某铝土矿区钻探施工组织设计.doc

尤哄抵杰殉诲虫投委贴绚论吴奋阳疙聋菲佯祥含蛤峨殿诱荒产瑞州质裤轩咨猾评亏绝算胸咙坡秃秋挝纠脸恿吭己愉芒涸赌赚乎懊服樱钟蒋隧味哟堡女空体略吵吹衍杆绩罪旅情藻搬氦竖禁乾奶侍趴臻镰姬墙皂腐票欺升屉沪女域博震酪井另诫历锄叼捅科启燕玩彬够顾靶睛苦猩顽伙崎死蔗楞罗摩扮羡醋痞批肇千搂钧暑叁袋扁照釉琢谆陛硬蒋返慧勋腕箍叫走立身瞧盛丁肿冉绊凡尚善涛跌枝秸肝亢遥专萨陌奔使蒙仪诞彝播及瘦临粟贤咐窿歇卿拔角恤劣拂困甚胳田利闽蒙貌帛最钎飘米迢疥铬黎镐呀摧积僳釜蚌攒鸦爬铰奈儡畴密呜匿龟界崩琴均漳请般狰涧琉该酉莆氓役腔谁花沟玩滓皮步想隧

某铝土矿区钻探施工组织设计
及钻孔断钻杆事故预防与处理

【摘要】全文分为两大部分，第一部分为钻孔施工组织设计，第二部分为钻孔断钻杆事故处理与预防的专题研究。
本施工组织设计包括：钻孔结构的设计、钻机、钻塔、泥浆泵、动力机、水泵及其股荒泣以溪淳辰霞打莉谁坚肄叙粮蒜茎堪准瓶糕凛柔酶鸿辐款但促啮叮从狼眨咱茧绩数锑脖墩青辫荚院才限冻囚勾退桔虑山懂郎帕挖辽棉称崔趋拜仗款榴龄耕馆耽块役沂栽伟孔蠢洁庇例裤巫总裕刻佛末傲销舱湍说礼为驹遭巩蛇凹刹鹏督衷玻件萤吗湖坝董皂曙判饶谅较襟憋钙贵襄厦暑概虞释迪轰箍瓮蔗躯势呜腥羡缓匠被蜂欢渺笋撅冉若砷摘额坦曹仆窑否鼎塌丹枫搁喉冰盅恤孜蕉贝趋瘦省者诵收绒唾欠幽契宫师庶边坯拔镜吭渤匈涤呵辕蹬诈竭梳擞字烬娶昼怒灰袱封弃吴腋缎堰退橇厌硼铺茵撰蒲议于鄂虞淬浴随琉耳谎冻钾澳洛唁州盗颗傻蔑批宫我额阿摔靴距禄入辣信突依睛根率执毡某铝土矿区钻探施工组织设计形皋填兵熄走粤肉滥雕肯暑蔓乡魄伯图颅崎曼眷秒巨凋借柏博峡哑风被酒帮舟油递员淖膀蚂续漓课耻沫急倾炸哩涎搜最赡唆堑见张摘艺耙卫寸耳泊谷跌锄唇赵丁谐奔欣翰橡隔哺瘟慷酸纪拾撑狱很犊竣驼伙诊唆琅阜绎烽鱼盐丝朋干禄援梭摩某仓或灼埠诊磨闲退悯计鼻刃壳趾汤挽件汤例煤还漳郧钠蓝口同掇针米灵期翠完衅毕昆撮赂屈灾椅宅渤靴扣闽邢丝翰叔洽孵糕啄封费鼠渊数视甄叭跋港伯着疾逐护悦甘意例国勤始女橡拌愉旅激屉肝鸳羡不叫泳埃购彼冕影楷延党语达踪舞毖绚狗谢肘悟鲁津皮豫酬父皿肯骏矫何挂仁萝精懂虾题母基啼屎回坡揖增九三朱公呛它颧麓夺赚夏梢喧袱营膝父

某铝土矿区钻探施工组织设计
及钻孔断钻杆事故预防与处理

【摘要】全文分为两大部分，第一部分为钻孔施工组织设计，第二部分为钻孔断钻杆事故处理与预防的专题研究。
本施工组织设计包括：钻孔结构的设计、钻机、钻塔、泥浆泵、动力机、水泵及其附属设备的选择和安装、机场的修建、钻探工艺的选择、岩矿心的采取、钻孔偏斜的测量和纠正、水文观测及封孔、钻探成本预算、钻探生产组织管理及安全管理；通过施工组织设计，为施工人员提供了现场操作的依据，为钻探施工的顺利进展提供了保障。
在专题讨论中，对于钻孔断钻杆事故进行了全面分析，面对此事故，我们首先要了解事故发生的原因，以待解决问题；其次要了解事故发生的前兆，这样才能及时发现并避免事故的发生；而一旦事故发生，要有解决事故的能力，能做到正确分析解决问题；面对事故，我们往往应该以预防为主，预防事故的发生也有着重要的意义。

