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通纜鉆桿的使用與維護(hù)——益礦科技
發(fā)布時(shí)間:
2021-05-14
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通纜鉆桿是孔底測(cè)斜單元與孔口測(cè)斜設(shè)備之間的信號(hào)傳輸裝置，是保證定向鉆進(jìn)順利實(shí)施的重要配套鉆具，主要應(yīng)用于煤礦井下定向鉆進(jìn)、煤礦井下回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)以及其他地質(zhì)受控定向鉆進(jìn)工況。隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)傳輸方式分為有線(電纜)和無線兩種。中心通纜式鉆桿作為有線(電纜)傳輸方式可直接向孔底傳感器供電，實(shí)現(xiàn)孔底與孔口設(shè)備之間的雙向通訊，實(shí)時(shí)性好、數(shù)據(jù)傳輸率高。同時(shí)中心通纜式鉆桿解決了以往產(chǎn)品電纜與鉆桿聯(lián)接以及電纜之間
通纜鉆桿是孔底測(cè)斜單元與孔口測(cè)斜設(shè)備之間的信號(hào)傳輸裝置，是保證定向鉆進(jìn)順利實(shí)施的重要配套鉆具，主要應(yīng)用于煤礦井下定向鉆進(jìn)、煤礦井下回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)以及其他地質(zhì)受控定向鉆進(jìn)工況。
隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)傳輸方式分為有線(電纜)和無線兩種。中心通纜式鉆桿作為有線(電纜)傳輸方式可直接向孔底傳感器供電，實(shí)現(xiàn)孔底與孔口設(shè)備之間的雙向通訊，實(shí)時(shí)性好、數(shù)據(jù)傳輸率高。同時(shí)中心通纜式鉆桿解決了以往產(chǎn)品電纜與鉆桿聯(lián)接以及電纜之間聯(lián)接的安裝問題，能夠有效保證有線(電纜)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)的傳輸。
一、通纜鉆桿的結(jié)構(gòu)原理
通纜鉆桿由鉆桿體、傳導(dǎo)裝置、絕緣裝置和支撐裝置四部分組成，而傳導(dǎo)裝置、絕緣裝置、支撐裝置構(gòu)成了鉆桿的中心通纜裝置，影響著隨鉆測(cè)量信號(hào)的傳輸。
1.鉆桿體
采用摩擦焊接方式將鉆桿體與公母接頭焊接為一體。鉆桿體不僅是通纜鉆桿其他部分的載體，也是保證定向鉆進(jìn)施工的首要條件，其性能好壞直接決定了施工的安全性。
2.傳導(dǎo)裝置
通纜裝置由錐接頭、導(dǎo)線、柱接頭和變徑彈簧等組成，其作用是傳遞孔底與孔口設(shè)備之間的雙向通訊信號(hào)。
3.絕緣裝置
絕緣裝置由塑料公接頭、線管和塑料母接頭等組成，其主要作用是將中心傳導(dǎo)裝置與沖洗液隔離，保證中心傳導(dǎo)裝置的通信安全，防止傳導(dǎo)過程中通信信號(hào)損失。
4.支撐裝置
