黨 林

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安710077）

煤層氣屬于非常規(guī)天然氣的一種，其熱值與天然氣相當，因此，煤層氣是一種熱值高、污染少、安全性好的潔凈能源，是上好的民用、商用、發(fā)電燃料和化工原料[1-3]。車載鉆機具有鉆進速度快、操作簡單、輔助作業(yè)方便、適用于多種鉆進工藝、拆裝及運輸方便等優(yōu)點[4-8]，廣泛應(yīng)用于煤層氣勘探和抽采、礦山應(yīng)急救援以及工程施工中[9]，是目前煤層氣鉆孔和救援鉆孔施工的主流施工裝備[10]。

車載鉆機主要是靠上裝鉆機部分實現(xiàn)大扭矩回轉(zhuǎn)和強力起拔來完成作業(yè)任務(wù)的。這2 個功能參數(shù)是車載鉆機最為主要的技術(shù)指標。目前，國內(nèi)的車載鉆機生產(chǎn)企業(yè)和專用汽車檢測檢驗機構(gòu)對這2 個參數(shù)的確定最常用的方法是通過公式計算得到1 個設(shè)計理論值，或是通過工程施工，憑經(jīng)驗間接的獲得1 個參數(shù)范圍，不能夠準確檢測車載鉆機的這2個主要參數(shù)，嚴重制約了車載鉆機上裝性能的檢測檢驗和最大參數(shù)值的標定工作，存在最大參數(shù)標定不合理、誤區(qū)多等缺點，使得車載鉆機的可靠性受到極大限制。為此，提出了一種車載鉆機上裝靜載性能檢測方法，檢測方法能夠直觀、準確、快速對車載鉆機上裝的靜態(tài)扭矩和靜態(tài)提升力進行檢測，并在實際工作中得到成功應(yīng)用。

1 檢測平臺搭建

車載鉆機靜載性能檢測時，由于檢測的扭矩和提升力都比較大，檢測平臺需要施加很大的反作用力以達到檢測的目的，檢測平臺建設(shè)的難點就在于施力裝置。檢測平臺采用深度約為18～25 m、直徑約為700～900 mm 的鋼筋混凝土灌注樁，中間預(yù)埋φ127 mm 鉆桿作為傳力構(gòu)件來實現(xiàn)，樁身采用C30混凝土澆筑。在中間預(yù)埋鉆桿的上端（露出混凝土澆筑樁一端）連接鉆桿接頭，使其法蘭端朝上。車載鉆機靜載性能檢測平臺建設(shè)示意圖如1。

圖1 車載鉆機靜載性能檢測平臺建設(shè)示意圖Fig.1 Construction diagram of static load performance testing platform of truck-mounted drilling rig

車載鉆機靜載性能檢測平臺主要檢測車載鉆機靜態(tài)扭矩和提升力2 個主要參數(shù)，鑒于車載鉆機的特點和要求，設(shè)計建設(shè)的車載鉆機靜載性能檢測平臺在施工和建設(shè)時保證其抗扭能力和抗拉能力分別達到30 000 N·m 和1 000 kN 以上，并考慮到安全系數(shù)及以后的能力擴充，檢測平臺留有更大的富余空間。為此所配備的靜態(tài)扭矩傳感器和提升力傳感器設(shè)計測試能力分別為50 000 N·m 和1 200 kN，靜態(tài)扭矩傳感器如圖2，靜態(tài)提升力傳感器圖3。

圖2 靜態(tài)扭矩傳感器Fig.2 Static torque sensor

除傳感器和檢測平臺外，在檢測時還需要相應(yīng)的工裝來輔助完成檢測檢驗任務(wù)。鉆桿接頭如圖4；檢測過程中使用的檢測用鉆桿和檢測平臺建設(shè)時預(yù)埋的鉆桿都采用這種法蘭接頭，連接尺寸與扭矩傳感器、提升力傳感器、提升力檢測用工裝一致，以便能與其連接。

圖3 靜態(tài)提升力傳感器Fig.3 Static lift force sensor

圖4 鉆桿接頭Fig.4 Drill pipe joint

檢測提升力時，為避免檢測鉆桿和預(yù)埋鉆桿及傳感器不對中導(dǎo)致的誤差及對傳感器的損傷，采用1 對提升力檢測用工裝，分別連接在檢測鉆桿下端和提升力傳感器上端，中間用鋼絲繩連接。提升力檢測工裝如圖5。

圖5 提升力檢測工裝Fig.5 Lifting force detection tooling

2 車載鉆機靜載性能檢測方法及過程

通過該檢測平臺，對中煤科工集團西安研究院有限公司生產(chǎn)的ZMK5530TZJ60 和ZMK5530TZJ100型車載鉆機進行了靜態(tài)扭矩和靜態(tài)提升力的試驗和檢測檢驗。

