XY-4岩心钻机升降机的设计【说明书+CAD】
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1岩土钻掘工程学第三章钻机与泵第二节第三单元 立轴式钻机的升降机2007年02月04日 星期日 下午 01:40立轴式钻机的升降机升降机的功用是升降钻具、套管和悬挂钻具、在处理事故时进行强力起拔等。升降机的主要组成部分包括传动机构、卷筒和制动器。为增强深孔制动器的效能,下降制动器带有水冷装置或水刹车装置。几乎所有现代钻机均采用行星传动式升降机。按照传动原理,行星式升降机有两种类型,即定轴轮系传动型和行星轮系传动型。定轴轮系传动升降机的结构如图3-6所示。卷筒与内齿圈固定连接,提升靠内齿圈带动。其工作原理如下:(1)提升钻具刹紧提升抱闸8,同时松开制动抱闸9。行星轮5及其轴4不能绕升降机轴1公转。在角速度为a的中心轮带动下,行星轮绕自身轴以g自转,并带动内齿圈以b转动,缠绕钢绳,提升钻具图3-6(a)。提升时,定轴轮系行星式升降机的传动比为(3-1)式中:Zb、Za-分别为内齿圈与中心轮齿数;-号-转向相反。图3-6定轴轮系行星式升降机结构示意图1-升降机轴;2-升降机传动齿轮;3-中心轮Za;4-行星轮轴;5-行星轮Zg;6-内齿圈Zb;7-卷筒;8-提升抱闸;9-制动抱闸;10-行星架(2)制动钻具抱闸9刹住下降制动盘,同时松开抱闸8。因卷筒与内齿圈被闸住不转,钻具停止升降。此时行星轮自转又公转图3-6(b)。(3)下降钻具两抱闸均松开,在钻具自重作用下钻具下降图3-6(c)。(4)微动升降(b、H可控)即慢速控制升降工况。若松开提升抱闸8,控制制动抱闸9,钻具会出现下降、停止和慢速下降运动状况;若松开制动抱闸9,控制提升抱闸8,行星轮出现三种运动状态,即钻具提升、停止(不稳定)和下降运动状况。因此,行星式升降机能够并允许微动升降操作,两抱闸只要不同时刹死,两者制紧程度配合得当,微控升降操作就会得心应手。XY-4型钻机的升降机(图3-7)属于定轴轮系传动行星式升降机。升降机由卷筒、行星传动机构、水冷装置及抱闸组成。升降机轴19右端的花键部插入分动箱的轴齿轮的花键中;升降机轴19的左端通过水套轴8、单列向心球轴承11、支架13等支承在支架上;轴左端头是四方轴头,作为人力传动升降机轴用;卷筒用两盘313型轴承16、36支承在升降机轴19上。行星传动机构由中心齿轮24、游星齿轮32、内齿圈20等组成。中心齿轮以花键连接装在轴19的右侧。行星齿轮用两盘207型轴承30装在行星轮轴29上,行星齿轮共三组,均布安装在左右支架27上;行星轮轴的左右支架分别用一盘313型轴承36和两盘111型轴承26支承在升降机轴上;右支架27外侧用平键28与提升制动盘34联结,并用螺钉将端盖23固紧在支架右侧,防止提升制动盘外串,两个支架用3个均布的螺栓连接成一体。水冷装置由水套轴8、引水环9、压盖10、水管3及制动盘水套等组成。图3-7XY4型升降机1-制动抱闸;2-水管接头;3-水管;4-接头式压注油杯;5-骨架橡胶油封;6-档板;7-堵丝;8-水套轴;9-引水环;10-压盖;11-单列向心球轴承;12-水管接头;13-支架;14-内螺纹圆柱锁;15-骨架式橡胶油封;16-单列向心球轴承;17-孔用弹性挡圈;18-卷筒;19-升降机轴;20-内齿圈;21-密封盖;22-直通式压注油杯;23-端盖;24-中心齿轮;25-毡封油圈;26-单列向心球轴承;27-游星轮支架;28-平键;29-游星轮轴;30-单列向心球轴承;31-孔用弹性挡圈;32-游星齿轮;33-骑缝螺丝;34-提升制圈;35-提升抱闸;36-单列向心球轴承1.动力机类型的选择1.1钻机负载特性及其对动力机的要求回转器带动钻具回转并刻取岩石,其所需的功率、转速随孔深和所钻岩石的不同而变化;升降机起下钻作业时,钻杆柱质量不仅随孔深而变化,而且在提升过程中经常有可能出现提升遇阻,甚至是强力起拔的情况,因此要求驱动动力机具有良好的调速性能及一定的超载能力。此外,钻机流动性大,还要求动力机使用和维修方便、经济,单位马力质量小,便于搬迁。1.2动力机的特性立轴式钻机一般采用交流电动机和柴油机驱动,有的使用直流电动机。三相交流感应电动机在额定转矩时,其调速范围很小,而超载系数较大。由于感应电动机使用方便,调速性能可用变速箱来改善,因此几乎在有电力供应的地区均采用交流电机驱动。柴油机的超载系数不大。虽然其调速范围略大于交流电动机,但是其输出功率与转速成正比,降低转速将使功率降低,不能产生增大扭矩的效果。显然柴油机的工作特性与钻机的适应性较差。大型柴油机可配备液力偶合器或液力变矩器以改善其输出特性。用于钻探设备的直流电机,通常是以串激为主的复激直流电机。直流电机驱动有许多优点,超载系数和调速系数较大。但因直流电机笨重、结构复杂,在中小型钻探设备中尚未应用。2.钻机所需功率立轴式钻机基本是采用单独驱动方案。钻机所需功率,根据钻进与提升时所需的功率确定。