鉆塔分類(lèi)

系列鉆塔從結(jié)構(gòu)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(mén)字型塔、動(dòng)態(tài)型塔等；從起塔方式上分為液壓式、機(jī)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(chē)裝型等；從用途上分為石油鉆井、水文鑿井、巖土工程、地質(zhì)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(jié)合XY系列立軸式巖心鉆機(jī)的特點(diǎn)，研制開(kāi)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(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利。介紹了定向施工液壓鉆塔的結(jié)構(gòu)形式、產(chǎn)品特點(diǎn)及應(yīng)用實(shí)例 。

關(guān)鍵詞：立軸式巖心鉆機(jī)；AY系列鉆塔；液壓起塔；定向施工

XY系列立軸式巖心鉆機(jī)突出特點(diǎn)是便于解體和搬運(yùn)，可以實(shí)現(xiàn)0～90°任意角度斜孔鉆進(jìn)，特別適合于在交通不便，場(chǎng)地不充裕的山區(qū)工作。結(jié)合此系列鉆機(jī)特點(diǎn)，研制開(kāi)發(fā)了與之配套的AY8～15m系列定向施工液壓鉆塔。該鉆塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理，已獲國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利。

基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

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

總體上有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）利用鉆機(jī)液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)液壓起塔，并與副腿配合使用，可以實(shí)現(xiàn)0～90°任意角度的固定，滿(mǎn)足0～90°任意角度的直斜孔鉆進(jìn)需要。

（2）在結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單的前提下保證各部約束有效，以滿(mǎn)足鉆塔在施工過(guò)程中的穩(wěn)定性和足夠的強(qiáng)度。

（3）以可以滿(mǎn)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(jī)進(jìn)行充分結(jié)合，除滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)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(duì)鉆塔各部分進(jìn)行了合理解體，使強(qiáng)度得到保證的同時(shí)，每件重量都控制在200kg以?xún)?nèi)，便于復(fù)雜路況下的易于搬遷和沒(méi)有起重設(shè)備時(shí)的易于安裝。

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

五根底梁上安裝龍門(mén)架組成完整的鉆塔底盤(pán)，由于XY系列鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)平面垂直于鉆機(jī)方向，所以鉆機(jī)要與一般習(xí)慣的前后安裝方向旋轉(zhuǎn)90°成左右安裝方向，以便于立軸搬轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)斜孔鉆進(jìn)，這樣在鉆機(jī)移出時(shí)要在鉆塔側(cè)面留有一定的側(cè)移空間。獨(dú)特的龍門(mén)架結(jié)構(gòu)，使鉆機(jī)順利實(shí)現(xiàn)側(cè)移，整機(jī)讓開(kāi)孔口中心，解決了提放大徑鉆具的難題，而且鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)和鉆塔的傾斜組成定向施工的一個(gè)完整配置，順利實(shí)現(xiàn)了塔頂-回轉(zhuǎn)器-井孔三點(diǎn)一線(xiàn)0～90°的定向施工孔的鉆進(jìn)。

根據(jù)與鉆塔配套的XY-4、XY-44、XY-5、XY-6B等鉆機(jī)的不同，設(shè)計(jì)有兩種龍門(mén)架不同的龍門(mén)架跨度，實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)側(cè)移后，鉆機(jī)仍能方便地進(jìn)行操作。

一般情況下，要實(shí)現(xiàn)液壓起塔必須附帶較復(fù)雜的液壓系統(tǒng)----動(dòng)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(chǎng)合都因使用繁瑣、實(shí)現(xiàn)困難和維護(hù)要求高放棄使用液壓而改用機(jī)械。而AY系列定向施工液壓鉆塔，借用XY系列鉆機(jī)本身的液壓系統(tǒng)進(jìn)行起落塔，充分發(fā)揮鉆機(jī)和鉆塔各自的優(yōu)勢(shì)，減輕了鉆機(jī)附件的重量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，使用安全可靠。油缸兩端的鉸接處設(shè)計(jì)有關(guān)節(jié)軸承，能有效克服在起塔的過(guò)程中隨著油缸活塞桿的伸長(zhǎng)而產(chǎn)生的不同心帶來(lái)的較勁現(xiàn)象 。

另外因?yàn)楠?dú)特的龍門(mén)架結(jié)構(gòu)，塔腿支點(diǎn)高，鉆塔安裝時(shí)塔腿如水平放置，那么每節(jié)塔腿都必須抬高進(jìn)行銷(xiāo)子聯(lián)接，這就需要吊車(chē)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(shí)準(zhǔn)備工作中的一個(gè)難點(diǎn)。為此在原來(lái)單級(jí)油缸的基礎(chǔ)上改進(jìn)為用多級(jí)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(jìn)行安裝，節(jié)省了人力和物力。

