金剛石繩索取心鉆探工藝

1繩索取心鉆探設(shè)備的選擇

　　1.1鉆機(jī)的選擇

　　 金剛石繩索取心鉆探必須選用轉(zhuǎn)速高和調(diào)速范圍廣的液壓鉆機(jī)，要配備可靠的孔底壓力指示表。鉆探設(shè)備的選擇受鉆孔深度的影響，選用合適的鉆探設(shè)備即可節(jié)省鉆探成本，又可提高鉆探的效率。選用中心較低，變速范圍較寬、立軸行程較大的鉆機(jī)較為合適。我隊(duì)現(xiàn)有XY-44、XY-5、HXY-6B型鉆機(jī)，可以滿足1000～2000米深孔的鉆探要求。實(shí)際工作中按鉆孔的設(shè)計(jì)深度選擇鉆機(jī)。目前，我隊(duì)與中國(guó)地質(zhì)裝備總公司合作，共同研制的FYD-2200型（分體塔式全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)）鉆機(jī)在在霍邱鐵礦ZK1725孔投入使用，終孔孔深達(dá)到2700米，鉆機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。實(shí)際工作中按鉆孔的設(shè)計(jì)深度選擇鉆機(jī)。見表2。

　　1.2鉆塔的選擇

　　 鉆塔應(yīng)根據(jù)不同孔深，選擇不同高度和負(fù)荷能力的鉆塔。繩索取心常用有18.5米與23.5米四角鉆塔，此鉆塔穩(wěn)定性較好，較適合中深孔巖心鉆探生產(chǎn)。

　　1.3水泵的選擇

　　 要求使用的水泵壓力不低于4O個(gè)大氣壓。最大泵量在100升／分以內(nèi)的泥漿泵。要求泵量、泵壓穩(wěn)定，易于調(diào)整，并配有泵壓表，最好配備流量計(jì)、穩(wěn)壓罐。我隊(duì)金剛石鉆探使用過的水泵主要有BW250／50、BW250、BW300-12等。

　　2繩索取心其它附屬設(shè)備及工具的選擇

　　2.1繩索取心絞車的選擇及安裝

　　 繩索取心的絞車，可單獨(dú)裝配使用，也可以和鉆機(jī)組裝成一體。要求操作方便，起動(dòng)離合器靈活，制動(dòng)可靠，提升速度不易太快。一般在0.7米～2.2米／秒之間。根據(jù)孔深要求，配各直徑5毫米的鋼絲繩600～800米。絞車必須安裝周正，并且要固定在機(jī)臺(tái)木上，纏繞鋼絲繩時(shí)必須均勻平整。使用過程中發(fā)現(xiàn)有鋼絲繩斷股和嚴(yán)重磨損時(shí)，必須及時(shí)接修和更換。選用能力為1～2噸的單體滑輪、軸承要求轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，安裝時(shí)要對(duì)準(zhǔn)井口，牢固的固定在井架上。

　　2.2井口夾持器的選擇

　　 可采用木馬式和重力式夾持器，要求的夾持器踩動(dòng)靈活，部件可靠，卡瓦耐磨，夾持器架在井口上，并對(duì)準(zhǔn)井口中心，在操作使用上禁止用大錘敲擊夾持器的曲柄連桿腳踏板等機(jī)構(gòu)。

　　2.3提引器的選擇

　　 可采用手搓式、球卡式提引器，手搓式提引器螺紋加工質(zhì)量必須嚴(yán)格，絲扣磨損超過規(guī)定要及時(shí)更換，經(jīng)常檢查提引器的銷釘，及時(shí)潤(rùn)滑球和滑套部分，要求套在鉆桿上時(shí)能上下自由滑動(dòng)，上提時(shí)夾住鉆桿。繩索取心目前有二種，即普通和重索二種，普通繩索采用夾持器。重索采用接手卡槽，提降鉆具時(shí)用提引環(huán)，又可以使用擰管機(jī)，扭卸鉆桿。

　　2.4扭卸工具的選擇

　　 機(jī)臺(tái)配備適應(yīng)各種管材扭卸用的多觸點(diǎn)自由鉗。要求備觸點(diǎn)在同一圓周上，以提高扭卸能力和提高管材的使用壽命。為鉆探施工中提下鉆頻繁、勞動(dòng)量大，長(zhǎng)期以來(lái)人工上扣預(yù)扭矩達(dá)不到預(yù)緊要求，提鉆卸扣時(shí)克服的敲打容易損傷鉆桿接頭等弊端而配備的繩索鉆桿擰、卸扣專用設(shè)備SQ114/8型液壓動(dòng)力鉗。要嚴(yán)格按照液壓動(dòng)力鉗的操作規(guī)范進(jìn)行使用。

