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大倾角浅孔施工英国威廉希尔官网研究

来源:福建宁德打井网 rentonchurchofchrist.com 电话:13850311160

  摘  要:本文介绍了在大倾角浅孔施工中,设备的选择、机场的特殊布置、设备的安装、施工工艺控制事项,质量指标的保证措施等一系列的特殊工艺。


  关键词:大倾角,摩擦阻力,侧向推力,钻塔,稳固


  针对地勘市场需求,在我省有大部分产状陡的矿层需要大倾角钻探工作,这部分钻孔设计均小于300m深度。但我省地形陡峭大型设备搬迁不易,机场修筑困难,为此我们选择了现有小型设备进行优化组合。经过多个矿区的成功实施,完善现有设备的利用率,提高了我队的整体钻探水平,扩大了勘探市场。


  1  设备的选择


  我们针对的人烟稀少,地形陡峭,搬迁困难的施工条件。选择设备,首先考虑设备的轻便性、稳固性,又要够满足钻探的设计要求。


  (1)钻探主机配备选GXY-2型,它的优点主要在于性能比较先进,易于维修,配件容易购买,设备轻便。可使用φ50mm和φ71mm的钻杆钻进,在使用φ50mm的钻杆直孔能打到300m至600m孔深不等,使用φ71mm的绳索取芯钻杆正常最高钻进都能达到300m左右,基本满足浅孔施工要求。


  (2)钻塔为我勘探队自行改进设计的大斜孔轻便型钻塔(附图1)。主要是针对近年来我勘探队大倾角浅孔矿区少、施工作业量不大的施工性质,进行改进设计而成,该钻塔施工倾角范围为(45°-90°)的钻孔。该钻塔的优点主要体现在能够大大缩短钻塔的安装、拆卸时间,克服了众多野外不利于安塔的地形条件,为施工人员人力物力的减少损耗、提供更多的钻进时间,而且提高了我勘探队设备的利用率,带来更大的经济效益。


  2  机场的布置


  (1)机场地基稳固、塔基的要求、机场排水设施、防洪设施、野外高压设施的安全距离等遵循普通钻孔机场要求。


  (2)由于钻塔设计的特殊性,斜孔钻探的机场布置与普通机场不同,主要是考虑钻塔的起落范围,因此通常的长方形机场不适合。必须设计为梯形或是T字型机场。如下图


  (3)根据斜孔设计的方位角所决定的钻塔所起降的方向,并勾画出在钻塔安装时由地面升起的活动空间是否有障碍物要整理出来,该钻塔的固有特点是:在地梁内部结构中设有起降的支撑杆,从而决定了该钻塔的起降是从左机房升降。


  (4)为了减少钻进的过程中顶角误差,斜塔上面不能成太重的荷载,所以在提下大钻时所有的双根钻具都要放在地面上,因此我们要把平时拉放钻具的空间(前机房)、泥浆池、搅拌桶、发电机、工人们使用的帐篷安放空间的位置都要一一整理出来。


  3  钻探设备安装


  3.1  设备的安装


  (1)首先根据钻探设计书的钻孔设计方位把钻机的地梁安放一致,然后分两层由下到上,先不要固定牢然后再在钢钎或人工的协助下,用罗盘准确把钻孔的方位调正确(允许误差在1°之内)。再借助葫芦的吊放以此安装钻机底座(含变速箱)、分动箱、卷扬机、柴油机、立轴(回转器)。在把钻机的底座按照正确的螺栓孔栓牢后,就可以把地梁上的螺栓全部锁牢;当钻机底座(含变速箱)、分动箱、卷扬机、柴油机、立轴都正确的对接好后也可以把它们的螺栓锁牢,各个液压油路系统搞清楚一一对接牢固;固定立轴的位置时要先用罗盘把钻孔顶角打出后确定一致后再锁牢。


  (2)钻机水龙头高压胶管,应设防缠绕、防坠安装装置、避雷装置和绷绳。钻塔工作台,应系好安全带作业;机场地板铺设,应平整、紧密、牢固;机台板应厚度大于40mm或使用防滑钢板。各种机械安装应稳固、周正水平。安装钻机时,井架天车路前缘切点,钻机立轴中心与钻孔中心成一条直线,直线度不得大于15mm。各种防护设施、安全装置应齐全完好,外露的转动部位应设置可靠的防护罩。


  3。2  钻塔的起、降


  (1)根据所施工钻孔孔斜(45°--90°)的不同,主塔腿与地梁固定连接块所在的位置不同,且向右机房移动(如右图所示)L=Hctga,这样才能保证钻塔提升到要求高度后主塔腿达到预定的方位。


  (2)安装顺序:从塔基到塔顶,平行地面安装,固定钻塔主塔腿,副塔腿下端不固定(螺杆、销钉固牢),以钻塔主塔腿与地梁连接为活动点,钻塔副塔腿的摆放于主塔腿成钝角,然后借助卷扬设备提升塔顶,至要求角度,固定副塔腿,通过微调副塔腿下端变丝,来使主塔腿达到预定方为,最后固定塔件连接杆。


