煤田繩索取芯深孔鉆探設備的選擇與應用

陳慶輝

隨著地質找礦向深部拓展,要求勘探裝備水平不斷提高。福建省121煤田地質勘探隊(以下簡稱“福建省121隊”)原有施工1 200 m以內的中深孔采用鉆探設備,如XY-5立軸鉆機,BW-250泥漿泵,GF-75 kW柴油發電機組,ZT-17四腳鉆塔等,已出現鉆探效率低、成本高、施工難度大的特點。針對目前的狀況,福建省121隊通過對國內各勘探技術研究所、鉆探設備、鉆具生產制造廠家進行繩索取芯深孔施工技術調研工作,收集有關鉆探技術資料,拜訪了國內鉆探專家,認真聽取了他們對繩索取芯鉆進深孔施工的意見和建議,決定組建繩索取芯深孔施工鉆機,現就深孔施工鉆機的設備選擇與應用探討如下。

1 深孔鉆探設備選型原則

深孔鉆探設備選擇原則是:技術上先進,經濟上合理,生產上實用的最優設備。在選擇設備時,必須考慮幾個因素:

1)生產性。

設備的生產效率高,要求設備的精度高,功率、行程、速率等技術性能先進,能滿足新的生產和工藝的要求。

2)可靠性。

設備在使用過程中,表現出精度、準確度好,零件耐用,操作安全可靠,能生產高質量的產品。

3)節能性。

設備能源利用性能合理,能源利用率高,能源消耗少,節約性好。

4)維修性。

設備的結構簡單,零部件組裝合理,維修零件易于拆卸、檢查,便于維修,實現了通用化、標準化,互換性強。

5)經濟性。

要求設備的壽命周期費用最低,生產效率最高,生產的產品質量最優,為企業選擇經濟效益最優的設備。

2 深孔鉆探設備選擇

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

2.1 巖芯鉆機的選用

煤田繩索取芯金剛石鉆探所選用的鉆機應是機械傳動、液壓給進的立軸式鉆機。XY-6B型鉆機是在XY-5型鉆機的基礎上,對離合器、變速箱中的兩個齒輪,分動箱傳動軸、斜齒輪、立軸通孔、卷揚機卷筒、液壓油缸等零部件進行改進的產品,其具有鉆機轉速高、調速范圍廣、有反轉等性能。且配有水剎車,下降鉆具速度均勻、平穩,操作靈活。采用多金屬摩擦片油浸式常開型的離合器,摩擦系數穩定,體積小、重量輕、壽命長,并富有制定裝置,可以迅速停車。整體重心低,底座寬,鉆進時穩定性好。取消了給進裝置導向桿,增大了立軸的通孔直徑(φ 96 mm),繩索取芯鉆進時可不必讓開孔口,也可以用于潛孔錘鉆進。

生產深孔鉆機的廠家較多,我們從鉆機的技術參數、性能、質量、價格、品牌等方面綜合衡量,最后選用了張家口探礦機械廠生產的 XY-6B型鉆機(見圖1),該鉆機與目前福建省121隊使用的XY-5型鉆機大部分零部件可以通用,較適用于超深孔的鉆進,其具體參數見表1。

表1 XY-6B型鉆機主要技術技術參數

2.2 泥漿泵的選用

泥漿泵是鉆探設備的重要組成部分之一。它主要負擔著向孔內輸送沖洗液(泥漿或其他沖洗介質),并能使其在孔內保持循環。根據繩索取芯金剛石鉆進多泥漿泵性能的要求和對國內泥漿泵產品型號的分析,結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,可用改變柱塞往復次數和更換缸套的方法進行變量,變量的級數有8級,使用最小泵量時的泵壓可達10 MPa;使用最大泵量時的泵壓可達6 MPa。我們選用質量可靠、穩壓性能好、信譽較好的衡陽探礦機械廠生產的BW-320泥漿泵(見圖2),具體參數見表2。

表2 BW系列泥漿泵主要技術參數

2.3 柴油發電機組的選用

鉆探現場設備的總功率有:鉆機(XY-6B)55 kW,絞車(SJ-3000)7.5 kW,攪拌機3 kW,泥漿泵30 kW,以及砂輪機等,總功率超過95.5 kW。按照這一要求,必須配備120 kW的發電機組。由于煤田鉆探施工鉆機正常工作很少滿負荷,鉆探設備在運轉時都是交叉作業,如打撈巖芯時,付絞車工作,而鉆機則停止工作,反之亦然。根據以上分析及多年生產實踐經驗,選用上海強輝發電機有限公司生產的GF-120 kW柴油發電機組(見圖3),具體參數見表3。

表3 GF系列的柴油發電機組主要技術參數

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、流動滑車、提引器等起下鉆進設備和鉆具,起下和存放鉆桿、起下套管、安裝塔內設施等。根據鉆塔承受的載荷等技術參數、銷售價格等,福建省121隊選用了山東煤田地質機械廠生產的加重型ZT17A四角鉆塔,承受載荷能力30 t,具體參數見表4。

表4 鉆塔主要技術參數

3 深孔施工實驗應用

通過以上探討,福建省121隊深孔施工選用XY-6B型鉆機、BW-320型泥漿泵、120 kW柴油發電機組、加重型ZT17A四角鉆塔的主要鉆探設備和SJ-3000繩索取芯絞車,自制攪拌機,加強提引器、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備,利用加型S75A鉆具,選擇合理的鉆進技術參數、鉆具級配、鉆孔結構、金剛石鉆頭、泥漿沖洗液。

經過精心組織進行鉆進實驗,117鉆機采用這種配置,分別在福建東西坑礦區34-1鉆孔、大河礦區901,401,402,301等鉆孔施工,累計進尺6 500 m。鉆進實驗過程中設備運行平穩,性能良好,較好地滿足了深孔鉆探的施工要求,實驗證明選用的設備及配置可行,符合繩索取芯深孔鉆進要求。按這種配置,福建省121隊先后組建了8套繩索取芯鉆進機臺,分別在福建省隘頭、東西坑、東門地礦區和云南省大河、補木、富煤三、四礦礦區等開展了生產應用工作,累計完成鉆探進尺25 000 m,特別是116鉆機在福建省龍永煤田東門地礦區施工1305鉆孔,終孔直徑77 mm,孔深1 427.20 m。打破了福建煤田地質局繩索取芯鉆進孔深最深記錄,102鉆機在云南富煤三礦4101鉆孔終孔直徑77 mm,深度1 644.80 m,創造了全國煤田繩索取芯鉆進孔深第二的好成績。

4 結語

1)在調研的基礎上,選用XY-6B立軸巖芯鉆機,BW-320泥漿泵,GF-120 kW柴油發電機組,ZT-17A加強型四腳鉆塔等設備;所選用的鉆探設備和使用鉆具、附屬設備,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施工要求,并能取得較好的經濟技術指標。

2)由于繩索取芯深孔施工技術在國內研究應用的時間不長,所設計制造的設備、鉆具型號較多,沒有一個統一的標準,長此下去,必定會阻礙鉆探深孔鉆探技術的發展;建議應盡快制定繩索取芯深孔鉆具的國家標準或行業標準。

[1]福建省121煤田地質勘探隊.繩索取芯鉆進深孔施工技術科研報告[R].福建省121煤田地質勘探隊,2008.

[2]韓廣德.鉆探工程學[M].北京:煤炭業出版社,2000.

[3]湯鳳林,A.L.加里寧,楊學涵.巖心鉆探學[M].武漢:中國地質大學出版社,1997.