機械化擰卸鑽桿裝置

❶ 岩心鑽探工藝對設備的要求

(一)對鑽機的要求

岩心鑽探的鑽孔深度變化較大,一般從數百米到幾千米之間;鑽孔口徑小,一般從幾十毫米到幾百毫米;鑽進地層以基岩為主,地層差異大,復雜多變;另外岩心鑽探現場道路環境差。岩心鑽探主要採用硬質合金、金剛石、復合片鑽進方式,以適應不同地層鑽探要求。根據岩心鑽探的特點,鑽機必須滿足以下要求:

1)鑽機的各項技術性能要滿足鑽進工藝要求。鑽機回轉器要求轉速高,轉速調節范圍寬,高轉速適應於小口徑金剛石鑽進,低轉速用於合金、復合片鑽進以及開孔、擴孔、掃孔、擰卸鑽具之用;給進機構的給進力和給進速度應能滿足鑽頭所需壓力和鑽頭瞬時鑽速的要求,應能進行可控加減壓鑽進;升降機的提升能力和提升速度應盡可能地減少升降工序所用的時間等;另外鑽機應具有良好的導向性能和變角施工功能。

2)鑽機必須配備必要的檢測和指示儀表(或鑽參儀),供操作者了解和掌握鑽進參數及孔內情況,以便於控制及選擇鑽進參數。

3)鑽機應具有足夠的強度、剛度、耐久性,穩定性和動平衡性好;結構簡單、維護方便,成本低。

4)鑽機傳動效率高、能傳遞足夠的功率,保證工作機構正常工作及短時間超荷運行,以適應處理孔內事故等特種工作的需求。

5)鑽機的機械化、自動化程度要高,並盡量做到體積小、質量輕、可拆性好,便於運輸及安裝,以利於提高生產效率,減輕工人勞動強度。

(二)對泥漿泵的要求

鑽探施工對泥漿泵的性能要求,與泵的使用條件(如鑽進工藝方法、鑽孔深度、口徑、地層等)有關,主要有以下幾點:

1)泵的排量要有較大的調節范圍,最好能實現無級調節。在復雜地層中鑽探施工時,需要設計多級口徑的鑽孔結構,為了及時清除孔底岩粉,就要求有適合不同口徑的沖洗液流速,而流速的改變是通過改變流量來實現的,因此泵的流量是有效破碎岩石、安全鑽進的重要參數之一。

2)泵的排出壓力(泵壓)要能滿足所鑽孔深的要求。鑽進過程中循環系統中沖洗液的阻力即是泵的排出壓力,隨著孔深、孔徑和孔內情況的變化,孔內的阻力也會發生變化,所以泵的允許排出壓力要與流量、孔深相匹配。

3)在沖洗液流量確定之後,要求泥漿泵輸出的壓力和流量波動要小。鑽進過程中泵量、泵壓的波動會產生水擊作用,影響鑽孔護壁效果,使攜帶岩粉的能力降低,地面循環系統和泵體產生振動,縮短零部件壽命。

4)在鑽探過程中,由於某些原因,有時會出現泵壓突然升高的「憋泵」現象,使泵在泵壓超載狀態下運行。當超載運行超過一定限度就可能使泵遭受損壞。因此既要求泵具有一定的(短時間的)超載能力,又具有過度超載時自動卸載的保護裝置。

5)泵的工作條件十分惡劣,要求泵具有良好耐腐蝕性和耐磨性,工作可靠,易損件壽命長,便於維修保養的特性。

(三)對鑽塔的要求

1)應根據鑽孔的深度合理選擇鑽塔高度。適當增加鑽塔高度有利於增加鑽桿立根長度,減少升降作業中擰卸鑽桿的次數,節約起下鑽時間;但高度太高,鑽塔重量增加,安裝、拆卸難度大,時間長,運移不便。因此,必須在綜合考慮的基礎上確定合理的鑽塔高度。

2)隨鑽孔深的加深,鑽具的長度和重量增加,加之鑽具與孔壁摩擦力的影響,提升鑽具時所有的力都作用在鑽塔上。因此要求鑽塔必須滿足設計孔深所需的全部承載力,並保證足夠的安全系數和穩定性。

3)為適應鑽探施工現場環境惡劣,搬遷頻繁的特點,要求鑽塔重量輕,可拆性、運移性好,以減輕工人體力勞動強度。

4)鑽探設備及鑽探操作工藝均集中在鑽塔底層,鑽塔底面應滿足鑽探設備的合理布局,並符合人機工程的要求,保證操作人員和設備的安全。

(四)對動力的要求

1)能夠滿足整個鑽探過程的總功率要求,如鑽機、水泵、輔助設備(擰管機、攪拌機、供水泵站、液壓泵站等)、電焊、照明等。

2)若採用燃料機作為動力,要求為可移動式,能量消耗少、噪音小、污染小等。

3)若採用電網供電,要求變壓器至鑽機的距離短,以減少線路電力損耗。

❷ 西安1200型探水鑽機

ZDY1200S(MK-4)鑽機採用分組式布置，整機共分主機、泵站、操縱台三大部分，各部分之間用膠管連接。解體性好，在井下便於搬遷、運輸，擺布靈活。在運輸條件較差的地區，主機還可以進一步解體。