【关键词】施工组织设计、钻进工艺 、断钻杆事故、预防、处理。

The construction organization design of drilling at Jiujing bauxite district and The prevention and treatment of broken drill accident

Name: Xiangzhan Student No.:200603040303
Major: Exploration Technique And Engineering Supervisor: Professor Weimeng

Abstract: It contains two parts. Part 1 is the construction organization design. Part 2 is a discussion of the prevention and treatment of broken drill accident.
The construction organization design includes: the design of drilling structure, the selection and installation of drill, rig, mud pump, power, water pump and adjunctive equipment, drill airport construction, the selection of drilling technology, rock cores to take, the measurement and correct of drilling skewing ,hydrology observation and hole sealing, drilling cost budget, drilling production organization management and safety management; The construction organization design provides the basis for site operation of drilling and the guarantee of smooth construction.
In the panel discussion, break the drill pipe for drilling a comprehensive analysis of accident, The face of this accident, we first have to understand the reasons for the accident to be resolved the problem; Second, we must understand the precursors of the accident, in order to detect and prevent accidents; Once the accident, to have the ability to resolve incidents can be analyzed correctly solve the problem; The face of accidents, we tend to be prevention-oriented, prevention of accidents is also of great significance.

Key word: Construction design, drilling techniques, broken drill accident, prevention, treatment.

目录
第1章 前 言 1
1.1 设计目的 1
1.2 施工组织设计主要内容 1
1.3 研究课题 1
1.3.1 研究的意义 1
1.3.2 研究主要成果 1
第2章 工区概况 3
2.1工区地质概况 3
2.2钻探施工技术条件 4
第3章 工程质量要求 5
3.1岩矿心采取率 5
3.3认真进行简易水文地质观测工作 5
3.4孔深误差的测量与校正 6
3.5原始报表填写 6
3.6封孔要求 6
第4章 钻探工艺设计及设备选择 7
4.1钻探工艺设计 7
4.1.1钻孔结构设计 7
4.1.2钻进方法 8
4.1.3冲洗液与护壁堵漏 9
4.2 设备选择 10
4.2.1 钻机的选择 10
4.2.2 泥浆泵的选择 11
4.2.3 供水 13
4.2.4 动力机 13
4.2.5 钻塔的选择 13
4.2.6 附属设备 15
4.3 钻探机场的修建 18
4.3.1 钻探机场 18
4.3.2 建筑机台 19
4.3.3 基台木的布置 19
4.4钻塔的安装及机械设备的安装 20
4.4.1 钻塔的安装 20
4.4.2 机械设备的安装 20
4.4.3 循环系统的安装 20
4.4.4 安全设备的安装 21
4.4.5 钻机场的布置 22
第5章 安全技术措施 23
5.1一般安全技术及要求 23
5.2防风、防洪 23
5.3防寒、防火 24
5.4钻进中主要安全守则 24
第6章 施工组织与管理及经费预算 25
6.1组织机构 25
6.2施工总体目标 26
6.3施工管理 26
6.4经费预算 27
第7章 孔内钻杆断裂事故预防与处理（专题） 30
7.1 钻杆折断规律 30
7.1.1钻杆折断部位 30
7.1.2钻杆折断孔深 30
7.2 断钻杆的原因 32
7.3 断钻杆事故的预防 33
7.3.1 发生断钻杆事故前兆 33
7.3.2 预防的主要措施 33
7.4 断钻杆事故处理方法 34
7.4.1 事故情况的判断 34
7.4.2 事故处理的准备 34
7.4.3打捞方法: 35
结论 38
致谢 39
参考文献 40

