煤田繩索取芯深孔鉆探設(shè)備的選擇與應(yīng)用

陳慶輝

隨著地質(zhì)找礦向深部拓展,要求勘探裝備水平不斷提高。福建省121煤田地質(zhì)勘探隊(duì)(以下簡(jiǎn)稱“福建省121隊(duì)”)原有施工1 200 m以內(nèi)的中深孔采用鉆探設(shè)備,如XY-5立軸鉆機(jī),BW-250泥漿泵,GF-75 kW柴油發(fā)電機(jī)組,ZT-17四腳鉆塔等,已出現(xiàn)鉆探效率低、成本高、施工難度大的特點(diǎn)。針對(duì)目前的狀況,福建省121隊(duì)通過對(duì)國(guó)內(nèi)各勘探技術(shù)研究所、鉆探設(shè)備、鉆具生產(chǎn)制造廠家進(jìn)行繩索取芯深孔施工技術(shù)調(diào)研工作,收集有關(guān)鉆探技術(shù)資料,拜訪了國(guó)內(nèi)鉆探專家,認(rèn)真聽取了他們對(duì)繩索取芯鉆進(jìn)深孔施工的意見和建議,決定組建繩索取芯深孔施工鉆機(jī),現(xiàn)就深孔施工鉆機(jī)的設(shè)備選擇與應(yīng)用探討如下。

1 深孔鉆探設(shè)備選型原則

深孔鉆探設(shè)備選擇原則是:技術(shù)上先進(jìn),經(jīng)濟(jì)上合理,生產(chǎn)上實(shí)用的最優(yōu)設(shè)備。在選擇設(shè)備時(shí),必須考慮幾個(gè)因素:

1)生產(chǎn)性。

設(shè)備的生產(chǎn)效率高,要求設(shè)備的精度高,功率、行程、速率等技術(shù)性能先進(jìn),能滿足新的生產(chǎn)和工藝的要求。

2)可靠性。

設(shè)備在使用過程中,表現(xiàn)出精度、準(zhǔn)確度好,零件耐用,操作安全可靠,能生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。

3)節(jié)能性。

設(shè)備能源利用性能合理,能源利用率高,能源消耗少,節(jié)約性好。

4)維修性。

設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,零部件組裝合理,維修零件易于拆卸、檢查,便于維修,實(shí)現(xiàn)了通用化、標(biāo)準(zhǔn)化,互換性強(qiáng)。

5)經(jīng)濟(jì)性。

要求設(shè)備的壽命周期費(fèi)用最低,生產(chǎn)效率最高,生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu),為企業(yè)選擇經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的設(shè)備。

2 深孔鉆探設(shè)備選擇

煤田繩索取芯深孔鉆探設(shè)備的選用主要是XY-6B立軸巖芯鉆機(jī)、BW-320泥漿泵、GF-120 kW 柴油發(fā)電機(jī)組及 ZT-17A加強(qiáng)型四腳鉆塔等設(shè)備,具體如下。

2.1 巖芯鉆機(jī)的選用

煤田繩索取芯金剛石鉆探所選用的鉆機(jī)應(yīng)是機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的立軸式鉆機(jī)。XY-6B型鉆機(jī)是在XY-5型鉆機(jī)的基礎(chǔ)上,對(duì)離合器、變速箱中的兩個(gè)齒輪,分動(dòng)箱傳動(dòng)軸、斜齒輪、立軸通孔、卷揚(yáng)機(jī)卷筒、液壓油缸等零部件進(jìn)行改進(jìn)的產(chǎn)品,其具有鉆機(jī)轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍廣、有反轉(zhuǎn)等性能。且配有水剎車,下降鉆具速度均勻、平穩(wěn),操作靈活。采用多金屬摩擦片油浸式常開型的離合器,摩擦系數(shù)穩(wěn)定,體積小、重量輕、壽命長(zhǎng),并富有制定裝置,可以迅速停車。整體重心低,底座寬,鉆進(jìn)時(shí)穩(wěn)定性好。取消了給進(jìn)裝置導(dǎo)向桿,增大了立軸的通孔直徑(φ 96 mm),繩索取芯鉆進(jìn)時(shí)可不必讓開孔口,也可以用于潛孔錘鉆進(jìn)。

生產(chǎn)深孔鉆機(jī)的廠家較多,我們從鉆機(jī)的技術(shù)參數(shù)、性能、質(zhì)量、價(jià)格、品牌等方面綜合衡量,最后選用了張家口探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的 XY-6B型鉆機(jī)(見圖1),該鉆機(jī)與目前福建省121隊(duì)使用的XY-5型鉆機(jī)大部分零部件可以通用,較適用于超深孔的鉆進(jìn),其具體參數(shù)見表1。

表1 XY-6B型鉆機(jī)主要技術(shù)技術(shù)參數(shù)

2.2 泥漿泵的選用

泥漿泵是鉆探設(shè)備的重要組成部分之一。它主要負(fù)擔(dān)著向孔內(nèi)輸送沖洗液(泥漿或其他沖洗介質(zhì)),并能使其在孔內(nèi)保持循環(huán)。根據(jù)繩索取芯金剛石鉆進(jìn)多泥漿泵性能的要求和對(duì)國(guó)內(nèi)泥漿泵產(chǎn)品型號(hào)的分析,結(jié)合深孔煤田鉆探具體情況,選用BW-320型泥漿泵,缸徑60的三缸單作用柱塞泵。該泵變量范圍大,泵量66 L/min～180 L/min,可用改變柱塞往復(fù)次數(shù)和更換缸套的方法進(jìn)行變量,變量的級(jí)數(shù)有8級(jí),使用最小泵量時(shí)的泵壓可達(dá)10 MPa;使用最大泵量時(shí)的泵壓可達(dá)6 MPa。我們選用質(zhì)量可靠、穩(wěn)壓性能好、信譽(yù)較好的衡陽探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的BW-320泥漿泵(見圖2),具體參數(shù)見表2。

