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          探礦工程在線 > 正文

          2000m全液壓巖心鉆探技術裝備示范工程

          發布時間:2013年05月16日
          來源:《探礦工程(巖土鉆掘工程)》,2013年第4期

           

          2000m全液壓巖心鉆探技術裝備示范工程

           

          張金昌,孫建華,謝文衛,劉凡柏,孟義泉,王慶曉,王年友

          (中國地質科學院勘探技術研究所,河北廊坊 065000

           

          摘要:介紹了2000m全液壓巖心鉆探裝備示范工程——山東乳山金青頂金礦區ZK43-1鉆孔的工程概況、鉆探技術裝備配置、應用效果和示范工程技術工藝,總結了該示范工程項目工作成果,提出了未來深孔巖心鉆探裝備研發和推廣工作的建議。

          關鍵詞:全液壓巖心鉆機;泥漿泵;鉆進參數監測;繩索取心鉆桿;繩索取心液動錘鉆具;長壽命金剛石鉆頭

           

          0  概述

          為完成“十一五”國家“863”計劃重點科技項目“2000m地質巖心鉆探關鍵技術與裝備”研究工作,開展鉆探新技術集成示范,根據全國危機礦山接替資源找礦工作深部鉆探技術需求,中國地質科學院勘探技術研究所(以下簡稱勘探所)在山東省乳山市金青頂金礦區開展了深部地質巖心鉆探工程試驗與示范工程。ZK43-1示范鉆孔于200981日開鉆,2010411日順利鉆至2212.80m終孔深度。試驗示范工程歷時240(臺月天數),鉆孔質量優良,達到了預期目的,同時創造和打破了國內多項鉆探技術應用紀錄。

           

          1  金青頂金礦區地理概況

          金青頂金礦區礦權屬山東黃金集團金洲礦業公司,行政區域隸屬山東省乳山市下初鎮;南距乳山市約20km,距桃村至威海鐵路下初站10km,北距煙臺港約85km,均有公路相接,交通方便(見圖1)。礦區位于膠東半島東部,地形為低緩丘陵,地面標高為39.5247.5m,地形切割強烈,沖溝發育。該區南北鄰近黃海,氣候溫和濕潤,屬季風大陸性氣候。經濟以農果業為主,工業主要為金礦,是山東省主要黃金產區之一。

          1  鉆探示范區地理、交通位置圖

           

          2  ZK43-1鉆孔巖石鉆進特性

          示范鉆孔編號為ZK43-1,設計方位角為301°30′,設計傾角為80°,設計深度為2200m。鉆探施工所遇巖層主要有沖積坡積物、黑云片巖、黑云變粒巖、大理巖、中粗粒二長花崗巖、花崗閃長巖、斜長角閃巖等。地層堅硬、破碎,漏失較嚴重,鉆孔為斜孔,鉆探施工技術難度較大。

          礦區巖石硬度較大,可鉆性級別劃分大部分為8級左右,研磨性中等,金剛石鉆進過程中有時出現“拋光”、“打滑”現象。鉆進過程中可能遇到的孔內問題有:坍塌掉塊、鉆孔縮徑及超徑、漏水、涌水等。易造成的孔內事故主要包括:卡鉆、埋鉆、孔斜等。

           

          3  鉆孔結構

          根據礦區地質特點、鉆孔深度、終孔直徑及以往施工經驗,確定采用多級鉆孔結構,即開孔為S口徑,鉆孔直徑為152mm,鉆進深度2025m;二開采用P口徑,鉆孔直徑為122mm,鉆進深度150180m;三開采用H口徑,鉆孔直徑為96mm,鉆進深度14001500m;最后采用N口徑,鉆孔直徑為77mm,鉆至設計深度。因地層結構復雜,易發生多種孔內事故,鉆孔結構設計中保留了地質取心要求的最小口徑B規格。鉆孔結構見圖2。

          2  鉆孔結構示意圖

           