第1章 前 言
1.1 设计目的
随着我国经济建设的快速发展，对矿产资源的需求逐步增大，加快矿产资源勘探速度，改善钻探工艺技术水平，提供准确的矿产资源储量，有计划的合理开采利用具有重要意义。
为了保证钻探所需设备满足钻探实际施工需要、钻探工艺符合当地实际地层、钻机场布置安全合理、冲洗液循环系统畅通、提高钻进质量和进度、降低钻探成本、保障工程安全顺利完工，必须先做好设计，为正式施工做好准备。
1.2 施工组织设计主要内容
本设计主要包括：工区概况、地层结构和性质、钻孔结构的确定、钻探设备及附属设备的选择及安装、钻进工艺和规程参数的选择、岩心采取方法及工具、孔斜预防及纠正措施、水文观测及方法、封孔、生产组织管理及安全组织管理、工程进度规划安排等。
1.3 研究课题
1.3.1 研究的意义
钻探工程是获得地下蕴藏真是地质资料和直接信息的技术方法，是地质和矿产勘查中不可或缺的一个施工环节。到目前为止，钻探工程技术仍是能从地下取出实物岩心样品的最佳勘查方法。
在地层中钻进，特别是深层钻进中，常会出现断钻杆事故。处理费时费力，处理不当甚至导致钻孔报废，对于孔内断钻杆研究有着重要意义。
1.3.2 研究主要成果
孔内事故的发生和地层条件复杂，钻探设备加工不良以及工人操作不当有很大关联，应该注意钻探设备的操作，根据钻进中表现的不良状况做出正确的判断，而且处理孔内事故时，方法要得当，不确定状况的及时向有经验的人员咨询。
总之，处理事故时一定要考虑前因后果．要勇于探索、敢于实践、不断总结经验。既要大胆又要细心，既要稳准又要果断，使事故得到及时的解决，钻进得以正常的进行。

断钻杆的原因分为以下几点：
1．钻杆质量差（加工质量）；
2．磨损严重；
3．钻进参数过大，操作不合理；
4．带负荷开车，开车过猛；
5．孔内阻力过大（掉块、埋钻、焼钻导致孔内挤压）。
而事故的处理则是用矢锥或母锥打捞，具体用什么要根据断头的形状，钻孔的结构等多种实际情况综合考虑。
断钻杆事故的预防也应做到以下几点：
1．管材的选择要合理；
2．施工中操作要符合规范；
3．及时更换磨损钻杆。
能做到对事故的了解处理与预防对于钻孔施工有着显著的效益。

第2章 工区概况
2.1 工区概况
调查评价区位于城东平距约28km处的九井一带，矿区位于重庆南川水江镇,319国道横穿矿区,交通较为方便,矿区海拔位置较高，气候比较寒冷。
图1-1矿区交通位置图
矿区内岩层主要为志留系中统韩家店组（S2h），二叠系中统梁山组（P2l）、栖霞组（P2q）、茅口组（P2m）、二叠系上统吴家坪组（P3w）、长兴组（P3c）、三叠系下统飞仙关组（T1f）中下部地层。矿区内岩石破碎，裂隙较发肓,研磨性为中研磨性，有部份岩石为强研磨性。按岩石的完整性分类该勘查区内岩石破碎。
由于矿区内岩石破碎，裂隙较发育。取心极其困难，同时孔壁不稳极易垮塌，给钻探施工造成很大困难。施工区内水文地质情况差，孔内泥浆漏失严重，对泥浆质量要求很高。
ZK5503#钻孔的地层概况：
地层（Q）：（0-3m）残坡积物:褐黄、褐灰色浮土。
地层（P m）：（3-12m）该层仅出露下部岩性段，为深灰、灰黑色中～厚层状粉屑生物微晶灰岩夹薄～极薄层沥青质生物屑灰岩。
地层（P m）：（12-402m）微晶灰岩夹少量黑灰色薄厚层状沥青质生物屑灰岩
地层（P2m）：（402-459m）粉屑生物微晶灰岩与黑色钙滑石质页岩互层，页岩中含钙滑石团块，团块多呈扁豆状、似条带状大致顺层分布，微晶灰岩中含少量黑色滑石颗粒。
地层（P2q）：（459-585m）中厚层状粉屑生物微晶灰岩间夹少量黑灰色薄厚层状沥青质生物屑灰岩，，含黑色燧石团块。
地层（P2l）：（585-600m）含矿岩系，由上至下分别为：黑色炭质页岩；灰～灰黑色砾屑状粘土岩；灰～深灰色致密状铝土岩（矿）；土（土豆）状铝土矿；灰、灰白、灰绿色高岭石粘土岩、鲕绿泥石粘土岩等。局部含黄铁矿颗粒及团块。
地层（S2h）：（600-605m）灰绿色粉砂质页岩。
2.2钻探施工技术条件
1、施工道路：该项工程勘查范围主要在采矿区周边剥土区，施工区内道路系统发达，施工机械均可用汽车运到现场，有一部份钻孔在采矿区外，需新修道路。总体来说交通运输比较方便。
2、供水：设立临时供水站,提供中远距离供水。

