便捷式SPT－1500型拖車鉆機(jī)的研制與應(yīng)用

李曉暉，程 林，李艷麗，滿國祥，劉 濤，王慧嶺，孔令滬，朱立強(qiáng)，王家一，張慧杰

(1．河北省地礦局國土資源勘查中心石家莊探礦機(jī)械廠，河北石家莊050081;2．中國人民解放軍68612部隊(duì)，寧夏銀川750021)

隨著施工隊(duì)伍對(duì)鉆井效率、成井速度、鉆孔經(jīng)濟(jì)性要求的逐步提高，在中淺層的水文水井、鹽井、地浸鈾礦開采工程中越來越多的選用拖車鉆機(jī)施工。拖車鉆機(jī)較散裝鉆機(jī)具有搬遷轉(zhuǎn)場(chǎng)方便快捷、鉆機(jī)調(diào)平起塔操作簡單、可大幅縮短輔助時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，但受拖車行走的通過性限制，拖車底盤的尺寸和鉆塔高度都受到制約。底盤尺寸小造成鉆機(jī)操縱空間狹小，在工人操作不便的同時(shí)還增加了風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)的難度。鉆塔有效高度低，只能使用短鉆桿，要使用標(biāo)準(zhǔn)長度的鉆桿就只能采用兩節(jié)式鉆塔。兩節(jié)式鉆塔在運(yùn)輸時(shí)需拆掉上一節(jié)鉆塔，以方便行走，起塔前再重新組裝起來，這樣就增加了起塔工作量，且還需要吊車配合。為解決以上不足，更好地適應(yīng)快速打井的需要，石家莊探礦機(jī)械廠在現(xiàn)有拖車鉆機(jī)的基礎(chǔ)上研發(fā)了便捷式SPT－1500型拖車鉆機(jī)。

1 鉆機(jī)概述

便捷式SPT－1500型拖車鉆機(jī)是一種水井、工程兩用鉆機(jī)，適用于地質(zhì)勘查、水井鉆進(jìn)、地?zé)衢_發(fā)、鹽井鉆井、地浸鈾礦開采、煤層氣開發(fā)等工程。

該鉆機(jī)為轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，采用拖車形式，機(jī)械傳動(dòng)，部分液壓操縱，伸縮式鉆塔。鉆機(jī)采用雙卷揚(yáng)結(jié)構(gòu)，塔頭天輪可實(shí)現(xiàn)使副卷揚(yáng)中心自動(dòng)對(duì)中，接卸鉆桿方便快捷;鉆塔起降、伸縮、整機(jī)調(diào)平均由液壓操縱，省力便捷;增加的機(jī)械副支腿使鉆機(jī)更加安全、穩(wěn)固;鉆機(jī)主機(jī)和泥漿泵由2臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，獨(dú)立動(dòng)力既保證了設(shè)備動(dòng)力傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠，也便于分別控制;液壓系統(tǒng)由11 kW電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的獨(dú)立泵站提供動(dòng)力。該機(jī)具有運(yùn)輸方便、進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間短、施工口徑大、鉆進(jìn)較深、輔助時(shí)間短、工作效率高的特點(diǎn)。

2 主要技術(shù)參數(shù)

鉆孔深度:1500、1000 m

鉆桿直徑:89、127 mm

轉(zhuǎn)盤通孔直徑:660 mm

轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速:正反 37、52、84、145 r/min

轉(zhuǎn)盤最大輸出扭矩:21 kN·m

轉(zhuǎn)盤最大搓扣扭矩:86 kN·m

主卷揚(yáng)提升能力(單繩):90 kN

主卷揚(yáng)第二層繩速:0.84、1.9、3.3 m/s

副卷揚(yáng)提升能力(單繩):60 kN

副卷揚(yáng)第二層繩速:0.45、1、1.8 m/s

輸入轉(zhuǎn)速:730 r/min

鉆機(jī)動(dòng)力:110 kW

鉆塔結(jié)構(gòu)形式:∏形

有效高度:15.5 m

伸縮高度:5 m

鉆塔額定載荷:500 kN

配套泥漿泵型號(hào):TBW－1200/7B

車橋規(guī)格:13 t

車橋數(shù)量:3

轉(zhuǎn)向形式:鋼球無心轉(zhuǎn)盤軸轉(zhuǎn)向

制動(dòng)形式:雙管路充氣制動(dòng)