中、浅孔时按两者中的大值计算功率;深孔时则按提升功率确定。2.1钻进时钻机所需功率Nzj:Nzj=N1+N2+N3(kW)(3-3)式中:N1-破碎孔底岩石与克服摩擦所需功率,kW;N2-回转钻杆柱所需功率,kW;N3-钻机传动损失的功率,kW。N1、N2、和N3的计算式请查阅有关文献。2.2提升时钻机所需功率Nts:(kW)(3-4)式中:Qd-大钩载荷,N;Vd-大钩提升速度,m/s;z-钻机传动效率,取0.85。2交流变频调速钻机的节能潜力桂暖银刘宝林王小刚摘要:以XY-4型地质钻机为例,对常规异步电机驱动 和交流变频调速驱动时的钻机能耗进 行对比分析,结果表明:后者能耗明显小于前者,证明钻机采用交流变频调速动力系统有 显著的节能效果,为提高钻机性能、降低钻探成本提供了一个新的技术途径。关键词:钻机;变频调速;负载特性;节能;钻探成本中图分类号:P634.3+1文献标识码:A文章编号:1000-3746(2 000)01-0013-03Potential Economizing Energy on AC Frequency Conversion DrillGU I Nuan-yin, LIU Bao-lin, WANG Xiao-gang (China University of Geo-sciences, Beijing, 100083, China)Abstract: Taking XY-4 geological drill as example, comparing e nergy consumption of drill driven by conventional asynchronous motor with that driven by AC freque ncy conversion motor shows that the latters is obvious lower than the formers. This demonstrates that economizing energy effect of drill driven by AC frequenc y conversion power system is obvious. A new technical way for improving performa nce of drill and decreasing drilling cost is provided.Key words: drill; speed adjusting by frequency conversion; loa d characteristic; economizing energy; drilling cost 我国地质钻机的动力系统一直以异步电机加变速箱的简单驱动方式为主,其输出端只能由变速箱实现有限的几挡变速,不仅对钻探工作不利1,其额外 电能损耗也是比较严重的。这是由于:电机本身不能调速,即不具有调速节能功能;其输入端直接连到电网,对电网性能又会产生不良影响,因为异步电机本身属感性负载,在钻探过程中有时处于轻载或空载运行状态,功率因数很低,无功功耗较大,这会使电网性能变差,无功功率在电网上流动又会产生有功电能损耗。电动机功率越大,对电网的不良影响也越大。因此一般需在电网侧加装无功功率补偿装置来提高功率因数,减少电能损耗。在我国钻探领域,对钻机的节能问题一直未引起足够的重视,这主要是由于技术方面的原因。随着电动机调速技术,特别是变频调速技术的发展并走向成熟,使钻机节能运行成为可能。由于能源价格的上涨,能耗在钻井每米成本上的比例也越来越大,已是不争的事实。但钻机节能幅度和潜力到底有多大?钻机节能运行能否成为降低钻探成本的重要技术手段之一?这些问题已引起钻探界专家的关注,急待解决。1动力系统的节能原理对可变负载实现调速,是电动机运行中最重要的一个节能措施。在电动机拖动机械负载运行时,通过电动机调速实现节能的效果,与负载的机械特性有密切的关系。负载按机械特性,大体可分为2大类,即恒转矩特性和风机类负载特性。对于恒转矩特性负载,负载转矩为一定,负载功率与转速成正比。即当转速调低时,负载功率也随之降低。而电网供给电动机的功率是否降低则取决于调速方式。当采用变频调速时,在不同的转速下,总能保持较小的转差率,故转差功率较小,随着转速调低,机械功率降低,电磁功率也降低,由电网输给电动机的功率也减小,所以采用这种调速方式就能够节能。但当采用调转差率调速,转速调低时,转差率增大,转差功率也随之增大,尽管机械功率随转速降低在减小,而电磁功率基本不变,由电网输入的功率也就不能减小。所以这种调速基本上起不到节能作用。这说明采用高效调速方法可以节能,采用低效调速方法时(除串级调速外)则不能节能。对于风机类机械负载,由于负载转矩与转速的平方成正比,轴上功率与转速的3次方成比例。对这类负载,采用高效调速方法和采用低效调速方法都可以节能,当然高效调速方法比低效调速方法节能更多。