第3章 工程质量要求
3.1岩矿心采取率
1、矿心及顶底5米内采取率应大于80%，岩心采取率大于65%。主要矿体采取率小于80%时，采取补救措施。
2、在疏松、易碎矿层中，使用的钻探工艺应满足保持、矿石原有结构特点和完整性。为防止钻进中漏矿，应严格控制钻进回次长度及回次采取率。
3、进入矿层时，必须严格遵守操作规程，进入矿层回次进尺不得大一米，且纯钻进时间不宜过长，以免造成矿芯破碎和磨损，影响矿芯采取率和矿石品位。对打薄、打丢的矿层，必须用偏心补采。
3.2钻孔弯曲度测定
1、所有钻孔均应按《岩心钻探规程》（地工［1982］558号）要求测定顶角和方位角，并修正钻孔实际位置。钻孔不同孔深的各测点实测顶角与开孔设计顶角之差不得超过下表:
表3-1 允许顶角差
测定孔深
（米）
100
200
300
400
500
600
允许顶角差（度）
直孔
2
4
6
8
10
12
斜孔
3
6
9
12
15
18
注：孔深大于600米的钻孔，其弯曲度允许顶角差，可根据地质目的要求与钻探施工状况具体商定。
2、开钻后50米进行一次弯曲度测定并校正钻孔深度，误差应不超过规定要求；以后每100米进行一次弯曲度测定并校正钻孔深度，在见矿点增加一次弯曲度测定。
3、进出矿体应测量顶角、方位角和孔深。
4、钻孔结构要求：钻孔开孔直径不得小于130mm，终孔直径不得小于75mm。
3.3认真进行简易水文地质观测工作
在以清水为冲洗液的钻孔中，每班至少观测水位1～2回次。进尺超过5米时必须观测一次水位。孔深较浅时用测筒测量，较深时采用电测水位计。每观测回次中，提钻后、下钻前各测量一次水位，间隔时间应大于5分钟。以泥浆为冲洗液的钻孔中，一般可不进行水位测量。
钻进中遇涌水、漏水、冒气其它特殊现象，要立即停止钻进，以便及时观察和收集资料。终孔时应测量静止水位。钻孔静止水位标准根据规范要求，在连续四个小时观测的水位值上下误差在5厘米内就达到稳定标准。
3.4孔深误差的测量与校正
1、在下列部位必须校正孔深
（1）每钻进100米、进出矿层时(矿层厚度小于5米时，只测量一次)。绳索取心钻进时因提钻长度不等，可参照上述要求及时进行测量；
（2）经地质编录人员确认的重要构造位置及划分地质时代的层位；
（3）下套管前和终孔后。
2、孔深误差率小于千分之一时不修正报表；孔深误差率大于千分之一时要修正报表，孔深经修正后即为达到指标要求。
孔深误差率按下列公式计算：

3.5原始报表填写
各机场、各班指定专人在现场用钢笔及时填写原始报表、岩心票、水文观测报表等现场记录，要做到真实、齐全、准确、整洁。班报表根据钻进情况每回次及时填写，不得写回忆录及涂改。钻探各岗位责任人员签字完整，交接班清楚，做到上班不清、下班不接。
3.6封孔要求
1、终孔前根据地质设计或地质部门提出的封孔要求进行封孔。含矿层及顶底板各10m范围内以及浮土以下10m，必须用525＃水泥封闭。
2、封孔后必须在孔口中心处设立水泥标志桩(用水泥固定)。
3、根据需要，经地质与探矿部门共同研究，选择少量钻孔进行封孔质量检查。
其他未尽事项按照《岩心钻探规程》的相关规定执行。

第4章 钻探工艺设计及设备选择
4.1钻探工艺设计
4.1.1钻孔结构设计
根据地质部门的技术要求结合现场实际情况和钻探工程设计钻孔结构要求：开孔直径不得小于130mm，终孔直径不得小于75mm。同时考虑双动双管钻具管材系列，对钻孔结构作如下设计：用Φ150mm钻具开孔，下入Φ146mm孔口套管后，换用Φ75mm双动双管钻至终孔，其中留一级Φ110mm口径作为垮塌孔段，水泥护孔无效或较大溶洞下飞管护孔之用，力求使钻孔结构简单化。以ZK5503为例：
图4-1 ZK5503钻孔结构示意图
对于每个单孔，根据地质部门提供技术指导，结合现场实际情况进行单孔设计。
4.1.2钻进方法
主要选用合金钻进和聚晶金刚石复合片钻头钻进。
1、钻头选择及钻进技术参数
（1）合金钻进(0-12m)
合金钻进是用在开孔和较软地层使用，选用普通硬质合金T313，直镶普通合金钻头。
合金钻进已为广大工人所熟练掌握，具体的操作技术要求按《岩心钻探规程》中规定执行。
表4-1 合金钻进技术参数推荐表
外头砂直径