整機(jī)質(zhì)量:35 t

外型尺寸(運(yùn)輸狀態(tài)):14.5 m×2.5 m×4.3 m

外型尺寸(工作狀態(tài)):11 m×3.7 m×17.5 m

3 鉆機(jī)總體布局和液壓系統(tǒng)工作原理

3．1 總體布局(見圖1)

圖1 SPT－1500型拖車鉆機(jī)總體布局

3．2 鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理(見圖2)

3．3 液壓系統(tǒng)工作原理(見圖3)

4 鉆機(jī)主要部件

便捷式SPT－1500型拖車鉆機(jī)整體外觀見圖4，主要由底盤、轉(zhuǎn)盤、主卷揚(yáng)、副卷揚(yáng)、變速箱、鉆塔、泥漿泵、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等幾部分組成。

4．1 底盤

該鉆機(jī)底盤為拖車式底盤，從具有多年底盤生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)廠家定制。底盤為三橋全掛車結(jié)構(gòu)，采用鋼球無心轉(zhuǎn)盤軸轉(zhuǎn)向，雙管路充氣制動(dòng)。底盤采用4個(gè)獨(dú)立操控的液壓支腿和4個(gè)機(jī)械支腿，可實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的快速就位、找平，并能保證鉆機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的平穩(wěn)、牢固。

4．2 轉(zhuǎn)盤

為適應(yīng)大孔徑作業(yè)的需要，轉(zhuǎn)盤通徑設(shè)計(jì)為660 mm。采用撥杠式轉(zhuǎn)盤，用墊叉擰卸鉆具，撥杠補(bǔ)芯為110 mm×110 mm，可選用136 mm×136 mm的補(bǔ)芯。

4．3 主、副卷揚(yáng)

主卷揚(yáng)傳動(dòng)系統(tǒng)采用行星輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。為緩沖鉆具下放時(shí)的下降速度，避免剎車盤過熱，在主卷揚(yáng)剎車盤端安裝有水剎車。副卷揚(yáng)傳動(dòng)系統(tǒng)亦采用行星輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過鏈條傳入動(dòng)力。

4．4 變速箱

變速箱為齒輪式變速箱，既有變速又有分動(dòng)作用。主、副卷揚(yáng)機(jī)及轉(zhuǎn)盤都是通過變速箱提供動(dòng)力。變速箱內(nèi)有多根傳動(dòng)軸及齒輪，變速箱蓋上裝有分動(dòng)凸輪箱、變速凸輪箱和反正凸輪箱，通過分動(dòng)手把、換向手把和變速手把分別使3個(gè)凸輪箱內(nèi)的撥叉位置發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)分動(dòng)、換向、變速。

4．5 鉆塔

鉆塔為∏形結(jié)構(gòu)，采用矩形鋼管焊接，整體液壓起落，液壓伸縮，塔頭天輪組在主、副卷揚(yáng)在提升時(shí)天輪自動(dòng)對(duì)中，操作方便、可靠、節(jié)省輔助時(shí)間。

下塔腿法蘭盤用螺栓與拖車底盤聯(lián)接，下塔腿與外塔通過銷軸鉸接，液壓油缸起塔后聯(lián)接處采用插銷定位，外塔與內(nèi)塔為伸縮結(jié)構(gòu)，內(nèi)塔沿外塔導(dǎo)槽伸出后，內(nèi)塔支座翻轉(zhuǎn)落下，內(nèi)塔回落到支座上并穿銷固定。既滿足了運(yùn)輸要求，又實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)長度鉆具的使用。

4．6 泥漿泵

選用TBW－1200/7B型泥漿泵，該泵為臥式雙缸雙作用活塞泵。適用于地質(zhì)、地下水、地?zé)帷⒚簩託饧胞}井鉆進(jìn)，介質(zhì)可為泥漿、清水等，亦可作為以上施工的輸液泵。該泵通過更換不同直徑的缸套、活塞套和活塞，可獲得不同的流量和壓力。

4．7 動(dòng)力系統(tǒng)