低效调速节能的原因是:风机类负载转速调低时,轴功率转速3次方迅速降低,而电磁功率则随转速2次方降低,因而由电网输入的功率也就减小了。当采用高效高速时,随着转速的降低,除电磁功率照样与转速2次方成正比地降低,还可回收转子的转差功率,所以由电网输入的功率又比低效方式有显著降低。钻进过程是钻探工作的主体,钻进时钻柱回转的负载转矩与转速的0.50.91次方成正比2,它具有介于恒转矩与风机类负载之间的负载特性。其调速节能的效果, 可根据上述2种特性负载的节能效果综合分析。2交流变频调速钻机的节能估算本文以目前广泛使用的常规地质钻机XY4型(30 kW异步电机)为例,分析常规驱动和用变频驱动2种情况下的电网额外功率消耗,由此可估算出交流变频调速的节能效果和可能的节能潜力。在钻探生产过程中,需要大量消耗动力机功率的钻进作业有:纯钻进过程、回次起下钻的提升过程和处理事故等工作。在一般的金刚石钻进时,纯钻进时间约占总钻井时间的40%;回次起下钻约占总时间的20%。其中提升工序,升降机是每隔一定时间才有负荷的;下放钻具工序,需要动力的时间极少,实际动力机空转时间约占回次起下钻时间70%以上,即占总时间的20%70%=14%;处理事故时间平均按总时间的10%计算。计算中,暂不计钻进和提升过程的离合器和传动箱等机械传动损耗。2.1调速节能回转钻进过程是钻探的主体过程,其运行时间占总钻进时间的比例最大,调速节能主要在回转过程。实际钻进时,为充分利用动力机功率,常在浅孔时使用较高的转速,深孔时适当降低钻具的回转速度。浅孔时钻具的扭矩比较小,随着孔深的增加其扭矩也依次增大;一般动力机的功率消耗随孔深的增加也是依次增大的。但即使是到额定孔深,动力机也不是满负荷运行(因为深孔钻机动力机功率是按提升功率确定的)。在01000 m钻进时,其平均消耗功率约为满负荷的70%,即3070%=21 kW左右。这时对应的动力机效率约为75%,功率因数约为0.8。因此由于效率低而损失的有功功率约:21(175%)=5.25 kW;电网侧的额外功率损失为:5.25/0.8=6.56 kW。使用变频驱动30 kW异步电机时,电网侧功率因数比较低,实测结果为:在系统调速范围内,平均功率因数为0.76(变频驱动75 kW以上电动机时,电网侧功率因数可达0. 95以上)。图1为系统电网侧的电压、电流实测波形,从图中可知,电流与电压基本上是同相的;而电流波形为非正弦波(含高次谐波),是产生无功功耗的主要原因。系统在额定工作点处的效率可达94%3,平均按90%计算。图1变频调速系统电网侧电压、电流实测波形因效率损失的有功功率为:3070%(190%)=2.1 kW;电网侧的额外功率损失为:2.1/0.76=2.76 kW。采用变频调速驱动后的调速节能效果为:6.62.76=3.84 kW。2.2其它节能采用一般变频调速系统(无能量反馈装置)驱动钻机时,由于变频驱动能带载频繁起停负载,即有负荷时运行电动机,无负荷时可使电动机停止工作。所以,这种驱动方式可节 省常规驱动电动机全部空转功耗,主要表现在以下2个方面:(1)常规驱动时,根据室内和野外实测,动力机空转时有功功率消耗为56 kW,平均按5.5 kW计算;空载功率因数很低,一般小于0.3。因此,仅空载引起电网侧的功率损失应大于:5.5/0.3=18.3 kW。(2)处理事故时,一般回转钻具(如扫孔等)占的比例较少,主要以升降钻具为主(如起拔、打捞钻具等),且动力机此时的空转时间所占比例一般要远大于回转、提钻所占比例。因此,这部分动力机的额外功耗也可按空载功率:即近似为18.3 kW。当采用带能量反馈装置的变频调速系统时,回次起下钻的下放钻具工序可由变频调速系统控制,无需抱闸操作,钻具下放的势能由调速系统转化为电能反馈电网。综合调速节能和其它节能,可估算出使用变频驱动时的平均节省功耗:P平均损=P调速损+P事故损=3.84 40%+18.314%+18.310%=5.93 kW2.3节能估算若千米钻机的台月效率平均为500 m/台月,钻进千米钻孔需2个月,每台月按30天计,总节约电能为:J=P平均损t=5.9324302=8539(度)。一台钻机一年的钻探工作量按3000 m计算,采用变频调速驱动钻机,一年可节约电能:J3=85393=25617(度)。每度电按1.00元计,一台钻机一年节约电费约2.56万 元。对于深井或超深井钻机,使用的电动机功率较大,一般在100 kW以上。当使用变频驱动时,不需要任何辅助装置,电网侧的功率因数接近于13,因此,其运行节能 效果比功率小的地质钻探更加显著。3结论以上通过对XY-4型地质钻机在2种驱动方式下的功耗对比分析,结果表明:(1)采用交流变频调速驱动时的能耗明显小于常规异步电机驱动,钻机采用交流变频调速动力系统有显著的节能效果,仅节能一项,一年就可收回钻机采用交流变频驱动系统所增加的投资;(2)动力系统的功率容量越大,钻机总的节能效果越好;(3)若使用带能量反馈装置的 变频动力系统,在钻探施工过程中还可利用钻柱势能发电,将钻柱势能转化为电能回馈电网。