jī)，潛孔振動(dòng)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)等。簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)只有鉆進(jìn)裝置，結(jié)構(gòu)完善的回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)則有鉆進(jìn)裝置和循環(huán)洗井裝置兩部分組成。轉(zhuǎn)盤(pán)式水井鉆機(jī)的鉆具包括鉆桿和鉆頭。常用鉆桿的名義直徑有60、73、89和114毫米4種。鉆頭分鉆進(jìn)用鉆頭和環(huán)狀鉆進(jìn)用鉆頭兩大類(lèi)。大、小鍋錐 利用其鍋錐形鉆具旋轉(zhuǎn)切削土層。根據(jù)鉆具的大小分別稱(chēng)為大鍋錐和小鍋錐，可由人力或動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。切下的土屑落到鍋內(nèi)，提升到地面卸出，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工效低,只能用于一般土層或砂卵石直徑不大于10厘米、含量不超過(guò)50%的地層。小鍋錐開(kāi)孔直徑0.55米，鉆井深度80～100米；大鍋錐開(kāi)孔直徑1.1米，鉆井深度30～40米。正、反循環(huán)泥漿洗井轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī) 常用的回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)（圖1）,即正循環(huán)泥漿洗井轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)由塔架、卷?yè)P(yáng)機(jī)、轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆具、泥漿泵、水和電動(dòng)機(jī)等組成。作業(yè)時(shí)，動(dòng)力機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，由主動(dòng)鉆桿帶動(dòng)鉆頭以30～90轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)破碎巖層。泥漿由泥漿泵抽吸加壓后通過(guò)鉆桿上方的水壓入空心鉆桿，向下流入鉆頭，由水口射出，以冷卻、潤(rùn)滑鉆頭；井底巖屑通過(guò)鉆桿外的環(huán)形通道被帶出井口，在沉淀池沉淀后，泥漿流回泥漿池供循環(huán)使用。反循環(huán)泥漿洗井轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)的鉆進(jìn)方式和結(jié)構(gòu)與上述基本相同，但泥漿的循環(huán)方式相反：泥漿在沉淀池沉淀后從井口自行流入井底，攜帶巖屑的泥漿則由砂石泵經(jīng)鉆頭水口通過(guò)鉆桿內(nèi)腔向上抽吸出井，回到沉淀池。這種方式稱(chēng)泵吸反循環(huán)。也可用水泵將加壓水流從井底通過(guò)噴嘴射入鉆桿內(nèi)腔，形成攜帶巖屑的上升水流，稱(chēng)射流反循環(huán)。鉆機(jī)在鉆桿內(nèi)可形成很高的上升流速，排出巖屑和卵石的能力較強(qiáng)，因而鉆進(jìn)速度較快。適用于土層、一般砂層和卵石直徑小于鉆桿內(nèi)徑的松散地層，所用鉆桿的內(nèi)徑較大,一般為150～200毫米，可達(dá)300毫米。但因受泵的抽吸或壓送能力的限制,鉆井深度一般在150米以?xún)?nèi)，井深在50米以?xún)?nèi)時(shí)排屑效率較高。壓氣洗井轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī) 是在轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)上用空氣壓縮機(jī)代替泥漿泵，用壓縮空氣代替泥漿洗井。通常采用反循環(huán)方式,又稱(chēng)氣舉反循環(huán)（圖2）。即將壓縮空氣通過(guò)供氣管路送至井內(nèi)氣水混合室，使其與鉆桿內(nèi)的水流摻混，形成比重小于 1的摻氣水流。在鉆桿外圍環(huán)形水柱的重力作用下，鉆桿內(nèi)的摻氣水流挾帶巖屑不斷上升并排出井外，流入沉淀池，沉淀后的水流以自流方式流回井內(nèi)。采用這種鉆機(jī)在井深較大時(shí)(50米以上)，排屑能力大于采用泵吸或射流反循環(huán)的鉆機(jī)，因而適用于井深較大的情況和缺水的干旱地區(qū)，以及寒帶凍土地層。

有兩種類(lèi)型：一類(lèi)是在轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)的基礎(chǔ)上增設(shè)沖擊機(jī)構(gòu),以回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為主,當(dāng)遇到卵石層時(shí)用沖擊鉆進(jìn)的兩用水井鉆機(jī)，對(duì)各種地層的適應(yīng)性較強(qiáng)；另一類(lèi)是將沖擊與回轉(zhuǎn)作用結(jié)合在一起鉆進(jìn)的水井鉆機(jī),如風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆機(jī)。它所使用的潛孔錘鉆具(圖5)由缸套和在缸套中上下運(yùn)動(dòng)的活塞等組成。缸套下端與鉆頭連接，上端通過(guò)螺紋接頭與鉆桿相連，由空氣壓縮機(jī)提供的0.7～1.4兆帕的高壓空氣通過(guò)活塞上方的逆止閥、空氣分配器和活塞下方的進(jìn)氣口，推動(dòng)活塞沖擊頻率作為 700～1200次/分的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使活塞頻繁地沖擊鉆頭，以增強(qiáng)鉆頭鉆進(jìn)巖層的能力。與此同時(shí)，鉆具以35～60轉(zhuǎn)/分的較低轉(zhuǎn)速作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由活塞上、下空腔排出的空氣，向下進(jìn)入鉆頭，起冷卻鉆頭的作用，并將孔底巖屑帶出井口。其回轉(zhuǎn)和循環(huán)洗井部分的結(jié)構(gòu)與用壓縮空氣洗井的轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)基本相同，所用鉆頭為碳化鎢球齒鉆頭或牙輪鉆頭等。風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆機(jī)可用于硬巖層深井的鉆進(jìn)，鉆進(jìn)速度高，且鉆井速度不因鉆進(jìn)深度的增加而降低，鉆出的井孔較直。

鉆孔用的夾具主要包括鉆頭夾具和工件夾具兩種。

⒈鉆頭夾具：常用的是鉆夾頭和鉆套。

⑴鉆夾頭：適用于裝夾直柄鉆頭。鉆夾頭柄部是圓錐面，可與鉆床主軸內(nèi)孔配合安裝；頭部三個(gè)爪可通過(guò) ；緊固扳手轉(zhuǎn)動(dòng)使其同時(shí)張開(kāi)或合攏。

⑵鉆套：又稱(chēng)過(guò)渡套筒，用于裝夾錐柄鉆頭。鉆套一端孔安裝鉆頭，另一端外錐面接鉆床主軸內(nèi)錐孔。

⒉工件夾具：常用的夾具有臺(tái)虎鉗、平口鉗、V形鐵和壓板等。裝夾工件要牢固可靠，但又不準(zhǔn)將工件夾得過(guò)緊而損傷過(guò)緊，或使工件變形影響鉆孔質(zhì)量（特別是薄壁工件和小工件）。