1主機

主機由回轉器、夾持器、給進裝置及機架組成。各部分之間裝拆方便。

1.夾持器2.給進裝置3.回轉器4.機架

圖1主機

1.1回轉器

回轉器由斜軸式變數柱塞馬達、齒輪減速器和膠筒式液壓卡盤組成。馬達經兩級齒輪減速，帶動主軸及液壓卡盤實現鑽具的回轉。調節馬達排量可以調節轉速。回轉器主軸為通孔式結構，通孔直徑75mm，更換不同直徑的卡瓦組可使用Φ50、Φ42mm的常規鑽桿，鑽桿的長度不受鑽機本身結構尺寸的限制，回轉器安裝在給進機身的拖板上，藉助給進油缸沿機身導軌往復運動，實現鑽具的給進或起拔，機身剛度好，起下鑽運行平穩。回轉器具有側向開合裝置。液壓卡盤採用液壓夾緊、彈簧松開常開式結構，具有自動對中，安全可靠、卡緊力大等特點，它不但能保證正常鑽進，還可用來升降鑽具、強力起拔等（卡盤配用不同規格的鑽桿、更換卡瓦時，用專用工具將卡瓦組的彈簧壓縮放入膠筒內）。

1.2夾持器

夾持器採用碟形彈簧夾緊，油壓松開的常閉式結構。可以防止起下鑽具時因突然停電引起的跑鑽事故。夾持器固定在給進裝置機身的前端，用於夾持孔內鑽具並可配合回轉器實現機械擰卸鑽桿。夾持器卡瓦靠左右兩根銷軸與卡瓦座軸向固定，圓周方向的固定靠卡瓦座上的平鍵。只要將左右兩根銷軸抽出，卡瓦就可以取出，夾持器通孔即可通過Φ108mm的岩心管。

1.3給進裝置

採用油缸直接推、拉帶動拖板及回轉器沿給進機身導軌前後移動。

回轉器與拖板之間採用類似於立軸鑽機開箱式結構和聯接方式。一邊用銷軸把拖板與回轉器穿在一起，另一邊用鉸式螺栓把回轉器壓在拖板上，起下粗徑鑽具時，將螺栓松開，即可把回轉器搬向銷軸一側，讓開孔口。給進機身通過鎖緊卡瓦固定在機架的前後立柱及支撐桿的橫樑上。

1.4機架

鑽機的機架用於安裝固定給進裝置。

機架由一個爬履式底座、立柱、支撐油缸及支撐桿等部件組成，給進裝置在機架上可以調整安裝，並可利用支撐油缸調整傾角，以滿足各種傾角鑽孔的需要，支撐桿採用二節式結構，鑽進較小傾角鑽孔時，取下上面一節加長桿，鑽進較大傾角鑽孔時，再接上加長桿。利用爬履式底座以常規方法可將鑽機安裝在基台木上。

2操縱台

操縱台是鑽機的控制裝置。由各種控制閥、壓力表及管件等組成。鑽機的回轉、給進、起拔與卡盤、夾持器的聯動功能是靠操縱台上的閥類元件組合來實現的。

在操縱台上有馬達回轉、支撐油缸、給進起拔、起下鑽轉換及截止閥五個操作手把。增壓、調壓、背壓三個調節手輪及指示系統壓力、給進壓力、起拔壓力、回油壓力的四塊壓力表。油管排列整齊，並有指示牌標明連接方法。各種油路控制閥安裝在操縱台框架內。高壓膠管採用扣壓式接頭，拆卸油管時用自帶的堵頭將油管兩端接頭出口封堵，以免管中油液漏失及臟物進入管中。

3泵

泵站是鑽機的動力源。它由防爆電動機、主油泵、副油泵、油箱、冷卻器、濾油器、底座等部件組成。電動機通過彈性聯軸器帶動油泵工作，從油箱吸油並排出高壓油，經操縱台驅動鑽機的各執行機構工作。調節油泵端頭的手輪即可改變油泵的排量，實現主機回轉和給進速度的無級調整。

油箱是容納液壓油的容器，它置於油泵的上方。為了保證液壓系統的正常工作，在油箱上設有多種保護裝置。如吸油濾油器、回油濾油器、冷卻器、空氣濾清器、油溫計、油位指示計、磁鐵等，為避免在井下加油時臟物進入油箱，可通過空氣濾清器加油。

綜上所述鑽機有以下特點：

a.鑽機由三大件組成、即主機、泵站、操縱台，可以根據場地情況靈活擺布；解體性好，搬遷運輸方便。

b.機械化擰卸鑽具，可減輕工人勞動強度，提高工作效率。夾持器卡瓦可方便地取出，擴大其通孔直徑，便於起下粗徑鑽具。

c.單油缸直接給進與起拔鑽具，結構簡單，安全可靠，給進、起拔能力大，提高了鑽機處理事故的能力。

d.採用雙泵系統，回轉參數與給進工藝參數可以獨立調節。變數油泵和變數馬達相結合進行無級調整，轉速和扭矩都可大范圍調整，提高了鑽機對不同鑽進工藝的適應能力。

e.回轉器通孔直徑大，更換不同直徑的卡瓦可適用不同直徑的鑽桿，鑽桿的長度不受鑽機本身結構尺寸的限制。

f.用支撐油缸調整機身角度方便省力，安全可靠。

g.通過操縱台進行集中操作，人員可遠離孔口一定距離，有利於人身安全。

h.液壓系統保護裝置完備，提高了鑽機工作的可靠性，主要液壓元件採用國產先進定型產品，性能穩定可靠，通用性強。

❸ 深孔鑽探設備機具的優化配置

為有效地提高深孔鑽探效率和減少工人的勞動強度，應通過設備與機具的優化選擇與配套，提高設備的先進性和配套的科學性。鑽探設備的優化配置，就是在保證鑽探質量和安全的基礎上，分析主要鑽探技術指標對鑽進效率的影響（表12.5），優化設計或選擇鑽探裝備（鑽機、泥漿泵、鑽桿、取心鑽具、鑽頭以及輔助性的鑽探設備和器具等），形成最佳的鑽探裝備組合，最終獲得最高的鑽探效率和最低的鑽探成本。鑽探設備優化配置的目標是獲得最佳的鑽探技術指標和最佳的鑽探施工經濟性。

