田 炯， 宋 偉， 劉 虎， 耿建璞， 趙文濤， 張西坤， 高占聽

(河北建勘鉆探設(shè)備有限公司，河北 石家莊 050031)

雙主卷揚配合“環(huán)形道活門機構(gòu)”的快速提下鉆系統(tǒng)

田 炯， 宋 偉， 劉 虎， 耿建璞， 趙文濤， 張西坤， 高占聽

(河北建勘鉆探設(shè)備有限公司，河北 石家莊 050031)

為了提高快速提升鉆具更換鉆具的能力，研制了SPT-600D型拖車鉆機。該鉆機配置了SPS-600型雙卷揚鉆機及“環(huán)形道活門機構(gòu)”。試驗及應用情況表明，雙卷揚配合“環(huán)形道活門機構(gòu)”能夠快速提升鉆具更換鉆具，縮短鉆井施工的時間，可實現(xiàn)水文水井施工優(yōu)質(zhì)、高效、快速的要求。

SPT-600D型鉆機；拖車；雙卷揚；環(huán)形道活門機構(gòu)；水文水井鉆探

1 問題的提出

近年來，由于我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，大量開發(fā)利用地下水資源，地下水位逐年下降，建井越來越深，成本越來越高，對鉆機鉆探能力的要求也越來越高。然而水文水井鉆探要求工期短，流動性大，搬遷頻繁，所以要求所使用的鉆探設(shè)備不能過于笨重。目前水文水井鉆機按組裝方式可分為散裝式、拖車式和車載式幾種型式。其中散裝式水文水井鉆機以其低廉的價格優(yōu)勢在施工領(lǐng)域占有一定的地位，但其搬遷轉(zhuǎn)場不方便，不僅在搬遷過程中會浪費大量的時間，而且純鉆進時間十分有限，造成人力、物力、財力的浪費。拖車式和車載式鉆機，搬遷轉(zhuǎn)場方便快捷，省時省力，大大縮短了輔助時間。然而車載式鉆機制造價格高，投入成本大，許多用戶不易接受。因而拖車式鉆機以其適中的價格，搬遷轉(zhuǎn)場方便快捷的特點，顯示出它的優(yōu)越性。隨著水文水井鉆探需求量的增加，對水文水井施工提出了優(yōu)質(zhì)、高效、快速的要求。在以往的鉆井過程中，更換鉆具是整個鉆井過程中最浪費時間和人力的工序，因此，基于上述現(xiàn)狀，經(jīng)過市場調(diào)研，考慮市場需求，我公司研制開發(fā)了一種新型SPT-600D型拖車鉆機。該鉆機改進了鉆進工藝，使得鉆井過程中更換鉆桿的時間大大縮短。

2 SPT-600D型拖車鉆機結(jié)構(gòu)

SPT-600型水文水井鉆機是拖車、轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)、正反循環(huán)鉆機，它主要適用于第四系松散地層、砂層、卵礫石層和基巖等各種復雜地層鉆進，可鉆鑿600 m深的水井，也可適用于水文地質(zhì)勘察孔、地熱開發(fā)孔、工程建筑灌注樁孔等的鉆進施工。

SPT-600D型拖車鉆機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 主機

SPT-600D型拖車鉆機主機采用SPS-600型雙卷揚鉆機，該鉆機結(jié)構(gòu)如圖2所示。

該機主要由轉(zhuǎn)盤、萬向軸、傳動系統(tǒng)及動力系統(tǒng)等組成。轉(zhuǎn)盤為圓錐齒輪和圓柱斜齒輪雙級減速傳動結(jié)構(gòu)，傳動比為6.16，最大輸出扭矩25 kN·m，轉(zhuǎn)盤有支座、托盤、撥杠、卡方各一套。萬向軸采用JN162黃河汽車傳動軸及萬向節(jié)總成，扭矩6000 N·m。傳動系統(tǒng)包括機架、離合器、變速箱、卷揚機及相應操作系統(tǒng)。離合器為干式常開式摩擦離合器，經(jīng)內(nèi)、外齒聯(lián)軸器傳至變速箱；變速箱可提供4個正擋和4個反擋，傳給轉(zhuǎn)盤和卷揚，轉(zhuǎn)盤、卷揚可實現(xiàn)聯(lián)動和分動，從而更方便的完成鉆進和提下鉆具的工作；卷揚機為行星傳動，提升能力大，操作可靠，工作平穩(wěn)。

