高强耐热铝合金钻杆材料优选

铝合金钻杆的使用性能是制约深部钻探技术发展的“瓶颈”。本文综合考虑孔内工况因素和钻杆性能因素,以钻柱组合设计为基础准则,从特深孔钻探工程技术需求出发,开展了高强耐温铝合金钻杆材质选择和评价的试验研究。试验结果表明：2219铝合金固溶时效制度分别为535 ℃/1 h、165 ℃/20 h,2618铝合金固溶时效制度分别为530 ℃/1 h、200 ℃/20 h;2219铝合金在高温长时间暴露后的室温力学性能优于2618铝合金,在高温瞬时条件下的力学性能劣于2618铝合金;2219铝合金中含有Zr,该元素在热暴露过程中起到减缓溶质扩散速率的作用,这对提高热暴露后的剩余强度是有利的。     

地面救援车载钻机的研制

矿山发生事故导致人员被困井下时,通过地面钻孔进行救援是一种有效的手段。救援车载钻机可适应多种钻进工艺,具有地层适应性广、机动性高、事故处理能力强等优点,是矿山事故救援的理想机型。鉴于国产车载钻机在生命保障孔及大直径救援井施工中存在的不足,研制了ZMK5550TZJF50/120型车载钻机,开发了适应多种工艺的大能力动力头,采用大通孔主轴、大通径冲管、气举反循环气管安设接口等设计,转速转矩调节范围宽,可满足多种钻进工艺,实测最大转矩51350 N·m,具备施工大直径钻孔和处理事故能力;设计了油缸?钢丝绳伸缩式桅杆给进装置,实现长工作行程14 m,短运输尺寸13.6 m,实测最大起拔力1205 kN,具备孔内事故强力解卡的能力。将动力及电液控制系统集成至动力泵站,为车载钻机、钻杆输送系统、井口平台提供动力源和控制源,分体式布局解决了钻进能力提升与整机质量尺寸间的矛盾,满足道路运输要求,能充分发挥钻机的高机动性。为提高起下钻效率、机械化程度,减少工人数量并降低劳动强度,研制了钻具自动加卸系统,通过HG2-01型换杆装置、液压提引装置、自动拧卸装置协同作业,实现起下钻具效率小于3 min/根。钻机在宁夏梅花井矿完成了直径830 mm、深度624.1 m救援井的施工,平均机械钻速3.1 m/h,透巷井深654.1 m,具备600 m深度的钻孔救援能力,为我国矿山灾害救援提供了装备保障。      

深海底钻机动力头的钻杆自行抛弃和冲击卸扣机构

文章介绍了深海岩心取样钻机的主要部件动力头的结构及特点。根据深海钻进的特殊情况,专门在动力头上设计了钻杆自行抛弃机构和冲击卸扣机构。这两种机构可在发生卡钻事故钻机无法回收已经深入孔内的钻杆串时,可将其自行抛弃,或由于动力头扭矩液压马达出现故障不能拧卸钻杆时,冲击卸扣机构将对钻杆丝扣进行冲击使其松动而卸扣。文章重点介绍了钻杆自行抛弃机构和冲击卸扣机构的结构及工作原理。     

深孔用高钢级绳索取心钻杆分区热处理工艺试验研究

为改善绳索取心钻杆受力工况,延长钻杆使用寿命,满足深孔及特深孔钻探施工要求,开展了对绳索取心钻杆体进行分区热处理工艺的试验研究。试验选用高钢级薄壁管材,通过对钻杆两端300 mm左右的区间内进行盐浴淬火及高温回火处理,保证了调质区域的机械性能,硬度和金相组织均匀性良好,同时热处理过渡带影响区域小。试制加工的特深孔绳索取心钻杆具有两端部螺纹连接段刚性强、杆体中部韧性好的特点。该钻杆在山东莱州西岭村矿区完成了2845.55 m深孔的钻进施工,使用情况良好。     

钻杆接头材料35CrMo硫氮复合处理层的干摩擦学性能研究

应用离子渗氮与离子渗硫技术,在钻杆接头材料35CrMo钢表面制备了硫氮复合处理层。采用M-200环块磨损试验机,对比研究了原始渗氮表面与硫氮复合表面在干摩擦条件下的抗磨损性能。结果表明,在干摩擦的条件下,由于摩擦副的接触表面缺乏润滑,硬度较高的渗氮层会加剧接触表面的磨损。而硫氮复合处理层由于在表面存在一层硫化亚铁固体润滑层,在磨损过程中可以起到一定的润滑作用,因此其在干摩擦条件下具备更好的抗磨损性能。     