由鉆機(jī)動(dòng)力、泥漿泵動(dòng)力、液壓油泵動(dòng)力及配電柜組成。配電柜分別控制3臺(tái)電機(jī)運(yùn)行、停止，并設(shè)有多個(gè)接口，滿足照明及外帶設(shè)備用電的需要。

4．8 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由齒輪油泵供給動(dòng)力，通過一個(gè)多聯(lián)換向閥控制液壓支腿的伸縮、鉆塔的起落、鉆塔的伸縮、內(nèi)塔支座的翻轉(zhuǎn)。液壓支腿的伸縮由4個(gè)換向閥獨(dú)立控制，方便調(diào)節(jié)，每個(gè)液壓支腿都配有液壓鎖，保證了液壓支腿長時(shí)間工作的可靠性。鉆塔起落回路裝有液控平衡閥，保證鉆塔勻速下落，克服爬行現(xiàn)象，同時(shí)還起液壓鎖作用。鉆塔的伸縮、內(nèi)塔支座的翻轉(zhuǎn)均由獨(dú)立的換向閥控制相應(yīng)的油缸完成。

5 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

5．1 伸縮式鉆塔

鉆塔采用油缸伸縮結(jié)構(gòu)，主塔由內(nèi)塔和外塔組成，內(nèi)塔可伸縮5 m，在滿足能使用標(biāo)準(zhǔn)長度鉆具前提下，使鉆塔的結(jié)構(gòu)更為合理，運(yùn)輸長度更短，減小了鉆機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑，曾強(qiáng)了鉆機(jī)的野外道路通過性，避免了兩節(jié)式鉆塔的拆裝繁瑣，真正達(dá)到省時(shí)省力。

5．2 大提升力副卷揚(yáng)、自動(dòng)對(duì)中天輪組

為提高鉆進(jìn)時(shí)的加根效率，縮短加根時(shí)間，現(xiàn)拖車鉆機(jī)一般在加根時(shí)都是由主卷揚(yáng)提吊主動(dòng)鉆桿靠斜，副卷揚(yáng)拉起一個(gè)單根完成加根作業(yè)，主卷揚(yáng)提吊主動(dòng)鉆桿對(duì)接后繼續(xù)鉆進(jìn)。省去了主動(dòng)鉆桿拉倒再提起這一動(dòng)作，節(jié)約了時(shí)間，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。但原有的拖車鉆機(jī)卻不能很好地完成這一動(dòng)作，一是副卷揚(yáng)噸位小，鉆孔較深，鉆具噸位大時(shí)根本拉不起來;二是在副卷揚(yáng)提拉鉆具時(shí)，由于天輪組不能移動(dòng)，使得鉆柱與井口不對(duì)中，增加了接桿的擰卸難度。SPT－1500型拖車鉆機(jī)把副卷揚(yáng)單繩提升能力提高到60 kN，增大了提吊能力，可以適應(yīng)中深孔鉆進(jìn)的需要。采用自動(dòng)對(duì)中天輪組，在主卷揚(yáng)工作時(shí)主滑車對(duì)中，在副卷揚(yáng)工作時(shí)副滑車對(duì)中，解決了鉆具對(duì)中這一難題。

5．3 加大工作臺(tái)、增加上下斜梯、設(shè)置鉆具滑道

拖車鉆機(jī)受上路行駛限制一般長度為8～11 m，寬度為2.5 m，在這個(gè)狹小的空間上要布置鉆機(jī)、動(dòng)力和泥漿泵，結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊促。過于緊促的結(jié)構(gòu)給操縱和維修都帶來了不少困難，也增加了安全隱患。便捷式SPT－1500型拖車鉆機(jī)采用11 m×2.5 m拖車底盤，為解決這一問題在底盤兩側(cè)設(shè)置了0.6 m寬可折疊工作臺(tái)，增加了作業(yè)面積，建立了各操作位的安全通道。底盤后部轉(zhuǎn)位置設(shè)置2.5 m×1.5 m折疊工作臺(tái)，方便擰卸作業(yè)和放置擰卸工具。工作臺(tái)鋪設(shè)防滑透水的鱷魚板，并設(shè)有安全護(hù)欄。工作臺(tái)收放方便，放平即可使用，上翻即可收起，不影響行駛寬度。