          4  鉆具組合

          根據2000m全液壓鉆機設計能力和試驗大綱要求,結合危機礦山地質勘查需要,鉆孔開孔采用大直徑硬質合金取心鉆進,主要孔段鉆進方法以P、H、N規格金剛石繩索取心鉆探技術為主,并采用勘探所“863”項目組研究開發的鉆具組合,如新研制的H、N規格高強度雙密封不對稱梯形扣繩索取心鉆桿、大深度液動潛孔錘繩索取心鉆具、超高胎體二次鑲焊和仿生非光滑表面金剛石鉆頭以及不提鉆換鉆頭鉆具。

          1S口徑鉆具組合:SLD-60水龍頭+轉換接頭+P規格繩索取心鉆桿+轉換接頭+?146mm單動雙管鉆具+Φ152mm硬質合金鉆頭。

          2P口徑鉆具組合:SLD-60水龍頭+轉換接頭+P規格繩索取心鉆桿+P繩索取心鉆具+Φ122mm金剛石鉆頭。

          3H口徑鉆具組合:SLD-60水龍頭+轉換接頭+H規格863繩索取心鉆桿+H繩索取心液動錘鉆具+Φ96mm金剛石鉆頭。

          4N口徑鉆具組合:SLD-60水龍頭+轉換接頭+N規格863繩索取心鉆桿+N繩索取心液動錘鉆具+Φ77mm 金剛石鉆頭。

           

          5  套管程序

          示范鉆孔ZK43-1地層破碎、復雜,根據鄰孔施工經驗和教訓,確定三級套管程序:

          1)孔口管:規格為φ146mm,采用無接箍直聯結構,下入深度15-20m;

          2)護壁套管:規格為φ114mm,使用PQ繩索取心鉆桿,下入深度180-200m;

          3)技術套管:規格為φ91mm,采用接箍結構,下入深度1400m。

          ZK43-1示范鉆孔用φ146mm孔口管、φ114mm護壁套管為無接箍、直聯、正絲方案,φ91mm技術套管為接箍、反絲方案。同時,在套管材質、外徑、螺紋副等方面進行了優化設計。

           

          6  施工組織管理

          本次生產示范由中國地質科學院勘探技術研究所牽頭,中國冶金地質總局山東正元地質勘查院煙臺分院與山東金洲礦業集團協助,共同組成示范組織機構(如圖3所示)。具體施工由山東正元地質勘查院煙臺分院的3號機臺承擔,設機長1人、后勤1人、班長3人,鉆工10人,實行三班制,早班24:008:00,中班8:0016:00,晚班16:0024:00。

          3  施工組織機構框圖

           

          7  現場布置

          根據場地情況,鉆探現場布置如圖4所示。

          為順利完成示范鉆探工程,按照設計要求組織施工人員,將設備、器材運進現場,做好開鉆前的準備工作,如修通道路、平整場地,建好現場值班室、倉庫,架設好供電線路,安裝好水泵站、泥漿循環系統、儲水池、廢漿池等施工設施。

          4  鉆場布置圖

           

          8  機臺設備與配套鉆探器具主要配置

          項目成果設備與配套器具:

          勘探所YDX5型全液壓巖心鉆機1臺套;

          勘探所YWB-360型泥漿泵2臺套;

          北京探礦工程研究所鉆井液固控循環系統1臺套;

          中國地質大學(武漢)CUG-2鉆探參數監測系統1臺套;

          無錫鉆探工具廠、勘探所NQ高強度加強型繩索取心鉆桿2300m;

          勘探所HQ、NQ繩索取心液動潛孔錘各2套;

          中國地質科學院探礦工藝研究所NQ不提鉆換鉆頭鉆具1套;

              北京探礦工程研究所NQ、HQ長壽命金剛石鉆頭;

              吉林大學HQ仿生金剛石鉆頭。

              外購設備與配套器具:

          無錫鉆探工具廠、勘探所HQ高強度繩索取心鉆桿1500m;

              唐山市金石超硬材料有限公司PQ繩索取心鉆桿   400m;

