论采矿绳索取芯钻进工艺技术.doc

1、1论采矿绳索取芯钻进工艺技术摘 要：坑道钻探是指为了地质、工程、安全、采矿等目的而在矿山坑道中进行的一种特殊钻探技术。该钻进技术，在钻进的同时有探测的内容，并因钻孔口径较小，区别于矿井下使用反井钻机等施工溜煤眼、通风孔等大口径工程孔的施工。对采矿绳索取心钻进工艺进行简要的分析。 关键词：采矿；绳索；取心；钻进；工艺 中图分类号：TD43 文献标识码： A 文章编号： 1 前言 绳索取芯钻进是一种先进的岩芯钻探工艺。它采用大直径的钻杆，在钻具里面套装一根取芯管，在钻进过程中，岩芯缓慢地装在取芯管内。当回次进尺终了，岩芯装满取芯管时，采用带绳索的打捞器，从钻杆中把取芯管提出，提取岩芯后，又从钻杆中

2、把取芯管放到孔底，继续钻进。绳索取芯与普通钻进取芯相比，具有可控制钻孔偏斜度、提高钻进效率、降低工程成本、提高岩芯采取率、减少孔内事故等优点；尤其在钻穿复杂地层方面，有着其它取芯技术无可比拟的优点，因而被广泛应用。 坑道钻探是指为了地质、工程、安全、采矿等目的而在矿山坑道中进行的一种特殊钻探技术。该钻进技术,在钻进的同时有探测的内容,并因钻孔口径较小,区别于矿井下使用反井钻机等施工溜煤眼、通风孔等大口径工程孔的施工。 21 绳索取心的特点 绳索取心钻进应用于矿井坑道钻探,在我国是最近几年的事,并初步获得了成效,显示了其优越性:减少升降次数,增加纯钻进时间,提高钻进效率。纯钻进时间可提高 45%

3、左右。由于钻杆与孔壁间隙均匀一致,因此易于排除岩粉,改善了孔内安全条件,有利于钻穿复杂地层。由于绳索取心器采用单动装置,有利于保持岩(煤)心的原状,从而提高了岩(煤)心采取率。钻杆与孔径级配合理,容易掌握钻孔垂直度,钻孔偏斜小。采用绳索取心钻杆稳定组合钻具,可提高钻孔精度,防止钻孔偏斜。 2 绳索取心钻具的结构 在坑道内施工倾角为 050的水平孔、次水平孔或者仰角孔时,绳索取心器的内管总成和打捞器都必须用泵压送到位,因此内管总成和打捞器都设置了泵压送机构,该机构具有泵压送时本身液流通道自动关闭,钻进与打捞内管总成时,本身液流通道自动打开的性能。现就 KS75 型坑道钻探绳索取心钻具做一介绍。

4、2.1 KS- 75 型绳索取心器的结构及工作原理 2.1.1 内管总成的泵入机构 内管总成的泵入机构由连杆、活塞、上滑套、螺栓、弹簧、压环等组成。设有通水孔的直连式捞矛头与连用螺纹连接,连杆上装有用弹性胶圈和刚性垫圈组成的活塞,通过螺母可调节活塞的厚度及弹性胶圈与钻杆内壁的密封性。上滑套与回收管上端用螺纹连接,将压环顶压在两者之间的内台阶上固定;上滑套与连杆用弹性销滑动连接,当用泵压送内管总成时,可封堵连杆上的通水孔。螺栓套上弹簧再穿过压环中心孔与弹卡架上3端用螺纹连接,当内管总成到位后,可自动打开连杆上的通水孔,并锁定弹卡钳,不致因回收管的重量而收拢,保证弹卡定位其工作原理如下: 当需要用

5、泵压送内管总成时, 先向上提拉捞矛头使弹性销处于连杆销孔的最下位置,此时,上滑套、回收管、压环相对上移并压缩弹簧,圆柱销移出弹卡钳的中心凹槽,弹卡钳收拢, 连杆下端与螺栓上端出现一定间隙值。将内管总成下入绳索取心钻杆柱内孔,待弹卡钳没入钻杆内孔后,向下推压捞矛头和连杆,使连杆坐落在螺栓上端,这样上滑套便封堵住了连杆上的 4 个通水孔。将主动钻杆与孔内钻杆柱连接好,开泵送水,由于活塞封堵了内管总成与钻杆柱内壁的环状间隙,上滑套封堵了连杆上的通水孔,内管总成被泵压送到位。 内管总成到位后,弹卡钳进入弹卡室,在张簧的张力作用下弹卡钳张开,中心出现凹槽; 同时弹簧伸长,驱动回收管、上滑套下移,圆柱销进

