鉆塔

一般情況下，要實現(xiàn)液壓起塔必須附帶較復雜的液壓系統(tǒng)----動力、油箱、油泵、壓力表、高壓油管、各種控制閥、各種接頭、密封件及附屬配件，很多使用場合都因使用繁瑣、實現(xiàn)困難和維護要求高放棄使用液壓而改用機械。而AY系列定向施工液壓鉆塔，借用XY系列鉆機本身的液壓系統(tǒng)進行起落塔，充分發(fā)揮鉆機和鉆塔各自的優(yōu)勢，減輕了鉆機附件的重量，結構簡單，自動化程度高，使用安全可靠。油缸兩端的鉸接處設計有關節(jié)軸承，能有效克服在起塔的過程中隨著油缸活塞桿的伸長而產(chǎn)生的不同心帶來的較勁現(xiàn)象 。

另外因為獨特的龍門架結構，塔腿支點高，鉆塔安裝時塔腿如水平放置，那么每節(jié)塔腿都必須抬高進行銷子聯(lián)接，這就需要吊車配合安裝或用許多人力抬高安裝，這成為在交通不便的山區(qū)工作時準備工作中的一個難點。為此在原來單級油缸的基礎上改進為用多級油缸起塔，使每節(jié)塔腿都可以底于水平位置安裝，一端放于地面上進行安裝，節(jié)省了人力和物力。

副腿采用銷子連接，長度可以調整，用來在鉆機任意角度斜孔鉆進時支撐鉆塔。而且AY系列定向施工液壓鉆塔提供了兩種副腿聯(lián)接高度，鉆塔在傾斜鉆進時選擇合適高度的副腿進行支撐，會使鉆塔更加穩(wěn)定、可靠。AY系列定向施工液壓鉆塔利用油缸與可調副腿配合調整，使鉆塔可以固定在0～90°任何角度位置，再配合它的獨特結構實現(xiàn)傾斜固定角度的鉆進工作。所以它可以根據(jù)地形和施工目的選擇經(jīng)濟適宜的場地和斜度進行鉆進，使其在進行定向孔施工時，操作簡便易行，工作效率高 。

鉆塔是一種具有一定高度和跨度的金屬桁架，是鉆井設備的重要組成部分，分為天車、塔身主體、二層臺、起塔架、副腿、底盤（底座）六個主要部分（可以根據(jù)實際需要增減變化這些結構部分），鉆塔在鉆井過程中，用于安放和懸掛提升系統(tǒng)，承受鉆具重量，存放鉆桿或鉆鋌等，必須具有足夠的承載能力、強度、剛度、整體穩(wěn)定性和必要的操作使用空間 。

AY系列定向施工液壓鉆塔由五根底梁支撐，轉盤中心前面兩根底梁中間部分用活節(jié)聯(lián)接，當鉆塔旋轉一定角度進行鉆孔作業(yè)時，可拆下妨礙作業(yè)的活節(jié)，實現(xiàn)了鉆機0～90°任意角度斜孔鉆進。

五根底梁上安裝龍門架組成完整的鉆塔底盤，由于XY系列鉆機回轉器的回轉平面垂直于鉆機方向，所以鉆機要與一般習慣的前后安裝方向旋轉90°成左右安裝方向，以便于立軸搬轉角度實現(xiàn)斜孔鉆進，這樣在鉆機移出時要在鉆塔側面留有一定的側移空間。獨特的龍門架結構，使鉆機順利實現(xiàn)側移，整機讓開孔口中心，解決了提放大徑鉆具的難題，而且鉆機回轉器的回轉和鉆塔的傾斜組成定向施工的一個完整配置，順利實現(xiàn)了塔頂-回轉器-井孔三點一線0～90°的定向施工孔的鉆進。

根據(jù)與鉆塔配套的XY-4、XY-44、XY-5、XY-6B等鉆機的不同，設計有兩種龍門架不同的龍門架跨度，實現(xiàn)了鉆機側移后，鉆機仍能方便地進行操作。

系列鉆塔從結構上分為單管兩腳塔、三角塔、四角塔、A型塔、K型塔、桅桿型塔、門字型塔、動態(tài)型塔等；從起塔方式上分為液壓式、機械式、組裝式、伸縮式、折疊式等；從鉆塔工作角度上分為直立式和傾斜式；從選材上分為角鋼塔、管子塔、型鋼塔；從安裝型式分為散裝型、整體車裝型等；從用途上分為石油鉆井、水文鑿井、巖土工程、地質找礦、煤田勘探、工程勘察等；從提升有效高度上分為8米~55米；從提升能力上分為5噸到1000噸等。

摘要：結合XY系列立軸式巖心鉆機的特點，研制開發(fā)了與之配套的AY8-15m系列液壓起塔定向施工A型鉆塔，并獲得了國家實用新型專利。介紹了定向施工液壓鉆塔的結構形式、產(chǎn)品特點及應用實例 。