              山東省地質探礦機械廠91mm套管1500m

              無錫鉆探工具廠PQ、HQ繩索取心鉆具總成各2套;

              唐山市金石超硬材料有限公司PQ繩索取心鉆具總成   2套;

              唐山市金石超硬材料有限公司152合金鉆頭1個;

              唐山市金石超硬材料有限公司  122繩索取心金剛石鉆頭;

              唐山市金石超硬材料有限公司97繩索取心金剛石鉆頭;

              無錫鉆探工具廠97繩索取心金剛石鉆頭。

             

          9  生產示范情況簡介

          200981開孔鉆進,2010411日終孔,終孔直徑77mm,終孔孔深2212.8m,歷時254天,臺月天數240天,經歷春、夏、秋、冬4個季節,施工時間夸度比較長,取得了必要的數據和資料。按施工時采取的鉆孔口徑、鉆進工藝與過程劃分,整個生產示范試驗過程大致可分為以下8個階段:

          每一階段為開孔,開孔直徑為152mm,采用硬質合金鉆頭,鉆到10.9m時穿過覆蓋層,下入直徑146mm的孔口護壁管;

          第二階段為P規格繩索取心鉆進,采用?114mm的繩索取心鉆桿,配?114mm的繩索取心鉆具,?122mm的金剛石鉆頭,鉆到238.2m時下入?114mm套管238.2m;

          第三階段為H規格繩索取心鉆進,采用?89mm的繩索取心鉆桿,配?89mm的繩索取心鉆具,鉆到705.2m時由于泥漿漏失太嚴重,孔壁不穩定,決定擴孔重新下?114mm的套管;

          第四階段為擴孔,將?114mm的套管全部取出,用?122mm的金剛石擴孔鉆頭、?97mm的先導鉆頭進行擴孔,從238.2m一直擴到384.5m,穿過破碎復雜地層,鉆進到穩定地層后決定停止,下入?114mm的套管384.5m,將套管固定好;

          第五階段為H規格繩索取心繼續鉆進,配?89mm的繩索取心鉆具,?97mm的金剛石鉆頭,鉆到761m時決定用繩索取心+液動錘的“二合一”鉆具進行鉆進;

          每六階段為H規格繩索取心+液動錘的“二合一”鉆具鉆進,采用?89mm的繩索取心鉆桿,?97mm的金剛石鉆頭,鉆深到1461.9m時停止鉆進,然后下入1461.9m?91mm套管進行護壁;

          第七階段為N規格繩索取心+液動錘的“二合一”鉆具鉆進,采用?71mm的繩索取心鉆桿,?77mm的金剛石鉆頭,鉆深到2211.4m;

          第八階段為N規格不提鉆換鉆頭取心鉆進,采用?71mm的繩索取心鉆桿,?77mm不提鉆換鉆頭鉆具,鉆進到2212.8m決定終孔。

          工程示范鉆孔的主要經濟技術指標:終孔深度2212.80m,臺月效率313.00m/月,平均提大鉆間隔21.28m,機械鉆速1.65m/h,純鉆進時間1342h,輔助時間3956h,事故時間462h,平均鉆頭壽命87.00m,巖礦心采取率98.60%,臺月天數240天。

           

          10  鉆進方法與鉆進參數

          生產示范主要采用繩索取心鉆探技術方法。使用高效長壽命金剛石鉆頭,鉆頭胎體硬度HRC3942,金剛石濃度100%。

          開孔使用孕鑲金剛石鉆頭,優質泥漿作沖洗液,鉆進壓力一般控制在500kg左右,輕壓慢轉,轉速控制在300r/min左右,沖洗液量控制在120L,鉆進達預定深度后,及時下入套管,為防套管折斷、脫扣、錯位等事故,在套管底部及頂部用水泥封固,套管頂部用套管夾固定。下好Φ89mm套管后,更換N規格繩索取心鉆進。