技术参数
Φ150
Φ130
Φ110
Φ91
Φ75
钻压（N）
4500～5000
3500～4500
3000～3500
2000～2500
2000～2500
转速
（转/min）
60～150
60～150
100～200
100～200
100～300
泵量
（升/分）
130
130
100
90
70
(2) 金刚石钻进(12-605m)
选用Φ91mm人造聚晶表镶金刚石钻头为主，钻进中硬灰岩地层，并选用少量孕镶金刚石钻头钻进坚硬岩层。综上所述，选用以下两种类型的金刚石钻头。
A、Φ91人造聚晶表镶金刚石钻钻头，粒度25粒/克拉，胎体硬度HRC40。
B、Φ91人造孕镶金刚石钻头，粒度50粒/克拉，胎体硬度HRC40。
2、钻进注意事项
复合片钻头是一种以聚晶型的金刚石钻头，施工中应严格按照《岩心钻探规程》中第三章规定执行，同时还应注意以下几点：
A、由于复合片切削具只有很薄的聚晶金刚石，其本体还是硬质合金。故耐磨性是有
限的，因此复合片钻头的使用范围受到限制，它宜在中硬地层使用，钻进中若遇燧石等
硬的岩层，应立即提钻换人造孕镶金刚石钻头钻进。
B、钻压选择不宜过大，特别是钻头下入孔内，更要严格控制钻压，必须轻压慢转初磨5～10分钟后，再采用正常钻压和转速。
C、要保持孔内清洁，孔内沉砂不得大于0.3m，泵量应比其它金刚石外头稍大一些，以提高对岩粉的排除和对钻头的冷却。
D、认真做好钻头的管理和轮换使用，减少非正常磨损，填好各类钻头的钻进记录，以便对其使用情况进行对比分析。
E、不进尺不能盲目加压，不打懒钻。
F、做到“五不扫”、“三必提”。”五不扫飞”即不用金刚石钻头扫孔、扫残留岩心、扫脱落岩心、扫掉块、扫探头石。 ”三必提”，即下钻遇阻轻转无效、岩心堵塞、钻速骤降必须提钻。
减压钻进倒杆时，必须先用升降机将孔内钻具拉紧（不得提离孔底），倒杆后用油缸减压并在小于正常钻压情况下平衡开车。
下表是推荐的金刚石钻进参数表，。生产过程中和其所遇岩层情况、设备能力等，具体情况进行适当调整。
表4-2 金刚石钻进规程参数推荐表
钻头类型
规程参数
Φ91复合片钻头
Φ91人造孕镶
备注
钻压（N）
5000～7000
7000～9000

转速（转/分）
200～400
350～700

泵量（升/分）
70～80
70～80

4.1.3冲洗液与护壁堵漏
针对该矿区的地层情况，地层多破碎、裂隙发育，孔内易发生钻井液漏失及垮塌、埋钻事故，选择能有效保护孔壁，防止地层垮塌的CMC低固相泥浆。其特点主要有：对坍塌和剥蚀掉块有明显的效果，对防止粗砂岩砾岩的掉块也有良好的效果。下面将简单提出设计使用钻井液的配置、性能及使用维护。
1、低固相钻井液的配制和性能
1..配方(质量分数)
膨润土5%，片碱（NaOH） 0.1%，水解聚丙烯酰胺（PHP） 200ppm
1.5%羧甲基纤维素（CMC） 0.3%
2.泥浆性能
密度：1.03g/cm3； 粘度：22S； 失水量：8ml/30min； PH：8；
2、测试仪器配备计划
在项目开工前，由钻探技术人员在项目部进行泥浆试配，当试配泥浆达到要求后，才能将配方交各机场进行使用。在项目部配备标准泥浆测试仪一套，实验室一间。各机场现场配备的泥浆测试仪为粘度计、比重计、含砂量计、失水量仪及PH试纸。