副腿采用銷(xiāo)子連接，長(zhǎng)度可以調(diào)整，用來(lái)在鉆機(jī)任意角度斜孔鉆進(jìn)時(shí)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(jìn)時(shí)選擇合適高度的副腿進(jìn)行支撐，會(huì)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(diào)副腿配合調(diào)整，使鉆塔可以固定在0～90°任何角度位置，再配合它的獨(dú)特結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傾斜固定角度的鉆進(jìn)工作。所以它可以根據(jù)地形和施工目的選擇經(jīng)濟(jì)適宜的場(chǎng)地和斜度進(jìn)行鉆進(jìn)，使其在進(jìn)行定向孔施工時(shí)，操作簡(jiǎn)便易行，工作效率高 。

天車(chē)的設(shè)計(jì)首先要保證強(qiáng)度要求，同時(shí)做到了盡量減輕重量，盡量采用通用件和標(biāo)準(zhǔn)件，做到了簡(jiǎn)單、靈活、耐用、易制作和易檢修 。

鉆塔是一種具有一定高度和跨度的金屬桁架，是鉆井設(shè)備的重要組成部分，分為天車(chē)、塔身主體、二層臺(tái)、起塔架、副腿、底盤(pán)（底座）六個(gè)主要部分（可以根據(jù)實(shí)際需要增減變化這些結(jié)構(gòu)部分），鉆塔在鉆井過(guò)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(qiáng)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設(shè)計(jì)了引導(dǎo)繩裝置，保證鉆塔在斜孔鉆進(jìn)中，提吊系統(tǒng)沿引導(dǎo)繩運(yùn)動(dòng)，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(jìn)質(zhì)量。

基本參數(shù)

AY系列定向施工液壓鉆塔的基本參數(shù)見(jiàn)表1

表1 AY系列定向施工液壓鉆塔的基本參數(shù)

應(yīng)用實(shí)例

AY系列定向施工液壓鉆塔結(jié)合地質(zhì)勘探施工實(shí)際，力求做到結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)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(zhì)勘探、有色金屬礦勘探以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探方面得到廣泛應(yīng)用，并出口到蒙古國(guó)進(jìn)行煤礦、有色金屬礦的地質(zhì)勘探，鉆塔強(qiáng)度、承載能力、靈活性、各角度下鉆進(jìn)都滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

北京中資環(huán)公司、新疆有色706地質(zhì)大隊(duì)、新疆地礦四隊(duì)、中國(guó)煤田地質(zhì)局等配套XY-4、XY-44、XY-5 、XY-6鉆機(jī)，在新疆地區(qū)進(jìn)行煤礦和金礦等有色金屬勘探工程施工，鉆進(jìn)了25°～90°定向孔，深度500～1000米，鉆進(jìn)效率滿(mǎn)足了甲方設(shè)計(jì)要求，取得了較好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（1）定向施工、斜孔鉆進(jìn)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，它可以根據(jù)巖脈分布、地形和施工取芯目的來(lái)選擇經(jīng)濟(jì)適宜的場(chǎng)地和斜度進(jìn)行鉆進(jìn)，AY系列定向施工液壓鉆塔與XY系列鉆機(jī)配套使用，使鉆機(jī)的適用性、可靠性得到了進(jìn)一步驗(yàn)證，使其良好的使用性能得到更充分的發(fā)揮，是XY鉆機(jī)配套的良好設(shè)備。

（2）AY系列定向施工液壓鉆塔與XY系列鉆機(jī)配套使用，可以實(shí)現(xiàn)垂直于巖脈的定向施工鉆進(jìn)，可以準(zhǔn)確探明礦藏儲(chǔ)量，同時(shí)縮小鉆進(jìn)深度，降低施工成本，滿(mǎn)足探礦工程施工需要。

（3）XY系列鉆機(jī) 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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。

鉆塔的基本技術(shù)參數(shù)包括：有效高度、有效負(fù)荷、二層臺(tái)高度及立根容量、安裝鉆機(jī)設(shè)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(shí)立根的長(zhǎng)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(shí)間和工人勞動(dòng)強(qiáng)度也相應(yīng)減少，但隨著鉆塔高度增大，不僅增加了鉆塔的構(gòu)件數(shù)量，還必須加大桿件和整體斷面尺寸，也就相應(yīng)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(zhǎng)度，合理地確定鉆塔高度具有重要意義。

鉆塔鉆塔額定負(fù)荷

鉆塔的額定負(fù)荷是鉆塔基本載荷的最重要因素，是鉆塔強(qiáng)度的重要標(biāo)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(fēng)載F_F、立根載荷F_L、繃?yán)K載荷F_B和鉆塔額定負(fù)荷F_E。

