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6001000
钻杆直径(㎜)
5042
钻孔直径(㎜)
150
钻孔倾角(0)
0-360
回
转
器
通孔直径(㎜)
68
速
正(r/min)
1011872673113885478191191
反(r/min)
83251
给
进
机
构
型式
液压双缸
上顶力(KN)
80
给进力(KN)
60
给进行程(㎜)
600
升
降
行星式带水冷
最大提升力(kn)
30
提升速度(m/s)
0.821.512.163.13
卷筒直径(㎜)
285
钢绳直径(㎜)
16
容绳量(m)
52
移动液压缸行程(㎜)
400
动
力
495
功率(KW)
36.75
转速(r/min)
2000
液
压
缸
BC-32/80
工作压力
8
流量(l/min)
32
外型尺寸(㎜)
2640×
1100×
1750
生产单位
黄海机械厂
图3-1XY-4型钻机
3.2泥浆泵的选择
泥浆泵的作用是把泥浆从泥浆池中泵送到钻杆内,使冲洗液在钻孔内形成循环,以便排出岩粉和冷却钻头。
3.2.1泥浆泵的流量
流量即是泵量,它的确定是与钻进方法相适应,以保证有效的排出岩粉和冷却钻头为前提。
冲洗液量的确定可用公式:
式中:
Q——冲洗液量;
m3/s
β——上返流速不均匀系数;
β=1.1~1.3
F——最大上返环状空间过流断面面积;
m2
D——由最大钻头外径决定的孔径或最大套管内径;
m
d——钻杆外径;
V——冲洗液上返流速;
m/s
在算出各孔段所需泵量后,选其中最大值作为选定泥浆泵的依据。
各孔段所需泵量见后面钻进参数。
3.2.2泥浆泵的工作压力
泥浆的工作压力不是钻进规程参数之一,但冲洗液要在孔内循环管道中流动就必须克服各种留着阻力。
泥浆泵工作压力的大小反映了泥浆流动的畅通程度。
该孔深度不大,循环阻力也较小,常用的泵一般都能满足要求。
根据上面所述,选用国内往复式泥浆泵BW-150型,技术参数见表3-2,外形见图3-2。
图3-2BW-150型往复式泥浆泵
表3-2BW-150型往复式泥浆泵技术参数
类型
卧式三缸单作用活塞泵
变量方式
变速箱四级变速和曲柄两级变速
流量级数
323847587290125150
额定排出压力(MPa)
7764.843.22.31.8
吸入高度(m)
2.5
输入功率(KW)
7.5
输入轴转速
1500
缸径(㎜)
70
活塞行程(㎜)
活塞往复次数(次/分)
577186107130183222
吸水管直径(㎜)
50
排水管直径(㎜)
重量(kn)
5.16(配柴油机)
外形尺寸
1900×
795×
1200(配柴油机)
生产厂
衡阳探矿机械厂
3.3供水泵的选择
3.3.1供水方式的确定
据任务书得知,水源距钻孔孔位高差也较大,达1500m,需要建立三级泵站才能满足用水要求。
一级泵站建在水源处,在旁边挖一蓄水池,将水用水管引入蓄水池,再用水泵向二级泵站供水。
二级泵站建立在半山空地处,与一级泵站高差为500m利用原地的一天然土坑加以修理后,做为蓄水池。
三级泵站建在与二级泵站高差同样是500m处的山腰上,挖土坑做蓄水池。
3.3.2供水泵的选定
在各个泵站和机场都有蓄水池,故流量要求不是很大。
只需考虑扬程问题。
供水泵的扬程表示供水泵能将水在垂直方向上抬升的高度。
计算式为:
H=Z+△H
Z——相邻泵站的高度差;
△H——相邻泵站间整个送水管路的阻力损失的总和,用水柱高度表示。