  (3)利用主设备中的卷扬设备上的钢丝绳提升钻塔大斜度(小于60°)方法有两种,一种是借助钻塔支撑杆升起至要求高度,另一种是在操作人员附近的高大树木(直径大于45cm)上,高出机场面约1.5米处,安装一个3T的滑车,利用卷扬动力的牵引至要求高度。最后根据立轴的方位,确定主塔腿的确切角度,必须做到立轴与主腿的方位一至,主塔腿布置前后机场方向其倾向与立轴倾向一致,并压同一斜面上。副塔腿可自由支撑,根据受力情况和现场地形调整长度和支撑点位置。


  (4)起、放钻塔架,方法类同,顺序相反。注意事项:应在安装机长或班长统一指挥下,有序地进行。起、降塔架时,操作人员应将动力机档位调制最低速,匀速起、降;作业人员应离开钻架起落范围之内,时刻观察起降过程中安全隐患,并及时反馈给操作人员。


  3.3  钻塔的受力分析与地梁加固方法


  (1)钻进施加钻压时,主机设备受力分析(视为孔内光滑、不计钻具浮力)


  右图所示。已知钻压F;F2为设备自重在地面产生的摩擦阻力;F1=F它们的关系为作用力与反作用力所以相等;G1、G2为钻具重力的分力;a为钻孔的倾角。根据受力图受力分析得知侧向推力F3=F1COSa-F2-G2;在钻进加压时,会产生一个向钻塔降落方向的一个侧向推力,这个侧向推力与孔内钻具的重量、倾角的大小、主机设备(含钻塔的分重)有直接的关系。


  (2)提钻、下钻主机设备受力分析(不计钻具浮力)


  已知G为钻具的重力,μ为孔内钻具也孔壁的摩擦阻力,F3为设备自重在地面产生的摩擦阻力.提钻或下钻时,主机设备受到一个沿着主腿向下方向的拉力F;有综合受力图1可知:受到一个水平向右的力F2,F2=FCOSa-F3;由图2分析可知,提钻时, F=G+μG时,下钻时, F=G-μG;提钻时的侧向推力F2大于下钻时侧向推力F2。


  根据主机设备受力分析可知,在施工中,施加钻压、提钻、下钻都会产生侧向推力,给地梁带来位移或运动的趋势,所以在安装好地梁后,必须在钻塔地梁上十二个交叉角处,使用钢筋水泥桩固定焊牢,以免钻塔在强力提拔和加压钻进时产生侧向推力,造成倾角变化,钻机移动,甚至倾覆,影响钻孔的工程质量和以后的钻进进度。在45°斜孔中钻塔的副塔腿一般是根据山地的地形来摆放,一般摆放角度与主塔腿成90度为最佳。最后需用木桩或是码钉固定,钻塔主腿角度要和主杆平行,以免强力提拔钻具或钻机负荷过重时,对该钻塔构件造成不同程度的弯曲、变形等损坏。


  4  施工工艺控制事项


  4.1  取芯工艺


  考虑斜孔的特殊,为保证钻孔的倾角并减少孔内事故采用绳索取芯工艺是唯一的选择。


  4。2  钻孔结构的设计与选择


  针对深孔地层的特性及复杂程度,普通采用1—2级钻孔结构,下套管的口径和深度均留有余地。实践证明,大量的使用套管这一安全的护臂手段,尽管在浅孔段大口径的时间会消耗很多,但是极大地减少了深孔段的事故率,保障了深孔段施工的安全性。


  4。3  套管固定与起拨套管注意事项


  下套管前,一开或二开的勘探期间,为了控制好钻孔的倾角和方位,务必要控制钻进参数,加长钻具的长度,低压力,尽量提高钻进的转速。


  斜孔钻进对孔内岩矿渣清洁度要求较高,特别是在不稳定地层(有掉块、大裂隙、漏水)中,所以对泥浆性能指标要求比直孔要求还要更高,否则套管无法顺利下至孔底,同时也会增大孔内钻具与孔壁的摩擦阻力,加大动力机荷载,降低钻进效率。


  下套管时必须做到套管与钻具级配一致,否则需要有导正措施;下套管过程中需轻下、慢下避免下套管时把孔壁碰塌,套管下好后套管口需用塑料膜或是编织袋塞严实,尽量避免泥浆中的岩粉往套管旁边塞,终孔后方可顺利提拔套管。


  起拔套管:首先借助立轴油缸的上顶力和卷扬机的提升力,试拔,如果没有动弹,则边回转边提升,假如还不行;遇到这种情况时,采用轻打吊锤法,必须将吊锤导向杆的方位、倾角与钻孔一直的情况下,方可操作,吊锤轻震解卡后起拔。否则,只有采用液压千斤顶起拔套管。禁止强力起拨或强力打吊锤,防止产生过大的侧向推力,对钻塔造成不可修复的损坏,导致设备事故。