6、人弹卡钳中心凹槽,连杆上的四个通水孔: 露出,钻井液通道自动打开,即可开始钻进。用泵压送内管总成时,所有钻井液的通路都被封堵,随内管总成的下降,泵压会逐渐升高。内管总成到位后,钻井液通路自动打开,钻井液流畅能,泵压下降,由此,操作者即可判定内管总成是否到位。所以,内管总成泵入机构还能够起到“到位报信”的作用。 2.1.2 弹卡定位机构 弹卡定位机构由弹卡挡头、张簧、圆柱销、弹卡钳和弹卡室组成。内管总成到位后,弹卡钳进入弹卡室,在张簧作用下 2 个弹卡片完全张开,在2 个弹片端面中心形成 1 个方形凹槽,圆柱销在弹簧作用下恰好卡入弹卡钳的中心方形凹槽内,管总成上只要不提动捞矛头,弹卡钳就不会收拢

7、。4因此,钻进时弹卡挡头能更好地防止内窜打仰角钻孔时,也不会因为回收管的重量使弹卡钳收拢造成“打单管”现象。 2.1.3 防涌机构 在弹卡架与接头的通水孔内装设钢球和弹簧构成防涌机构。钻进仰角孔时,一旦遇到高压涌水,弹簧将钢球顶在弹卡架中心孔内,高压涌水从接头上的出水孔涌入压迫钢球进而压迫内管总成。由于涌水压力作用不到活塞上,圆柱销就不| 会从弹卡钳中心方形凹槽内脱出来,弹卡钳也不能收扰,仍紧压顶在弹卡挡头上,内管总成仍能保持在弹卡定位位置进行钻进。如果不设防涌机构,一旦遇到高压涌水,只要一停止向孔内泵入钻井液,高压涌水便直接作用在活塞上,活塞带动回收管迫使圆柱销退出弹卡钳中心槽,弹卡钳收拢,

8、造成内管总成出位甚至被压出钻杆柱内孔。所以,防涌机构在坑道钻探绳索取心器上非常重要。 2.2 KS- 75 型绳索打捞器的结构及工作原理 2.2.1 打捞机构 打捞机构由打捞钩、捞钩架和尾簧等组成。钻井液的压力推动活塞使打捞钩通过捞矛头并抱住捞矛头细径部,开动绳索取心绞车提升把内管总成打捞出钻孔。 2.2.2 安全脱卡机构 由于活塞的存在,不能够采用脱卡管实现安全脱卡。所以,该打捞器只保留安全销做为安全脱卡装置。 2.2.3 打捞器的泵入机构 打捞器的泵入机构由活塞、活塞压盖、活塞座、回水接头、拉杆、5弹簧等组成。其上端的拉杆与接头用圆柱弹性销相连接,下端的活塞座与捞钩架以螺纹相连接。当需要泵

9、入打捞器时,将打捞器穿过孔口的打捞头放入绳索取心钻杆柱内孔里,由于拉杆在弹簧的作用下封堵了活塞座中心通水孔,打捞器本身失去了钻井液通道,打捞器与钻杆柱内壁的环状间隙又被活塞封堵,孔口由打捞头密封,所以,可以开泵用钻井液压送打捞器。当打捞器到达内管总成上端,打捞钩通过捞矛头抱住其细颈时,打捞器停止下行,泵压急剧升高,报信给操作者,打捞器已经到位,应停泵提升打捞器。在绳索取心绞车钢丝绳拉力作用下, 圆柱弹性销带动拉杆上移并压缩弹簧,打开活塞座中心通水孔, 活塞上方的钻井液通过活塞座中心通水孔下泄,从而减小了打捞内管总成时的抽吸作用和打捞阻力。打捞头是压送打捞器时起密封作用的专用附属工具,安装在露出孔口的绳索取心钻杆柱上端。打捞头由管接头、水接头、死堵头、活堵头等组成。管接头下端为绳索取心钻杆外螺纹,与露出孔口的绳索取心钻杆柱上端内螺纹相连接;水接头的进水管端与水泵的排水口连通;打捞器的钢丝绳从活堵头中心通孔穿过,活堵头堵在水接头上端,活堵头内的压块对钢丝绳进行密封,使钢丝绳能在活堵头中心通孔内自由往复运动又不漏钻井液,以保证压送打捞器所需要的系压。