假设一三级泵站间管路总长约3000m,两个泵站间平均为1000m,整个送水管路采用普通输水管水管,内径按38mm计算。
初选BW-250型泥浆泵,流量按最小计算,即Q=35L/min。
则管路流速为:
查钻探手册得每百m长管路水头损失为1.2m水柱,1000m总水头损失为
△H=10x1.2=12m
所以,H=Z+△H=500+12=512m
BW-250型泥浆泵的额定排出压力最大为7MPa,即是700m水柱,在使用时需用7MPa或6MPa的排出压力的档位才能满足要求。
泵的技术参数见表3-3,外形见图3-3。
图3-3BW-250型往复式泥浆泵
表3-3BW-250型泥浆泵技术参数表
3560961665290145250
7764664.52.5
15
500
100
4272116200
75
5.00(不含动力机)
995×
650(不含动力机)
3.4动力机的选择
钻探设备的流动性大,钻机场又是相对独立的生产单位。
因此动力机械要求使用和维护方便、经济、单位功率重量小,便于搬迁。
该矿区无电源,故全部采用柴油机。
钻机、泥浆泵使用的柴油机都是在购买时已配好的,其余动力机根据现场情况进行配备,具体类型、数量见表3-4。
表3-4动力机种类、数量
数量(台)
用途
功率(kw)
495型柴油机
1
钻机用
290型柴油机
4
泵用
Z2-32型柴油机
发电机用
1.7
3.5钻塔的选择
钻塔是钻探施工中用于悬挂滑车系统进行起、下钻具和套管的设备。
它的类型和结构应根据孔深、钻孔倾角、大钩载荷及搬迁的方便程度等综合选用。
3.5.1塔高的选择
钻塔的高度取决于钻孔深度和起下钻时的立根长度。
钻孔越深,立根应越长,钻塔就应越高。
钻塔在吊起立根时,顶部应有一定的安全距离,所以初步确定钻塔高为:
H——钻塔高度;
m
L——立根长度(m)。
施工用的钻杆单根长度为4.5m,三根单根构成一根立根,为13.5m;
K——安全高度系数。
与起、下钻工具尺寸和提钻安全高度有关,一般可取1.25~1.4,立根短,提升速度快时,取大值,此处取1.3。
查设计钻探手册,选择四角管子钻塔,依据本钻孔为斜孔以及钻孔深度,初选塔Aa701,其性能参数详见表3-5。
表3-5Aa701钻塔性能参数表
名义高度(m)
16.5
钻孔深度(m)
650
立根长度(m)
13.5
底层尺寸(m2)
5.9x11.3
顶层尺寸(m2)
1.5x1.5
层数(曾)
7
重量(t)
9.0
有效负荷(t)
结构特点
复合K式复杆系
3.5.2钻塔负荷量的计算及校核
①提钻具时的大钩载荷:
——大钩载荷;
q——每m钻杆柱的质量,内加厚φ50钻杆为7kg/m;
L——钻杆柱的长度;
r1——冲洗液比重,根据后面所配泥浆的密度,大约平均值为1.05g/cm3;
r2——钻杆钢材比重,8.0g/cm3;
a——接头重量修正系数,由于采用接头连接a=1.05;
——钻孔倾角;
K——卡阻系数,K=1.5~2,浅孔取大值,深孔取小值,此处取1.5。
②提套管时大钩载荷
当下入套管时,提升的只是套管自身的重量,数值是比较小的。
当钻孔完毕,要拔出孔内套管时,由于套管与地层有摩擦阻力,此时的提升力比下套管时大的多,所以按拔套管时的力计算。
取①、②结果的大值作为大钩载荷,即是=45KN。
3.5.3滑车装置的选择
地质系统使用的滑动滑车已经表转化,有单轮、双轮和三轮三种结构。
根据大钩载荷,孔深可选择单轮游动滑车,负荷能力100KN。
用死绳端的滑车系统时,载荷对称。
3.5.4钢丝绳的选择
由于用XY—44钻机,所以钢绳的直径已经确定,用17.5mm的钢绳.
