鉆探用四角管塔地面安拆技術(shù)研究

劉憲全，張 翔，宋雙進(jìn)

(安徽兩淮科力機(jī)械制造有限公司，安徽合肥230088)

1 概述

鉆塔是鉆井設(shè)備的一個重要組成部分，又稱井架、鉆架、塔架等;現(xiàn)廣泛應(yīng)用的有四角鉆塔、A形塔、K形塔、桅桿形塔等，使用上各有優(yōu)缺點(diǎn)。在地質(zhì)勘探領(lǐng)域四角鉆塔使用最為廣泛，四角鉆塔的優(yōu)點(diǎn)明顯，整體穩(wěn)定性好，承載能力大，易穿塔衣，施工環(huán)境好，鉆塔可拆性強(qiáng)，便于運(yùn)輸，鉆塔內(nèi)部空間大，起下外具操作方便安全;四角鉆塔特別適應(yīng)于在山區(qū)道路條件不好和寒冷地區(qū)的施工應(yīng)用，我國北方寒冷，南方多山，所以應(yīng)用廣泛。但過去使用的四角鉆塔也有明顯的缺點(diǎn)，就是安拆操作的高空作業(yè)，安裝人員的勞動強(qiáng)度大，工作效率低，高空作業(yè)不易做防護(hù)，安全風(fēng)險較高，一般均由專業(yè)的安裝隊完成，安裝費(fèi)用較高，給施工單位帶來無限的煩惱。

現(xiàn)有四角鉆塔的典型安裝方式，是采用分層安裝法。安裝時，先裝底盤，由底部向上一層一層組裝塔架，直至最上一層，最后安裝天梁和天輪，塔架全部安裝完成。整個過程均由人工在高空完成，拆卸步驟與安裝相反，自上而下，人工逐層分解拆卸，在安拆過程中鉆塔件都要地面、空中來回運(yùn)送，大大增加了工作量和勞動強(qiáng)度。

為改變傳統(tǒng)的四角鉆塔安拆方式，避免工人高空作業(yè)，四角鉆塔地面安拆技術(shù)逐漸受到鉆探行業(yè)各施工單位的重視?，F(xiàn)在四角鉆塔地面安拆裝置已研制成功并申請國家專利，其中發(fā)明專利一項(專利號201110139342．8)，實(shí)用新型專利一項(專利號201120173116．7)，現(xiàn)裝置已投入使用，可實(shí)現(xiàn)在地面完成安裝、拆卸四角鉆塔的工作，有效避免高空安裝、拆卸時工作人員的不安全性。

2 四角管塔地面安拆工作原理

四角鉆塔地面安裝與傳統(tǒng)安裝順序不同，塔架與天梁部分安裝順序正好與傳統(tǒng)安裝方法相反。在地面要先安裝鉆塔底盤作為工作平臺，然后安裝天梁、天輪和塔架頂層，頂層各連接桿連接好后用升降機(jī)頂起一定高度，再安裝下面一層，由上而下一層一層安裝，直到最底層全部安裝結(jié)束。因為塔架是上小下大的四棱臺形，每安裝或拆卸一層塔架，主腿都會移動一個位置，升降機(jī)也要根據(jù)塔架主腿位置移動相應(yīng)距離，這就要求升降機(jī)能夠方便移動和快速固定，傳動部分要有可伸縮調(diào)節(jié)的功能。因升降機(jī)具有固定的行程，鉆塔每層頂升高度要控制在升降機(jī)行程范圍內(nèi)，這就使四角鉆塔每層具有最大層高限制，一般取最大層高，使得塔架每層高度相等。

根據(jù)現(xiàn)有四角鉆塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研制地面安拆裝置，并對鉆塔各層連接方式稍作改造。四角鉆塔地面安拆裝置主要包括:頂升塔架的升降機(jī);鉆塔安拆過程中用于固定塔架和限位的支架導(dǎo)軌、起塔底座;液壓泵站和傳動部分等。為保證鉆塔在升降過程中穩(wěn)定安全，在4個塔腿處各布置一臺升降機(jī)作為支點(diǎn)，4臺升降機(jī)要能同步升降，且有逆向自鎖功能，保證鉆塔升降過程的安全穩(wěn)定。針對地面起塔安裝的工作原理與技術(shù)難點(diǎn)，提出了2種解決方案:

(1)在鉆塔底盤中心位置安裝一個起塔油缸，由起塔油缸通過鋼絲繩滑輪系統(tǒng)同時帶動4個方向的升降機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)4個升降機(jī)同步運(yùn)動，利用這些升降機(jī)作為頂升塔架的4個支點(diǎn)，同時頂升塔架4個主腿，保證鉆塔安全穩(wěn)定。鋼絲繩一端固定在升降托架上，另一端固定在起塔油缸的緊繩器滾筒上，方便調(diào)節(jié)鋼絲繩長度。

(2)在鉆塔中心位置安裝一個由液壓馬達(dá)驅(qū)動的分動箱，分動箱向4個方向都有輸出軸，通過萬向聯(lián)軸器和傳動桿連接4個方向的渦輪絲桿升降機(jī)，同時帶動4個升降機(jī)實(shí)現(xiàn)同步升降運(yùn)動，利用這些升降機(jī)同時頂升塔架4個主腿。因為蝸輪絲桿升降機(jī)具有自鎖功能，可保證鉆塔安全穩(wěn)定。

3 四角鉆塔地面安拆施工

下面以ZTSG18型鉆塔配合QT6型地面安拆裝置安裝為例進(jìn)行說明。

鉆塔型號:ZTSG18

鉆塔高度:18 m

底面塔腿中心距:4．8 m ×4．8 m

天梁尺寸:1．92 m ×1．92 m

天輪數(shù)量:3個

額定負(fù)載:30 t(300 kN)

四角鉆塔地面安拆裝置型號:QT6

最大起重:6 t(60 kN)

每層起升高度:1．8 m

安裝鉆塔前，應(yīng)首先整理場地找好水平，然后按照施工圖紙安裝布局底盤，鉆塔底盤可作為地面安拆塔架的工作平臺，這一步和傳統(tǒng)安裝步驟一致。

3．1 起塔準(zhǔn)備(參見圖1)

(1)鉆塔底盤四角安裝塔架底座，在鉆塔底座和井口板斜對角方向連接支架導(dǎo)軌并用螺栓固定。

(2)在井口板上固定起塔油缸，注意油缸管路布置方向要便于連接。

圖1 安裝底盤和地面安拆裝置

(3)安裝升降機(jī)，固定于支架導(dǎo)軌上。注意升降機(jī)托架朝向塔架底座方向，并在升降機(jī)外安裝起塔底座。

(4)連接鋼絲繩。鋼絲繩從升降機(jī)拖車經(jīng)滑輪導(dǎo)向繞到起塔油缸周圍4個滾筒，鋼絲繩尾部穿到滾筒內(nèi)并用卡子鎖緊。為防止松脫造成危險，應(yīng)把鋼絲繩尾彎折后鎖緊。

(5)連接左右兩側(cè)的橫拉筋固定底盤尺寸，便于鉆塔對接安裝。

3．2 安裝天梁

地面安拆裝置安裝好后，可以開始安裝天梁和頂主腿。

(1)先把天梁的兩根上梁放在油缸支座上面，防撞梁置于兩根上梁之間卡緊，然后用螺栓固定上梁在油缸支座上(參見圖2)。

圖2 安裝天梁

(2)把4臺升降機(jī)移到導(dǎo)軌最內(nèi)側(cè)，固定鎖緊。

(3)依次安裝天梁的前、后梁和槽鋼，選擇合適長度的螺栓連接緊固。

(4)安裝天輪組。找兩根鉆桿作為導(dǎo)軌，把天輪放在鉆桿上慢慢滾動至天梁上方安裝。

(5)安裝頂主腿。天梁安裝好后啟動泵站，用油缸頂起適合高度，把頂主腿放于起塔底座上，調(diào)整到天梁下方適當(dāng)位置，油缸慢慢下放，頂主腿安裝在天梁下，連接固定橫撐(參見圖3)。

(6)最后安裝塔帽，用螺栓連接5根橫桿。

圖3 安裝頂主腿

3．3 起塔安裝

天梁螺栓緊固完畢，即開始起塔(參見圖4、圖5)。

圖4 頂升塔架后對接主腿

圖5 安裝連接桿

(1)連接液壓泵站油管，起動油缸來回升降幾次看是否正常工作。

(2)預(yù)緊鋼絲繩。把多余鋼絲繩繞到油缸滾筒上預(yù)緊，注意按順序排列緊密防止錯亂。

(3)升降機(jī)托架扣住塔架主腿，定位銷孔處插上定位銷，緩慢推動手柄起塔。

(4)升至合適高度時，把起塔底座向外移動適當(dāng)距離并把準(zhǔn)備好的下層主腿安裝在上面。

(5)控制手柄緩慢下放，注意控制4個主腿對接。主腿對接好后連接對應(yīng)層號的橫撐和斜拉筋，緊固各撐桿螺栓。

(6)打開托架，降下升降機(jī)，此時要注意托架打開位置，避免碰到塔架上，如托架出現(xiàn)卡頓，應(yīng)控制升降機(jī)稍微升起后再繼續(xù)降落。