　　3繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的選擇

　　3.1鉆壓(由75毫米直徑)

　　繩索取芯鉆頭比同口徑普通雙管鉆頭壁厚，克取的環(huán)狀面積大，要求的鉆壓也相應(yīng)增大。鉆壓推薦值見下表

　　 在短時(shí)間內(nèi)，鉆速隨鉆壓值的增大而提高，但鉆速過高時(shí)。鉆頭會(huì)產(chǎn)生輕燒現(xiàn)象，鉆頭壽命降低，此時(shí)鉆速急劇下降，因此壓力應(yīng)適當(dāng)控制。繩索取心的鉆頭比普通鉆頭壁厚，壓力可適當(dāng)增大，但最大壓力也不應(yīng)超過1800公斤。一般壓力應(yīng)控制1000～1500公斤為宜。

　　 尤其是新鉆頭的初始?jí)毫?，更要適當(dāng)降低。因?yàn)樾裸@頭的胎體形狀與孔底的的形狀不相吻合，鉆頭的局部和孔底接觸，因此，如果開始就采用正常壓力，則單位面積上的壓強(qiáng)過大，易造成鉆頭損壞。

　　3.2轉(zhuǎn)速

　　 初磨轉(zhuǎn)數(shù) 100～200轉(zhuǎn)／分

　　 正常轉(zhuǎn)數(shù) 400～1000轉(zhuǎn)／分

　　 轉(zhuǎn)速與鉆速的關(guān)系也是成正比的，但必須在充足的水力條件下才能實(shí)現(xiàn)，否則對(duì)鉆頭必有損害，導(dǎo)致鉆速下降。S75繩索取心鉆進(jìn)，金剛石鉆頭的轉(zhuǎn)速應(yīng)在800轉(zhuǎn)／分左右為宜。尤其是新鉆頭的初始轉(zhuǎn)速，也要適當(dāng)降低。因?yàn)樾裸@頭的胎體形狀與孔底的的形狀不相吻合，鉆頭的局部和孔底接觸，轉(zhuǎn)速過快，鉆具的震動(dòng)力過大，容易造成鉆頭胎體裂紋。

　　3.3沖洗液與轉(zhuǎn)速

　　 巖心鉆探?jīng)_洗液量不宜過大，盲目使用大泵量沖洗液會(huì)使鉆具震動(dòng)增大，孔底有效鉆壓降低，影響鉆進(jìn)效率甚至使鉆頭打滑。保證沖洗液應(yīng)從水道的合理設(shè)計(jì)及沖洗液的質(zhì)量著眼。合適的泵量是保持上返流速在0.45～1.5m?Ms范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)速及泵量參考值見下表

　　 水量正常情況下是采用50～90升／分，一般情況是水量應(yīng)隨鉆速加快而增加。水量過小易造成燒鉆，水量過大，造成蹩泵，泵壓也隨之升高，使送水管路損壞，也易造成人身事故。再加之鉆孔漏失。機(jī)臺(tái)送水量過大時(shí)，供水站送水量達(dá)不到機(jī)臺(tái)的要求。因此，泵量要適當(dāng)才好。

　　4．繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

　　4.1優(yōu)點(diǎn)

　　1、易于通過復(fù)雜地層。這是因?yàn)?

　　 (1)、繩索取心提鉆次數(shù)少，減少了抽吸作用。

　　 (2)、滿眼鉆進(jìn)，減輕了鉆具失穩(wěn)。

　　 (3)、鉆桿外徑均勻無(wú)大小變化。故回返的水流流速均勻，減輕了因水力激動(dòng)對(duì)井壁的破碎作用。

　　 (4)、鉆桿本身又起到了套管的作用，對(duì)于一般的坍塌掉塊地層均有保護(hù)作用。

　　 (5)、鉆進(jìn)效率高，速度快，易于快速通過復(fù)雜地層。

　　2、效率高

　　 這一點(diǎn)在孔深的條件下尤為突出，輔助時(shí)間少，時(shí)間利用率較高。如能進(jìn)一步采用優(yōu)質(zhì)的繩索取心鉆頭，則能大幅度的提高鉆探施工效率。