因此,交流变频调速方式不仅为钻机的节能运行提供了技术和装备上的支持,同时为提高钻机性能、降低钻探成本也提供了一个新的技术途径。1桂暖银,刘宝林.地质钻机动力驱动系统的发展趋势J.中国地质,1998, (9).2桂暖银,刘宝林.地质钻机动力系统选择依据的实验研究J.地质与勘探,1999, (2).3M.K.Williams. Top-Drive Drilling Systems:Electric vs. HydraulicA Techn ical Overview and ComparisonJ. SPE/IADC 21958, 1991,(3):1114.33岩心钻探规程总 则 一、本规程主要是对固体矿产岩心钻探的各项生产活动作出的规定,不包括水文地质钻探、工程地质钻探以及油、气钻探等内容。 二、本规程主要以原国家计委地质局一九七二年颁发的岩心钻探规程(试行)、一九七七年国家地质总局颁发的金刚石岩心钻探操作规程和一九七九年颁发的金刚石绳索取心钻进操作规程为基础,并总结了近些年来在生产实践中的新经验、新方法和新技术、经补充、修订而成的。 三、本规程是岩心钻探设计、施工、管理、检验等项工作的重要依据和准则,各地质勘探的现场操作人员、科研设计人员和技术、行政管理人员都必须严格遵守和执行。 四、本规程各条款,是对岩心钻探作出的一般性和原则性的规定要求。在贯彻执行本规程时,各局、队可因地制宜地制订实施细则和补充规定。 五、本规程规定的各项钻探工程质量指标,是一般情况下应达到的要求。当工作矿区因处于不同普查勘探阶段而需要有不同要求或因采用新技术、新方法而改变上述要求时,应根据需要与可能的原则,由地质和探矿部门共同商定,在地质设计(或合同)中提出具体要求,按部有关设计审批的规定报批,经批准后实施。钻孔质量等级的划分按部计划司制订的“地质工作主要统计指标解释”中有关规定执行。 六、本规程自颁发之日起正式实行,原同类规程即行作废,其它有关规定与本规程有不符之处,以本规程为准。 七、本规程的解释和修改权属地质矿产部。第一章 钻进方法、钻孔结构及钻探设备的合理选择第一节 钻进方法的选择 第一条 按与钻进工艺有关的几个特性将岩石做如下分类 1.按硬度的大小分为四类,按可钻性的高低分为十二级,其相应关系为: (1)软-可钻性13级; (2)中硬-可钻性46级; (3)硬-可钻性79级; (4)坚硬-可钻性1012级。 2.按研磨性的强弱分为三类:弱研磨性.中研磨性.强研磨性。 3.按完整程度分为三类:完整、较完整、破碎。 第二条 应根据岩石的可钻性、研磨性、完整程度,来选择磨料和钻进方法。 1. 16级和部分7级岩石宜选用硬质合金、针状硬质合金或聚晶金刚石、复合片钻进。 2. 412级岩石宜选用金刚石回转钻进。 3. 712级岩石也可用钢粒钻进。 4. 68级岩石可硬质合金冲击回转钻进;612级,特别是弱研磨性岩石,可选用金刚石冲击回转钻进。第二节 钻孔结构的选择第三条 设计与施工钻孔时,要充分考虑地质条件、钻孔深度、终孔直径、钻进方法、护孔措施和设备情况,并合理选择开孔直径、换径次数与深度、套管程序等。 第三节 钻探设备的选择 第四条 应根据钻孔设计深度、钻孔设计倾角、岩层条件、钻进方法以及钻孔设计结构等,合理地选择钻探设备。应尽量选择电动机动力机。常用设备配套见表1。 第五条 金刚石岩心钻探必须选用有较高转速和有较大调速范围的液压钻机,并须配备有孔底压力指标表。同时也要求配备有转速度、扭矩表。选用电动机驱动时,还须配备有电压表和电流表。 第六条 金刚石岩心钻探应选用变量泵,并须配备有泵压表和流量计。在选用一般泥浆泵时,其最大泵压应能达到40公斤/厘米2,最大泵量要在100升/分以内,泵量要便于调节(可采用改变缸径与柱塞直径、增加变速机构等方法)。岩心钻探常用设备配套表设 计钻孔深度(米)钻进方法钻进型号泥浆泵型号动力机功率拧管机型号照明发电机功率(千瓦)钻塔类型钻机泥浆泵联动千瓦马力千瓦马力马力0-100硬质合金钢 粒XJ-100-160/15卧式单杠-10(或7.5千瓦)-0.857-8米三角架金 刚 石XY-1(XU-100)60/15卧式单杠100-300硬质合金钢 粒XU-300-2BWB901720-245.51040-48NY-1000.85-1.39-14.5米木塔12米铁塔金刚石XY-2300-600硬质合金钢 粒XU-600-3BWB903040-485.51060-80NY-1000.85-1.3SG-18钻塔SGX-17钻塔16米斜塔金 刚 石XY-3600-1000硬质合金钢 粒XB-1000ABWB2504060-803040-NY-1001.3以上SG-23钻塔或SG-18钻塔SGX-17钻塔金 刚 石XY-4(JU-1000)1000-1500金 刚 石硬质合金钢 粒XY-5(JU-1500)BWB250BWB3003565-803040-NY1.3以上SGZ-23钻塔 注:使用泥浆作冲洗液时应配备0.30.6米3规格的搅拌机。