  4.4  泥浆应用


  我们采用金属矿泥浆体系:开孔时合金钻进,宜采用膨润土+1%CMC+2%植物胶的泥浆,在破碎松散的地层钻进,宜采用膨润土+2%植物胶+防塌剂泥浆,坚硬完整地层钻进,采用3%水解聚丙烯酰胺+1%复合润滑剂的无固相泥浆,确保钻孔孔内的无多余的岩屑。


  4.5  钻孔漏失治理


  在开孔钻进时泥浆的密度、粘度,应根据不同的地层的来调配,在开孔中一般都选用膨润土加碱来调配开孔的泥浆,起到润滑和护壁的作用以减少因泥浆的冲刷而引起孔壁的坍塌和掉块等孔内问题。换径钻进后应把原先的泥浆处理干净后再调配新的泥浆,泥浆池需多捞已沉淀的泥浆。


  地层相对完整、孔壁无垮塌风险时,采用顶漏钻进,并对水位以上的钻杆采用涂抹黄油或向孔内添加润滑剂进行润滑;钻孔漏失量不是很大时,通过及时的填加补充可以满足正常的施工需要时,在泥浆中填材料:如锯木粉、稻谷皮等;钻进中,遇到漏水或裂隙大掉块多时地层节理发育、胶结性差,且孔内全漏失、水位较低,采用投水泥或灌水泥封堵方法,进行必要性的封堵、稳固。以上等诸多情况的治理务必要保证大斜度钻孔孔壁稳定性,同时减小钻具对孔壁的摩擦阻力,提高钻效。水泥堵漏与固孔是有效手段防止破碎地层对钻具的切割作用。


  4。6  质量指标控制


  简易水位观测与稳定水位观测中:根据甲方或地质要求,进行有必要的水位的换算成垂直水位,换算公式为:H=H1sina;H为钻孔真水位,H1 为钻孔假水位,a为钻孔倾角。


  在钻进深度不是很深时压力不能加太大,这时钻进角度还是容易跑偏,应控制好钻进的压力和转速,尽可能的选择高钻速,低钻压,降低钻孔弯曲度。


  进行弯曲度测量时,防止测斜设备下至不稳定地层时遇到阻卡现象,校正孔深后把原钻具(钻头拆卸掉)下至距要测量位置上部5—6米处,选择从钻杆内下至测量位置(距孔底约0.5米),然后孔口的钢丝绳要固定在钻杆内径的下切点处,方可测量。事实证明此种测量方法效果最佳,对测量设备的安全性与测量的数据准确度都比较高。


  5  施工生产实例

完成钻孔情况汇总表
工程项目 钻孔 倾角 开孔日期 终孔日期 质量 终孔深度(m)
周宁东山钼矿区 ZK0002 60° 09.05.18 09.06.22 240.00
屏南灵峰钼多金属矿区 ZK001 45° 10.10.29 10.12.24 230.69
屏南灵峰钼多金属矿区 ZK401 50° 11.04.29 11.06.16 244.49
屏南灵峰钼多金属矿区 ZK301 45° 11.07.06 11.07.25 245.53
平和矿望山 ZK9601 70° 12.05.15 12.06.05 151.70
大田沈岭矿区 ZK001 45° 12.03.30 12.04.25 68.60
大田沈岭矿区 ZK002 45° 12.05.25 12.06.20 110.51
大田沈岭矿区 ZK003 45° 12.07.02 12.07.25 未定 63.11

  这些矿区基本上都是山高路远,地势险要,孔斜比较大。我们合理利用自行设计的钻塔,结合该钻塔的构件简单、轻便,解决了搬迁困难问题,又能满足大斜度浅孔施工的特点,体现了该斜塔的优越性;结合自己长期摸索出的一套特殊的施工工艺,解决了很多难题,在大斜度浅孔施工领域取得了突破性的进展,得到了甲方地质人员的一致好评。


  6  存在的问题


  (1)由于委托加工及经济条件所限制,该钻塔的加工构件厂家存在偷工减料的事实,主塔腿与副塔腿钢管钢质差,厚度不足,致使整体强度降低。地梁未使用工字钢,而用槽钢强度也不足,在浅孔施工中施加钻压,地梁强度不能满足侧向推力,导致弯曲变形。


  (2)由于客观原因该塔的强度低于预计强度,所以处理事故的能力也具有一定的局限性,导致该勘探施工所钻岩矿层,适用于地层单一,事故率低的火山岩地层,不利于地层复杂、事故率高度的变质岩和沉积岩地层。


  (3)由于所施工的孔斜比较大,游动滑车没有安装合理的导向,导致钻机主杆常发生弯曲变形,影响优化的钻进参数正常操作,降低钻效。


  7  结束语


  近年来我勘查工程探索性的施工大斜度钻孔,克服前无先例、地层复杂、施工条件艰苦、缺乏施工英国威廉希尔官网等实际困难,边摸索边施工,积极学习先进的钻进工艺,通过优选钻进参数,严格操作规程,根据所钻岩矿层使用与其相配的优质泥浆,保持大斜度钻孔的高效施工。虽然目前还存在一些问题,但已经明确了进一步的完善、解决的方向,同时也希望业内人士,给予宝贵的意见,谢谢。

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