          N規格繩索取心鉆進參數:鉆進壓力一般保持在1518kN左右,必要時減小到8kN左右,鉆進時應保持孔底壓力均勻,預防壓力過大造成鉆頭胎體崩裂或燒鉆事故;轉速一般采用577591r/min,破碎巖層、斷層、頂底板酌情降低;采用簡易無固相沖洗液(每立方米加入0.20.5kgPHP,粘度1821s),松散巖層可適當增加無固相沖洗液的粘度,沖洗液量5290L/min,泵壓23MPa(泵壓表讀數),沖洗液量的大小可根據施工具體情況而定,總之,既要保證沖洗液在孔內有效攜帶巖屑,又能保證冷卻鉆頭提高鉆進效率、防止燒鉆事故的發生。

          在二長花崗巖、斜長片麻巖、硅化二長花崗巖鉆進時,除執行以上鉆進的各主要鉆進參數外還執行了下列規定:

          1)鉆進過程中,鉆速顯著降低、鉆頭出現打滑時應立即提鉆;

          2)嚴禁用過大鉆壓單純追求時效,對于堅硬巖層、弱研磨性或強研磨性地層鉆進.要選擇大的鉆壓給進,忌小壓力給進導致鉆頭的拋光或單磨損鉆頭不進尺情況的出現;

          3)鉆進過程中,要保持鉆壓平穩,不得用升降機進行減壓鉆進,在鉆孔彎曲、超徑及巖層破碎時,鉆壓應適當降低;

          4)鉆進堅硬、顆粒細的巖層,鉆速較低,巖粉量少而顆粒細,則沖洗量可以小些;鉆進軟或中硬巖層,或者巖石研磨性較強,顆粒較粗的巖層,轉速較高,鉆速較快,沖洗液量應大些;鉆進裂隙、有輕微漏失的巖層,沖洗液量稍多于正常情況;

          5)鉆進過程中,必須隨時觀察泵壓變化,要嚴防沖洗液中斷和中途泄漏,保證沖洗液的正常循環,要注重解決低固相泥漿在繩索取心鉆探應用中的“結皮”問題。

          鉆壓、轉速、沖洗液量三者要互相配合全面考慮,根據巖層性質、鉆頭類型及其他條件,選擇最優規程參數的配合。每次提鉆后,要及時分析金剛石鉆頭的磨損狀態和鉆頭唇部的變相,檢驗鉆進技術參數是否合理,操作是否恰當,發現問題及時糾正。

           

          11  沖洗液與護壁堵漏技術

          11.1  沖洗液配方選擇

          1)地層相對完整、施工正常時,采用LBMGLUB體系,基本配方如下:水 +(3%5%LBM-1+(0.5%1.0%GLUB。遇微小漏失時,可加入1%4%的隨鉆堵漏劑(GPC)。

          2)巖層嚴重破碎時,在上述泥漿基礎上加1%2%改性瀝青和0.1%0.3%接枝淀粉共聚物。

          常規條件下的泥漿性能要求如下:密度1.021.03g/cm3,濾失量≤15mL/30min,漏斗粘度1720s,含砂量≤0.5%,pH89。

          11.2  護壁堵漏技術

          鉆孔部分孔段裂隙非常發育、地層破碎,沖洗液漏失十分嚴重,最嚴重時孔內沖洗液全部漏失。先后采用過的堵漏方法有:隨鉆堵漏、水泥堵漏、惰性材料堵漏、高失水堵漏劑堵漏、尿醛樹脂水玻璃水泥球堵漏等。

          不同孔段的地層裂隙大小不同、巖石破碎程度各異,造成漏失量也不同,每種堵漏方法有一定的適用條件。隨鉆堵漏適用于鉆進過程中遇到的輕微漏失;水泥堵漏在非涌水地層時效果較好;惰性材料及高失水劑堵漏如果其中的架橋劑、懸浮拉筋劑、填塞劑比例與地層裂隙尺寸相匹配,亦可達到堵漏的目的;尿醛樹脂水玻璃水泥球堵漏在坍塌破碎地層中堵漏效果較好。

