|
深孔鉆探繩索取芯鉆進工藝的研究
泰州技師學(xué)院 仲林 2017/1/9 19:37:38
摘要：石英細砂巖等等山巖質(zhì)地堅硬、致密，在礦山開采中鉆進比較困難，本文主要介紹一種液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆具，并與普通的金剛石鉆具相比，發(fā)現(xiàn)這種鉆進技術(shù)的機械鉆進效率明顯提高。
關(guān)鍵詞：繩索取芯；液動沖擊回轉(zhuǎn)；應(yīng)用；推廣
礦山開采的過程中經(jīng)常會遇到一些比較復(fù)雜的地層，礦區(qū)部分區(qū)域的巖石質(zhì)地堅硬、致密，研磨性比較弱，鉆進施工的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)打滑或者巖石破碎堵塞地層等等問題，嚴重影響了施工效率與施工進度，本文主要介紹一種液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進工藝，采用這種工藝技術(shù)之后，鉆進打滑等問題明顯有所減少，鉆進的效率得到了顯著的提高，對于增加礦區(qū)開采的經(jīng)濟效益十分有利。下文簡單介紹這種工藝技術(shù)的設(shè)計原則并結(jié)合幾個實際案例分析其工藝特點。
一、液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆具及繩索取芯液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)概述
液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆具是巖山鉆探技術(shù)中的新方法，我國的沖擊回轉(zhuǎn)鉆具及鉆進工藝的研究始于1958年，迄今為止，已經(jīng)持續(xù)了50多年，液動沖擊器的研究最開始始于地礦勘探研究，截止1956年我國已經(jīng)先后研制出7種機構(gòu)形式不同的液動沖擊器，這為液動沖擊回轉(zhuǎn)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。1975年之后，液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)的研究與推廣進入迅速發(fā)展階段，相關(guān)研究人員在已有的成果基礎(chǔ)上，對沖擊器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了科學(xué)合理的優(yōu)化處理，繩索取芯液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆具代表了液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)的新水平，目前已經(jīng)在生產(chǎn)實踐中開始了廣泛的推廣使用。液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆具的設(shè)計時遵從小沖擊功、高頻、小口徑的原則，設(shè)計的過程中基本不改變長怪的鉆探設(shè)備，不變動現(xiàn)用的鉆具及鉆頭的級配，不改變實際鉆進施工時的操作規(guī)程及操作方法。
繩索取芯液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)優(yōu)點顯著，下文對此進行簡單的介紹。
1、在堅硬底層鉆進時效率高，能夠有效的克服鉆頭“打滑”等不良現(xiàn)象。
石英細砂巖的主要化學(xué)成分是二氧化硅，膠結(jié)物大多為鐵質(zhì)、硅質(zhì)等，因此，石英細砂巖的化學(xué)性質(zhì)在表生環(huán)境下十分穩(wěn)定，抗蝕性較強，這也就意味著鉆探時比較困難，采用繩索取芯金剛石回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)進行鉆探時，鉆頭與孔底的接觸面積比較大，導(dǎo)致鉆頭對鉆探部位的單位壓力較小，此外，石英細砂巖的研磨性比較弱，這也就使得金剛石鉆頭在鉆探工作剛開始時很容易出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆探工作效率低下，而使用繩索取芯液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)鉆探時，石英細砂巖會受到鉆頭預(yù)加應(yīng)力及高頻沖擊載荷的雙重作用，大大增加了石英細砂巖的脆性，且使用這種方法進行鉆探時，會發(fā)現(xiàn)破碎的巖石的顆粒普遍比較粗大，巖心比較粗糙，也就是說鉆孔底部也比較粗糙，這會極大的增加鉆孔底部的摩擦系數(shù)，鉆石顆粒對胎體的研磨性必然會增加，這對于金剛石鉆頭的出刃十分有利，可以極大的提高機械鉆探的速度。
2、鉆進時回次進尺、鉆機臺月等等效率明顯提高。
依然以石英細砂巖的鉆探為例。采用繩索取芯金剛石回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)鉆探時，一般來說，鉆頭回次進尺1m左右就需要采取一定的措施研磨鉆頭，保證金剛石鉆頭能夠出刃，或者更換新的金剛石鉆頭才能夠繼續(xù)開展鉆進工作，但采用繩索取芯液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)時，碎巖機理發(fā)生了改變，金剛石鉆頭更容易出刃，不需要現(xiàn)場工作人員多次手動幫助其出刃或者頻繁更換鉆頭，極大的減少了提鉆的次數(shù)，這對于縮短鉆進時間，對提高回次進尺的效率十分有幫助。
3、減少了巖心堵塞現(xiàn)象發(fā)生的頻率，提高了巖心采取率。
采用繩索取芯液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)進行鉆探時，鉆進沖擊器會使鉆頭及外管承受頻率較高的沖擊載荷，使管內(nèi)產(chǎn)生振幅較小、頻率較高的縱向顫動，使得巖心與內(nèi)管的摩擦形式發(fā)生了變化，二者的摩擦阻力有所減少，巖心進入內(nèi)管更加容易，巖心堵塞現(xiàn)象發(fā)生的頻率自然會有所降低，巖心采取效率相應(yīng)的也會得到極大的提高。
4、減少了鉆孔歪斜、彎曲現(xiàn)象發(fā)生的頻率。
巖石的各向異性會在金剛石鉆頭上產(chǎn)生一定的“鉆速差”和“附加力矩”，會使鉆孔出現(xiàn)歪曲，但繩索取芯液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)時，鉆頭會受到一個高頻的沖擊載荷，在這個沖擊載荷作用下，巖石的各向異性會大幅度減弱，鉆孔彎曲現(xiàn)象發(fā)生的幾率自然也會有所減少。
5、延長了金剛鉆鉆頭的使用壽命，降低了鉆進成本。
在繩索取芯金剛石回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)中，當(dāng)巖石質(zhì)地比較堅硬、致密時，為了保證鉆探工作的正常開展，通常需要在鉆孔內(nèi)投放石英石顆粒使鉆頭出刃，這必然會加快金剛石鉆頭的磨損，造成孕壤工作層提前消耗。在實際的巖層鉆探工作中，使用繩索取芯金剛石回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)鉆探時，每進尺1m，工作層平均消耗0.09mm左右，而繩索取芯液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)時，每進尺1m，工作層平均消耗0.084mm，從數(shù)據(jù)上就可以直觀的看出前者的鉆頭消耗量較大，金剛石鉆頭成本較高，磨損速度越慢，（未完，下一頁）
|