表2 BW系列泥漿泵主要技術(shù)參數(shù)

2.3 柴油發(fā)電機(jī)組的選用

鉆探現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的總功率有:鉆機(jī)(XY-6B)55 kW,絞車(SJ-3000)7.5 kW,攪拌機(jī)3 kW,泥漿泵30 kW,以及砂輪機(jī)等,總功率超過95.5 kW。按照這一要求,必須配備120 kW的發(fā)電機(jī)組。由于煤田鉆探施工鉆機(jī)正常工作很少滿負(fù)荷,鉆探設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都是交叉作業(yè),如打撈巖芯時(shí),付絞車工作,而鉆機(jī)則停止工作,反之亦然。根據(jù)以上分析及多年生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),選用上海強(qiáng)輝發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的GF-120 kW柴油發(fā)電機(jī)組(見圖3),具體參數(shù)見表3。

表3 GF系列的柴油發(fā)電機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)

2.4 鉆塔的選用

鉆塔是鉆探三大組成部分之一,它主要用于安裝和懸掛天車、流動(dòng)滑車、提引器等起下鉆進(jìn)設(shè)備和鉆具,起下和存放鉆桿、起下套管、安裝塔內(nèi)設(shè)施等。根據(jù)鉆塔承受的載荷等技術(shù)參數(shù)、銷售價(jià)格等,福建省121隊(duì)選用了山東煤田地質(zhì)機(jī)械廠生產(chǎn)的加重型ZT17A四角鉆塔,承受載荷能力30 t,具體參數(shù)見表4。

表4 鉆塔主要技術(shù)參數(shù)

3 深孔施工實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

通過以上探討,福建省121隊(duì)深孔施工選用XY-6B型鉆機(jī)、BW-320型泥漿泵、120 kW柴油發(fā)電機(jī)組、加重型ZT17A四角鉆塔的主要鉆探設(shè)備和SJ-3000繩索取芯絞車,自制攪拌機(jī),加強(qiáng)提引器、加重型閉式木馬夾持器,BSSG-Ⅲ型小口徑高速水龍頭等鉆探附屬設(shè)備,利用加型S75A鉆具,選擇合理的鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)、鉆具級(jí)配、鉆孔結(jié)構(gòu)、金剛石鉆頭、泥漿沖洗液。

經(jīng)過精心組織進(jìn)行鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn),117鉆機(jī)采用這種配置,分別在福建東西坑礦區(qū)34-1鉆孔、大河礦區(qū)901,401,402,301等鉆孔施工,累計(jì)進(jìn)尺6 500 m。鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn),性能良好,較好地滿足了深孔鉆探的施工要求,實(shí)驗(yàn)證明選用的設(shè)備及配置可行,符合繩索取芯深孔鉆進(jìn)要求。按這種配置,福建省121隊(duì)先后組建了8套繩索取芯鉆進(jìn)機(jī)臺(tái),分別在福建省隘頭、東西坑、東門地礦區(qū)和云南省大河、補(bǔ)木、富煤三、四礦礦區(qū)等開展了生產(chǎn)應(yīng)用工作,累計(jì)完成鉆探進(jìn)尺25 000 m,特別是116鉆機(jī)在福建省龍永煤田東門地礦區(qū)施工1305鉆孔,終孔直徑77 mm,孔深1 427.20 m。打破了福建煤田地質(zhì)局繩索取芯鉆進(jìn)孔深最深記錄,102鉆機(jī)在云南富煤三礦4101鉆孔終孔直徑77 mm,深度1 644.80 m,創(chuàng)造了全國(guó)煤田繩索取芯鉆進(jìn)孔深第二的好成績(jī)。

4 結(jié)語

1)在調(diào)研的基礎(chǔ)上,選用XY-6B立軸巖芯鉆機(jī),BW-320泥漿泵,GF-120 kW柴油發(fā)電機(jī)組,ZT-17A加強(qiáng)型四腳鉆塔等設(shè)備;所選用的鉆探設(shè)備和使用鉆具、附屬設(shè)備,能夠滿足孔深1 200 m～1 800 m,終孔直徑77 mm的繩索取芯深孔鉆進(jìn)施工要求,并能取得較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

2)由于繩索取芯深孔施工技術(shù)在國(guó)內(nèi)研究應(yīng)用的時(shí)間不長(zhǎng),所設(shè)計(jì)制造的設(shè)備、鉆具型號(hào)較多,沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),長(zhǎng)此下去,必定會(huì)阻礙鉆探深孔鉆探技術(shù)的發(fā)展;建議應(yīng)盡快制定繩索取芯深孔鉆具的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

[1]福建省121煤田地質(zhì)勘探隊(duì).繩索取芯鉆進(jìn)深孔施工技術(shù)科研報(bào)告[R].福建省121煤田地質(zhì)勘探隊(duì),2008.

[2]韓廣德.鉆探工程學(xué)[M].北京:煤炭業(yè)出版社,2000.

[3]湯鳳林,A.L.加里寧,楊學(xué)涵.巖心鉆探學(xué)[M].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,1997.