一种矿山勘探用直斜两用高强度钻塔的研制与应用

吴胜涛

摘要 随着技术的发展，煤矿企业对各种特定需求的钻探工艺和技术提出了更高的要求。针对矿山勘探施工中场地狭小，设备运输、安装困难，大多以斜孔勘探为主等施工特点，我公司（请客户自行填写）研制了一种矿山勘探用直斜两用高强度钻塔，使矿山的勘探更加高效。对此，文章从矿山勘探用直斜两用高强度钻塔的研制背景入手，对直斜两用高强度钻塔的基本结构、设计参数及其在实际矿山勘探中的应用进行了简单的阐述。

关键词 矿山钻探；直斜两用；钻塔；研制；应用

中图分类号P634 文献标识码 A 文章编号2095—6363（2016）04—0018—01

钻塔是钻探设备中的一个重要组成部分，通常又称为塔架、井架等。针对当前矿山勘探特定需求对钻探工艺的要求不断提高，研究更加高效实用的钻塔是钻塔生产设计企业发展的需要。在此背景下，文章根据矿山勘探工程的需要，研制了一种矿山勘探用直斜两用高强度钻塔，使矿山勘探施工更加高效。

1一种矿山勘探用直斜两用高强度钻塔研制的背景

矿山勘探主要是在采区范围内找寻和探明主矿体上、下盘及深边部的平行、分支或其他盲矿体，以增加后备储量，延长矿山寿命；进行矿产综合利用研究，使之得到最充分合理的开采和利用等。矿山勘探施工额特点主要包括施工场地狭小、设备运输安装困难、大多以斜孔勘探为主。针对矿山勘探施工的这种情况，研制了一种矿山勘探用直斜两用高强度钻塔。该种用直斜两用高强度钻塔的使用能有效降低运输、安装成本，而且其在矿山勘探施工中效率高、性能好，使矿山勘探施工达到更高的综合经济效益。

2一种矿山勘探用直斜两用高强度钻塔研制思路及技术要求

2.1研制思路

结合常见矿山勘探施工的实际情况和特点，确定了直斜两用高强度钻塔的研制思路。

1）直斜两用钻塔应与钻探工艺相结合，优化钻塔，使其具有占地面积小、质量轻且拆、运、装方便的特点；2）研制的钻塔应有灵活的导向装置，在进行斜孔钻探施工时，能有效确保主动钻杆的稳定，且能够保证主动钻杆的中心线与立轴的轴线相重合；3）研制的钻塔提升轴线在与立轴轴线相互重合的状态下能在其共同的垂直轴线上实现同步旋转，使斜孔钻探的施工、就位更方便；4）研制的钻塔要有前倾和后倾功能，钻塔的前倾功能可以使钻孔中心线与提升轴线相重合，使上、下钻具更顺畅；钻塔的后倾功能主要能够使钻塔水平放置，使钻机与钻塔整体的搬迁更加方便。

2.2技术要求

1）钻塔要有合理的结构尺寸，使其在满足自身稳定性和强度要求的同时能更好的适用于矿山勘探各种地形条件；2）钻塔应具有有效的约束，使其在施工过程中更加稳定；3）钻塔应与钻机相互结合，两者的组合高度应以提升9m钻杆为控制高程；4）钻塔还应结合钻机进行改进优化，使其在操作上更加人性化，使勘探施工更加安全可靠。

3一种矿山勘探用直斜两用高强度钻塔的基本结构及其参数的设计

直斜两用高强度钻塔的基本结构主要由天车、主腿、副腿、底座四部分组成，在研制过程中，分别对其基本结构进行了优化调整，使其在矿山勘探中更加安全、实用。直斜两用高强度钻塔的塔高为7500mm、天车长度1700mm、天车滑轮间距1000mm、滑轮直径∮350mm、底座长度5260mm、孔口中心线与钻塔中心线间距570mm。钻塔的基本结构的设计如下图1所示。

3.1天车的设计

在研制过程中考虑到强力起拔天车受力易变形，为了在满足天车设计强度的同时使更稳定，在天车上用∮42钻杆进行拱形加强处理，进一步提高天车的强度和稳定性。设计天车的结构如图2所示。

3.2钻塔主腿的设计

直斜钻塔主腿塔身的主要结构，上边支撑着天车，下部与塔座转动连接。因此，在主腿设计时采用高强度无缝钢管，使具有足够的强度，在结构上分为上、下两个部分，中间用法兰盘连接，使其上、下可拆卸安装，便于运输。

3.3钻塔副腿的设计

钻塔的副腿是塔身的重要辅助结构，是调节钻塔角度的主要结构，在设计时将副腿分为2部分，即上半部分和调节机构2部分。钻塔副腿结构的调节范围≥1000mm。在进行小角度施工时，钻塔的副腿结构可以直接安装在底座上。在进行大角度施工时，钻塔的副腿结构可以借地生根，保证施工角度的要求。

3.4钻塔底座的设计

在设计时，考虑到底座的安装和运输，选择用槽钢作为底座的主体材料，并进行分体制作，以满足安装与运输的要求。钻塔底座的总体布局由上下各四条槽钢构成，其中下部四条槽钢为纵向排布，上部四条槽钢为横向排布，以增加底座的稳定性。在底座上部槽钢布置时，中间两条槽钢的安装应考虑钻机的安装和孔口位置的关系，使底座和钻机能够更紧密的组合在一起。钻塔的底座也是主要的钻探工作平台，考虑到矿山勘探施工面积小，底座尺寸应进行合理的选择，以提高实用性。这种矿山勘探用直斜两用高强度钻塔在设计时选择了较合理外形尺寸，其长度为5 500mm，宽度为4000mm。

4一种矿山勘探用直斜两用高强度钻塔在矿山勘探中的应用

研制的钻塔矿山勘探用直斜两用高强度钻塔在湖北黄石某矿山勘探施工进行了实际应用试验。在湖北黄石某矿山勘探施工现场，钻探地点在矿山采区中间的小平台上，可利用的钻探施工面积很小，刚好能安装上新研制5500ram×4000mm的底座，实用性得到了相关进一步的验证。在湖北黄石某矿山勘探施工中，其钻孔要求为：孔深300m，终孔口径∮75mm，倾角为75°，岩心采取率≮80%。在该矿山钻探施工中，利用新研制的直斜两用高强度钻塔、∮75mm绳索取心金刚石钻具、长探GY-300A型钻机等主要设备结合使用，钻探的效率得到了有效的提高。