為方便工作人員上下鉆機(jī)，共設(shè)置了4個(gè)上下斜梯，分別位于轉(zhuǎn)盤工作臺(tái)兩側(cè)、鉆機(jī)操作位、泥漿泵操作位。斜梯為可折疊設(shè)計(jì)，方便運(yùn)輸，梯蹬寬度150 mm，鋪鱷魚板，做到安全防滑。在轉(zhuǎn)盤工作臺(tái)前端設(shè)鉆具滑道，方便鉆具上下，并有效防止磕碰鉆具。

6 鉆機(jī)廠內(nèi)試驗(yàn)情況

便捷式SPT－1500型拖車鉆機(jī)在樣機(jī)試制完成后，按照《水文水井鉆機(jī)技術(shù)條件》(DZ/T 0047—93)、《水文水井鉆機(jī)試驗(yàn)方法》(DZ/T 0048—93)，在石家莊探礦機(jī)械廠試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了各項(xiàng)試驗(yàn)。

6．1 空載運(yùn)轉(zhuǎn)

鉆機(jī)連續(xù)空載運(yùn)轉(zhuǎn)24 h，各運(yùn)轉(zhuǎn)部件無異響，實(shí)測(cè)噪聲85 dB，溫升＜40℃，密封件無滲漏。

6．2 卷揚(yáng)提吊能力

主卷揚(yáng)用9 t試塊進(jìn)行單繩提升、制動(dòng)試驗(yàn)，提升靈活、制動(dòng)可靠。接水剎車后，試塊下降速緩、平穩(wěn)。副卷揚(yáng)用6 t試塊進(jìn)行單繩提升、制動(dòng)試驗(yàn)，提升靈活、制動(dòng)可靠。

6．3 鉆塔承載力

對(duì)鉆塔進(jìn)行承載力試驗(yàn)，逐級(jí)加載至55 t，保持10 min。卸載后無永久變形、焊縫開裂等現(xiàn)象。

6．4 液壓系統(tǒng)

液壓起塔動(dòng)作平穩(wěn)、速度適中，鉆塔伸縮精準(zhǔn)到位，4個(gè)支腿油缸調(diào)節(jié)快速、方便。平衡閥、液壓鎖工作可靠，各部件無滲漏現(xiàn)象。

6．5 行走測(cè)試

拖車行走平穩(wěn)順暢，三軸受力均衡，爬坡性強(qiáng)，通過性好，轉(zhuǎn)彎半徑小，行駛速度45 km/h，氣剎制動(dòng)靈敏、可靠。

7 鉆機(jī)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用情況

2014年5月，新疆野地鉆探工程公司使用便捷式SPT－1500型拖車鉆機(jī)在新疆伊犁進(jìn)行地浸鈾礦開采施工，現(xiàn)場(chǎng)施工圖片見圖5。采用108 mm×108 mm方鉆桿、27 mm 鉆桿、178、203 mm 鉆鋌的鉆具配置，僅用時(shí)10 d即完成一口孔深508 m、終孔直徑311 mm的生產(chǎn)井施工。在使用過程中鉆機(jī)各項(xiàng)性能穩(wěn)定可靠，無質(zhì)量問題發(fā)生。用戶反應(yīng)設(shè)計(jì)人性化，工作區(qū)域設(shè)計(jì)合理，操作方便、省力，鉆進(jìn)效率高，很好地解決了現(xiàn)有拖車鉆機(jī)存在的問題。

圖5 施工現(xiàn)場(chǎng)

8 結(jié)語

隨著鉆井施工對(duì)設(shè)備的便捷性、高效性和經(jīng)濟(jì)性要求的提高，便捷式SPT－1500型拖車鉆機(jī)作為一種轉(zhuǎn)場(chǎng)快捷，省時(shí)省力，加根方便的經(jīng)濟(jì)型鉆機(jī)，必將在市場(chǎng)競爭中顯示出其優(yōu)越性。目前便捷式SPT－1500型拖車鉆機(jī)在新疆、青海市場(chǎng)受到用戶的廣泛認(rèn)可，發(fā)展空間巨大。

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［6］ DZ/T 0047—93，水文水井鉆機(jī)技術(shù)條件［S］．

［7］ DZ/T 0048—93，水文水井鉆機(jī)試驗(yàn)方法［S］．