空氣DTH錘的工作特點是以壓縮空氣為動力(包括含有泡沫的壓縮空氣)，壓縮機產生的壓縮空氣的能量經過能量轉換裝置DTH錘。對待破碎的巖石產生高頻能量沖擊。當這種能量沖擊達到巖石的臨界破碎功時，產生體積破碎。通過鉆機和鉆桿的旋轉驅動，形成巖石的連續破碎能力。同時，工作後氣體冷卻鉆頭，以壹定的風速排出粉末，達到鉆孔目的。
從破巖的角度來看，DTH錘鉆主要是沖擊破巖，而旋轉則是改變沖擊破巖的位置，起到輔助破巖的作用。因此，鉆井效率在很大程度上取決於沖擊器的性能和質量。其重要特點是在硬巖中鉆進效率高，鉆頭壽命長，轉速低，扭矩小，軸向壓力輕。
2.空氣DTH錘的工作原理
如圖2-5所示，氣缸中有壹個活塞。當壓縮空氣從進氣口進入氣缸上腔時，壓縮空氣的壓力作用在活塞上端，推動活塞向下運動，到達終點時沖擊鉆頭尾部。在活塞向下運動的過程中，氣缸下腔中的氣體從排氣口排出。相反，當壓縮空氣從排氣口進入下腔時，活塞向上運動，上腔氣體從進氣口排出。如果不斷改變進排氣方向，就可以實現活塞在氣缸內的往復運動，從而反復沖擊鉆頭尾部，實現沖擊鉆頭的連續作業。NU-MA氣動DTH錘孔徑範圍為89 ~ 89~1092mm，沖擊頻率為1750 ~ 925次/min，工作壓力為2.4 ~ 1.4 MPa。國產嘉興氣動DTH錘孔徑範圍85 ~ 450 mm，沖擊頻率1200 ~ 840次/min，工作壓力0.63 ~ 1.6 MPa。
圖2-5空氣DTH錘工作原理示意圖
3.碰撞器的類型
1)根據撞擊器的配氣方式和特點，分為有閥式和無閥式兩種。閥式沖擊器的閥板控制氣體分配。按排氣方式可分為側排氣和中排氣兩種。最早使用的是側排氣，因為氣缸內的氣體是從鉆頭兩側排出的，所以稱之為側排氣沖擊器。中央排氣是指氣缸內的氣體通過鉆頭的中央孔排出，結構比側面復雜，加工精度高。這種沖擊器能及時排出巖粉，無需反復破碎，減少了鉆頭的磨損，提高了鉆進效率。這種結構是在側排氣的基礎上改進的，現在基本都是這種結構類型。
無閥沖擊器無閥，控制活塞往復運動的配氣系統布置在缸壁上，活塞運動時自動排氣。由於這種沖擊器不使用閥板配氣，可以利用壓縮空氣的膨脹功推動活塞運動，從而降低功耗。其特點是零件少，結構簡單，加工方便。與閥式沖擊器相比，壓力消耗可節省30%左右。無閥沖擊器按排氣方式可分為側排氣和中排氣兩種。目前多采用中央排氣的無閥撞擊器。
2)根據沖擊器的額定工作壓力，可分為低風壓沖擊器和中高壓沖擊器。壹般低風壓沖擊器的額定工作壓力為0.5 ~ 0.8 MPa，中風壓沖擊器為0.9 ~ 1.4 MPa，高風壓沖擊器高於1.5MPa。
3)根據沖擊器的鉆孔直徑，可分為小口徑沖擊器和大口徑沖擊器。小口徑在200 mm以內，大口徑大於200mm。
4)根據DTH錘中心通孔的形式，可分為普通型、空心型和偏心型，適用範圍不同。
5)為了擴大應用領域，還包括單頭大口徑氣動DTH錘和多頭大口徑集束氣動DTH錘。
4.DTH錘鉆頭
DTH錘頭是壹種傳遞沖擊能量，直接破碎巖石的工具。它與沖擊器形成壹個整體機構。鉆頭的結構和制造質量直接影響DTH錘的使用效果。因此，根據巖石的不同物理力學性質，合理選擇不同類型和結構的鉆頭，是提高鉆井效率和延長鉆頭使用壽命的重要技術條件。
DTH錘鉆使用的鉆頭形式基本有:①同心合金球齒鉆頭，②偏心合金球齒鉆頭，③刃形合金鉆頭，④反循環合金球齒鉆頭。
5.DTH錘鉆技術參數
雖然DTH錘鉆的操作技術相對簡單易行，但要達到理想的鉆進效果，必須科學熟練地操作。鉆井效率不僅取決於空氣壓縮機、沖擊器和鉆頭的性能，還取決於合理的操作和鉆井技術參數的正確選擇。
(1)風壓和風量
用DTH錘鉆孔時，其鉆孔速度與所用壓縮空氣的壓力密切相關。選擇空壓機時，在充分參考DTH錘規定風壓值的同時，還要考慮管道消耗帶來的額外壓力，克服水柱背壓，啟動DTH錘，維持空氣或空氣泡沫循環的壓降。壹般來說，較高的氣壓會提高DTH錘的工作效率，氣壓也決定了DTH錘的鉆孔深度。鉆孔深度越深，所需的空氣壓力就越大，這也是DTH錘鉆配備增壓器的原因。