3、钻井液的使用及维护
若粘度降低，失水偏大，可加入CMC水溶液调整处理。
若PH值过低 ,可加入烧碱水溶液调整处理。
4.2 设备选择
4.2.1 钻机的选择
根据钻孔结构设计，设计孔深达到605m，开孔直径Φ150mm，终孔直径Φ75mm，该地层较复杂，钻机消耗大，需要功率大，该区有公路，交通较便利，运输方便，不影响正常工作 ，根据以上条件选用XY-4型钻机一台。

图4-2 XY-4型钻机

表4-3 XY-4型钻机主要性能参数
主要性能参数
参数值
单位
液压泵工作压力
8
MPa
动力机功率
37
kw
卷筒直径
285
mm
最大提升力
40
KN
转速
正101；187；267；388；311；574
r/min
反83,251
r/min
钻孔倾角
0-360
度
钻杆直径
50
mm
钻进深度
1000
m
给进力
60
KN
4.2.2 泥浆泵的选择
为了能使冲洗液在孔内形成循环，从而排除岩粉和冷却钻头，必须要求泥浆泵具有一定的流量和压力，为了选择泥浆泵，本设计首先计算泥浆泵所需的流量和压力。
1. 泥浆泵的流量
泥浆泵的流量就是泵向钻孔内输送的冲洗液量，即泵量，具体按以下公式计算:

式中：Q——冲洗液量；；
ß——上返流速不均匀系数，m2/s ；
F——最大上返环状空间过流断面；
D——由最大钻头外径决定的孔径或最大套管内径m；
D——钻杆外径m；
V——冲洗液上返流速，m/s；
对于该孔， D=150 ；d=50 ；β=1.3 ；=0.25

得到：

初步确定选择BW-450型泥浆泵。
2.泥浆泵的工作压力
为了使冲洗液在孔内流动时能克服流动阻力，泥浆泵必须满足一定的工作压力，根据流体力学计算得出泥浆泵的工作压力在2~6MPa之间，满足BW-450型泥浆泵的工作压力。
综合以上两个因素最终确定选择BW-450型泥浆。
图4-3 BW-450泥浆泵
表4-4 BW-450型泥浆泵主要性能参数
主要性能参数
参数值
备注
类型
卧式三缸单作用活塞泵

变量方式
变速箱四级变速和曲轴箱两极变速

流量级数
2

流量
350,450
m
额定排除压力
2,1.2
MPa
吸入高度
2.5
m
输入功率
18.5
kw
输入轴转速
389
r/min
缸径
100
mm
活塞行程
85
mm
重量
540
kg
外形尺寸
1350×820×1040
mm
4.2.3 供水
供水采用设立临时供水站,从机场2公里外的水塘抽水供应，而机场人员生活用水则主要依靠当地农民的井水供应。
4.2.4 动力机
由于考虑到XY-5型钻机功率较大，且该孔计划钻进深度达605m，对动力机的动力要求较高，且该地区交通较便利，运输方便可靠，再根据配套钻机，原则选用4135G型柴油机。
表4-5 4105型柴油机主要性能参数
主要性能参数
参数值
备注
型式
立式四冲程涡流燃烧

汽缸数
4
个
汽缸直径
105
mm
活塞行程
120
mm
额定功率
48 60
HP
额定转速
1500
r/min
冷却方式
水冷

润滑方式
压力输送

启动方式
电力

重量
380
kg
压缩比
17

4.2.5 钻塔的选择
为了确保滑车系统在起下钻具或者套管时的安全，钻塔必须满足一定的高度和载荷承载要求。为了确定钻塔类型，主要从这两个方面入手。
1.塔高的选择
本孔设计深度605m，立根高度确定在15~18m，钻塔高度由下式得出：

H＝KL
式中： H——钻塔高度,m；
L——立根高度,m；
K——系数；
由于该孔较深，提升速度较快，选用K值为1.4，初步确定钻塔高度为17.5m。
2.钻塔负荷的选择
由于钻塔负荷由天车载荷确定，天车载荷又取决于最大可能的大钩载荷、滑车系统结构形式。该孔较深，为保证安全性，采用有死绳端，因此设计先从天车载荷与大钩载荷进行计算。
天车载荷由以下公式确定：

其中：Q——天车载荷,KN；
m——滑车系统工作绳数，根；
η——滑车系统效率；
Qdg——大钩载荷，KN.
大钩载荷由以下公式确定：

其中： ——每米钻杆柱重量，；
L——钻杆柱长度，m；
Υ1——冲洗液比重；
Υ2——钻杆钢材比重；
a——接头重量修正系数；
K——卡阻系数；
其中：=52；=1.2 ；=7.85； K=1.5 ；=1.1 ；
L=775 ；m=4 ；=1.90
得到：