1）檢測前準備工作。在檢測過程中，檢測平臺的基礎(chǔ)及預(yù)埋鉆桿固定不動，將車載鉆機?？吭跈z測平臺合適的位置，立車后，將檢測用鉆桿連接到車載鉆機動力頭處，檢測用鉆桿的下端連接如圖4的鉆桿接頭，使其法蘭端朝下，使檢測用鉆桿與檢測平臺預(yù)埋鉆桿盡可能同軸，以減少檢測時的數(shù)據(jù)誤差，提高檢測時的精度和安全性。

2）靜態(tài)扭矩檢測方法。將圖2 的扭矩傳感器上端與檢測用鉆桿下端的法蘭進行連接，在檢測平臺預(yù)埋鉆桿的上端法蘭處安裝萬向聯(lián)軸器（萬向聯(lián)軸器兩端法蘭的連接尺寸和圖2 的扭矩傳感器以及圖4 的鉆桿接頭相同），將車載鉆機動力頭向下行走，使扭矩傳感器的另一端和萬向聯(lián)軸器的一端連接。所有采用螺栓連接處都使用高強度螺栓。螺紋連接處，在連接之前都必須涂抹絲扣油。扭矩傳感器和工裝連接完成后，將扭矩傳感器儀表與傳感器進行連接，通電后即可開始檢測車載鉆機的靜態(tài)扭矩。車載鉆機靜態(tài)扭矩檢測時的狀態(tài)如圖6。傳感器通電后，車載鉆機停止給進，動力頭在低速檔的狀態(tài)下，調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)調(diào)速控制手柄，由低到高逐漸加載，測量車載鉆機動力頭輸出的扭矩值，該值即為車載鉆機的靜態(tài)扭矩。

圖6 車載鉆機靜載檢測示意圖Fig.6 Diagram of static load detection of truck-mounted drilling rig

3）靜態(tài)提升力檢測方法。扭矩檢測完后，將扭矩傳感器、萬向聯(lián)軸器依次從檢測平臺和檢測用鉆桿上拆除，使車載鉆機和檢測平臺恢復(fù)到上文“檢測前準備”的狀態(tài)。將圖3 的提升力傳感器的下端連接到預(yù)埋鉆桿的法蘭盤上，提升力傳感器的上端連接1 個圖5 的提升力檢測用工裝，檢測用鉆桿下端的法蘭連接另1 個圖5 的提升力檢測用工裝，將車載鉆機動力頭向下行走，使得2 個提升力檢測用工裝距離在1 m 左右，然后將鋼絲繩穿過2 個提升力檢測用工裝的圓環(huán)，用繩扣鎖緊。所有采用螺栓連接處都使用高強度螺栓。提升力傳感器和提升力檢測用工裝連接完成后，將提升力傳感器儀表與傳感器進行連接，通電后即可開始檢測車載鉆機的靜態(tài)提升力。傳感器通電后，車載鉆機在停止回轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，調(diào)節(jié)提升調(diào)速控制手柄，由低到高逐漸加載，在系統(tǒng)壓力達到額定壓力時測得的提升力數(shù)值為車載鉆機的靜態(tài)提升力。2 個主要技術(shù)參數(shù)檢測完成后，拆除傳感器及工裝，將車載鉆機桅桿收回，并將車載鉆機移出檢測區(qū)域，使檢測平臺恢復(fù)到如圖1的狀態(tài)，做好保養(yǎng)和防護。

4）靜載性能檢測及結(jié)果。對ZMK5530TZJ60 型和ZMK5530TZJ100 型車載鉆機按照上述方法進行了靜態(tài)扭矩和靜態(tài)提升力的檢測。ZMK5530TZJ60型車載鉆機靜態(tài)扭矩在額定壓力26 MPa 時的檢測值為12 135 N·m；靜態(tài)提升力在額定壓力35 MPa時的檢測值為612 kN。ZMK5530TZJ100 型車載鉆機靜態(tài)扭矩在額定壓力26 MPa 時的檢測值為30 758 N·m；靜態(tài)提升力在額定壓力35 MPa 時的檢測值為1 089 kN。

3 結(jié) 語

介紹了車載鉆機靜載性能檢測方法，檢測方法既提高了車載鉆機的試驗和檢測能力，又對車載鉆機最大參數(shù)的標定提供了準確依據(jù)，避免了采用傳統(tǒng)方法導(dǎo)致的最大參數(shù)標定不合理、誤區(qū)多等缺點。使用該檢測方法，在車載鉆機試驗和檢測檢驗階段進行了成功應(yīng)用，效果直觀、準確、快速，達到了預(yù)期目的。