表12.5 主要鑽探技術經濟指標對鑽進效率的影響

（據張偉等，2007）

12.3.1 鑽探工藝對鑽探設備的配置要求

深孔取心鑽探設備優化選擇應考慮不同鑽探工藝對設備、機具的特殊要求，見表12.6。

表12.6 鑽探工藝對鑽探設備的配置要求表

12.3.2 主要鑽探設備的選擇與配置

（1）鑽機選擇

1）鑽機選擇應滿足以下基本原則：

（a）按照鑽探的目的，應滿足工程的各項要求，如設計的孔深、穿礦和終孔的口徑等。

（b）滿足選定的鑽探工藝所需的施工能力，並適應可能出現的鑽探方法的變換。一般來說，新礦區和地層情況較復雜時，鑽機的施工能力應備有餘量；機型、能力、斜孔可按85%折算，使用3年後按每年5%遞減。

（c）依據施工區的地形地貌、地層情況、道路、水源、電力供應、氣候等條件選擇適用設備。

（d）優先選用技術性能先進、易於維修及經濟性好的鑽機。

2）鑽機選擇應考慮的主要因素：

（a）足夠的提升能力——滿足提升最大重量鑽桿柱與套管柱的要求；

（b）足夠大的扭矩——滿足回轉鑽桿柱、套取岩心的要求；

（c）足夠高的轉速——滿足鑽進工藝的要求；

（d）可靠度高；

（e）尺寸適當。

（2）鑽塔選擇

在鑽孔過程中，鑽塔用於安放和懸掛提升系統、承受起下鑽具重力、存放鑽桿或鑽鋌等。鑽塔應根據設計的孔深，使用的鑽機以及施工的性質，同時考慮鑽孔的位置及氣候條件等進行選擇，必須具有足夠的承載能力、強度、剛度、整體穩定和必要的操作使用空間。

（3）泥漿泵的選擇

1）應根據鑽探方法、鑽機類型、鑽孔結構及鑽探工藝要求選擇泥漿泵。

2）必須使用柱塞往復式高壓變數泵。

3）泥漿泵必須性能完好，安全閥靈敏可靠。

4）沖洗液高壓循環系統必須配套帶壓力表的穩壓罐，各管線連接牢固且安全可靠。

12.3.3 深孔鑽進機具的選擇與配置

鑽探機場機具應根據設計孔深、穿礦和終孔口徑、地層情況、預定的鑽孔結構、擬採用的鑽進方法和工藝、處理可能發生的孔內事故等因素綜合選擇與配備。

（1）選擇與配置的一般要求

1）必須按鑽孔設計孔深配備鑽桿，並留有餘量；

2）一般機場應配齊Φ130 mm～Φ56 mm的各類鑽具；

3）主要施工口徑鑽具每一規格應不少於2套；

4）採用繩索取心鑽進的機台，機場應配備不少於50m的Φ50mm鑽桿及相應的鑽具；

5）配備的機具還必須滿足特殊鑽進方法與工藝的需要。

（2）鑽桿選擇

鑽桿是鑽進傳遞扭矩的工具，它從孔口把鑽機的扭矩和動力傳遞給孔底的鑽頭，用於破碎岩石。鑽桿柱方案選擇的一般原則如下（表12.7）：

1）取心鑽進方法決定了鑽桿類型；

2）鑽桿柱的材質、結構等應滿足鑽進工藝需要；

3）鑽具、鑽桿柱組合重量不能超過鑽機承載能力——大鉤負荷；

4）深孔鑽探應選擇繩索取心鑽桿和取心工具。

表12.7 鑽桿類型的選擇分析表

（3）繩索取心鑽桿必須滿足的性能要求

1）強度應滿足深孔鑽進的要求；

2）合理的鑽桿壁厚，以減輕鑽頭唇面碎岩面積，提高鑽進技術經濟指標；

3）鑽桿柱內平或基本內平，內管總成能在鑽桿內順利通過；

4）鑽桿柱與孔壁、內岩心管間隙要合理，減少沖洗液循環阻力和提鑽及打撈岩心時抽吸作用，保持孔壁穩定；

5）鑽桿柱螺紋外表面及公母螺紋耐磨性、密封性好。

（4）深孔鑽探選擇鑽桿應注意的主要事項

1）高強度繩索鑽桿管材要求：規格符合標准和尺寸公差要求；材料屈服強度高，彈塑性好；管材金相組織均勻，殘留應力低；筆直度和同一性好；熱處理、表面處理和機械加工特性優良；有一定的耐腐蝕特性。

2）深孔鑽探施工不確定因素較多，鑽桿受力復雜，承受扭力較大，要從鑽桿管體與接頭的材質（強度、韌性、延伸率、熱處理）、管體壁厚、螺紋設計形式、連接強度和密封性能等方面精選鑽桿。