支撐裝置由定位擋圈和穩(wěn)定器等組成，定位擋圈的作用主要是將塑料公母接頭在鉆桿體內(nèi)軸向定位，防止鉆桿聯(lián)接時(shí)中心傳導(dǎo)裝置和絕緣裝置竄動(dòng)，保證信號(hào)傳遞的可靠性。穩(wěn)定器能減少泥漿或其他介質(zhì)對(duì)線管的擾動(dòng)，避免因線管斷裂而造成傳導(dǎo)裝置與鉆孔介質(zhì)導(dǎo)通。
二、通纜鉆桿的工作條件
1.通纜鉆桿的主要功能
通纜鉆桿是定向鉆進(jìn)裝備的重要組成部分，是定向鉆進(jìn)過程中受力最復(fù)雜、工況最惡劣的部件，其主要功能有:
1)鉆進(jìn)時(shí)傳遞鉆機(jī)施加給鉆頭的軸向壓力，承受孔底馬達(dá)的反扭矩;
2)起下鉆具時(shí)傳遞鉆機(jī)對(duì)鉆具施加的推拉力;
3)作為介質(zhì)通道，向孔底輸送沖洗液。
為了方便孔內(nèi)事故的處理，通纜鉆桿既可用來進(jìn)行定向鉆進(jìn)施工，也可進(jìn)行常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工。因此，中心通纜式鉆桿還應(yīng)滿足常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)向鉆頭施加扭矩的要求。
2.通纜鉆桿的工作條件
通纜鉆桿組成的鉆桿柱是一個(gè)彈性系統(tǒng)，在定向鉆進(jìn)過程中鉆桿所受載荷的大小和方向都在變化，通纜鉆桿在三維空間中承受著復(fù)雜交變的拉、壓、扭、彎曲、振動(dòng)等載荷，加上磨損腐蝕等作用，在經(jīng)過一段時(shí)效后很可能在應(yīng)力集中部位斷裂。同時(shí)，伴隨著地質(zhì)條件的變化以及卡鉆、埋鉆等事故的發(fā)生，鉆桿的受力情況將變得更為復(fù)雜。通纜鉆桿的工作條件決定了通纜鉆桿將是鉆進(jìn)過程中受力最復(fù)雜、工況最惡劣的部件。
鉆桿承受的基本載荷有:
1)拉力和壓力。鉆進(jìn)過程中，鉆桿向鉆頭施加軸向壓力時(shí)鉆桿受壓，提鉆時(shí)鉆桿受拉。在處理孔內(nèi)事故進(jìn)行強(qiáng)力起拔時(shí)，鉆桿會(huì)受到較大的拉力。
2)扭轉(zhuǎn)。由于鉆桿的主要功能之一就是承受或傳遞扭矩，因而使得鉆桿處于受扭狀態(tài)，產(chǎn)生扭應(yīng)力。特別是在處理孔內(nèi)事故時(shí)(中心通纜式鉆桿在處理孔內(nèi)事故時(shí)可以回轉(zhuǎn))，鉆桿突然停止回轉(zhuǎn)，此時(shí)鉆機(jī)等設(shè)備的回轉(zhuǎn)部分和鉆桿柱的回轉(zhuǎn)動(dòng)能使鉆桿受到扭轉(zhuǎn)沖擊，產(chǎn)生很大的扭應(yīng)力。
3)彎曲。在常規(guī)鉆進(jìn)施工中，由于鉆桿在離心力以及軸向壓力作用下失穩(wěn)，產(chǎn)生彎曲，鉆桿柱內(nèi)部產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。在施工定向孔的過程中，需要不斷地調(diào)整鉆孔軌跡，會(huì)引起鉆桿在孔內(nèi)的彎曲變形。彎曲的鉆桿柱進(jìn)行回轉(zhuǎn)時(shí)，鉆桿內(nèi)產(chǎn)生的交變應(yīng)力易引起鉆桿的疲勞破壞。
4)彈性振動(dòng)。鉆桿柱是一個(gè)彈性系統(tǒng)，在彎曲及扭轉(zhuǎn)等因素的復(fù)合作用下，會(huì)發(fā)生縱向和橫向振動(dòng)。嚴(yán)重時(shí)，鉆桿柱的振動(dòng)使得鉆機(jī)等配套設(shè)備受迫振動(dòng)，影響鉆具及配套設(shè)備的壽命。