第二章 钻探设备的安装第一节 修筑地基 第七条 应根据地质设计和选用的设备类型来修筑地基。在确定孔位时,应考虑施工安全与方便,尽量少占或不占农田。已确定的孔位要立木桩,斜孔要设方位桩。孔位和倾角确定之后不得任意变更。 第八条 修筑地基必须遵守下列规定 1.机场地基必须平整、坚固、适用。钻塔底座填方部分不得超过塔基面积的四分之一,填方部分还必须采取有效措施防止塌陷和溜方。孔深超过600米以深及土层松散、地形坡度大于30度时,塔基不许安装在填方部位上。 2.在山坡修筑地基时,地基靠山坡一边的坡度要适当。当地基岩石坚硬、稳固时,坡度不得大于80度;地基特别松散时,坡度不得大于45度,并要除掉坡上的活石。 3.修筑地基需要进行爆破作业时,必须遵守坑探规程中有关爆破作业的安全规定,凡没有爆破许可证者,严禁从事爆破作业。第二节 安装、拆卸与迁移 第九条 安装基座必须遵守下列规定 1.应根据设备类型、钻孔设计深度和地区条件选定基座的结构型式。无论何种基座(基台木、混凝土、槽钢和工字钢等)都必须保证安装稳固、周正、水平。 钢质基座:应按使用说明书规定进行安装,不得使用有裂纹的和变形的槽钢和工字钢做地梁。在钢质基座下面的主要着力点,都应垫好木板、枕木。 混凝土基座:灌注混凝土时,水泥、砂子、碎石所需的体积比为1:3:6;特别松散的地层为1:2:4。灌注混凝土用的砂子、碎石要清洗干净,与水泥要搅拌均匀;灌注时要捣实,灌注后要注意养护;并认真检查螺杆间的相互距离,要符合设计要求,不得有偏斜。 2.在四个塔角、钻机的着力点和孔口四周都应铺设上、下两层材质坚韧的基台木,遇深孔和土层松散时应在下部用混凝土加固。其安装形式一般按钻塔底盘和钻机地脚螺孔的排列尺寸铺设,见表2。常用钻机、钻塔底座安装尺寸 表2钻机安装尺寸(毫米)钻塔安装尺寸(米)钻机型号机座螺孔尺寸孔前距变角点高 度钻塔类型钻塔高度钻 塔底盘尺寸左右前后XJ-100564418+385+385186730三角管架72.83.2XU-100558400+436+100182730XU-3008403540(4455)180(167)967直 塔斜 塔125124.54.54.57.6XU-600960400+1220+400(400+675+785+400)2431240直 塔管子塔斜 塔1718165.05.04.54.55.09.2XY-397645202921148XB-10009901365621033直 塔管子塔SGZ-232223235.55.55.55.55.55.5JU-1000668+680+668259.51160JU-15001260500+615+615+6153861250 注:括弧内数字为老产品规格。 基台木的长度应比钻塔底盘长出200500毫米。连接基台木的螺杆直径不得小于16毫米,并在靠近基台木处上下加垫。基台木的断面规格如下: 100型钻机 150150(毫米) 300型钻机 200200(毫米) 500-600型钻机 220200(毫米) 1000-1500型钻机 250250(毫米)第十条 安装与拆卸钻塔必须遵守下列规定 1.安、拆钻塔工作应在安装队(组)长或机长的指挥下进行;安装人员必须戴安全帽。在塔上工作时必须系牢安全带、要穿平底的橡胶鞋;不得在台板上放任何物件;必要的工具、螺栓要放在工具袋内;不得在安、拆钻塔的同时在塔下进行工作。 2.钻塔应安装稳固、周正。安、拆钻塔前,应对钻塔构件及所用的工具、绳索和挑杆进行严格检查。 3.安装钻塔时,台板必须架设牢固;各部螺栓与构件的规格要合乎要求并要装全、装牢;钻塔安装完毕后,要从下向上认真进行检查、调查,直至符合要求。 4.拆卸钻塔时,应从上向下逐层逐件拆卸,禁止先拆下层构件,或同时拆卸上下层构件,严禁由塔上往下抛扔钻塔构件、螺栓、工具等。 5.夜间或刮六级以上强风以及雷雨、雪、雾气时,禁止安、拆钻塔。冬季施工时,必须清除梯子,台板及鞋底上的冰、雪、霜后,方可上塔工作。第十一条 安装与拆卸钻架必须遵守下列规定 1.钻架腿应用坚固的直杉木或相应强度的木材、钢管制做。穿钉孔距架顶的距离不得短于200毫米;木钻架穿钉孔上下要用铁丝或铁板加固;用钢管制旧作的钻架腿,要在连接接头的外部用钢管接箍加固。穿钉须用30号钢制做,穿钉直径与木钻架腿梢径的要求见表3。钻架腿必须座在基台木上并固定牢靠,架腿与架腿之间要安牢拉手。 木钻架架腿梢径与穿钉直径规格 表3 架腿长度(米) 梢 径(毫米) 穿钉直径(毫米) 适用孔深(米) 7-8 9-10 12-14.5 110 130 150 30 40 50 0-100 100-300 300-600 2.竖立钻架时,应先将钻架顶部架起一定高度;架顶要栓好安全绷绳,两腿底端暂时固定,另一腿(四角架则是两腿)底部绑上钢丝绳或粗麻绳,由专人统一指挥,用绞车或人力均匀牵引。 3.