3.5.5钻塔工作绳数
滑车系统的工作绳数就是系在游动滑车上的钢索根数,由大钩载荷与升降机提升能力(PJ)确定。
而m与滑车系统的效率关系见表3-7。
表3-7m与滑车系统的效率关系
2
3
5
6
η
0.97~0.96
0.95~0.93
0.92~0.90
0.90~0.88
0.87~0.85
0.85~0.82
先假设滑车系统效率η=1,那么
由m=1.5,查得η=0.95,带回去有:
m值应是整数,并且只能比所算的值大,不能比它小,故取m=2。
3.5.6天车荷载的计算与钻塔的校核
理论初步计算需要双根钢绳就能满足提升需要。
在实际中,当安装成无死绳的滑车系统时,天车载荷为:
当安装成有死绳的滑车系统时。
这种系统将对钻塔产生不对称载荷,此时天车载荷为:
Aa701钻塔天车额定载荷是150KN,通过以上的计算得出钻孔施工中对天车产生的载荷最大值是92KN,小于钻塔天车额定载荷,所以钻塔不会超负荷工作,即Aa701钻塔是满足要求的。
3.6附属设备
3.6.1水龙头
水龙头装在主动钻杆的上端,并有弯接头与泥浆泵的高压胶管相连,将高压冲洗液输送到钻杆内。
在钻进过程中,主动钻杆在转盘的带动下与钻杆一起转动,但高压胶管不能转动。
因此,水龙头必须有旋转部分。
为了避免钻井液漏失,必须有密封装置。
另外还有固定部分。
水龙头分为小口径用水龙头、轻便式水龙头、深孔用水龙头。
由于钻孔深500m,应采用轻便式水龙头。
3.6.2吸水管和高压送水管
吸水管一端连接在泥浆泵吸水管接头上,另一端连接滤水器,放在泥浆池内。
送水管连接在泥浆泵排水管接头与水龙头之间,向钻杆内输送钻井液。
泥浆泵具有一定的排出压力,送水管要能承受住此压力。
在此选用高压胶管送水,直径与BW-150型泥浆泵相配,选为32mm,管壁夹有多层帆布和钢丝。
吸水管直径50mm。
3.6.3绷绳
绷绳是用来加固钻塔,保持在风载和其他水平载荷作用下的稳定。
一般要求17m以下钻塔每根塔脚各设一根,系于塔高3/4处。
然而,每个钻塔都设计的有自己的绷绳安装位置,所以绷绳安装在本身设计的位置上,且相邻两根绳间的夹角为90°
,四绳对称布置,每根绳上都要安装拉紧器,以利绷紧绷绳。
除此之外,要在地下打入具有足够承受能力的锚桩,将绳的下端系于锚桩。
绷绳是用来加固钻塔,使其在风载和其他水平载荷作用下保持稳定.是否要使用蹦绳还要通过以下的计算才知道
迎风面上风力作用点离地面高度为h:
B——钻塔的最低层宽度(m);
B——钻塔的顶部宽度(m);
H——钻塔的高度(m)。
如要钻塔的稳定,风载的倾倒力必须小于钻塔的稳定力矩:
稳定力QM=90KN
稳定力矩为:
风载倾倒力矩为:
PW——风载,PW=ps;
p——单位面积上的风载,即风压1.5KPa;
s——钻塔承风面积,s=sn·
kf;
sn——由钻塔外围廓围起的平面在垂直于风向的平面上的投影面积;
kf——挡风系数,有塔围取1,无塔围取0.15~0.20,此处取1。
因为,所以必须用绷绳加固钻塔。
计算绷绳拉力:
C1=C·
sinα(α为绷绳与地面间的夹角,45°
)
η=1.5~2,储备系数。
r是绷绳在拉力平面上的夹角,如图3-4所示。
图3-4绷绳受力分析
经过图上分析得γ=60°
选择绷绳规格见表3-8。
表3-8绷绳规格
直径
钢丝总断面积
参考重量
钢丝绳公称抗拉强度MPa
钢丝绳
钢丝
1700
mm
mm2
Kg/100m
钢丝破断拉力总和N≥
钢丝绳规格:
绳6X37股(1+6+12+18),纤维芯
8.7
0.4
27.88
26.21
47300
3.6.4提引器
提引器有普通、球卡式、爬杆斜脱式三种。
采用球卡式提引器,其结构简单,容易制造。
提升时不需要特制的提升接头,只是与带环槽的接头配套使用即可。
但在塔上套立根时不易对准,操作时要小心谨慎。
3.6.5拧管机
拧管机是使用立轴式钻机时,配置在孔口拧卸钻具的机具。
由于使用的是Φ50钻杆,选用的拧管机型号和技术参数见下表3-9。
表3-9拧管机技术参数
拧管机类型
动力机
减速器类型
最大扭矩N•m)
转速(r/min)
钻杆直径(mm)
通孔直径(mm)
外形尺寸(mm)
重量(kg)
液压式NY-1型
液压马达
两极圆柱齿轮
油缸卸扣6530
70,200
42,50,60
135
590×
380×
352
95
3.6.6泥浆搅拌机
岩心钻探一般采用0.5—1.0m3的泥浆搅拌机,选用的搅拌机类型见表3-10。
表3-10泥浆搅拌机性能参数
规格(m3)
机轴转(r/min)
搅桶有效容(m3)
搅拌泥浆能(m3/h)
JW-1
1~2
3.6.7照明发电机
此孔没有电源,动力机采用柴油机时,应考虑供照明用的发电机。
由于只是供机场照明用,功率不需要很大。
选用的发电机类型见表3-11.