(7)重復(fù)以上步驟(2)～(5)，安裝鉆塔至底層。第三層向下開始區(qū)分正面和側(cè)面連接桿，注意對照圖紙安裝。

(8)安裝最后一層時如主腿不易對接，應(yīng)向上提起一半對接上腿，對接好后緩慢放下即可。

3．4 安裝結(jié)束(見圖6)

圖6 塔架安裝結(jié)束

鉆塔安裝完成后，即可拆除起塔裝置，依次拆除起塔油缸、升降機(jī)、支架導(dǎo)軌。為方便施工在底盤空余地方鋪上防滑木板，安裝鉆機(jī)準(zhǔn)備施工。

3．5 拆卸鉆塔

施工結(jié)束要拆卸鉆塔時，要再把安拆裝置裝到底盤上，按照從下往上的順序拆卸塔架。

(1)升降機(jī)移到支架導(dǎo)軌最外端，先升起托架固定在第二層塔腿上。

(2)把第一層各連接桿拆掉后慢慢升起塔架，拆掉第一層主腿然后下放，移動4個起塔底座對準(zhǔn)第二層塔架主腿，使塔架落在起塔底座上放穩(wěn)。

(3)升降機(jī)向內(nèi)移動一格并鎖緊，升起托架固定在第三層主腿上。拆卸第二層各連接桿，重復(fù)第(2)步操作拆卸塔架，直到頂層，鉆塔拆卸完畢。

4 創(chuàng)新與優(yōu)勢

(1)在四角鉆塔安裝操作中，整套安拆裝置需要配合四角鉆塔底盤來完成塔架的安裝工作，充分利用現(xiàn)場工作條件，占用場地少，施工安全快捷。

(2)安拆鉆塔時無需大型吊車，在山區(qū)路況復(fù)雜，吊車無法進(jìn)入施工場地時，用此方法安拆鉆塔具有明顯優(yōu)勢。

(3)四角鉆塔地面安拆裝置改變了傳統(tǒng)的四角鉆塔安拆方式，避免了工人高空作業(yè)，無需專業(yè)的安拆隊伍，降低了安拆風(fēng)險。

(4)使用地面安拆裝置可提高安裝效率，減少安裝成本，由鉆機(jī)施工人員就可以完成鉆塔安拆工作。

5 結(jié)語

這項地面安拆技術(shù)研究將會給鉆探施工隊安裝與拆卸四角鉆塔帶來諸多便捷，是四角鉆塔安拆方式的一場技術(shù)變革，將徹底改變地質(zhì)勘探百年來的傳統(tǒng)四角鉆塔那種繁瑣的高空安裝方式。地面安拆技術(shù)會給應(yīng)用企業(yè)和社會帶來顯著效益。四角鉆塔地面安拆裝置的以上優(yōu)點(diǎn)將會受到鉆探施工單位的認(rèn)可，設(shè)計出更加安全易用的四角鉆塔地面安拆裝置，也會成為以后塔架的開發(fā)熱點(diǎn)。

在我國各種鉆探鉆機(jī)有上萬臺，四角鉆塔都是傳統(tǒng)的安裝方式，該技術(shù)的推廣應(yīng)用將使四角鉆塔應(yīng)用得到新的發(fā)展。四角鉆塔在同等承載力的塔架結(jié)構(gòu)中為穩(wěn)定性最好，承載能力最強(qiáng)，而且鉆塔內(nèi)施工環(huán)境最好(夏可防雨，冬可防寒)，由于安裝要人員空中作業(yè)，必須由專業(yè)安裝工人實(shí)行安裝，風(fēng)險極大，所以才出現(xiàn)了人字形鉆塔、A字形鉆塔和K字形鉆塔;現(xiàn)在四角鉆塔可以在地面進(jìn)行安裝了，定會重新受到市場的青睞和鉆探施工單位的推廣應(yīng)用，為企業(yè)和社會創(chuàng)造更高的社會效益。

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