圖1 SPT-600D型拖車鉆機

圖2 SPS-600型雙卷揚鉆機

2.2 鉆塔

SPT-600D型拖車鉆機采用K15B-70型鉆塔，該鉆塔為K型結(jié)構(gòu)，由塔身、天車、人字架、門字架、起塔導輪等組成，可通過液壓油缸整體起落。

該鉆塔承載能力大，外形美觀，起落塔方便，使用安全，鉆塔上部設(shè)有“環(huán)形道活門機構(gòu)”，可使主動鉆桿通過環(huán)行道自動后退，讓開孔口懸掛于塔內(nèi)，實現(xiàn)塔上無人操作。鉆塔結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 K15B-70型鉆塔

2.3 滑道及后靠結(jié)構(gòu)

整體滑道均采用80 mm槽鋼焊接而成，后靠部位采用U形結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 滑道及后靠結(jié)構(gòu)示意圖

滑道由直行滑道、后靠滑道、撥塊、銷軸等組成。“環(huán)形道活門機構(gòu)”由后靠滑道、撥塊、銷軸等組成。與之配合使用的是水龍頭導向機構(gòu)，導向機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 導向機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

3 雙卷揚鉆機配合“環(huán)形道活門機構(gòu)”提升鉆具的工作方式

SPT-600D型拖車鉆機主副卷揚及穿繩結(jié)構(gòu)如圖6、圖7所示。

圖6 SPT-600D型拖車鉆機主副卷揚機工作示意圖

圖7 七輪天車穿繩示意圖

主副卷揚配合七輪天車進行鉆井作業(yè)，在更換鉆桿時，主卷揚提升水龍頭導向機構(gòu)及方鉆桿沿滑道進行提升進行到“環(huán)形道活門機構(gòu)”，在機構(gòu)內(nèi)進行如下動作：水龍頭帶導向滑輪，從底部進入滑道Ⅰ部分，沿滑道向上滑動，經(jīng)過撥塊，撥塊被頂?shù)教摼€位置，水龍頭導向達到Ⅱ位置；此時，撥塊由于自重，回到初始位置。水龍頭導向往下運動，順著滑塊往Ⅲ位置滑動，達到Ⅳ位置停止。此時，水龍頭導向后靠于鉆塔后部。此工作方式見圖8。

圖8 “環(huán)形道活門機構(gòu)”示意圖

水龍頭導向及方鉆桿靠于鉆塔后部后，副卷揚帶動三輪滑車從場地拽動鉆桿并提升鉆桿到鉆塔內(nèi)部，與轉(zhuǎn)盤支座上鉆桿連接。連接完成后，副卷揚帶動三輪滑車下放鉆桿至井深位置。

此時主卷揚帶動水龍頭導向及方鉆桿從Ⅳ位置沿環(huán)行道提升至Ⅴ位置，對準井口，下放方鉆桿至鉆桿位置，連接鉆桿，即可開始進行鉆井作業(yè)。

4 雙卷揚配合“環(huán)行道活門機構(gòu)”的廠內(nèi)試驗情況

SPT-600D型拖車鉆機在完成了樣機的試制后，按照《水文水井鉆機試驗方法》(DZ/T 0048—93)、《水文水井鉆機技術(shù)條件》(DZ/T 0047—93)，在我公司廠區(qū)內(nèi)進行了各項試驗，各項試驗數(shù)據(jù)均能滿足設(shè)計要求。鉆機整體見圖9。

圖9 SPT-600D型拖車鉆機整體外觀照片

(1)鉆機連續(xù)空載運轉(zhuǎn)24 h，各部件運轉(zhuǎn)無異常噪聲，最大噪聲≯95 dB，變速箱各擋位無跑擋現(xiàn)象，各密封處無滲漏油現(xiàn)象。

(2)用總質(zhì)量9 t的試塊對主卷揚進行單繩一速提升能力試驗，每次提升高度均不低于6 m，然后試塊自由落體1 m時抱閘制動，制動迅速可靠。聯(lián)接水剎車后，試塊下降平穩(wěn)。然后用總質(zhì)量5 t的試塊對副卷揚進行單繩一速提升能力試驗，試驗結(jié)果制動迅速可靠。

(3)液壓系統(tǒng)起升鉆塔平穩(wěn)，液壓支腿伸出準確穩(wěn)定，節(jié)流閥調(diào)節(jié)穩(wěn)定鎖死，各部件無滲漏油現(xiàn)象。