表3-11发电机性能参数
额定功率(kW)
额定电压(V)
额定电流(A)
额定转速(r/min)
效率(%)
单机重量(kg)
Z2-32
230
7.4
1450
78
76
3.6.8蓄电瓶
钻机上的柴油机不仅质量大,而且启动阻力很大,根本无法用手动式启动,必须配备专门的电启动装置。
因此每台钻机要准备两个启动用铅酸蓄电瓶,以交换轮流使用。
3.6.9其它附属材料
除了上述的附属设备外,还必须准备好φ73mm的套管、套管公锥、扩孔器、自由钳、处理孔内事故的工具等其它相关材料、设备,见表3-12.。
表3-12设备、管材一览表
序号
名称
型号
单位
数量
备注
(一)钻探设备、机具
钻机
XY-4
台套
钻塔
Aa701
付
泥浆泵
BW-150
台
供水泵
BW-250/
拧管机
NY-1
重庆探矿机械厂
泥浆搅拌机
套
9
照明发电机
Z2-23
(二)管材
钻杆
Φ50×
6.5
套管
Φ73×
4.5
T
岩心管
Φ57×
3.75
取粉管
1.5
钻杆锁接头
Φ57
外径尺寸放大
第4章机场布置
4.1修筑场地
钻探机场是钻进施工活动的场所,主要用于安装钻塔,钻探设备,设置冲洗液循环槽、沉淀池等循环系统,以及放置必要的管材物资等,必要时还安置工人们的生活营地。
机场的修建应根据地质设计的要求(孔位、孔深、方位、倾角)和施工安全、方便、节约的原则进行。
钻孔的方位角是80°
,平机场时要考虑使钻塔的一角或无门的一侧迎着施工期间的主要方向(如果了解钻区长年的风向情况)。
一般地,机场地盘应比基台每边大出1~2米。
机场场地必须平坦坚实,稳固,适用,保证在其上布置的基台和安装的钻塔及机械设备不会发生陷塌、溜方歪斜,在整个施工期间自始至终都能安全顺利进行,据任务书,选择浅槽基础作为机场场地基础,示意图如图4-1所示。
1-基台木2-基台枕
钻机的地盘面积见表4-1。
图4-1浅槽地基示意图
表4-1钻机的地盘面积
钻机类型
地盘面积
总面积(M2)
长X宽(m)
143
13X11
4.2建筑基台
安装钻探设备的基台是在修筑完毕的地基上用数根基台木,根据所用钻探设备的类型,按一定的规格和形式排列,分上下两层交错并用螺栓连接而成。
下层为横枕,上层为顺枕,横顺枕的主要交错处,一定要成直角并用螺栓连接固定。
钻塔、钻机的地脚螺栓也应连接在横顺枕的交接点上。
,如图4-2所示。
图4-2横顺枕交错连接图
4.3斜孔安装计算
此孔设计为斜孔,斜孔设备安装方法和直孔设备安装原则是相同的,但直孔孔位总是在钻塔平面的中心,而斜孔孔位则是根据钻孔倾角的变化,需计算出其与钻塔的相对位置(包括:
孔前距、孔后距、机前距、机后距)以及钻孔中心与机座第一排螺栓孔的距离,以便以此确定钻机以及钻塔的安装位置。
4.3.1.孔前距、孔后距的计算
如图4-3所示:
塔高:
16.5mFF`=16.5m
塔顶宽:
1.5mBC=1.5m
塔地梁长:
9.2mAD=11.3m
后塔腿中线斜度:
840
设计钻孔倾角:
700
图4-3孔前距、孔后距计算图
则孔后距:
则孔前距:
=2.82m