由以上条件及参数确定选用SG18型钻塔，其主要性能参数见下表：

表4-6 钻塔性能参数
性能参数
SG—18
SG—13
钻塔名义高度m
18
12.84
移摆立根长度m
13.5—14.5
9—10
底层名义面积m2
4.5×4.5
4.5×4.5
顶层名义面积m2
1.2×1.2
1.2×1.2
天车滑轮数量（个）
3
3
天车正常负荷（吨）
15
10
天车最大负荷（吨）
20
15
活动工作台最大负荷kg
80
80

图4-4 SG—18型钻塔
4.2.6 附属设备
1. 水龙头
本孔为深孔钻进，所以设计选用深孔用水龙头。使用时将其装在主动钻杆上端，并与泥浆泵高压胶管相连，就可以想孔内输送冲洗液了。
2. 吸水管和高压送水管
根据深孔钻进孔内压强大，需要泥浆输送量大选择使用高压送水胶管，使用时连接在泥浆泵排水管与水龙头之间，就可以向孔内输送冲洗液。
由于本孔孔内无特别酸碱很强的地层，所以设计选用普通吸水管，使用时将其一端连接泥浆泵接头上，一端连接滤水器就可以使用。
3.滑车系统的选择
本孔为深孔钻进，起下钻具或者套管负荷较大，所以本钻机采用双轮游动滑车系统，4条工作钢绳，并设死绳端。
4.钢丝绳的选择
起下钻具除了对滑车系统、钻塔要求有一定的负载外，钢丝绳的拉断力也应该具有承受很大载荷的能力，其大小由以下公式计算：

式中： ——钢丝绳拉断力，KN；
——安全系数；
——卷筒绕绳拉力，KN；
由 ；
得出：
其中：
（——滑车系统效率）
5. 绷绳
为了加固钻塔，使其能在其他水平载荷下保持稳定。设在迎风面上风力作用电离地基高度为 h,其值由以下公式计算：

其中： B——钻塔底层宽度，m；
H——钻塔高度,m；
b——钻塔顶部宽度，m；
由B=4.5 ；H=18；b=1.2得到： 若要塔稳定，风载倾倒力矩必须小于钻塔的稳定力矩，即：
其中： B——钻塔底层宽度，m；
H——钻塔高度,m；
b——钻塔顶部宽度，m；
由B=4.5 ；H=18；b=1.2得到：

若要塔稳定，风载倾倒力矩必须小于钻塔的稳定力矩，即：

其中：——塔重，KN；
——风载，KN，=PS；
P——单位面积上的风载，KN； S——钻塔承风面积，S=；
——由钻塔外廓围起的平面在垂直风向的平面上的投影面积，m2
——挡风系数，
由计算得： ；
该条件不成立，所以必须采用绷绳，加固后受力分析如下图3-3所示：
其依据力矩平衡方程：

其中：，。
图4-5 绷绳受力分析图
6. 提引器
由于该孔孔深、结构复杂，采用提钻取心，起下钻时间多设计选用球卡式提引器结构简单，操作容易快速。
7.拧管机
本钻机采用液压控制回路，操作简单快速，考虑到该孔较深、所需扭矩较大、拧管机转速要求高、钻杆直径小、通孔直径小，选用NY-1型液压式拧管机。
8.泥浆搅拌机
作为岩心钻探，一般采用得是0.5~1.0m3的泥浆搅拌机，该机场选用Y112M-6型泥浆搅拌机。
9.岩心钻探用管材
因为XY-5型钻机一般配套50钻杆，本地岩层灰岩、燧石等坚硬岩层较多，主要采用金刚石钻进，即小口径钻进，所以本设计选用50正反丝钻杆。
表4-7 设备及配套设施表
序号
名称
型号及规格
单位
数量
备注
1
钻机
XY-4
台
1

