鉆井平臺(tái)鉆臺(tái)面防墜物機(jī)械網(wǎng)架裝置設(shè)計(jì)

施 鵬中威聯(lián)合國(guó)際能源服務(wù)有限公司

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鉆井平臺(tái)鉆臺(tái)面防墜物機(jī)械網(wǎng)架裝置設(shè)計(jì)

施 鵬
中威聯(lián)合國(guó)際能源服務(wù)有限公司

【摘 要】作者結(jié)合自身工作實(shí)踐，針對(duì)當(dāng)前鉆井平臺(tái)高處墜物風(fēng)險(xiǎn)控制的不足嘗試設(shè)計(jì)一種防墜物機(jī)械網(wǎng)架裝置，該機(jī)械網(wǎng)架裝置可在一定程度上加強(qiáng)鉆井平臺(tái)防墜物安全性，從而更好保障鉆井作業(yè)人員的人身安全。此項(xiàng)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用，具有較好的通用性，一旦推廣可對(duì)鉆井平臺(tái)高處墜物風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行更加有效的控制。

【關(guān)鍵詞】鉆井平臺(tái)；井架；高處墜物；防墜物機(jī)械網(wǎng)架裝置

1 國(guó)內(nèi)外鉆井平臺(tái)高處墜物事故案例簡(jiǎn)介

以下兩個(gè)事故案例均源自IADC官方網(wǎng)站[1]。

二層臺(tái)擋風(fēng)墻管件墜落事故（IADC ALERT 02 07）。2002年2月某鉆井平臺(tái)上一個(gè)鉆工正在鉆臺(tái)面指揮吊車吊臂通過V門，此時(shí)吊車吊臂突然誤撞擋風(fēng)墻，導(dǎo)致二層臺(tái)擋風(fēng)墻上一塊2inch×4inch大小、40lb重的管件墜落，造成該鉆工手部受傷。

天車臺(tái)銅止推墊圈墜落事件（IADC ALERT 14 19）。2014年7月某鉆井平臺(tái)上一鉆工發(fā)現(xiàn)鉆臺(tái)面上有一個(gè)直徑約25.4cm、重約0.68kg的銅止推墊圈，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該墊圈是從天車臺(tái)上頂部滑輪內(nèi)側(cè)墜落，該墊圈的墜落位置距最近站立的鉆工僅2m遠(yuǎn)。

從以上兩個(gè)事故事件案例可得出兩個(gè)共同點(diǎn)。首先，都屬于鉆井平臺(tái)面上物體高處墜落，其中一起造成人員受傷，另一起雖未造成受傷但只屬僥幸。第二點(diǎn)是墜落的物體都屬于鉆機(jī)固有設(shè)施，都屬于在外力作用下發(fā)生的墜落。

鉆井平臺(tái)上發(fā)生高處墜物的情況遠(yuǎn)不止這兩種可能，造成的危害甚至可能導(dǎo)致人員死亡。

2 鉆井平臺(tái)高處墜物的危害

鉆井平臺(tái)井架高度隨鉆機(jī)類型不同有所差異，以寶雞石油機(jī)械廠ZJ70/4500D鉆機(jī)為例，井架有效高度45.5m，二層臺(tái)高度26.5m。 根據(jù)動(dòng)能定理：在忽略空氣阻力的情況下，如果從45.5m高的天車臺(tái)上墜落，墜物落到鉆臺(tái)面時(shí)的速度可達(dá)29.86m/s，相當(dāng)于時(shí)速107.5km；如果從26.5m高的二層臺(tái)上墜物，墜物落到鉆臺(tái)面時(shí)的速度可達(dá)22.79m/s，相當(dāng)于時(shí)速82km。以如此高的速度墜落，如果該物體較重、較尖銳，將會(huì)對(duì)鉆臺(tái)面的作業(yè)人員產(chǎn)生巨大危害。

3 國(guó)內(nèi)外鉆井平臺(tái)防墜物現(xiàn)狀簡(jiǎn)介

國(guó)內(nèi)外鉆井平臺(tái)雖有多種類型但各類型鉆機(jī)的井架結(jié)構(gòu)大同小異，當(dāng)前世界范圍內(nèi)較為普遍的是前開口式K型多段井架。

鉆臺(tái)面高處墜物主要來自井架上墜物，鉆機(jī)井架呈人字形立于鉆臺(tái)面上方，主體結(jié)構(gòu)是幾段鋼結(jié)構(gòu)通過連接銷軸組對(duì)而成。鉆機(jī)井架有：固定天車臺(tái)、二層臺(tái)、立管臺(tái)、套管扶正臺(tái)、滑輪、夜間防爆照明燈具等；為游車大鉤、頂驅(qū)垂直上下運(yùn)動(dòng)提供受力支撐及運(yùn)行軌道；為人員上下天車臺(tái)、二層臺(tái)等提供爬梯通道的作用。