關於DTH錘鉆進所需的風量，壹是破巖鉆進所需的風量，二是這個風量值也能滿足巖屑排出的需求。由於DTH錘鉆進速度快，巖屑顆粒大，需要較大的風量來清潔井底。對於普通的DTH錘正循環鉆進，鉆屑是由氣流從孔底通過鉆桿與孔壁之間的間隙排到孔外的，氣流速度應盡可能達到20m/s，壹般不小於15m/s，否則孔內鉆屑會較多，嚴重影響鉆進效率。
(2) WOB
空氣DTH錘的基本工作過程是在靜壓力(WOB)、沖擊力和旋轉力的作用下破碎巖石。WOB的主要作用是使鉆頭齒能與巖石緊密接觸，克服沖擊器和鉆具的反彈力，從而有效地傳遞來自沖擊器的沖擊功。WOB太小，不足以克服沖擊器工作時的背壓和反彈力，直接影響沖擊功的有效傳遞。過大的WOB會增加旋轉阻力，使鉆頭過早磨損。對於直徑為216mm的DTH錘，最佳壓力約為1.5t，壹般來說，根據DTH錘的直徑，每增加1cm，壓力可增加0.5 ~ 0.8 kn，可根據地層情況適當調整。
(3)速度
DTH錘的轉速對順利鉆進和延長鉆頭壽命起著決定性的作用。DTH錘鉆孔時，旋轉的唯壹目的是每次沖擊後，錘頭上的球齒都能落在新的巖石表面上，而鉆頭外緣的球齒對旋轉特別敏感。如果轉速太慢，鉆頭上的球齒會打入先前沖擊的凹坑，造成鉆頭不穩定，阻礙旋轉，降低鉆進效率；轉速過快，機械鉆速不會提高，鉆頭的球齒會因強烈的摩擦而過早磨損。因此，合適的錘頭轉速會延長鉆頭的壽命，但合理轉速的選擇主要與沖擊器產生的沖擊功、沖擊頻率、鉆頭的形式和被鉆巖石的物理力學性質有關。
最佳鉆頭轉速的壹般要求是獲得有效的鉆井速度、平穩的操作和經濟的鉆頭壽命。美國水井協會(NWWA) Campbell認為DTH錘存在壹個最佳旋轉角度，即11，最佳旋轉角度與轉速和沖擊頻率的關系如下:
現代煤田地質勘探技術
其中:A為最佳旋轉角度(度)；n為轉速，r/min；f為沖擊頻率，次/分鐘。
(4)DTH錘的操作技術
1)在開啟階段，必須註意不要使錘偏離孔口，防止孔口填充坍塌。
2)開始鉆進時，要降低氣壓，使空氣只能帶動DTH錘運轉，工作穩定後再增加壓力提高效率。
3)正循環鉆進時應加入起泡劑，有助於清理鉆進中的巖屑，穩定孔壁，控制孔內湧水。
4)DTH錘必須在要求的氣壓下工作。氣壓過高會明顯縮短零件的使用壽命，氣壓過低會降低鉆孔效率，縮短錘的使用壽命。
5)為了及時清除孔內的巖渣，減少鉆具磨損，應經常從孔底提起DTH錘，使孔內的巖渣充分排出。
6)如果孔實際坍塌，保持DTH錘工作，並立即在孔中上下移動。如有必要，可提高轉速，直至DTH錘能自由上下移動，以便將巖渣排出孔外。
7)連接鉆桿時，要特別註意鉆桿的清潔，以免管內的沙子、鐵銹等汙物進入DTH錘，造成零件損壞或停鉆事故。因此，必須保證氣路的清潔和暢通，並在鉆桿的螺紋上塗抹螺紋油。
8)壹根鉆桿打完後，要先把孔內的巖渣吹掃幹凈，以減少氣量，慢慢放入孔底，過壹會兒再慢慢停氣，再加鉆桿，防止巖渣回流到DTH錘內。
9)更換鉆頭時，確保更換鉆頭的直徑小於更換鉆頭的直徑，防止鉆頭下鉆。
10)嚴禁反轉鉆具，以防落入孔內。
5.空氣DTH錘鉆進的特點及應用範圍
1)該技術具有鉆井效率高、鉆頭壽命長、所需轉速低、扭矩小、軸向壓力低的優點，並具有防斜和糾斜功能。同時，設備和鉆具的損耗也很小，這壹點已經得到了人們的認可。
2) DTH錘鉆進是目前提高硬巖鉆進效率最有效的方法之壹。生產實踐表明，其鉆進效率比旋挖鉆機提高約10倍，特別是在幹旱缺水地區和地表巖石裸露地區，可有效鉆進，達到提高生產效率、降低施工成本的目的。
3)空氣DTH錘鉆進技術攜帶巖粉的能力主要取決於空氣向上的速度，當鉆進的外層空間間隙過大時，巖粉很難返回。空氣DTH錘鉆適用於鉆孔直徑在400毫米以下的鉆孔施工..
4)空氣DTH錘鉆進適用於鉆進堅硬地層，在第四系表土特別是軟土中沖擊鉆進容易造成孔壁坍塌。鉆進破碎地層時，漏風和鉆屑難以返回，無法進行空氣DTH錘鉆進施工。
5)空氣DTH錘鉆屬於負壓欠平衡鉆井，地層水容易侵入井眼。如果出水量大於65438+100m3/h，鉆井效率會降低，甚至無法施工。在這種情況下，需要在空氣中加入泡沫，必要時通過外置空壓機增加風量，通過增壓機增加風壓，這樣鉆井成本就會上升。