3）繩索取心鑽桿：鑽孔較深，選用Ф71mm鐓粗鑽桿；超過1500m的孔深，必須檢驗繩索取心鑽桿的強度。

4）鑽桿易折斷的部位大多數在絲扣根部。選擇深孔鑽桿時，首先要考慮提高鑽桿絲扣強度。

12.3.4 相關輔助設備的選擇

1）每台鑽機應配泥漿攪拌機和一個0.2～0.3m³處理劑容器，且應安裝擺放穩固，便於操作，方便使用。

2）配備必要的泥漿固控設備，如旋流除砂器、除泥器等。

3）採用金剛石繩索取心鑽進工藝的鑽機，應配備與鑽機孔深相匹配的絞車、且絞車應安裝牢固，性能可靠，操作靈活。

4）根據選擇的鑽機和鑽具，選配擰管機。繩索取心鑽進宜使用液壓吊鉗，使擰卸鑽桿時既減輕工人勞動強度，又保證必須的預緊扭矩。

12.3.5 測量與檢測儀器

1）測量儀器：測斜儀，造斜糾偏定位儀等。

2）檢測儀器：使用泥漿的現場應備有粘度計、比重計、含砂量計、失水量儀以及pH值試紙等。

3）應配有孔底壓力指示表、泵壓表，盡可能配備扭矩表、轉速表、沖洗液流量表或鑽孔多參數儀，電力驅動應有電壓表、電流表和功率表。

4）應配備檢查鑽具磨損的量具，如必要的鑽桿損傷探測儀。

❹ 鑽機的結構及特點

鑽機為整體式布局(圖3-1)，由主機、操縱台、泵站、履帶車體和穩固裝置五大部分組成，主機、泵站、操縱台之間用高壓膠管連接，共同安裝在履帶車體之上，結構緊湊，便於井下搬遷運輸。

圖3-1 鑽機結構示意圖

一、主機

主機(圖3-2)由回轉器、給進裝置、夾持器、調角裝置組成。

圖3-2 主機結構示意圖

1.回轉器

回轉器由油馬達、變速箱、抱緊裝置和液壓卡盤組成(圖3-3;表3-1)。

圖3-3 回轉器結構示意圖

油馬達為手動變數斜軸式柱塞馬達，通過齒輪減速驅動主軸和液壓卡盤回轉，調節馬達排量可以實現無級變速。變速箱包含行星齒輪和圓柱斜齒輪兩級減速。抱緊裝置為常開式結構，在採用孔底馬達鑽進工藝時通入高壓油，使之抱緊輸入軸，防止鑽桿轉動。液壓卡盤為油壓夾緊、彈簧松開的膠筒式結構，具有自動對中、卡緊力大等特點。控制液壓卡盤的壓力油通過箱體上的濾油器和主軸上的配油裝置供給。配油裝置的泄漏油通過變速箱後經回油濾油器直接回到油箱，這部分油既起到潤滑齒輪和軸承的作用，又可帶走齒輪攪油產生的熱量。

表3-1 回轉器零部件明細

續表

注:表中的序號與圖3-3中的編號對應。

回轉器採用卡槽式連接安裝在給進裝置的拖板上，藉助給進油缸帶動拖板沿機身導軌往復運動，實現鑽具的給進或起拔。回轉器主軸為通孔式結構，使用鑽桿的長度不受鑽機給進行程的限制。

(1)抱緊裝置

抱緊裝置(圖3-4;表3-2)為常開式結構，在採用孔底馬達鑽進工藝時通入高壓油，使之抱緊輸入軸，防止鑽桿轉動。

圖3-4 抱緊裝置結構示意圖

表3-2 抱緊裝置零部件明細

續表

注:表中序號與圖3-4中的編號對應。

(2)液壓卡盤

液壓卡盤(圖3-5;表3-3)為油壓夾緊、彈簧松開的膠筒式結構，具有自動對中、卡緊力大等特點。控制液壓卡盤的壓力油通過箱體上的濾油器和主軸上的配油裝置供給。

圖3-5 液壓卡盤結構示意圖

表3-3 液壓卡盤零部件明細

注:表中的序號與圖3-5中的編號對應。

2.給進裝置

給進裝置由兩根並列的給進油缸、機身和拖板組成(圖3-6;表3-4)。給進油缸選用雙桿缸，兩側的活塞桿與機身的兩端固定。缸體上的卡環卡在拖板的擋塊之間，缸體在活塞桿上往復運動即可帶動拖板及回轉器沿機身導軌移動。

表3-4 給進裝置零部件明細

續表

注:表中序號與圖3-6中的編號對應。

圖3-6 給進裝置結構示意圖

3.夾持器

夾持器(圖3-7;表3-5)固定在給進裝置機身的前端，用於夾持孔內鑽具，還可配合回轉器實現機械擰卸鑽桿。卡瓦由螺釘固定在卡瓦體上，卡瓦體靠擋邊與銷軸實現軸向固定。將兩根銷軸抽出即可從一側取出卡瓦體，使夾持器通孔擴大，以便通過粗徑鑽具。在夾持器與給進機身的連接處設有兩組調整墊片，用於調整夾持器卡瓦組的中心高，使之與回轉器主軸中心高相一致。

圖3-7 夾持器結構示意圖

表3-5 夾持器零部件明細

續表

注:表中序號與圖3-7中的編號對應。

4.調角裝置

調角裝置由橫梁、撐桿、滑輪裝置、支座、墊板和銷組成。橫梁用來穩固給進裝置。調角時滑輪裝置套裝在上穩固裝置前油缸上，用鋼絲繩繞過滑輪和橫梁。油缸上頂，橫梁即上升，進而帶動給進裝置上仰。俯角調整是通過調整下穩固裝置前後支腿高度差實現的。

二、操縱台

圖3-8 操縱台結構示意圖

操縱台是鑽機的控制中心，由多種液壓控制閥、壓力表及管件組成(圖3-8;表3-6)。鑽機行走、轉向、動力頭回轉、給進起拔、機身調角穩固等動作的控制和執行機構之間的聯動功能都是通過操縱台上的閥類組合來實現的。為使鑽機布局合理，結構緊湊，按不同的工作狀態，將操縱台分為主操縱台和副操縱台兩部分。主操縱台在鑽孔時使用，設在履帶車體後方左側，也便於在鑽進時觀察孔口情況，遠離孔口進行操作，有利於安全。副操縱台在鑽機行走、車體穩固調角或測斜時使用，設在履帶車體後方中間位置，符合操作及駕駛習慣。