井架上可能發(fā)生墜落的物體分兩類，一類是井架上的自有固定設(shè)施，如銷軸、鎖銷別針、滑輪、照明燈具等；另一類是因作業(yè)需要由作業(yè)人員攜帶上去的物品，如維修工具、零配件、對(duì)講機(jī)、手電等。

目前為防范鉆臺(tái)面高處墜物一般采取如下措施進(jìn)行控制：

（1）井架固定設(shè)施防墜控制。

鎖緊：比如用鎖緊別針鎖緊連接銷軸；加裝安全鏈：比如在連接銷軸、滑輪、照明燈具等設(shè)施上加裝安全鏈，一旦設(shè)施發(fā)生松脫可由安全鏈拴住避免墜落；

（2）外帶設(shè)施防墜控制。

上下井架登記制度：作業(yè)人員上下井架需登記隨身攜帶物品以防遺漏在井架上；工具包：作業(yè)人員在上下井架及作業(yè)過程中都應(yīng)將工具、物料放置在工具包內(nèi)以防墜落；安全繩：為避免工具在使用過程中失手意外墜落，可在工具上系上安全繩的一端，安全繩的另一端則固定在工具包或其它結(jié)實(shí)錨點(diǎn)上。

4 防墜物機(jī)械網(wǎng)架裝置設(shè)計(jì)思路

作者曾親身經(jīng)歷過一次鉆機(jī)井架高處墜物的險(xiǎn)情，當(dāng)時(shí)作者和鉆井監(jiān)督經(jīng)過鉆臺(tái)面，突然一陣哐鐺響，一根約半米長(zhǎng)數(shù)公斤重的花籃螺栓從井架上墜落掉在距兩人身側(cè)2m遠(yuǎn)處。所幸只是險(xiǎn)兆事件，如直接被落物擊中后果將不堪設(shè)想。事情已過去很久，但作者一直在思考如何才能更加有效地防范井架高處墜物，直到某次在建筑工地時(shí)被腳手架上的安全網(wǎng)所觸動(dòng)，為什么不可以在鉆臺(tái)面上也搭設(shè)一道類似的安全網(wǎng)，一旦有墜物落下即可將墜物接住以避免對(duì)鉆臺(tái)面人員造成傷害。但是建筑行業(yè)的情況和鉆井行業(yè)還是有很大區(qū)別，直接將安全網(wǎng)搬到鉆臺(tái)面上是行不通的，必須結(jié)合鉆井平臺(tái)實(shí)際情況設(shè)計(jì)

一套實(shí)用好用的防墜物機(jī)械網(wǎng)架裝置。

5 防墜物機(jī)械網(wǎng)架裝置設(shè)計(jì)原理

防墜物機(jī)械網(wǎng)架裝置如下圖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便實(shí)用，鉆機(jī)安裝完畢后由熟練架子工在鉆臺(tái)面上搭設(shè)一層腳手架，立桿高度為3m，立桿可調(diào)座調(diào)節(jié)范圍為0~0.6m，根據(jù)鉆臺(tái)面司鉆偏房、液壓站等高度情況調(diào)節(jié)立桿至適宜高度3~3.6m之間，根據(jù)腳手架搭設(shè)規(guī)范搭設(shè)相應(yīng)的橫桿、斜桿、連墻體。搭設(shè)時(shí)可盡量利用鉆臺(tái)面固定設(shè)施加強(qiáng)機(jī)械網(wǎng)架裝置的穩(wěn)定性，如與護(hù)欄、集裝箱房體等連接，再在腳手架頂部水平搭設(shè)一道由阻燃安全平網(wǎng)及阻燃密目安全網(wǎng)組合而成的雙層安全防護(hù)網(wǎng)。其中底層密目安全網(wǎng)本應(yīng)豎直使用，但在此處水平鋪設(shè)，用于攔接小直徑墜落物體，如螺栓、螺母、別針、螺絲刀等，頂層安全平網(wǎng)網(wǎng)眼直徑較大，但對(duì)于大體積大重量的墜落物體有較好的攔接性能，兩層防護(hù)網(wǎng)取長(zhǎng)補(bǔ)短可有效防護(hù)大小不一的墜落物體。

圖 防墜物機(jī)械網(wǎng)架裝置結(jié)構(gòu)圖

下表為搭設(shè)機(jī)械網(wǎng)架裝置可能用到的零部件，可根據(jù)鉆臺(tái)面實(shí)際情況選用不同長(zhǎng)度鋼管，安全網(wǎng)為塊狀可拼接式結(jié)構(gòu)，通過系繩拼接而成。

