5000 m地质钻探绳索取心绞车的研制及应用

本文以“十三五”国家重点研发项目“5000米地质岩心钻机关键技术与装备研制”配套的绳索取心绞车设计为依据,详细介绍了5000米绳索取心绞车的主体结构、测控系统、主被动一体排绳系统、绞车辅助装置等的设计及现场应用情况,为地质钻探用绳索取心绞车的设计和发展提供了新思路。同时在绞车辅助系统中设有深度检测校正测量装置、张力检测装置、钢丝绳清洁装置、钢丝绳断股断丝检测装置、取心打捞孔内数据采集装置等,用于精确测量孔深和显示打捞器、判别内管总成在井内的工况、清洁钢丝绳表面钻井液、监测钢丝绳断股断丝情况、测量钻孔顶角方位角。本文设计的绳索取心绞车在4007.10 m井深起,在绳索取心工艺中全程快速收/放绳,取得了理想的效果。     

绳索取心绞车排绳器关键问题研究

在绳索取心绞车机械式排绳器的设计过程中,存在着2个突出的问题：一是为了确保靠滚筒挡板的钢丝绳准确换层,需要在双螺旋轴端部设计合适长度的过渡圆弧槽;二是滚筒旋转一圈排绳器移动的距离能与不同绳径钢丝绳相匹配。为了解决以上问题,以这2个问题的共同影响因素螺距和传动比设立方程,通过解方程组进行了准确计算。根据该计算结果设计的排绳器经野外现场试验证明实用可靠。     

螺旋传动式排绳器

我所与三二五地质队合作进行煤田深孔S75绳索取心钻进试验时，使用的SJ-2000型绳索取心绞车，因不能自动排绳，很不方便。为此队探矿科和修配间参考外厂的测井绞车，设计加工了一台螺旋传动式排绳器。经过两个钻孔使用，效果良好。该排绳器传动平稳，性能可靠，使用方便，而且构造比较简单，一般野外队均可加工。     

5000米绳索取心绞车设计

在深孔地质岩心钻探中,绳索取心钻进技术对于提高钻探质量和生产效率有极大的优势。在绳索取心钻进中,绳索取心绞车是地质钻探装备中的主要设备,近半个世纪以来,随着绳索取心技术的发展、成熟和广泛应用,取心绞车系统更加安全可靠。本文通过分析国内外现有绳索取心绞车的优缺点,提出了5000 m绳索取心绞车设计方案,设计绞车为分体式结构,由交流变频柜和绞车主体两大部分组成。计算了5000 m绳索取心绞车设计的关键技术参数,绞车总功率为60 kW,配套12 mm钢丝绳,最大可提供50 kN的提升力,光毂提升速度最快可达60 m/min。针对绳索取心绞车提升过程中滚筒钢丝绳常见的垒绳、压绳、咬绳等问题,设计了双折线绳槽。     

JS—i型绳索取芯绞车

绳索取心绞车是绳索取心钻进的重要辅助设备之一，它与提高钻进效率及时间利用率，与安全及排绳状态等有极大关系，因此，对其结构及工作性能的研究不容忽视。为适应我队绳索取心钻进的需要，进一步提高绳索取心钻进效率，改善配套状况，并根据我队施工条件，笔者在去年年中设计了由电机单动驱动的行星轮系传动绞车，即Js-j型绞车。在北京探矿厂及王义兴同志的大力协助下，很快完成了加工任务，于去年八月开始试验，截至目前已运转提升约4000米，证明性能良好（此绞车已由北京探矿厂批量生产）。     

SSD-96型绳索取心安全打捞输送器的研制与应用

为了提高绳索取心钻进的技术水平,弥补普通绳索打捞器的缺陷,研制了SSD-96型绳索取心安全打捞输送器。该安全打捞输送器可以在地表通过控制钢丝绳绞车来改变打捞钩口的张开大小,从而完成安全打捞输送器从打捞状态向脱卡状态转换。文章介绍了安全打捞器的打捞原理和脱卡原理,以及打捞遇阻时和干孔或水位不足时输送内管到预定位置后安全脱卡的工作方法。该安全打捞输送器在河北省承德市张营矿区的野外应用试验中取得了良好的效果。     