表3-6 操縱台零部件明細

續表

注:表中的序號與圖3-8中的編號對應。

主操縱台上設有馬達回轉、給進與起拔、起下鑽功能轉換、鑽進功能轉換、夾持器功能轉換、Ⅱ泵功能轉換、Ⅱ泵分流功能轉換七個操作手把，溢流閥調壓、減壓閥調壓和起拔節流三個調節手輪，以及Ⅰ泵系統壓力表、給進壓力表、起拔壓力表、Ⅱ泵系統壓力表和回油壓力表等五塊壓力表。為實現聯動功能而設置的專用閥安裝在油路板內，所有油路控制閥、壓力表及其間的連接管路均安裝在一個框架內。副操縱台靠主操縱台供給高壓油工作，共設兩個履帶行走操作手把和一個九聯多路閥，其中一聯控制絞車馬達，其餘八聯控制八隻穩固調角油缸的伸縮。正常鑽進時，上述油缸均不工作，主操縱台也不向副操縱台供油。

三、泵站

泵站(圖3-9)是鑽機的動力源。由防爆電機泵組(圖3-10;表3-7)和油箱(圖3-11;表3-8)等部件組成。電動機通過彈性聯軸器帶動Ⅰ、Ⅱ泵工作，從油箱吸油並排出高壓油，經操縱台的控制和調節使鑽機的各執行機構按要求工作。Ⅰ、Ⅱ泵均為液控變數泵，效率高，溫升慢。

圖3-9 泵站結構示意圖

圖3-10 電機泵組結構示意圖

圖3-11 油箱結構示意圖(隱藏後側板)

表3-7 電機泵組零部件明細

續表

注:表中序號與圖3-10中的編號對應。

表3-8 油箱零部件明細

續表

續表

注:表中序號與圖3-11中的編號對應。

注意:1)為避免油箱內液壓油污染，必須通過空氣濾清器的濾網加入符合標準的液壓油;

2)為保證進油順暢，應定期清洗油箱和吸油濾油器;

3)為保證鑽機連續工作時油箱內的液壓油溫度不超過60℃，應通過冷卻器使液壓油降溫;

4)冷卻器的冷卻水壓力不得超過1MPa;

5)當冷卻器的出水不暢時，應對其進行清洗。

四、履帶車體

履帶車體(圖3-12;表3-9)由履帶底盤、車體平台組成。履帶底盤選用鋼制履帶片，耐磨、強度高。車體平台固接在履帶底盤的橫樑上，用來安裝固定主機、泵站和操縱台等部件。

圖3-12 履帶車體結構示意圖

表3-9 履帶車體零部件明細

注:表中序號與圖3-12中的編號對應。

五、穩固裝置

穩固裝置由油缸、伸縮桿、上下接地裝置等組成(圖3-13;表3-10)，鑽機運輸時若高度超高可將油缸以上的伸縮桿等去掉。穩固裝置統一由副操縱台上的九聯閥控制油缸的伸縮實現鑽機的穩固。

圖3-13 穩固裝置結構示意圖

表3-10 穩固裝置零部件明細

注:表中序號與圖3-13中的編號對應。

六、鑽機特點

1)主機、泵站、操縱台三大件集中布置在自行式履帶車體之上，搬遷方便。

2)卡盤和夾持器相配合，可實現鑽具擰卸機械化，減輕工人勞動強度。鑽機上設置多種聯動功能，可提高工作效率。

3)給進與起拔鑽具能力大，提高了鑽機處理孔內事故的能力。

4)採用雙泵系統，回轉參數與給進參數可以獨立調節。變數油泵和變數油馬達組合，轉速和轉矩可在較大范圍內無級調整，提高了鑽機的適應能力。

5)回轉器主軸為通孔式結構，鑽桿長度不受鑽機給進行程的限制。取出夾持器卡瓦體，可擴大其通孔直徑，便於起下粗徑鑽具。

6)液壓元件採用進口或國產先進定型產品，性能穩定，通用性強，質量可靠。

❺ 根據鑽井工藝中鑽進、洗井、起下鑽具各工序的需要，一套鑽機必須具備哪些系統和設備

1起升系統為了起下鑽具、下套管以及控制鑽頭送進等，鑽機裝有一套起升機構，它主要由主絞車、輔助絞車（或貓頭）、工作剎車、輔助剎車、游動系統[包括鋼絲繩、天車、游動滑車（簡稱游車）和大鉤]以及懸掛游動系統的井架組成。另外，還有起、下鑽操作使用的工具及設備，如吊環、吊卡、卡瓦、大鉗、立根移運機構等。

井架是鑽采機械的重要組成部分之一，如圖3-36所示，它在鑽井和採油生產過程中，用於安放和懸掛天車（圖3-37）、游車、大鉤、吊環、吊鉗、吊卡等起升設備與工具，以及起下、存放鑽桿、油管或抽油桿。

圖3-49閘板結構示意圖旋轉防噴器的結構特點是：橡膠芯子可以在抱緊鑽桿的情況下隨鑽桿一起旋轉，從而能夠在封閉鑽桿與套管環形空間的同時，滿足邊噴邊鑽的工藝要求。萬能防噴器的膠皮芯子能在幾秒鍾內對任何鑽具進行封閉，爭取寶貴的搶險時間。當鑽機上配備有閘板防噴器、旋轉防噴器和萬能防噴器三類防噴器時，它們既可以單獨使用，也可以重疊使用，可以實現邊噴邊鑽、不壓井起、下鑽和反循環鑽井等鑽井新工藝。大多數防噴器都配有手動和液動兩套控制裝置，以便在緊急情況下遠距離控制。