　　3、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低

　　 主要體現(xiàn)在提下鉆，特別是在孔深時(shí)，減少了提下鉆的次數(shù)，有時(shí)幾個(gè)小班都不用提鉆。深受鉆探工人的歡迎。

　　4、事故少

　　 繩索取心一是有鉆桿護(hù)壁，容易快速穿過復(fù)雜地層。鉆桿加工的質(zhì)量好，不易造成鉆桿折斷。繩索取心的鉆頭壁厚，不易造成燒鉆。比普通金剛石鉆進(jìn)事故率低。

　　5、質(zhì)量商

　　 鉆具與鉆桿的級(jí)配合理，不易孔斜。從施工的鉆孔來(lái)看，鉆孔孔斜指標(biāo)均在要求之內(nèi)，并且偏斜量很小。采取率較高，平均達(dá)93％以上。另外，S75繩索取心鉆具性能穩(wěn)定，采用優(yōu)質(zhì)鋼材制做，采用數(shù)控機(jī)床加工，經(jīng)久耐用。

　　4.2缺點(diǎn)

　　 1、提鉆間隔還不夠理想，有待進(jìn)一步提高。應(yīng)從盡量避免燒鉆、巖心脫落、打單管等方面加以改善。非正常提鉆有不少還是人為的，這還有待于提高工人。尤其是鉆探班長(zhǎng)的操作水平。進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握繩索取心鉆探的新工藝。

　　 3、到位報(bào)警機(jī)構(gòu)還不夠靈活，泵壓反映不明顯，還有待改進(jìn)。

　　 4、繩索取心鉆進(jìn)因結(jié)構(gòu)的因素，鉆頭壁較厚，時(shí)效比普通要低。同時(shí)需要的鉆壓大，增加了磨損阻力。繩索取心在堅(jiān)硬致密，弱研磨性的打滑地層鉆進(jìn)效率低。

　　 5、繩索取心鉆頭目前國(guó)內(nèi)還沒有廣譜型的。對(duì)于打滑地層的鉆頭壽命低。造成經(jīng)常提鉆，失去了繩索取心的優(yōu)越性。

　　 6、對(duì)于泥漿處理孔內(nèi)坍塌掉塊地層鉆進(jìn)，由于環(huán)狀間隙小而受到一定的制約。在有些地層鉆進(jìn)鉆桿內(nèi)壁結(jié)皮影響內(nèi)管投放和打撈。

　　5繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展展望

　　 1.研究深孔鉆具取芯系統(tǒng)，重點(diǎn)是研究鉆進(jìn)2500米以深的高強(qiáng)度鉆桿及大環(huán)狀間隙快速下降型鉆具總成。

　　 2.研究薄壁鉆具取芯系統(tǒng)，重點(diǎn)是薄壁高強(qiáng)度鉆桿及長(zhǎng)壽命金剛石鉆頭，以減小碎巖面積，提高堅(jiān)硬面積的地層的鉆進(jìn)效率。

　　 3.研究繩索取心→沖擊回轉(zhuǎn)→螺桿馬達(dá)→孔底換鉆頭組合式鉆具，使鉆探技術(shù)的優(yōu)越性進(jìn)一步提升，為深部探礦提供了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

　　 4.進(jìn)一步增加鉆頭品種的類型，使不同的鉆頭適合不同的鉆進(jìn)需要，特別是硬巖打滑地層與深部巖層所需的高強(qiáng)度長(zhǎng)壽命金剛石鉆頭。

　　 5.隨著社會(huì)的發(fā)展，深部鉆探是一種社會(huì)趨勢(shì)，鉆穿的地層越來(lái)越多，遇到的地層問題更加復(fù)雜，對(duì)泥漿護(hù)壁、減磨降阻、流變性能、隨鉆堵漏等提出了更高的要求。因此，潤(rùn)滑性能好、散熱性能優(yōu)良、攜帶巖粉能力好對(duì)保證施工的順利進(jìn)行，提高鉆進(jìn)效率，降低鉆探成本具有重要意義。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　 繩索取心鉆探技術(shù)得到了廣泛推廣和運(yùn)用，并取得了顯著地經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，被譽(yù)為“四高、三低、兩好”（工程質(zhì)量高、時(shí)間利用率高、鉆進(jìn)效率高、鉆頭壽命高；停鉆事故低、勞動(dòng)強(qiáng)度低、鉆探成本低；地質(zhì)效果好，經(jīng)濟(jì)效益好；）先進(jìn)的、多功能的、有效的鉆探方法，也是一門熟練技術(shù)。