安装斜孔钻架时,应使钻架两前腿所包含的平面与水平面的夹角小于钻孔设计倾角25度;后腿与水平面夹角为8083度。 4.立、方钻架时,工作人员必须离开钻架起落范围,并要有专人掌握绷绳,随时注意观察绷绳松紧程度和钻架起落过程中的动向。 第十二条 安装机电设备必须遵守下列规定 1.安装机电设备必须稳固、周正、水平。各相应的传动轮必须对线;连接机座与基台木的螺杆上端须加防松螺帽或弹簧垫圈。 2.钻机立轴轴心线、天车中心(或前缘切点)与孔口(拧管机)中心必须在同一条直线上。 3.电器设备必须安装在干燥、清洁的地方,严防油、水及杂物侵入;电器设备及起动、调整装置的外壳,应有良好的接地保护装置。 第十三条 活动工作台必须安装牢靠,并有可靠的制动、防坠装置。用直径910毫米的钢丝绳作平衡绳和导滑绳。在平稳铊接近地面部位应用栏杆围好。活动工作台围栏高度为1.2米,底盘周围的护板高度,须在150毫米以上。 第十四条 冲洗液循环系统一般应安设在靠地基下方一侧,距塔脚0.5米以上,并安设防冻、防雨设施。 循环槽长度应长于15米,内宽220250毫米,高220毫米,坡度1/1001/80(相当于15米槽长范围内首尾高度相差0.150.20米);槽中每隔1.52米要上下交错安设挡板,上挡板高100毫米,距槽底50毫米,下挡板高100毫米,直接安靠至槽底。水源箱及沉淀箱各两个,每个容积:水源箱1米3以上;沉淀箱0.5米3以上,钻进复杂岩层及深孔时还应适当加大容积。 第十五条 机场内必须安设下列安全防护设备 1.应根据施工现场及当地当时的气候条件选择场房类型。场房应能防寒、防雨,有充足的光线和足够的操作空间。 2.地板安装必须平齐、稳固,地板厚度要大于40毫米。传动皮带和机械传动部分的外部,应安设牢固的防护栏杆或防护罩;XB-500型钻机使用平衡器时,应安装保险绳。 3.座式天车要有安全挡板,吊式天车要有保险绳。台板要安设牢固,并架设1.2米高的坚固栏杆。台板厚度要大于50毫米。钻杆立根长度超过12米时,要架设23处钻杆支撑靠架,并使各层支撑架在同一斜面上(安装有扶、摆管器者除外)。 4.钻塔塔套包挂要端正。塔套边缘孔眼处和横、斜拉手处的钉带要栓牢。 5.必须用直径12.5毫米以上的钢丝绳做钻塔的绷绳,塔高18米以下的设四根,塔高18米以上的分两层设八根。各绷绳的张力要相等,安装位置要力求对称(三角架绷绳相互夹角相等),绷绳与水平面的夹角要小于45度。 6.雷雨季节施工时,塔上必须安设避雷针,并要与钻塔绝缘良好。钢质避雷针截面应大于100毫米2,钢质引下线截面应大于28毫米2,铝质引下线截面应大于16毫米2。避雷针应高出塔顶1.5米以上。引下线与钻塔及绷绳的距离应大于1米,接地装置与电机接地体、孔口管、绷绳锚杆的距离应大于3米。避雷针、引下线和接地体的连接必须严密牢靠,不便于在现场焊接时,应预先将各部件连接处焊以接触面积大于10厘米2的金属板,安装时再用螺栓紧固。接地电阻应小于15欧姆。 第十六条 拆卸与搬运工作必须遵守下列规定 1.拆卸各种机器时,禁止用大锤猛力敲打或盲目乱拆。由机器上拆下的小零件、仪表、油管等,应专人妥善保存。气孔、油眼必须堵严。各连接螺栓、螺帽、轴座、销子等,卸除后仍应装回原处。 2.严禁从山上向山下抛掷、滚放器材、工具。 3.用汽车搬运机械时,要放稳绑牢。装卸车时,要用足够强度的木板塔跳板。由有经验的人指挥,并应互相配合好。 4.在地形平缓、钻孔相互间距离较近、又具有牵引设备时,可采用整体迁移和半整体迁移的方法搬运设备。迁移前要详细了解通过地段的地面及空中状况,迁移过程中要有专人指挥。在有高压电网的地区不得在高压线下作整体迁移。第三章 金刚石钻进第一节 开孔 第十七条 应根据地层特点选择不同的开孔方法。 1.在冲积层、堆积层或松散的砂土层开孔时,可使用肋骨钻头、刮刀钻头并使用泥浆作冲洗液,也可使用普通硬质合金钻头干钻。坍塌严重时,可从孔口灌注稠泥浆或分段投入粘土球,捣实后再钻进,也可使用聚丙烯酰胺低固相泥浆护壁。钻进预定深度后,及时下入孔口管。 2.在砾石层开孔时,可用冲击钻头钻进也可在孔口挖坑、灌注水泥后直接钻进,或先挖掘一定深度,埋入孔口管后再钻进。钻进中除用泥浆护壁外,还可采用跟套管、注入快干水泥等方法,分段护壁、分段钻进。 3.在硬岩盘开孔时,应先用硬质合金钻头钻进300毫米深,然后用旧的孕镶金刚石钻头钻进。 硬质合金、钢粒钻进时开孔方法同上。第二节 金刚石钻头、扩孔器的选择和使用 第十八条 金刚石的品级、金刚石钻头与扩孔器的规格、性能必须符合DZ2-78地质岩心钻探金刚石钻头、扩孔器标准的要求。 第十九条 应根据岩石的可钻性、研磨性和完整程度来选择钻头、扩孔器的类型、金刚石粒度和浓度及胎体硬度。 1.在硬的、坚硬的、可钻性级别高的和裂隙、破碎的岩石中钻进时,应选用细粒表镶或细目数孕镶的钻头、扩孔器。 在中硬的、可钻性级别低的和均质、完整的岩石中钻进时,应选用粗粒表镶或粗目数孕镶的钻头、扩孔器。 2.在研磨性强的岩石中钻进时,应选用硬胎体的钻头、扩孔器。 