HCW-90型全液压自动猫道钻杆支架起升同步性分析

本文针对HCW-90型全液压自动猫道的钻杆支架起升过程进行研究,采用多体动力学与液压控制系统联合仿真方法,分析了钻杆支架起升液压缸动作的同步性对钻杆从支架末端运动至平台档销限位处的动态过程的影响。重点讨论了起升液压缸同步性对管体空间位姿、动力学参数、管体运动至终了处与档销碰撞过程。进一步分析了管体受到限位后趋于稳定的动态过程和定位精度。此外,综合考虑管体运移的快速性、平稳性和定位准确性,对起升液压缸的液压控制系统的输入信号进行了合理调整,并在满足工作性能的前提下,提出了采用分流阀构建低成本液压控制系统的方案。     

基于单目视觉的钻杆位姿识别技术研究

钻杆自动装卸技术作为智能钻探装备领域的关键技术,制约着煤矿井下钻探装备的自动化和智能化发展,现有钻杆自动装卸系统主要依靠机械结构和接近开关进行定位,存在定位精度差自动化程度低的问题。针对此问题,提出一种基于单目视觉技术的钻杆位姿识别算法,利用摄像机拍摄含有合作目标的图像,解算摄像机与合作目标之间的相对距离和姿态,通过固定坐标变换,推导钻杆相对于机械手的位姿,引导机械手进行钻杆自动装卸。首先,确定系统总体方案,利用小孔成像原理和张正友标定法建立摄像机成像数学模型,求解摄像机内外参数;然后,使用棋盘格标定板作为被测钻杆的合作目标,根据小孔成像模型和空间成像关系,建立空间任意平面的单目测距模型,计算得到相机光心与合作目标点的距离;最后,通过摄像机成像模型得出合作目标的姿态矩阵,结合摄像机内外参数,经坐标转换求解得到合作目标在世界坐标系中的姿态矩阵,再通过固定坐标变换完成钻杆位姿识别。为验证算法准确性,在室内进行了钻杆位姿识别试验,试验中对每张现场图片进行重复测距与姿态估计,结果显示钻杆距离识别偏差在0.12%之内,钻杆姿态识别偏差在1.08%之内,满足钻杆自动装卸精度要求。试验结果表明,基于单目视觉技术的钻杆位姿识别算法真实有效,利用该算法可实现钻杆定位智能识别,提高钻杆自动装卸精度和钻探装备的智能化水平。      

绳索取心钻杆的瞬间液相扩散连接

采用瞬间液相扩散连接方法焊接绳索取心钻杆。试验表明, 瞬间液相扩散连接接头拉伸时断在45MnMoB杆体侧, 面弯和背弯180°未开裂, 且焊缝内外表面无余高, 成形美观, 满足绳索取心钻杆焊接接头的技术要求。扭转试验中, 管体首先开裂, 焊缝未开裂, 扭转强度远远高于螺纹连接扭转强度。表明瞬间液相扩散连接技术是满足绳索取心钻杆焊接要求的一种先进方法。     

煤矿井下碎软煤层泡沫钻进技术及应用

针对煤矿井下碎软煤层瓦斯抽采中风压空气钻进施工中排粉能力有限,易造成粉尘污染问题,提出采用煤矿井下泡沫灌注系统及宽翼螺旋钻杆进行高效泡沫钻进的技术方案。通过对钻孔环空间隙流场的数值模拟,研究宽翼螺旋钻杆结构对泡沫钻进高效排粉的影响,确定头数3、槽宽26 mm、螺距110 mm为宽翼螺旋钻杆的优化结构参数。在淮北某矿3204工作面碎软煤层中进行了深度达195 m的本煤层钻孔试验,结果表明,相对于中风压空气钻进工艺,钻进回转阻力降低了42%~48%,表现出高效的排粉效果,可提高煤矿井下碎软煤层钻孔深度和成孔率。该工艺可为类似煤矿井下深钻孔施工提供借鉴。