4.3.2.斜孔孔口中心至机座前排螺孔安装距离的计算
由于采用XY-4型钻机,查表4-2知
钻孔设计倾角θ=
主动圆锥齿轮中心至底面高度为1100mm
机台高度200x2=400mm
机座左右两排螺孔间距离1000mm
求孔口中心至机座中心的距离。
即为孔口至机座中心的距离。
由于机座左右两排距离为100mm.故孔口与一根上机台木中心在地面的投影的距离:
BE=500-545.96=-45.96mm
距另一根上机台木中心在地面的投影的距离:
ED=500+545.96=1045.96mm
由此可确定机台木在孔口两侧的安装位置,见图4-4。
图4-4孔口中心至前排螺孔距离计算图
4.4基台木的布置
4.4.1基台木的规格
机台木的长度应比钻塔底边长0.5米,数量为9根(8长1短),断面尺寸与钻进孔深有关。
设计孔深500米,因此选用XY-4型钻机配用的断面尺寸200x200(mm)。
横枕长11.3+0.5=11.8米,顺枕长5.0+0.5=5米。
4.4.2台木的布置
布置基台木时,必须先了解所安装的钻机机座上地脚螺栓孔间的距离以及立轴中心(垂直位置时)与机座前排孔间的距离,方可确定钻机得安放位置(斜孔时需进行计算)。
然后再机台上钻好相应位置的固定钻孔。
以便把钻机与基台螺栓固定在一起。
XY-4钻机机座螺栓孔的位置尺寸见表4-2,基台木的连接方式如图4-1所示,基台木的布置如图4-5所示。
表4-2XY-4钻机机座螺栓孔的位置尺寸
机座前排螺栓孔中心连线到立轴中心的垂直距离
260mm
机座左右两排螺孔间的距离
1000mm
主动圆锥齿轮中心至机座底部的垂直高度
1100mm
图4-5基台木布置图
4.5钻塔及机械设备的安装
4.5.1钻塔的安装
钻塔的安装常有分层和整体安装法两种。
此次采用的是四脚管子钻塔,高度大,质量重,必须采用分层安装法,即用人力自下而上的逐层安装。
4.5.2机械设备的安装
安装设备时必须注意下列问题:
(1)设备安装好后,必须达到周正水平,稳固的要求。
(2)钻机立轴中心线与天车前轮缘、孔口中心线必须在一条直线上。
(3)固定钻机底座和连接机台木的螺杆必须符合规格,并应带垫片和防松螺帽拧紧,以防松动和避免拧紧螺丝而损坏机台木。
(4)各设备的安装位置应方便操作和确保工作的安全。
4.5.3.循环系统安装
循环系统包括水源箱(池)、循环槽、沉淀池,系统的规格应根据孔深,岩层性质,冲洗液携带岩屑的能力合理确定。
为了充分的沉淀岩屑,循环槽尽量长,但该孔位地层多为灰岩和其它较坚硬的岩石,产生的岩屑不多,综合机场的布置确定循环系统为:
一个沉淀池,规格为2×
1×
1m3;
一个水源池,规格为2×
2×
循环槽按实地情况合理布置。
布置示意图见图4-3。
槽的端面尺寸不得太小,否则流速过大,起不了沉淀的作用。
槽尺寸设计为高200mm,宽250mm.孔口--沉淀池--水源池的坡度是1/100,以保证循环畅通。
系统布置在离左后塔脚1米并靠近泥浆泵的地方。
沉淀池中上下交错安装挡
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