绳索取芯在螺旋钻上的应用

美国MOBILE钻探公司最近推销了一种绳索取芯提升绞车,用于螺旋钻的取样升降作业中取代钻杆的升降.这种新装置是作为一种基本装置出售的,配有任购的打捞器总成.使用不带打捞器的提升绞车时,要求钻机回转器的通孔直径不小于3.5英寸,而且要采用万向接头把空心的螺旋钻具与钻机的回转器连接起来.这样,全部取样作业就可以用钢丝绳通过钻机回转器来提     

深井超深井钻机自动送钻研究探讨

自动送钻的目的是使钻头对井底的钻压保持设定的恒压值,实现最优化钻井的目的。当前深井超深井钻机自动送钻是通过绞车、天车、游动滑车、钢丝绳、大钩来进行的,由于绞车、游动系统存在动载,钢丝绳振动,大钩送钻速度明显不均匀,使井底钻压不稳定,难以实现较准确送钻。阐述了绞车游动系统送钻的工作原理和液压盘式刹车自动送钻、辅助电机自动送钻方法。提出精确自动送钻的理想方案是采用液压缸送钻系统,采用无绞车液压缸升降式钻机,液压缸系统自动送钻并担负起下钻具任务;也可用绞车起下钻具,液压缸自动送钻方案,彻底消除绞车、游动系统对自动送钻的干扰。     

HDS-130砂金矿钻探绳索取样器及应用效果

我们把岩心钻探中的绳索取心技术移植到砂金矿钻探的技术领域，研制成功了HDS-130新型砂钻绳索取样钻具。该钻具采用外管进尺和内管总成取样同步进行的先进工艺，容纳满砂矿样的内管由打捞器和钢丝绳通过绞车提升出地面。它和多种砂矿钻机可配套使用。钻进试验表明，这种取样器能为砂金矿钻探取出高质量的原生矿样或岩样，钻进的速度高，并大大减轻工人的体力劳动，具有良好的经济、社会效益，使用它可获得好的地质效果。     

超深涌水水平孔绳索取心钻具投送和打捞技术

为了精准查明拟建隧道沿线地质情况,通常采用水平孔绳索取心钻探技术。在超深涌水水平孔绳索取心钻进中,投放、打捞内管总成钻具和打捞器是施工中的难题。因此从研制专用水平钻机、选择大功率泥浆泵、封隔分流涌水、设计绳索取心钻具送绳器、定制专用内平绳索取心钻杆等几方面开展研究。全面分析了泥浆泵压力、钻杆内径大小、钻孔深度、钻杆的密封性、钻孔涌水量、涌水压力、孔壁间隙等因素对投送内管总成钻具和打捞器速度的影响,实现了高效、低成本、绿色钻探技术集成。经过精心组织,成功完成了千米级的大涌水水平孔绳索取心钻探施工,精准查明了隧道洞身段工程地质条件,取得了满意的技术效果,为隧道设计和施工提供了安全保障,也为超深涌水水平孔钻探提供了经验。     

岩心钻机液压钳盘式刹车卷扬机的研发与应用

传统机械立轴式钻机主卷扬具备自由落钩性能、下放钻具快的优点,但存在带式石棉刹车不耐磨、摩擦系数低、操作费力、灵敏度不高、散热性能不好、高温使用性能不好、下降到孔口安全距离不好控制等缺点。全液压动力头钻机用主卷扬采用液压系统流量控制提升与下降速度,孔口安全距离较好控制,通过液压系统强制散热,散热性能良好,但不具备自由落钩功能。为此研发了一种全液压岩心钻机用液压盘钳式刹车卷扬机,其能够在以上2种工作方式中自由切换,并且解决了带式石棉刹车不耐磨、摩擦系数低、操作费力、灵敏度不高、散热性能不好、高温使用性能不好等问题。     