在研磨性弱的岩石中钻进时,应选用软胎体的钻头、扩孔器。 钻头和扩孔器的具体选用可参照表4。 第二十条 钻头与扩孔器及卡簧之间要合理配合。 1.扩孔器外径应比钻头外径大0.30.5毫米,岩层坚硬时应采用下限数值。 2.卡簧的自由内径应比钻头内径小0.30.4毫米。 第二十一条 钻进时,应按钻头和扩张孔器外径的大小,排好顺序轮换使用,即先使用外径大的,后使用外径小的;对于钻头来说,还应同时考虑先用内径小的,后用内径大的。 第二十二条 新钻头到达孔底后,必须进行“初磨”,即轻压(为正常钻压的1/3左右)、慢转(100转/分左右)钻进10分钟左右,然后再采用正常参数继续钻进。新钻头钻进的第一个回次进尺不宜过长,应及时提钻检查钻头的磨耗情况。 第二十三条 减压钻进倒杆时,必须先用升降机将孔内钻具拉紧(不得提离孔底),倒杆后用油缸减压并在小于正常钻压的情况下平稳开车。 第二十四条 掌握“五不扫”,即不用金刚石钻头扫孔、扫残留岩心、扫脱落岩心、扫掉块和扫探头石。第二十五条 掌握“三必提”,即遇下钻受阻轻转无效、岩心堵塞、钻速骤降时必须提钻。第二十六条 钻头出现以下情况时,不得再下入孔内。 1.表镶钻头内外径尺寸较标准尺寸磨耗0.2毫米以上的;孕镶钻头内外径尺寸较标准尺寸磨耗0.4毫米以上的; 2.表镶钻头出刃尺寸超过金刚石颗粒直径1/3的; 3.表镶钻头有少数金刚石脱落、挤裂或剪碎的; 4.孕镶钻头出现石墨化现象的; 5.钻头出现明显偏磨的; 6.钻头水口和水槽小于标准尺寸的; 7.胎体有明显裂纹、掉块、沟槽或严重被冲蚀的; 8.钻头体变形,丝扣损坏的。第二十七条 避免钻头非正常损坏的措施 1.孔底应保持清洁,当发现有硬质合金、胎块、金刚石、金属块、脱落岩心及孔壁掉块时应采用冲、捞、抓、粘、套、磨、吸等方法加以清除。 2.不准在同一钻孔中交替采用金刚石钻进和钢粒钻进的方法。 3.钻具通过换径、探头石、孔壁掉块等部位以及在斜孔和干孔中下钻时,必须放慢下降速度。 4.换径后应用锥形钻头修整换径台阶。 5.地层由硬变软时应减压并控制钻进速度。 6.钻进过程中应有专人,定时观察冲洗液消耗情况。第二十八条 使用金刚石钻头及扩孔器时,要填写使用卡片,及时记录每回次的各种有关数据及磨耗情况。钻头或扩孔器停用后,应及时作出评述,并连同卡片一起交探矿部门保存。根据岩石物理机械性质选用金刚石钻头和扩孔器参考表 表4常 见 岩 石 举 例泥灰岩、绿泥石片岩、页岩、千枚岩、泥质砂岩、硬质片岩大理岩、石灰岩、泥灰岩、蛇纹岩、辉绿岩、安山岩、辉长岩、片岩、白云岩、硬砂岩、橄榄岩片麻岩、玄武岩、闪长岩、角闪长岩、石英二长岩、混合岩、矽卡岩、伟晶岩、花岗闪长岩、流纹岩、花网岩、钠长岩石英斑岩、高硅化灰岩、坚硬花岗石、碧玉岩、霏细岩、石英岩、石英脉、含铁石英脉硬 度软中 硬硬坚 硬可 钻 性1346791012研 磨 性弱弱中中强强弱表镶钻头人 造 聚 晶天 然金 刚 石粒 度(粒/克粒)15252540406060100胎 体硬 度(HRC)(2030)(3540)(45)孕镶钻头人 造金 刚石 网目 数(目)天 然金 铡石 粒度(目)4620304660304060804060601006080胎体硬度(HRC)0(1020)(2030)(3035)(3540)(4045)(45)表 镶 扩 孔 器-孕 镶 扩 孔 器第三节 金刚石钻进技术参数 第二十九条 钻头压力(简称钻压)应根据岩石的可钻性、研磨性、完整程度、钻头底唇面积、金刚石粒度、品级和数量选择钻压,见表5。金刚石钻进推荐钻压表 表5 钻头 钻头钻头 压力 直径 (公 (毫 种类 斤) 米)36(36)46(46)56(56)6676(91)普 通表镶钻头初压力50100100200250焉 常压 力200400300600400750500850600100080000普通孕镶钻头250450400700450850500100060011008001500绳索取心钻头表镶一 般压 力50070060080080010009001200最 大压 力800100012001300孕镶一 般压 力6008007001000900120010001400最 大压 力1000120014001600 注:括号内数字为管材新标准系列(下同)。 1.表镶钻头按每粒金刚石压力为1.52.5公斤计算,在金刚石质量较好、颗粒较粗、岩石坚硬完整的情况下,可采用较高的单粒压力;反之,应采用较低的单粒压力。钻进过程中随着金刚石的磨钝,钻压应逐步增大。 2.孕镶钻头按单位底面积压力为4080公斤/厘米2计算。 3.在钻孔弯曲、超径的情况下或钻进强研磨性、破碎岩层时,钻压应适当降低。 4.钻进过程中钻压应保持平稳,不得用升降机进行减压。 第三十条 钻头转速(简称转速) 应根据岩石的可能性、研磨性、完整程度及钻头直径选择转速,见表6。 1.表镶金刚石钻头底唇面的线速度范围为1.02.0米/秒;孕镶金刚石钻头底唇面的线速度范围为1.53.0米/秒。 