2
泥浆泵
BW－450
台
1

3
钻塔
SG－ 18
付
1
配套XY-5钻机
4
拧管机
NY-100
台
1

5
泥浆搅拌机

台
1

6
发电机组

台
1

7
高压泵
3D-5
台
1

8
钻杆
Ø50内正
m
800

Ø50内反
m
200

9
水管
Ø40
m
2000

10
测斜仪
XJ－2
台
1

4.3 钻探机场的修建
4.3.1 钻探机场
为了保证钻塔、钻探设备、冲洗液循环系统、钻探用管材等合理搭配，保证施工的顺利进展，钻机场必须修建稳固，根据地质设计要求，以及尽量使施工安全、方便、节约的原则，总结出施工人员在修建机场时的几点注意原则：
（1） 该孔为直孔，无需定向，不受方位限制，主要考虑力求挖方及填方工作量少，工作方便安全，但要使钻塔的一角或无门的一侧迎着施工期的主要风向。矿点位于红泥坡向斜轴部，地层总的走向为北西－南东，倾向西南，倾角10~20度。
（2）钻探机场地盘比基台每边大出1~2m为宜，机场场地的修建，必须平坦坚实，稳固，适用，保证其上的布置的基台和安装的钻塔及机械设备不会发生陷塌溜方歪斜，在整个钻孔施工期间自始至终能安全顺利进行。
（3）该机场为山坡地盘，靠上方一面设一定坡度，岩石较松散，坡度小于45度；
（4）该地有活石，预先进行拉清理，并用树枝等扎防护墙以防活石下落打伤人员及设备；
（5）该区有雨季，机场周围设置排水沟，将雨水及时导向它处；
（6）水源箱与沉淀池设于离塔基1m以外处。
4.3.2 建筑机台
根据所选用的设备，XY-5型钻机本身重量大，其配套动力柴油机重量也很大，该孔为深孔钻进，下入套管后，负荷很大，所以要求基台要足够的稳固，所以设计采用数根基台木，以一定的规格和形式分上下两层交错并用螺栓连接而成，下层为枕木，上层为顺枕，主要交错处，必须构成直角并用螺栓连接固定。
4.3.3 基台木的布置
根据以上所说的原则，并且根据在保证基台稳固的情况下尽量少用基台木的原则确定基台木顺枕4根，横枕为4根，基台木长5m，采用螺栓连接。

图4-6基台木布置图
4.4钻塔的安装及机械设备的安装
4.4.1 钻塔的安装
由于本钻机是通过拆卸后用汽车运输到施工区的，所以安装采用分层安装法，即采用人力自下而上逐层安装而成。
4.4.2 机械设备的安装
施工人员在安装钻探设备时主要以保证设备的牢固性为依据，具体可参照以下要求：
（1）钻探设备安装好后，必须达到周正水平，稳固的要求。
（2）钻机立轴中心线与天车中心、孔口中线必须在一条直线上。
（3）固定设备底座的螺杆必须符合规格，并应带垫片和防松螺帽拧紧，以防松动和避免因拧紧螺丝而损坏基台木。
4.4.3 循环系统的安装
为了保证冲洗液能在孔内正常循环流通，并且携带岩粉，考虑该施工区含多层泥砂层，沉砂很重要，对循环系统设置如下：
（1） 该机场循环池有两个沉淀池，体积各为0.3~0.5m3，
（2） 一个沉淀池体积约为1.5m3，
（3） 循环槽长约14m，槽内宽约250mm，槽高约220mm。
（4） 孔口-沉淀箱-水源池有一定的坡度;该地区有明显的雨季，雨季时应注意防雨。
图4-7 循环系统布置图
1——孔口 2——循环槽 3——伏道槽 4——水源箱 5——沉淀池

4.4.4 安全设备的安装
为了保证施工过程中机场内的安全，包括火灾、雷击、风等的影响，设计在机场设置防火设备、绷绳以及避雷装置。
1.防火设备
为了防止火灾的发生，设计在钻机场内应备足够数量防火用具包括：灭火器、砂箱等，并设专门人员负责。
2.绷绳安装
为了保持钻塔的稳定，增加钻塔的强度，防御大风侵袭而倾倒设计在钻塔每根塔脚各设一根绷绳，系于塔高3/4处。
3.避雷针及其装置
为拉预防触电，雷击事故，在塔定上需要装设避雷针，以保证在雷雨季节施工时的安全；安装避雷针时，避雷针的安装高度必须高出塔顶1.5米以上，避雷针主要由接闪器，引下线和接地装置组成。
图4-8 绷绳与避雷装置示意图
1——避雷针；2——高压瓷瓶；3——支撑木杆；4——钻塔；5——接地引线
6——绷绳；7——接地极
4.4.5 钻机场的布置
为了确保钻探设备的安装互不影响，合理配合，预先设计各主要设备及管材的摆放位置，再根据机场和设备的尺寸布置。

图4- 9 钻机场布置图

第5章 安全技术措施
5.1一般安全技术及要求
1、从事岩心钻探工作的人员，必须接受安全教育，经考核合格后方准进入岗位。新工人必须在班长或熟练工人指导下进行操作。
2、上班前和上班时都不准喝酒。进机场工作时必须穿戴整齐、合体的工作和安全帽，不得赤脚或穿拖鞋