表 搭設(shè)機(jī)械網(wǎng)架裝置使用零部件

機(jī)械網(wǎng)架裝置屬于可拆裝結(jié)構(gòu)，鉆井平臺(tái)搬家時(shí)可隨鉆機(jī)一塊搬運(yùn)，此設(shè)計(jì)可作為鉆機(jī)固定設(shè)施涵蓋在新鉆機(jī)設(shè)計(jì)中，也可以作為附加設(shè)施增加到現(xiàn)有老鉆機(jī)中。本機(jī)械網(wǎng)架裝置在自然狀態(tài)下不承重，只有在高處發(fā)生墜物時(shí)才承受一定的落物沖擊力，本機(jī)械網(wǎng)架裝置的設(shè)計(jì)目的是削減高處墜物對(duì)地面人員的傷害風(fēng)險(xiǎn)，并非用于人員高處墜落時(shí)的承接保護(hù)，雖然可能對(duì)此方面有一定的幫助。根據(jù)規(guī)范一般當(dāng)防護(hù)高度差大于10m時(shí)應(yīng)每10m高度差內(nèi)增設(shè)一道安全網(wǎng)，但考慮到鉆機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性以及本網(wǎng)架裝置并非用于承接高處墜人，所以只在距鉆臺(tái)面3~3.6m處設(shè)置一道雙層安全網(wǎng)。

根據(jù)F×t=m×v

可得落物沖擊力F=m×v/t

現(xiàn)舉例說明，假設(shè)某1kg重的工具（如扳手）從二層臺(tái)墜落，二層臺(tái)距鉆臺(tái)面高度為26.5m，安全防護(hù)網(wǎng)距鉆臺(tái)面高度為3m，安全網(wǎng)攔接墜物的緩沖時(shí)間為0.5s。

代入數(shù)據(jù)可得落物沖擊力

根據(jù)GB 5725-2009《安全網(wǎng)》標(biāo)準(zhǔn)，安全平網(wǎng)的網(wǎng)繩斷裂強(qiáng)力≥3000牛頓，此時(shí)的落物沖擊力<安全平網(wǎng)網(wǎng)繩斷裂強(qiáng)力，安全平網(wǎng)可有效接住墜落工具。

如該工具從天車臺(tái)墜落，代入數(shù)據(jù)可得：，此時(shí)的落物沖擊力<安全平網(wǎng)網(wǎng)繩斷裂強(qiáng)力，安全平網(wǎng)仍可有效接住墜落工具。

根據(jù)公式反推可得當(dāng)重物質(zhì)量大于70kg時(shí)，從二層臺(tái)墜下將可撞斷安全平網(wǎng)（取安全平網(wǎng)的網(wǎng)繩斷裂強(qiáng)力＝3000N），當(dāng)重物質(zhì)量大于52kg時(shí)，從天車臺(tái)墜下將可撞斷安全平網(wǎng)。

如要能攔接人員墜落，以體重為100kg的人員從二層臺(tái)墜落計(jì)算，安全平網(wǎng)的網(wǎng)繩斷裂強(qiáng)力應(yīng)大于4292N，而且前提條件是機(jī)械網(wǎng)架裝置鋼結(jié)構(gòu)件同樣能承受這樣的沖擊力。

6 防墜物機(jī)械網(wǎng)架裝置優(yōu)缺點(diǎn)

（1） 優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件容易獲取，較易推廣實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)熟練架子工在半小時(shí)內(nèi)即可拆裝完成；

可大幅削減高處墜物傷人風(fēng)險(xiǎn)，為鉆井平臺(tái)工作人員多增加一層保障；密目防護(hù)網(wǎng)本身還具備一定的遮陽(yáng)、擋冰雹功能；防護(hù)網(wǎng)具備較好的阻燃性。

（2） 缺點(diǎn)。

未實(shí)現(xiàn)全覆蓋，井口附近區(qū)域因頂驅(qū)、游車上下運(yùn)動(dòng)無法搭設(shè)防護(hù)網(wǎng)；可能與鉆臺(tái)面設(shè)備產(chǎn)生干涉，需調(diào)整好。

7 結(jié)論

此種防墜物機(jī)械網(wǎng)架裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單功能實(shí)用，將比較成熟的腳手架、安全防護(hù)網(wǎng)與鉆井平臺(tái)相結(jié)合，可較好削減高處墜物傷人風(fēng)險(xiǎn)。此類設(shè)計(jì)在當(dāng)前鉆井領(lǐng)域尚未推廣應(yīng)用，具有較好的市場(chǎng)推廣前景。

參考文獻(xiàn)

[1] IADC官方網(wǎng)站.http://www.iadc.org/

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 5725-2009 安全網(wǎng)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009

[3] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 24911-2010 碗扣式鋼管腳手架構(gòu)件[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010