2.正常钻进时,应在机械能力、管材强度允许的前提下,尽可能提高转速。3.在孔深、钻孔弯曲、超径的情况下或钻进强研磨性、破碎岩层时,转速应适当降低。金刚石钻进推荐转速表达式 表6转速 钻头(转/分) 直径 (毫米) 钻头 类型36(36)46(46)56(56)6676(75)(91) 表 填6501300 5001000 400800 350650 300550 250500 孕 镶10002000 7501500 6001200 5001000 400850 350700 第三十一条 泵量与泵压应根据岩石的可钻性、研磨性、完整程度、钻进速度和钻头直径选择泵量,见表7。金刚石钻进推荐泵量表 表7钻头直径 (毫米)36(36)46(46)56(56)6676(75)(91) 表 填6501300 5001000 400800 350650 300550 250500 孕 镶10002000 7501500 6001200 5001000 400850 350700 1.在转速较高、钻进速度较快、岩石研磨性较强、岩石颗粒较粗时,应选用较大泵量,反之则泵量应减少。 2.金刚石钻进时泵压损失较大。正常情况下泥浆泵管路系统、双管和钻头的泵压损失为8个大气压左右,每百米钻杆约损失两个大气左右。 3.钻进时必须随时观察泵压变化,严防送水中断和钻具中途泄漏。 4.不允许用三通水门调节泵量。第四节 采取岩心 第三十二条 取心守则 1.金刚石钻进必须用岩心卡簧卡取岩心,任何情况下都严禁干钻取心。 2.卡取岩心时,必须先停止回转,用立轴将钻具慢慢提离孔底,使卡簧抱紧岩心。提断岩心以后不得再将钻具放到孔底试探。 3.每回次都应尽量采净岩心,以免下个回次下钻时损伤钻头。残留岩心超过0.2米时,应用岩心捞取器专程捞取,严禁用金刚石钻头套扫。 第三十三条 使用绳索取心钻具时应遵守的规则 1.下打捞器以前,必须在孔口钻杆上端拧上护丝,打捞器将接近内管上端时,应放慢下降速度;反复捞取内管无效时,不得猛冲硬墩,应提钻查明原因。 2.打捞内管在提升钢丝绳时,应注意孔口钻杆内是否有冲洗液涌出,以判断内管是否打捞上来。 3.内管未到底前不准扫孔钻进。 5.钻杆打断后,不准下入打捞器捞取内管。 6.内管提上后,如发现管内无岩心,应立即提钻。 7.打捞器上的钢丝绳应绑结牢固,并应装安全绳;当脱卡销超过250公斤的拉力时应能被剪断,从而使打捞器安全脱卡。第五节 金刚石钻进注意事项 第三十四条 预防钻具强裂震动的措施 1.使用直的机上钻杆、轻型高压胶管和转动惯量小的水龙头。不得使用弯曲度超过规定的钻杆和粗径钻具。 2.钻压、转速要与岩层相适应,不要盲目加压或提高转速。 3.使用润滑冲洗液减阻。 4.使用减震器、扶正器或稳定接头。 5.适当减少泵量。 6.选择合理的钻具级配,见表8、9。金刚石钻探钻具级配表 表8钻孔直径(毫米)(以扩孔器公称外径为准)钻 杆 外 径(毫米)钻杆与钻孔环状间隙(毫米)36.5(37)33(33)1.75(2)46.5(47)422.543(43)1.5(2)56.5(60)503.2553(54)1.75(3)2.66.5536.75603.2576.5(75.5)60(71)8.25(2.25)(91.5)(71)(10.25)金刚石绳索取心钻具级配表 表9钻孔直径(毫米)(以扩孔器公称外径为准)钻杆外径(毫米)钻杆与钻孔环状间隙(毫米)46.5(47)43(43.5)1.75(1.75)56.5(60)53(55.5)1.75(2.75)66.5631.7576.5(75.5)73(71)1.75(2.25) (91.5) (71) (1025) 第三十五条 金刚石双管应符合以下要求。 1.单动性能良好、各部件之间的同心度要好。 2.管材无伤裂。 3.丝扣要好。 4.装配好的钻具在垂直吊起时短节与卡簧座不得自由脱落。 5.装配好的钻具卡簧座底端与钻头内台阶的距离为34毫米。 第三十六条 使用双管必须遵守的规则 1.不得用管钳拧卸钻头、扩孔器和内外管,而应用多触点钳或磨擦式钳,同时还应注意,钳牙不得触及钻头或扩孔器的胎块部位。 2.退出岩心时,要用橡胶锤、木锤敲打内管。不得用铁锤直接敲打双管的内外管,必要时可在管外垫钢质护套。 3.双管在移动时不能猛力拖拉或撞击;存放时要摆平,不得重压;运送时要套装;装卸时要轻放。第四章 硬质合金钻进第一节 硬质合金钻头的选择和使用第三十七条 取心硬质合金钻头的规格必须符合地质钻探钻头图谱中标准图纸的要求。应根据钻头直径、岩石性质和所钻进岩层的最高的生产指标(机械钻速、回次进尺、钻头进尺)和经济指标(钻头成本、使用次数)选择钻头上切削具的数量、出刃大小、镶焊角度及刃尖角。钻头的内、外、底出刃应对称、平整,镶焊要牢固,不合格者,不准使用。旧钻头经修磨合格后方能再用。
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