關鍵詞：立軸式巖心鉆機；AY系列鉆塔；液壓起塔；定向施工

XY系列立軸式巖心鉆機突出特點是便于解體和搬運，可以實現(xiàn)0～90°任意角度斜孔鉆進，特別適合于在交通不便，場地不充裕的山區(qū)工作。結合此系列鉆機特點，研制開發(fā)了與之配套的AY8～15m系列定向施工液壓鉆塔。該鉆塔結構簡單、設計合理，已獲國家實用新型專利。

基本結構及特點

AY系列定向施工液壓鉆塔主要由底梁、塔梁、縱梁、龍門架、塔腿、二層臺、油缸、管路、塔頂、天輪組件、副腿、引導繩組成。

總體上有以下幾個特點：

（1）利用鉆機液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)液壓起塔，并與副腿配合使用，可以實現(xiàn)0～90°任意角度的固定，滿足0～90°任意角度的直斜孔鉆進需要。

（2）在結構盡量簡單的前提下保證各部約束有效，以滿足鉆塔在施工過程中的穩(wěn)定性和足夠的強度。

（3）以可以滿足提升n根3米或n跟4.5米鉆桿的原則確定鉆塔的有效高度。

（4）與鉆機進行充分結合，除滿足結構尺寸和操作空間的要求外，盡量使操作人性化，安全舒適。

（5）對鉆塔各部分進行了合理解體，使強度得到保證的同時，每件重量都控制在200kg以內，便于復雜路況下的易于搬遷和沒有起重設備時的易于安裝。

鉆塔的基本技術參數(shù)包括：有效高度、有效負荷、二層臺高度及立根容量、安裝鉆機設備的所需的基本尺寸等

鉆塔鉆塔有效高度

鉆塔有效高度決定于起下鉆時立根的長度和總的立根數(shù)，鉆塔越高，一次起下鉆的擰卸立根次數(shù)就越少，起下鉆的時間和工人勞動強度也相應減少，但隨著鉆塔高度增大，不僅增加了鉆塔的構件數(shù)量，還必須加大桿件和整體斷面尺寸，也就相應地增大鉆塔的自重以及金屬材料的消耗和搬遷、安裝、拆卸的工作量。因此，根據(jù)鉆孔深度選配鉆桿立根長度，合理地確定鉆塔高度具有重要意義。

鉆塔鉆塔額定負荷

鉆塔的額定負荷是鉆塔基本載荷的最重要因素，是鉆塔強度的重要標志，它決定鉆塔最大提引載荷。

鉆塔基本載荷包括：鉆塔恒定載荷F_H、鉆塔最大提升載荷F_T、鉆塔工作繩載荷F_S、風載F_F、立根載荷F_L、繃繩載荷F_B和鉆塔額定負荷F_E。

AY系列定向施工液壓鉆塔設計了引導繩裝置，保證鉆塔在斜孔鉆進中，提吊系統(tǒng)沿引導繩運動，能夠使提吊系統(tǒng)和鉆具的傾斜方向保持不變，避免因提吊系統(tǒng)重量引起鉆具下垂從而影響鉆進質量。

基本參數(shù)

AY系列定向施工液壓鉆塔的基本參數(shù)見表1

表1 AY系列定向施工液壓鉆塔的基本參數(shù)

應用實例

AY系列定向施工液壓鉆塔結合地質勘探施工實際，力求做到結構緊湊，設計合理。已在北京、河北、山東、吉林、新疆、寧夏、湖北、湖南、福建等地的煤田地質勘探、有色金屬礦勘探以及地質結構勘探方面得到廣泛應用，并出口到蒙古國進行煤礦、有色金屬礦的地質勘探，鉆塔強度、承載能力、靈活性、各角度下鉆進都滿足設計要求。

北京中資環(huán)公司、新疆有色706地質大隊、新疆地礦四隊、中國煤田地質局等配套XY-4、XY-44、XY-5 、XY-6鉆機，在新疆地區(qū)進行煤礦和金礦等有色金屬勘探工程施工，鉆進了25°～90°定向孔，深度500～1000米，鉆進效率滿足了甲方設計要求，取得了較好經(jīng)濟效益和社會效益。

（1）定向施工、斜孔鉆進的應用范圍越來越廣，它可以根據(jù)巖脈分布、地形和施工取芯目的來選擇經(jīng)濟適宜的場地和斜度進行鉆進，AY系列定向施工液壓鉆塔與XY系列鉆機配套使用，使鉆機的適用性、可靠性得到了進一步驗證，使其良好的使用性能得到更充分的發(fā)揮，是XY鉆機配套的良好設備。

（2）AY系列定向施工液壓鉆塔與XY系列鉆機配套使用，可以實現(xiàn)垂直于巖脈的定向施工鉆進，可以準確探明礦藏儲量，同時縮小鉆進深度，降低施工成本，滿足探礦工程施工需要。