          11.3  套管護壁

          鉆孔所遇地層斷裂發育,巖石破碎,鉆進中經常會遇到坍塌掉塊、鉆孔縮徑及超徑、漏水、涌水等情況,易造成卡鉆、埋鉆、孔斜等孔內事故。為保證2200m示范鉆孔的順利完成,根據相鄰鉆孔的施工經驗教訓,確定將套管作為護孔的最終方案。示范鉆孔先后共下入Φ146、114、91mm三種規格的套管,其中Φ146mm套管下入深度為10.9m,Φ114mm套管下入深度為384.5m,Φ91mm套管下入深度1461.9m,創造了國內同規格套管下入的最高記錄,為下步N規格口徑順利鉆進打下了良好的基礎。

           

          12  鉆探裝備與配套器具生產示范應用效果

          12.1  2000m鉆機

          12000m全液壓巖心鉆機設計能力為:采用N規格繩索取心鉆桿鉆深達到2000m,實際鉆深為2212.8m,超出設計能力的10.64%,并且還有余地往更深處鉆進,這表明該鉆機整體性能完全達到設計要求,完成了國家“863”項目的任務目標。

          2)鉆機整體移動非常方便、安全性好。由于采用履帶底盤,通過控制2個有線電控手柄,即可控制鉆機的前進、后退、轉彎、原地轉向,操作靈活方便;通過采用電液比例控制,行走速度可自由調節,深受操作工人喜愛;控制手柄遠離鉆機本體即可控制鉆機行走,安全性很高。

          3)動力機功率強勁。在整個生產示范過程中,柴油機轉速都在1500~2000r/min,運行穩定。

          4)卡盤性能好,夾緊力大。通過夾持1460多米的HQ繩索取心鉆桿(11.6kg/m)與2210多米的NQ繩索取心鉆桿(8.32kg/m),表明卡盤的軸向夾持能力實際達到并超過了184kN。

          5)動力頭齒輪傳動系統與潤滑系統工作穩定,即使在夏天高溫天氣,動力頭整體溫升也正常,潤滑系統工作非常好;齒輪的加工質量好,傳遞鉆機功率沒有任何問題。

          6)動力頭通孔直徑117mm,使用直徑117mm以下的各種規格鉆桿非常方便。

          7)鉆機桅桿剛性好,強度大,在大扭矩鉆進、主絞車與給進油缸同時提升時,桅桿整體表現都非常穩定;桅桿上下兩段鉸接,運輸時方便;桅桿可滑移觸地,鉆進工作時穩定性非常好;桅桿上裝有鉆桿扶正器,加接鉆桿時上下扣方便對正,對保護鉆柱絲扣有利;桅桿高度適合提9m長的立根,可減小提下鉆時間,提高鉆探效率。經統計,提升1個立根用時1.5min,孔深2205m提升245次,用時367.5min,比1次提6m(需用時550.5min)節省183min,可以看出,桅桿可提升長立根可大大提高鉆探效率。

          8)鉆機底架整體剛性好,機架四周裝有雙重鎖緊機構的4個千斤頂鎖緊可靠,在近9個月的時間里千斤頂沒有下滑,保證整體機架的平穩。

          9)鉆進雙油缸給進提升能力強,鉆進過程平穩,快慢可調,使用方便;鉆機具有3.5m的長行程給進功能,有效避免了傳統立軸式鉆機給進行程短、停車倒桿輔助時間長、孔內事故幾率高和綜合效率低等缺陷,有利于提高鉆進效率,減少輔助時間和巖心堵塞等孔內事故。

          10)動力頭裝有翻轉油缸,動力頭讓開孔口時不需人工操作,減輕鉆工勞動強度。

          11)主絞車提升能力大,升降速度可調,在孔淺時,鉆具輕,可快速提放,孔深時,鉆具重,慢速提升,實現了動力機的恒功率利用。

          12)繩索取心絞車裝有雙重剎車系統,在打撈作業中途停止時不會下滑;裝有的自動排繩機構排繩效果好,避免了鋼絲繩纏繞過程中的紡錘現象(容易損壞鋼絲繩)。

          13)動力頭轉速范圍寬,扭矩大,在01200r/min間可進行無級調速,較好地滿足了各種工況下對轉速的選擇,如提下鉆卸扣時用低轉速,正常鉆進時用高轉速等;在回轉鉆進時,主泵壓力基本都在21 MPa以下,沒有達到額定壓力27 MPa,表明鉆機扭矩在實際應用中有富余。