❻ 雙管鑽具

雙動雙管鑽具是指具有內、外兩層岩心管並在鑽進時同時回轉的取心工具。此種鑽具多用於硬質合金鑽進,適用在可鑽性為1～7級的松軟、易坍塌,怕沖刷的岩礦層。也有極少數雙動雙管鑽具採用鋼粒鑽進,適用於可鑽性7級以上的破碎、怕沖刷的岩礦層。採用雙動雙管鑽具鑽進可以避免沖洗液對岩礦心的直接沖刷和鑽桿柱內水柱的壓力,對岩礦心的採取質量有良好的影響。但是出於內外管同時轉動,會出現鑽具振動、摩擦等機械力對岩礦心的破壞作用。

硬質合金雙動雙管鑽具的結構如圖4-2所示。

圖4-2 硬質合金雙動雙管鑽具

1—回水孔;2—雙管接頭;3—球閥;4—閥座;5—外管;6—內管;7,8—內、外鑽頭

雙動雙管鑽具的外管鑽頭與一般單管鑽具的鑽頭一樣。內管鑽頭的水口較小,甚至不開水口。通常內、外鑽頭沿軸向保持一定差距,其大小取決於地層條件,一般為30～50mm。若所鑽進的岩礦層松軟、膠結性差,則差距應大,反之則小,甚至為零。當鑽進膠結性較大的岩礦層時,可採用外肋骨式鑽頭。鑽進堅硬岩礦層時,可採用外徑上部開有水槽的厚壁鋼粒鑽頭。岩心管的長度一般為1.5～2.0m。

鑽進時,沖洗液由鑽桿經雙管接頭的水眼進入內、外管的環狀閩隙,再到達孔底進行冷卻鑽頭和清潔孔底,再沿外管與孔壁間隙返回地表,因而避免了沖洗液對岩礦心的直接沖刷,碎塊岩心也不易流失。存在於內管中的沖洗液,隨著岩礦心的不斷進入內岩心管而受到擠壓,沖開球閥,經雙管接頭回水孔泄到鑽具之外,與沖洗液匯合返回地表。

(一)雙管鑽具的分類

雙管鑽具按內管在鑽進過程中相對於外管是否旋轉來區分,將其分為單動雙管和雙動雙管鑽具。

為了適應不同類型地層取心的需要,單動雙管鑽具也有多種。有些具有較廣泛的適應性,可用於多種性質的岩礦層的取心,有的則只適合於某些具有特殊性質的岩礦層,使用范圍不廣,但具有很突出的專用性。以下將分別介紹具有各種特點的典型單動雙管鑽具。

1.隔水單動雙管

該鑽具適用於可鑽性為3～7級中硬破碎、節理層理發育、易流失的怕磨、怕振的岩礦層。

鑽具由外管接頭、單動裝置、內外管、卡心裝置和特製的隔水鑽頭等五部分組成。如圖4-3所示。

圖4-3 隔水單動雙管鑽具

1—外管接頭;2—油堵;3—開口銷;4—螺母;5—軸承墊圈;6—止推軸承;7—軸承套;8—螺絲套;9—密封圈;10—單動軸;11—外管;12—擋銷;13—球閥;14—膠皮圈;15—回水閥座;16—內管;17—內管接箍;18—導向塊;19—內管短節;20—卡簧座;21—卡簧;22—合金鑽頭

2.阿氏單動雙管

該鑽具適用於煤層或可鑽性在1～3級的軟硬不均、層次變化頻繁的岩礦層鑽進和取心。

鑽具主要由異徑接頭、連接器、緩沖裝置、單動裝置、內外管、內外管接頭及岩心容納器等部件組成。

如圖4-4所示,在異徑接頭上擰接帶兩個滑塊的空心拉桿,拉桿下部順次連接分水接頭及帶密封蓋的保護管,接頭中能自由通過支撐桿,再用內管接頭與內管連接,內管中裝有半合岩心容納管,內管下端擰接內管鑽頭。連接於外管的外鑽頭帶有岩心爪簧。連接器的上部有兩個縱向切口(缺口),拉桿的滑塊能在切口中移動,鑽桿上的扭矩及壓力以鑽桿通過滑塊、連接器傳至外管。為了使接手切口不被岩粉充填和擠夾,滑塊在異徑接頭上擰接一個保護管。

(二)雙管鑽具的配製

1.雙動雙管鑽具的配製

雙動雙管鑽具主要由雙管接頭、內外岩心管、內外鑽頭和單向回水球閥等組成。

第一步:准備工作。將需要的雙動雙管接頭,內、外岩心管,內、外合金鑽頭,擰卸工具備齊。

第二步:首先將雙管接頭與內管連接好。

第三步:將外管連接於雙管接頭上。

第四步:將內、外管鑽頭連接於內、外管上,注意先連接內管鑽頭,然後再連接外管鑽頭。

鑽具配裝程序為:

地勘鑽探工：初級工、中級工、高級工

圖4-4 阿氏單動雙管鑽具

1—異徑接頭;2—保護管;3—連接器;4—拉桿;5—塞線;6—塞線壓帽;7—分水接頭;8—彈簧;9—保護管;10—緩沖止推座;11—密封蓋;12—鎖緊螺母;13—支撐桿;14—內管接頭;15—閥座;16—內管;17—岩心容納管;18—外管;19—爪簧環;20—外鑽頭;21—內鑽頭;22—調節螺絲;23—止動器;24—岩心爪簧;25—球閥;26—止推球閥