三、通纜鉆桿的主要技術(shù)參數(shù)
通纜鉆桿主要技術(shù)參數(shù)如下:
1)鉆桿尺寸:鉆桿體73×5.6mm，接頭外徑75mm;
2)鉆桿定尺長(zhǎng)度:3m;
3)鉆桿抗拉能力:800kN;
4)鉆桿抗扭能力:6500N·m;
5)絕緣電阻:>2MΩ;
6)中心通纜裝置電阻:<0.5Ω;
7)使用壽命:20000m或1年。
四、通纜鉆桿的裝配過程
1.通纜鉆桿的裝配步驟
通纜鉆桿在施工定向孔過程中，把孔底信號(hào)傳遞給孔口監(jiān)視器，因而要求其電阻率低，信號(hào)輸出穩(wěn)定、可靠。鉆桿的裝配要認(rèn)真仔細(xì)，確保裝配質(zhì)量，為此鉆桿裝配應(yīng)嚴(yán)格按照以下步驟進(jìn)行:
1)先將穩(wěn)定器6裝入鉆桿體內(nèi)，然后用內(nèi)卡簧鉗將孔用彈性擋圈裝至鉆桿體內(nèi)，并將定位擋圈4裝至彈性擋圈處;
2)將密封圈裝入線管5的密封槽后，與塑料母接頭7組裝在一起，并將組裝體從鉆桿體公接頭端裝入鉆桿體;
3)用專用工具將塑料公接頭2與塑料母接頭7和線管5的組裝體連接在一起;
4)調(diào)節(jié)塑料公接頭2左端面到鉆桿體左端面距離為14±0.5mm，塑料母接頭7右端面到鉆桿體右端面距離為23±0.5mm;
5)將導(dǎo)線10裝入線管5內(nèi)，然后在塑料母接頭7端裝入柱接頭8，并在塑料公接頭2端裝入錐接頭3;
6)用萬用表測(cè)量中心通纜裝置的電阻。將萬用表探針分別插入中心通纜裝置兩端的柱接頭和錐接頭內(nèi)，測(cè)量中心通纜裝置的電阻。若電阻小于0.5Ω，中心通纜裝配合格，否則即為不合格;
7)將變徑彈簧9塞入柱接頭8中，并在塑料公母接頭的密封圈處和鉆桿螺紋均勻涂抹少量黃油，最后帶上螺紋保護(hù)帽，完成裝配。
2.通纜鉆桿的檢驗(yàn)
通纜鉆桿裝配過程中，應(yīng)仔細(xì)檢查以下事項(xiàng):
1)檢查中心傳導(dǎo)裝置和絕緣裝置是否能在鉆桿體中竄動(dòng)。若中心傳導(dǎo)裝置和絕緣裝置在鉆桿體中發(fā)生軸向竄動(dòng)，勢(shì)必影響絕緣裝置的密封性以及其使用壽命，進(jìn)而影響中心通纜式鉆桿信號(hào)傳遞的可靠性和穩(wěn)定性。
2)檢查塑料接頭裝配情況，保證連接牢固。測(cè)量塑料公接頭2左端面到鉆桿體左端面距離以及塑料母接頭7右端面到鉆桿體右端面距離。保證塑料公接頭2左端面到鉆桿體左端面距離為14±0.5mm，塑料母接頭7右端面到鉆桿體右端面距離為23±0.5mm。
3)用萬用表測(cè)量中心通纜裝置電阻。對(duì)于測(cè)量結(jié)果不合格的，必須及時(shí)更換。
4)檢查變徑彈簧9是否有松動(dòng)，保證變徑彈簧9不從公接頭3中脫出。
5)檢查鉆桿螺紋處是否涂有黃油。
五、通纜鉆桿使用的注意事項(xiàng)
通纜鉆桿在出廠之前已裝配完畢并檢驗(yàn)合格，用戶在使用過程中請(qǐng)勿隨意拆卸鉆桿體內(nèi)部裝置。搬運(yùn)裝卸中心通纜式鉆桿過程中，不得磕碰、嚴(yán)禁扔甩，以免損壞其零部件。
1.通纜鉆桿的合理存放
鉆桿存放時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn):
1)鉆桿必須存放在鉆桿架上;