          14)鉆機液壓系統工作正常。在主絞車強力提拔鉆具時,壓力達到額定設計壓力31MPa,系統工作正常;無論是高溫天氣,還是高速回轉鉆進,還是提下鉆,液壓油散熱系統工作可靠,液壓油溫升一直在允許范圍內。

          15)鉆機本身自帶的轉速顯示、泥漿泵流量顯示、繩索取心打撈深度實時顯示非常直觀,便于鉆工隨時調整。

          16)孔口液壓夾持器夾緊鉆柱可靠,安裝維護方便。

          17)泥漿液壓攪拌器質量輕,攪拌泥漿效果好,從開孔到終孔,一直都用該液壓攪拌器。

          12.2  高壓泥漿泵

          1)泥漿泵鉆進中一般流量為50100L/min,壓力5~9MPa,主要技術參數能夠滿足深孔多工藝鉆進的需要。

          2)柱塞外圓面熱噴涂Ni6020%碳化鎢,經磨削并拋光,在現場整個生產試驗中,均無更換,使用壽命長。

          3)柱塞盤根選用“壓不跨”結構設計,由丁腈橡膠與純芳綸編織密封材料制作并相間排列組合,在護孔堵漏時更換多次,正常泥漿鉆進后,單組平均純鉆進200250m后更換,壽命較長。

          4)閥密封圈由丁腈橡膠制作,在護孔堵漏時更換多次,正常泥漿鉆進時,平均純鉆進300m后更換,壽命較長。

          5)由于泥漿泵正常鉆進時沖次較低,壓力不高,大大提高了易損件的壽命。

          6)連桿小頭軸瓦選用ZCuAl10Fe3(銅鋁鐵合金)表面滲硅特殊硬化處理,在整個鉆進過程中均無更換,體現長壽命。

          7)連桿大頭采用自制的帶內外瓦并附有保持架的滾針軸承,以滾動軸承代替滑動軸承,運轉正常,溫升較低。

          8)采用雙馬達串并聯驅動泥漿泵是成功的,有效降低了功率損耗,節能效果顯著。

          12.3  泥漿制備與固控系統

          1)對維持泥漿性能穩定起到了不可替代的作用。

          2)根據需要及時開動,對泥漿的凈化效果好,清除固相最小顆??傻?span>10μm。

          3)在施工期間,及時清除有害固相,保持了泥漿流變性能穩定,減少了泥漿排放對環境的污染。

          4)對防止鉆桿結泥皮起到了很重要的作用。在開離心機前,泥皮厚度達到了3mm,開啟離心機并降低鉆機轉速后,結泥皮的情況大有好轉。

          12.4  高精度鉆進參數監測系統

          1) 實時顯示鉆速和其它鉆進參數,為科學打鉆提供了保障:由于該鉆孔地層為堅硬的花崗巖,鉆進速度一直較慢,尤其在深孔階段鉆速只有11.5m/h,即每秒鐘僅向下位移0.280.42mm。這么小的位移量,在傳統方式下光憑操作者肉眼是很難判斷孔底鉆進情況的。本鉆參儀實時顯示的鉆速和其它參數,可幫助操作者及時掌握孔內工況,為安全高效鉆探施工提供了科學保障。

          2ZK43-1孔施工現場對“863”項目“2000m地質巖心鉆探關鍵技術與裝備”的所有成果都進行了試驗。鉆參儀記錄的大量數據,為各種新工藝及機具的進一步優化提供了科學依據。