(4)對鉆塔進行加載試驗，逐級加載至滿載，保持10 min后卸載，鉆塔無永久變形，焊縫、焊口處無開焊及裂紋現(xiàn)象。

(5)對水龍頭進行靜載試驗，卸載后所有受力零件無永久變形；對水龍頭進行靜水壓試驗，每一個試驗點保持2 min，各試驗點無滲漏現(xiàn)象。

(6)對“環(huán)行道活門機構(gòu)”進行配合試驗，游動滑車，水龍頭導向機構(gòu)均安裝于鉆塔上，進行試驗。水龍頭導向輪能順利通過撥塊，達到滑道上部，同時撥塊能自由下放；水龍頭導向輪向下能順利進入到環(huán)行道內(nèi)。

5 雙卷揚配合“環(huán)行道活門機構(gòu)”現(xiàn)場使用情況

2015年9月，SPT-600D型拖車鉆機在新疆伊寧市察布查爾縣順利開鉆，孔徑325 mm，孔深435 m，歷時10天。在本次鉆井施工中，我公司技術(shù)人員針對雙卷揚配合“環(huán)形道活門機構(gòu)”的更換鉆具作業(yè)的時間進行了細致的測量及分析；同時對同場地的一臺不帶后靠機構(gòu)的拖車鉆機進行了數(shù)據(jù)采集。兩臺拖車鉆機更換鉆具時間見表1所示。

表1 更換鉆具時間對比表

通過計算鉆具更換時間，可知SPT-600D型鉆機比普通型鉆機共節(jié)省更換鉆具時間123.5 min。該鉆井施工中，我公司生產(chǎn)的SPT-600D型拖車鉆機得到用戶的高度評價，不僅節(jié)省了更換鉆具的時間，還降低了工人的勞動強度。

6 結(jié)語

近年來，水文水井鉆機的結(jié)構(gòu)和品種隨著鉆進方法的發(fā)展在不斷地變化，機械化程度也在不斷的提高。通過對SPT-600D型拖車式水井鉆機的研制及“環(huán)形道活門機構(gòu)”的應用，開發(fā)了一種新的鉆井工藝，并得到了廣大用戶的認可。通過試驗及應用情況表明，雙卷揚配合“環(huán)形道活門機構(gòu)”能夠快速提升鉆具和更換鉆具，縮短鉆井施工的時間，降低工人的勞動強度。

[1] 金晶.一種用于新疆地區(qū)的拖裝式淺井鉆機的研制[J].新疆石油科技,1993,2(3)：77-80.

[2] 胡仲杰,張聯(lián)庫,鄧小軍,等.HXY-800QT型拖車鉆機的研制及應用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2005,32(6):34-37.

[3] 史亞楠,劉慶禮,張西坤,等.水井鉆機的選型與配套[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2010,37(9):27-32.

[4] 宋偉,宋秋鋒,呂龍,等.新型SPT-1500拖車鉆機的研制及應用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2014,41(11):41-45.

[5] 王慧嶺,程林,朱立強.新型SPT-600拖車鉆機的研制[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011,38(6):26-28,32.

[6] 李曉暉,程林,李艷麗,等.便捷式SPT-1500型拖車鉆機的研制與應用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2015,42(6):35-38.

[7] DZ/T 0047—93，水文水井鉆機技術(shù)條件[S].

[8] DZ/T 0048—93，水文水井鉆機試驗方法[S].

Fast Lifting and Lowering Drill Pipes System with Special Structure/

TIANJiong,SONGWei,LIUHu,GENGJian-pu,ZHAOWen-tao,ZHANGXi-kun,GAOZhan-ting

In order to achieve rapid drilling tools lifting, lowering and replacing, SPT-600D trailer drilling rig is developed, which is configured with SPS-600 dual winch drilling rig and ring like track shutter mechanism. The experiment and application show that by dual winch and ring like track shutter mechanism, drillingtools replacement can be quickly improved with short drilling construction period to realize high quality, high efficiency and fast hydrology and water well construction.

SPT-600D rig; trailer; dual winch; ring like track shutter mechanism; hydrology and water well drilling

2016-06-07；

2016-09-20

田炯，男，漢族，1981年生，工程師，機械專業(yè)，從事鉆探設(shè)備的設(shè)計工作，河北省石家莊市長安區(qū)建華南大街58號，52890274@qq.com。

P634.3+1

A

1672-7428(2017)01-0061-04

(Hebei Jiankan Drilling Equipment Co., Ltd., Shijiazhuang Hebei 050031, China)