2)鉆桿存放時(shí)絲扣應(yīng)涂抹防銹油并戴上保護(hù)帽;
3)鉆桿存放處應(yīng)清潔、無腐蝕性物品(特別是在井下存放時(shí)，應(yīng)避水，高硫化氫礦井應(yīng)做好防腐蝕工作);
4)新舊鉆桿應(yīng)分區(qū)存放。
2.通纜鉆桿的合理使用
通纜鉆桿是實(shí)施定向鉆進(jìn)工藝的必要鉆具，合理使用鉆桿是改善其工作條件和增強(qiáng)信號(hào)傳遞的穩(wěn)定性的首要措施，對(duì)定向鉆進(jìn)工藝的順利實(shí)施起著重要作用。使用中心通纜式鉆桿時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn):
1)嚴(yán)格遵照鉆進(jìn)規(guī)程，制定合理的鉆進(jìn)工藝，鉆斜孔或分支孔等要選擇合適的曲率半徑。
2)將鉆桿運(yùn)到鉆場(chǎng)后應(yīng)先檢查鉆桿塑料公母接頭是否松動(dòng)或其他缺陷，檢查鉆桿中心通纜裝置的通斷性，確保鉆桿通訊正常。
3)加接鉆桿時(shí)必須在鉆桿螺紋及公塑料接頭上涂抹潤(rùn)滑劑，并檢查彈簧安裝是否到位。
4)加接鉆桿時(shí)用自由鉗將鉆桿上緊，不得使用鉆機(jī)擰扣(使用自由鉗時(shí)應(yīng)避開鉆桿螺紋部位)。
5)卸鉆桿時(shí)用鉆機(jī)將絲扣擰松1～2圈，然后手動(dòng)卸下鉆桿。
6)鉆桿不用時(shí)必須及時(shí)戴上保護(hù)帽，防止煤粉進(jìn)入。
7)在高硫化氫礦井進(jìn)行施工時(shí)，鉆桿使用完以后應(yīng)及時(shí)升井。
8)做好鉆桿的使用記錄，避免新舊鉆桿混用。
鉆桿在使用過程中，如發(fā)現(xiàn)手力無法將公母螺紋端面擰緊至接觸或無法輕松卸扣，則說明鉆桿螺紋磨損嚴(yán)重，需要更換新的鉆桿。如鉆桿螺紋完好，而信號(hào)傳輸發(fā)生故障，則需要對(duì)中心通纜裝置進(jìn)行維護(hù)，更換相應(yīng)零件。
六、通纜鉆桿的維護(hù)保養(yǎng)
為了提高鉆桿的使用壽命，需要對(duì)通纜鉆桿進(jìn)行日常維護(hù)。
1)使用完鉆桿后應(yīng)及時(shí)檢查，若發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)記錄并處理。
2)鉆桿使用累計(jì)進(jìn)尺達(dá)20000m或是使用期限達(dá)到1年后，需要對(duì)鉆桿整體性能進(jìn)行檢驗(yàn)。檢查的事項(xiàng)應(yīng)包括:①鉆桿絲扣磨損情況;②鉆桿桿體的磨損情況;③塑料公母接頭是否有松動(dòng)或其他缺陷;④塑料公母接頭上的密封圈是否完好;⑤定位擋圈是否有變形或者裂紋;⑥中心通纜裝置的電阻;⑦檢查不銹鋼柱接頭和錐接頭是否有銹蝕等現(xiàn)象。
鉆桿體是中心通纜式鉆桿傳遞壓力和承受扭矩的部件，若鉆桿絲扣磨損嚴(yán)重或鉆桿體在直徑方向上磨損超過2mm，則應(yīng)報(bào)廢處理;中心通纜式鉆桿的中心通纜裝置在沖洗液的長(zhǎng)期擾動(dòng)以及其他介質(zhì)的腐蝕作用下，容易損壞，因而應(yīng)對(duì)相應(yīng)部件進(jìn)行更換維護(hù)，并做好鉆桿維護(hù)記錄。
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