          3)輔助填寫鉆探班報表:班報表是鉆探施工重要的原始資料,但以往鉆工們都是下班前填寫班報表,所以報表中的各項操作時間基本上是“回憶錄”,嚴重失真。而鉆參儀可顯示各操作工序的時間,有助于真實填寫鉆探班報表。(4)進行工況識別:由于勘探所技術人員及現場工人認真負責,加上鉆參儀起到輔助判斷孔內工況的作用,使ZK43-1鉆孔施工過程中未出現系統預設的典型事故工況。但是通過鉆參儀顯示的鉆進參數曲線圖也發現了一些小事故,并進行了及時排除。

          12.5  繩索取心液動錘鉆具工程示范結果

          勘探所研制的大深度HWL繩索取心液動錘進尺700.3m,使用壽命大于40h。NWL繩索取心液動錘在ZK43-1鉆孔1464.82211.4m孔深,累計進尺746.6m,使用壽命大于42h。深孔應用繩索取心液動錘提高了機械鉆速,增加了回次進尺。同時,有利于判斷內管總成到位情況,減少了停待時間。

          12.6  新型高強度繩索取心鉆桿

          示范工程使用了勘探所與無錫鉆探工具廠聯合研制的雙密封不對稱梯形螺紋副繩索取心鉆桿。同時,該鉆桿采用了新開發的XJY-850新型高性能繩索取心鉆桿專用管材。自孔深238.2m開始,至孔深1461.9m,試驗使用H規格繩索取心高強度鉆桿。鉆進時間151天,累計深度1223.7m,創造國內同規格繩索取心鉆桿應用孔深記錄。自孔深1461.9m開始,至孔深2212.80m,試驗使用N規格繩索取心高強度鉆桿,試驗時間82天,累計進尺750.9m。試驗表明,研制的鉆桿強度高,耐磨性、密封性明顯改善,鉆桿卸扣扭矩較低;鉆桿桿體、接頭從未發生斷裂、脫扣等情況。

          12.7  長壽命金剛石鉆頭

          隨著繩索取心鉆進深度的增加,鉆頭壽命對鉆探成本及臺月效率的影響越來越大。為降低鉆探成本,提高臺月效率,應用了北京探礦工程研究所研制的超高胎體二次鑲焊長壽命金剛石鉆頭。H規格長壽命鉆頭最大進尺59.9m,平均進尺39.1m,比普通金剛石鉆頭提高32.9%;N規格長壽命鉆頭最大進尺117.9m,平均進尺87m,提高68.3%。

          12.8  不提鉆換鉆頭鉆具

          中國地質科學院探礦工藝研究所研制的N規格不提鉆換鉆頭取心鉆具是一種集繩索取心、繩索打撈更換鉆頭的孔內鉆進新器具。鉆具結構類型為楔頂擴孔翼伸縮式,采用兩級破巖成孔,設置有先導鉆頭(主鉆頭)和擴孔鉆頭(副鉆頭)。在ZK43-1孔深2010m后,鉆具下孔到位張開后進行掃孔,然后打撈鉆具。由于泥漿黏度較高,掃孔時間長,鉆頭架內沉滿了巖粉,影響鉆具不能充分收斂,打撈失敗。鉆具改進后在孔深2081.50m2211.4m進行了2回次的實鉆試驗,實現了基本功能和動作。

           

          13  存在問題和建議

          1)增加液壓油油位報警裝置,鉆機在晚上施工有液壓滲漏沒及時發現時可及時發出聲音信號,便于保護整個液壓系統。

          2)鉆機桅桿兩側焊接橫筋,形成梯子,便于人員攀爬;滑道2側安裝防護板,提高安全性。

          3)護孔堵漏時,由于吸排水閥壓縮彈簧偏軟,夾漿而失靈,后經更換新設計的壓縮彈簧后解決。

          4)連桿大頭滾針軸承內瓦出現松動而斷裂,通過將內瓦熱處理由水淬改油淬,且加固內瓦緊固定位等技術措施予以解決。

          5)泥漿固控系統制漿罐及攪拌罐中葉片轉速太低,且存在旋轉死角,長時間使用后會在罐中四角堆積大量沉淀的粘土泥,影響泥漿性能,增加泥漿成本。建議提高固控系統中制漿罐及攪拌罐中葉片轉速,消除旋轉死角,使固控系統更加適用化。