（3）XY系列鉆機 配套使用與AY系列定向施工液壓鉆塔配套使用，能夠節(jié)省人力、物力，提高施工效率，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，具有廣闊的應用前景。

天車的設計首先要保證強度要求，同時做到了盡量減輕重量，盡量采用通用件和標準件，做到了簡單、靈活、耐用、易制作和易檢修 。

在對各類型鉆塔結構特點進行分析的基礎上，結合施工生產(chǎn)實際，淘汰S型四角鉆塔，優(yōu)先發(fā)展A型或K型鉆塔，積極開展頂驅鉆塔的理論研究，大力開發(fā)鉆塔配套的機械化、自動化設施，著手研究超深井大型鉆塔，應該是鉆塔研制的發(fā)展趨勢 。

頂驅鉆井系統(tǒng)鉆塔

自1982年頂驅系統(tǒng)問世以來，鉆井效益大幅度提高，事故率和鉆井成本明顯下降，因此該項技術得到快速發(fā)展，預計十年內我國鉆機配備頂驅系統(tǒng)將會有大幅度的增加。頂驅裝置的使用和發(fā)展勢必要求研制新的鉆塔或對舊鉆塔進行改造。配套頂驅系統(tǒng)的鉆塔是一門新技術，因此應立即開展對該種鉆塔的研究工作。應以K型鉆塔作為研究對象，分析結構特點，建立設計理論，而海洋鉆塔將主要是對舊鉆塔的改造，加大有效高度及頂部開檔尺寸等。

多種起塔型式鉆塔的研究

直斜兩用液壓鉆塔的研制及應用的研究使鉆塔和鉆機有效結合，各自功能得到進一步優(yōu)化升級，可以安裝起塔方便并能安裝塔衣的鉆塔的研究也將為安全施工創(chuàng)造條件，要在多種起塔型式鉆塔和滿足多種鉆探工藝的鉆塔的研究方面加大力度，一定能有所收獲。

超深井鉆塔的研究

世界上最大的鉆機鉆井深度已達15000米，鉆塔最高達74米。我國在用的鉆機也有從美國引進的9000米鉆機。國產(chǎn)鉆機的最大鉆井深度為12000米，鉆塔高度為52米，底座高度12米，與國外相比尚有一定差距。因此對超高鉆塔在截面設計、起升機構合理性研究及振動研究等方面應作更多的工作，使我國鉆塔的設計水平再上一個新臺階。

鉆塔自動化配套研究

實現(xiàn)鉆機的自動化，如配備動力大鉗、動力卡瓦等，是提高鉆機工作效率，減輕工人勞動強度的重要途徑。從鉆井作業(yè)情況來看，應在鉆塔上配備小型機械化裝備，如自動排放立根系統(tǒng)、自動套管臺、二層臺逃生器及液壓緩沖器等，以提高鉆機作業(yè)的機械化、自動化程度和安全可靠性。2100433B

二層平臺的作用一是安靠鉆桿,二是連接塔腿，增強鉆塔整體強度。二層平臺一般習慣安裝在鉆塔前面，用于安靠鉆桿，考慮到鉆塔傾斜后鉆桿的安放排列問題，通過改進把二層臺安裝到了鉆塔的后部，保證安放鉆具簡單、方便、合理、安全。

桅桿型鉆塔與其他類型鉆塔相比，高度小、橫截面尺寸小，各橫截面面積相等，豎立起來后像船上的桅桿，故稱之為桅桿型鉆塔。

桅桿型鉆塔也稱為桅桿或鉆架，可以做成獨桿式、管式、板箱式、小斷面桁架式等多種型式,多數(shù)不能靠自重穩(wěn)定,必須采用繃繩或支架、立放塔油缸等以加強其穩(wěn)定性。桅桿型鉆塔尺寸小、重量輕、立放簡便迅速，特別適用于車裝鉆機或拖車裝鉆機。2100433B

用回轉方法作深井鉆進時采用下列鉆塔：

1)預計能提升三個長18-19公尺立根的，用于800-1200公尺鉆進的鉆塔，此類塔高為28公尺。

2)預計提升長25公尺的立根，用于鉆進3000公尺以內的鉆塔；在此情況下使用兩種型式的標準鉆塔：1.高37.3公尺的木板制鉆塔，2.高為41公尺的管子制鉆塔。

3)預計提升37公尺長的立根(用于超深度鉆進)的高54公尺的鉆塔。

高37.3公尺的木板制鉆塔如圖3所示。這種鉆塔安在四個基礎支柱上。鉆塔下的基礎應是很堅固的，因此在不堅固的基礎常會發(fā)生下沉、歪斜，有時會使塔架傾倒。在1000~1500公尺以下的回轉式鉆探大都采用本制的基礎。 2100433B

《地質鉆探用鉆塔技術條件(DZ/T 0089-1993)》由中國標準出版社出版。2100433B