二層平臺(tái)的作用一是安靠鉆桿,二是連接塔腿，增強(qiáng)鉆塔整體強(qiáng)度。二層平臺(tái)一般習(xí)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(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)把二層臺(tái)安裝到了鉆塔的后部，保證安放鉆具簡(jiǎn)單、方便、合理、安全。

在對(duì)各類(lèi)型鉆塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工生產(chǎn)實(shí)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(kāi)展頂驅(qū)鉆塔的理論研究，大力開(kāi)發(fā)鉆塔配套的機(jī)械化、自動(dòng)化設(shè)施，著手研究超深井大型鉆塔，應(yīng)該是鉆塔研制的發(fā)展趨勢(shì) 。

頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)鉆塔

自1982年頂驅(qū)系統(tǒng)問(wèn)世以來(lái)，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(xiàng)技術(shù)得到快速發(fā)展，預(yù)計(jì)十年內(nèi)我國(guó)鉆機(jī)配備頂驅(qū)系統(tǒng)將會(huì)有大幅度的增加。頂驅(qū)裝置的使用和發(fā)展勢(shì)必要求研制新的鉆塔或?qū)εf鉆塔進(jìn)行改造。配套頂驅(qū)系統(tǒng)的鉆塔是一門(mén)新技術(shù)，因此應(yīng)立即開(kāi)展對(duì)該種鉆塔的研究工作。應(yīng)以K型鉆塔作為研究對(duì)象，分析結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立設(shè)計(jì)理論，而海洋鉆塔將主要是對(duì)舊鉆塔的改造，加大有效高度及頂部開(kāi)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(yīng)用的研究使鉆塔和鉆機(jī)有效結(jié)合，各自功能得到進(jìn)一步優(yōu)化升級(jí)，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(mǎn)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(jī)鉆井深度已達(dá)15000米，鉆塔最高達(dá)74米。我國(guó)在用的鉆機(jī)也有從美國(guó)引進(jìn)的9000米鉆機(jī)。國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)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(guó)外相比尚有一定差距。因此對(duì)超高鉆塔在截面設(shè)計(jì)、起升機(jī)構(gòu)合理性研究及振動(dòng)研究等方面應(yīng)作更多的工作，使我國(guó)鉆塔的設(shè)計(jì)水平再上一個(gè)新臺(tái)階。

鉆塔自動(dòng)化配套研究

實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的自動(dòng)化，如配備動(dòng)力大鉗、動(dòng)力卡瓦等，是提高鉆機(jī)工作效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的重要途徑。從鉆井作業(yè)情況來(lái)看，應(yīng)在鉆塔上配備小型機(jī)械化裝備，如自動(dòng)排放立根系統(tǒng)、自動(dòng)套管臺(tái)、二層臺(tái)逃生器及液壓緩沖器等，以提高鉆機(jī)作業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化程度和安全可靠性。2100433B

桅桿型鉆塔與其他類(lèi)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(lái)后像船上的桅桿，故稱(chēng)之為桅桿型鉆塔。

桅桿型鉆塔也稱(chēng)為桅桿或鉆架，可以做成獨(dú)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?yán)K或支架、立放塔油缸等以加強(qiáng)其穩(wěn)定性。桅桿型鉆塔尺寸小、重量輕、立放簡(jiǎn)便迅速，特別適用于車(chē)裝鉆機(jī)或拖車(chē)裝鉆機(jī)。2100433B

用回轉(zhuǎn)方法作深井鉆進(jìn)時(shí)采用下列鉆塔：

1)預(yù)計(jì)能提升三個(gè)長(zhǎng)18-19公尺立根的，用于800-1200公尺鉆進(jìn)的鉆塔，此類(lèi)塔高為28公尺。

2)預(yù)計(jì)提升長(zhǎng)25公尺的立根，用于鉆進(jìn)3000公尺以?xún)?nèi)的鉆塔；在此情況下使用兩種型式的標(biāo)準(zhǔn)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(yù)計(jì)提升37公尺長(zhǎng)的立根(用于超深度鉆進(jìn))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(gè)基礎(chǔ)支柱上。鉆塔下的基礎(chǔ)應(yīng)是很堅(jiān)固的，因此在不堅(jiān)固的基礎(chǔ)常會(huì)發(fā)生下沉、歪斜，有時(shí)會(huì)使塔架傾倒。在1000~1500公尺以下的回轉(zhuǎn)式鉆探大都采用本制的基礎(chǔ)。 2100433B

《地質(zhì)鉆探用鉆塔技術(shù)條件(DZ/T 0089-1993)》由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版。2100433B