无卷扬机液压缸升降式钻机

目前,液压动力头岩心钻机大多采用液压缸给进,液压卷扬机提升。近年来,国外多个国家以液压技术见长的公司,研发了无卷扬机液压缸升降式钻机,它与传统钻机设计理念不同,液压缸不单是给进机构也作为提升机构。这种钻机取消了结构复杂而笨重的卷扬机、天车、游动滑车组。液压缸提升系统井架不承受提升载荷,井架尺寸小,轻便;整个设备体积小、质量轻、成本低、技术经济指标先进。它为研发液压动力头钻机提供了一种新机型。介绍了瑞典山特维克浅钻和挪威MH公司RamRig深孔钻机的结构和其他一些国家研发和应用情况。阐述了双液压缸提升和液压缸-钢丝绳倍速机构两种不同系统的工作原理及应用特点。     

双主卷扬配合“环形道活门机构”的快速提下钻系统

为了提高快速提升钻具更换钻具的能力,研制了SPT-600D型拖车钻机。该钻机配置了SPS-600型双卷扬钻机及“环形道活门机构”。试验及应用情况表明,双卷扬配合“环形道活门机构”能够快速提升钻具更换钻具,缩短钻井施工的时间,可实现水文水井施工优质、高效、快速的要求。     

深井煤矿硐室底臌控制对策与监测分析

针对淮南矿区顾北煤矿-648 m水平绞车房硐室底板突出严重,容易发生拉剪破坏的特点,首先采用FLAC3D对绞车房硐室支护前的围岩变形和应力分布特征进行了模拟分析：变截面处和底角应力集中明显,在高应力作用下底角剪切滑移和底板折断隆起是造成底臌的根本原因。基于分步联合支护理论,对绞车房硐室底板支护方案进行了优化,并对绞车房硐室表面与深部位移、锚索受力和基础内部应力进行了全方位监测,结果表明：原支护方案下巷道底板变形较大,巷道底角发生剪切滑移诱使巷道断面圆形化,注浆花管和底角地梁可以较好地抵抗底角处的剪切滑移;巷道底板变形量受地应力方位影响较大,采用新的底板联合支护方式不仅可以很好地满足绞车房硐室对底板变形的要求,还能加强两帮稳定性,同时保证了绞车房基础稳定。     

气测录井在南方页岩气黔绥地1井中的应用

南方页岩气黔绥地1井为全井取心钻进,通过加工模拟绞车实现了绞车传感器的安装、安装开关代替了悬重传感器的安装、将泵冲传感器安装到皮带轮保护罩上等解决方法,使得气测录井在黔绥地1井中顺利进行。影响黔绥地1井气测录井结果的主要因素有储集层、钻井液、钻井工程以及脱气器,这些影响因素的存在给黔绥地1井气测录井资料解释带来了很大的困扰。为了减少对气测录井资料解释的困扰,必须加强对现场工作人员的录井培训,使录井人员在工作当中能够有效地消除可控因素对气测录井的影响,在一定程度上提高地质钻探气测录井的准确度,为南方页岩气地层划分提供有力的数据支撑。     

电容测试法判断测井电缆系统故障

测井电缆因长途颠簸、拉伸及绞车缠绕挤压,电缆连接器、电缆、绞车滑环、滑环连线等部位极易出现故障。电容测试法是一种简易、快速的检测方法,该法可在现场准确诊断出故障电缆的位置。以四芯铠装电缆为例,每根缆芯的正常阻值约为80Ω/1 000m,两缆芯间的分布电容约为170PPF/1 000m。在实际检测中,根据电容较小时测点的位置,可以有效判断故障部位;而电缆故障位置则可利用电阻及电容的线性关系进行计算予以确定。     

斜井提升安全技术的研究现状和展望

对地质勘探和矿山斜井跑车事故的种类和原因进行了分析,介绍了国内外斜井防跑车安全装置的研究现状,在对各种防跑车装置进行比较后,对小断面勘探斜井使用防跑车安全装置的前景进行了展望。     

大直径竖井灌浆提升系统

安徽琅琊山抽水蓄能电站调压竖井井深70 m,外径20 m,内径18.6 m。利用吊盘、吊笼、卷扬机建立灌浆提升系统,完成井身段固结灌浆。通过优化施工方案、合理组织施工、建立完善的规章制度、加强职工职业培训、严格执行施工安全技术措施,圆满地完成了灌浆施工任务。