2.雙動雙管鑽具的確定原則及檢查

1)內管長度的確定:內管長度的確定主要根據目的層性質而定,一般長度為1.5～2.0m;在取心困難的目的層中鑽進時,一般為1.0～1.5m。

2)外管長度的確定:內管長度確定後,外管長度則根據目的層越松軟,膠結性越差,則外管越短的原則確定,一般內外管長度差為50～70mm,在稍硬地層中鑽進時,一般為30～50mm。

3)內、外管所用鑽頭為一般單管普通合金鑽頭。

4)內管鑽頭的水口應比外管鑽頭的水口小,其高度一般為6～8mm;鑽進怕沖刷的岩土樣,可以不開水口。

5)檢查雙動雙管接頭的水路是否堵塞,回水閥是否起作用。

6)檢查內、外岩心管是否符合要求,絲扣是否磨損、連接後同心度誤差是否過大等。

3.單動雙管鑽具的配製

第一步:准備工作。將所需要組裝的單動雙管接頭、內外岩心管、單動裝置(或零件)、內管短節、卡簧及座、鑽頭、擰卸工具備齊。

第二步:將單動裝置零件(編號8～19)組裝在心軸上,構成單動裝置。

第三步:將單動裝置放入軸承外殼內,並在下部上緊球閥座。

第四步:將套筒與軸承外殼用絲扣連接上緊。

第五步:將整個單動裝置通過心軸與異徑接頭連接上緊。

第六步:將內管連接於軸承外殼上。

第七步:將帶好擴孔器的外管連接於異徑接頭上。

第八步:在內管內裝入內管短節、卡簧座和卡簧。

第九步:最後上好金剛石鑽頭。

鑽具配裝程序為:

地勘鑽探工：初級工、中級工、高級工

4.組配單動雙管鑽具的注意事項

1)組配鑽具前,應嚴格檢查內外管的垂直度和同心度必須符合要求,內、外管不得彎曲變形,否則會影響單動性能和取心效果。

2)拆、裝鑽具時,要使用專用工具,嚴禁使用管子鉗拆卸,以免夾扁或咬傷內、外管。

3)要重點檢查單動裝置是否靈活可靠,軸承是否有卡死現象。

4)異徑接頭與球閥座上的通水道是否暢通,有無堵塞現象。

5)鑽具卡簧座底端與鑽頭內台階的距離應調整為3～4mm;擴孔器外徑比鑽頭外徑大0.3～0.5mm;卡簧自由內徑比鑽頭內徑小0.5mm。

6)裝配好的鑽具在垂直吊起時內管短節與卡簧座不得自由脫落。

7)內、外管在搬移時不能猛力拖拉或撞擊;存放時要擺平,不得重壓。

❼ 鑿岩機卡鑽桿那個叫什麼

叫卡瓦，內壁有許多鋼牙，工作時，鑽機回轉器帶動卡瓦轉動，鑽桿在卡瓦的加持作用下隨之轉動。

❽ 擰管機的使用

擰管機是減輕工人勞動強度、提高工作效率的一種擰卸鑽具的機械,是實現升降鑽具機械化操作的重要工具。目前,我國地質部門應用較多的擰管機是重慶探礦機械廠和張家口探礦廠生產的與XY-2型、XY-3型、XY-4型、XY-5型、XY-6型鑽機配套的NY型液壓擰管機。其結構原理如圖5-1所示,它主要由ZM7-14液壓馬達、液壓操縱閥和機械傳動三部分組成。

圖5-1 液壓擰管機結構原理示意圖

1—靜盤;2—動盤;3—傳動軸;4—聯動軸;5—飛輪;6—擰管機操縱閥;7—ZM7-14液壓馬達;8—擰管機殼體;9—動盤撥柱;10—上墊叉;11—擰管機操縱把手

(一)擰管機使用前檢查

1)各部螺絲和油管接頭是否緊固,液壓管路的連接是否正確。

2)檢查各傳動部位的潤滑是否良好,密封裝置是否密封可靠。

(二)擰管機使用時的操作

1)擰管。先將下墊叉插入鑽桿母鎖接頭的切口並坐入導向管套內,同時把燕尾端部靠在靜盤凸塊側面。上墊叉插在公鎖接頭的切口處,然後向前推動擰管機操縱桿,動盤順時針方向回轉,即擰管上扣。擰管時需要的扭矩從系統壓力表上反映為4MPa左右。

2)卸管。上下墊叉安放位置與擰管時相同,但必須使動盤撥柱與上墊叉尾部夾角呈350°左右,以產生較大的沖擊力。拉動擰管機操縱桿使動盤反時針旋轉,沖打上墊叉。如沖打幾次仍卸不開,則應人力卸開第一扣再用擰管機卸扣。卸管時壓力讀數為6MPa左右。

(三)擰管機維護與保養

1)擰管機的液壓油應使用3號錠子油或用20號機械油代替,並應經常保持油的特性,在正常情況下每工作半年後換油一次,換油時不得讓任何污物進入油內。

2)擰管機本殼體內使用15號車用機油潤滑齒輪傳動件。

3)不得隨便拆卸管接頭,搬遷或檢修時應用清潔的紗布堵住拆開的管口,以防污物進入油管。

4)油馬達是擰管機的主要動力元件,在使用過程中不得隨便拆開,也不得用其他物件敲打外殼。

5)擰卸鑽桿用的鎖接頭,必須符合技術規格要求。

6)經過檢修後的擰管機用手搬動撥柱時,應能回轉自如,無卡阻現象。用高壓油驅動油馬達時,擰管機動盤應達到100r/min,如果達不到這一轉速再檢查原因,排除故障,符合要求後才允許使用。

❾ 設備配置對鑽探工效的影響

深孔地質岩心鑽探施工周期長,成本高,風險大,鑽探施工中除工藝技術外,設備的配置是否合理,也是影響鑽探工效的關鍵。主要影響因素有:鑽機的給進行程、鑽塔高度(鑽桿立根長度)、設備安拆、鑽桿擰卸機械化程度、提鑽間隔等。