          6)在本課題已實現的單點無線傳輸基礎上,增加信號接收器,并修改發射機的軟件和通訊傳輸協議,實現現場主機通過多點方式將信號分送多個工程師辦公室。

          7)目前國內各生產廠家采用的繩索取心鉆具標準不統一,有地標、冶標等不同年代、不同系統制定的標準,同時還有國外的Q、O等系列標準。有的使用單位同時使用著兩種甚至兩種以上的標準,這對液動錘的推廣應用造成了較大的困難。建議相關部門能夠盡快統一我國的繩索取心鉆具標準,以促進繩索取心鉆進技術的進步。

          8)由于試驗孔段鉆孔傾角α≤60°,不提鉆換鉆頭鉆具打撈困難,導致參與的配套試驗的鉆探工作量較少。

          9)繼續研究解決大深度繩索取心鉆桿管材制造、鉆桿加工方面技術關鍵問題,同時應重視技術理論和應用基礎研究工作,在環空水力學計算、螺紋副有限元分析等方面爭取大的突破。

           

          14  結語

          本項目鉆探示范鉆孔200981日正式開鉆,開孔口徑152mm,中間過渡口徑有122mm、97mm,終孔口徑為77mm。到2010411日,順利鉆至2212.8m終孔深度,歷時240(臺月天數),順利地完成了工程示范任務,達到了示范試驗目的,鉆孔質量優良,同時創造和打破了國內多項鉆探技術應用深度紀錄。

          項目的順利完成,大大提升了我國地質巖心鉆探技術整體水平,初步形成了具有中國特色和國際先進水平的深部礦產資源鉆探技術體系,基本解決了我國深部礦產資源勘查中的關鍵鉆探技術問題,實現了深孔硬巖巖心鉆探技術跨越式發展。

           

          參考文獻:

          [1]  張金昌.2000m地質巖心鉆探成套裝備研制工作進展[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2009,36(S1).

          [2]  孫建華,張永勤,梁健,.深孔繩索取心鉆探技術現狀及研發工作思路[J].地質裝備,2011,(4).

          [3]  劉凡柏,李文秀,王慶曉,.YDX-5型全液壓巖心鉆機的研制與應用[A].第十六屆探礦工程(巖土鉆掘工程)技術學術交流年會論文集[C].北京:地質出版社,2011.50-57.

          [4]  黃玉文,胡繼良,朱迪斯,等.地質鉆探用鉆井液固控系統的研制[A].第十六屆探礦工程(巖土鉆掘工程)技術學術交流年會論文集[C].北京:地質出版社,2011.91-95.

          [5]  盧春華,李謙.CUG-2高精度鉆參儀在深孔中的應用[J].工礦自動化, 2011,(2):16-19.

          [6]  楊澤英,馮紹輝,蘇長壽,.繩索取心液動錘的研究與應用[A].第十六屆探礦工程(巖土鉆掘工程)技術學術交流年會論文集[C].北京:地質出版社,2011.116-121.

          [7]  況雪軍,孫建華.XJY-850高強度精密地質管材的研制[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2009,36(5).

           

          基金項目:863”計劃“十一五”重點項目“2000 m地質巖心鉆探關鍵技術與裝備”(2007AA060701);國家危機礦山接替資源找礦項目“2000 m全液壓巖心鉆探裝備示范工程”(20089945);國土資源大調查項目“地質鉆探技術綜合研究與應用示范”(1212010916022

          作者簡介:張金昌(1959-),男(漢族),河北保定人,中國地質科學院勘探技術研究所所長、總工程師、教授級高級工程師,中國地質學會探礦工程專業委員會常務副主任委員,探礦工程專業,工學碩士,主要從事固體礦產鉆探、水文水井鉆探及工程施工鉆探設備設計和鉆探工藝研究工作,河北省廊坊市金光道77號,jinchang@cniet.com。

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