(一)鑽機給進行程與工效的關系

目前國內地質岩心鑽機主要有兩種,即立軸式和液壓動力頭式。立軸式鑽機給進行程為0.5～0.8m,液壓動力頭鑽機給進行程為3～5m。鑽進過程中一般回次進尺為3～4.5m,使用液壓動力頭鑽機可無需倒桿,一氣呵成,立軸鑽機則需倒桿7～9次。按正常鑽進回次進尺4.5m計算,3000m孔深約667個回次,立軸鑽機需累計倒桿(以行程0.6m計算)約5000次。以每次倒桿需2min計算,就得消耗鑽探工時167h。另外鑽機每次倒桿,需執行換擋→停機→倒桿→開機→加壓→調速等工序,易造成岩心斷裂、岩心堵塞,尤其在較為破碎地層更為明顯,影響回次進尺和繩索取心鑽進提鑽間隔。據鑽探統計資料對比分析,因鑽進過程中倒桿影響回次進尺佔10%～30%(破碎地層達30%以上),影響提鑽間隔約佔10%。

總消耗時間可按不同孔深時提下鑽(或內管打撈投放)經過的鑽孔通道總長度除以提下鑽速度(或內管打撈投放速度)來計算,經過的鑽孔通道總長度可根據等差數列求和公式計算。經公式推導,其對工效的影響可按公式2-1計算:

T=(H²+GH)/GV (2-1)

式中:T為總消耗時間,h;H為孔深,m;G為提鑽間隔(或回次進尺),m;V為提下鑽速度(或內管打撈、投放速度),m/h。

鑽機給進行程影響提鑽間隔所多消耗的時間計算結果如表2-9所列,影響關系曲線如圖2-22所示。

表2-9 給進行程影響提鑽間隔所多消耗的時間

注:表中S₁、S₂分別為4.5m、0.6m行程,Δt為不同提鑽間隔下所多消耗時間,提下鑽平均速度按500m/h計算。

圖2-22 給進行程影響提鑽間隔所多消耗的時間關系曲線

鑽機給進行程影響回次進尺所多消耗的時間計算結果如表2-10所列,關系曲線如圖2-23所示。

表2-10 給進行程影響回次進尺所多消耗的時間

注:表中S₁、S₂分別為4.5m、0.6m行程,Δt為不同提鑽間隔下所多消耗時間,內管打撈投放平均速度按2400m/h計算。

圖2-23 給進行程影響回次進尺所多消耗的時間關系曲線

由上述圖表可以看出,鑽機給進行程大小,對鑽探工時、提鑽間隔及回次進尺長短等指標具有直接影響。隨著鑽孔深度加深,對鑽探工效影響愈來愈大。

(二)鑽塔高度對工效的影響

眾所周知,鑽塔的高度決定鑽桿立根的長短,鑽桿立根長短又決定提下鑽的速度。現以繩索取心鑽探為例,假設提鑽間隔(G)為50m,立根長度(L)分別為:18m、9m、6m三種,相對應的起下鑽速度(V)分別為500m/h、300m/h、200m/h,在不同孔深條件下計算出所耗工時如表2-11所列,對工效的影響關系曲線如圖2-24所示。

表2-11 不同立根長度對工效的影響關系單位:h

圖2-24 不同立根長度對工效的影響關系曲線

由關系曲線可以表明:鑽桿立根長短隨著孔深的增加,對工效影響越來越大,對於淺孔影響較小。

(三)鑽桿擰卸方式與工效的關系

鑽桿柱的擰卸方式有人工擰卸和機械擰卸兩種方法。鑽桿擰卸影響工效的因素主要有:孔深、提鑽間隔、立根長度等,在同一條件下,擰卸機械化程度則是影響工效的關鍵。如果3000m孔深,立根長度為18m,總立根數及短單根167根,人工擰卸每個接頭平均按2min計算,則提下一次鑽擰卸鑽桿耗時約11h;採用機械液壓鉗擰卸鑽桿,每個接頭平均只需要0.5min,提下一次鑽擰卸鑽桿耗時約2.8h。兩者相比,機械擰卸鑽桿比人工擰卸提高工效約3倍。另外據施工現場測算可知,人工擰卸一個接頭作業人員需要擺臂24次,3000m孔深提下一次鑽人工累計擺臂8000餘次,工人的勞動強度非常大;同時人工擰卸鑽桿,接頭使用壽命減少約1/3。

(四)鑽塔安裝形式與工效的關系

地質鑽探用鑽塔目前主要有高塔式分體安裝和桅桿式整體安裝兩種形式。若不考慮現場的環境、道路及其他因素,高塔式分體安裝需耗時6～7d,桅桿式整體安裝需1～2d,不同孔深鑽塔安裝形式對工效的影響關系如表2-12所列。

表2-12 鑽塔安裝形式對工效的影響

表2-12數據表明:鑽塔的安裝形式隨著施工孔深的變化,對工效的影響程度不同,孔深越大影響越小。

(五)設備驅動方式與傳動效率

鑽探設備驅動主要有電動機(或燃料機)直接驅動和液壓馬達驅動兩種方式。其中,液壓馬達驅動傳動效率較低,能耗較大。例如,施工2500m孔深時,在同等條件下全液壓驅動(含鑽機、泥漿泵、繩索取心絞車等動力)需要總功率約200kW,而電動機直接驅動約為120kW,可減少40%的功率消耗。由此可見,鑽探設備驅動方式對能耗影響較大,尤其在深孔鑽探情況下對鑽探總成本影響明顯。