云南省罗平县红丫口煤矿ZK3-3钻探施工设计暨S75绳钻接手易损情况探讨毕业论文.docx

云南省罗平县红丫口煤矿ZK3-3钻探施工设计暨S75绳钻接手易损情况探讨毕业论文目 录目 录i第一章 前 言11.1煤田地质钻探技术现状11.2设计的主要内容11.3选题意义11.4专题介绍1第2章 矿区概况及工程施工要求12.1矿区位置12.2、交 通12.3 矿区自然地理概况12.3.1地形地貌12.3.2、水文、气象12.3.3、地 震12.3.4、经济状况12.4 矿区地层情况及水文地质条件12.4.1地层情况12.4.2水文地质条件12.5工程施工要求412.6工程施工要求1第三章 钻探施工设计13.1钻孔结构及施工措施13.2钻探设备和器材13.2.1钻机选择13.2.2泥浆泵选择13.2.3供水泵选择13.2.4动力机选择13.2.5钻塔选择13.2.6附属设备选择13.2.7地质岩芯钻探用管材13.3机场布置13.3.1钻探机场的修建13.3.2钻塔及机械设备的安装13.3.3钻探机场的布置13.4简易水文观测13.4.1简易水文观测的内容13.4.2简易水文观测的操作注意事项13.5抽水试验13.6封孔13.6.1封孔的目的和要求13.6.2封孔材料及封孔方法的选择1第4章 钻进工艺和钻井液选择14.1钻进工艺14.1.1钻进方法14.1.2钻头类型14.1.3钻进规程14.1.4钻进措施14.2钻孔钻井液14.2.1泥浆选择14.2.2泥浆配制1第5章 钻探工程质量设计15.1岩矿芯采取15.1.1矿芯卡取方法15.1.2取芯钻具15.1.3岩矿心的补取15.1.4提高岩(矿)心采取率的措施15.2钻孔偏斜与测量15.2.1钻孔倾斜原因和造斜规律15.2.2防斜措施15.2.3测斜仪选择15.2.4钻孔偏斜的矫正1第6章 钻探生产组织与管理16.1组织机构设置16.2钻探人员配备和管理16.3钻探人员岗位的职责16.3.1总项目技术组主要责任16.3.2分项目技术组的主要职责16.3.3钻探技术员职责16.3.4钻探机场人员职责16.4钻探生产的安全管理1第7章 钻探工程成本预算与施工计划17.1成本预算17.1.1有关成本项目17.1.2钻探成本预算17.2钻探施工计划制定17.2.1计算钻进所需时间17.2.1计算钻探辅助工作所需时间17.2.2确定施工工作日1第8章 S75绳钻接手易损情况探讨18.1 绳钻接手易损的现状18.1.1 实习现场易损的情况18.1.2 目前钻探接手易损基本状况18.2 钻杆接头喷焊层耐磨带脱落原因及预防措施18.2.1耐磨层材料及喷焊工艺18.2.2耐磨带脱落原因及预防措施18.3 钻杆接头的强度分析1结论1致谢1参考文献1iii第一章 前 言1.1煤田地质钻探技术现状随着钻探设备、工艺的不断改进，钻探人员技能的不断提高，煤田地质钻探也开始逐渐使用各种新的技术和装备，比如绳索取芯技术、潜孔锤钻进技术和新泥浆体系等，使得在钻进速度和质量上都有快速的提升。但同时由于煤田地层情况的复杂性，还存在许多问题需解决：（1）钻探施工组织管理跟不上时代发展，在与市场接轨后，显现出效率低、效益差等问题；（2）配套设备的研制根本上施工的需求，造成大量工程的施工无法以最优方式进行，效率低，事故频发，成本过高；（3）钻探施工技术人员素质较差，受过专业培训的人员较少，使得许多技术无法按规程实现，管理效率低下；1.2设计的主要内容本设计结合云南省罗平县红丫口煤矿勘探项目，包括以下几个方面的内容：（1）钻孔施工设计，包括钻孔结构设计、施工流程设计、设备选择和机场布置等；（2）工艺设计，包括钻进工艺、钻井液工艺等；（3）钻孔工程质量设计，包括钻孔弯曲测量与预防、取芯方法等；（4）施工组织设计，包括组织结构、人员配置等。1.3选题意义钻杆是勘探施土的必备土具。近年来，随着我国地质勘探事业的发展，钻探土作量的逐年增多，钻杆用量越来越大，作为关键连接部件的钻杆接头的用量更是逐年增加。我队在钻杆加土、钻探施土及钻杆维修过程中的统计数字表明，约60%的钻杆失效事故发生在关键连接部位钻杆接头处。钻杆接头作为钻杆的连接部件，在钻进过程中需经常拧卸，需要承受拉伸、扭转、弯曲、振动、冲击等多种复杂载荷的作用，这就要求接头必须具有较高的强度和良好的韧性。但因加土螺纹，又使其强度降低。2009年，在邯郸三陵乡煤矿施土中，在钻孔近1200 m时一，由十接头断裂致使该孔报废损失60多万。所以，研究钻杆接头螺纹部位失效机理，研究提高接头质量，对减少接头早期失效事故，提高钻井效率和节约钻探成本具有十分重要的意义。1.4专题介绍由于本钻探工程中钻杆接手经常发生磨损断裂，而且在本地区先前的钻进过程中，这一问题造成了大量损失，于是专题探讨了影响钻杆接手失效的因素，分析了接手磨损断裂产生危害的原因，对其产生危害的全过程进行了解析，探讨了在各个环节抑制其产生作用的方法。影响钻杆接头失效的因素比较复杂，包括结构设计、制造工艺以及操作工艺等因素。本文对影响钻杆接手的各种因素进行了深入的分析探讨，并给出了个人的观点和建议。第2章 矿区概况及工程施工要求2.1矿区位置及水电情况（1）矿区位置 勘查区位于罗平县城300方向，直距约12km，地处罗平县九龙镇境内。东起大寨村、得来克，西止红丫口；北起小阿启村民小组，南止鲁邑村。其地理坐标：北纬245615245845，东经10411121041257。查区南北长约4.42km，东西宽约2.73km，面积为12.06km2，由8个拐点坐标圈定，见表2-1。红丫口勘查区(合并后)拐点坐标一览表 表2-1拐点编号大地坐标北京54坐标西安80坐标经 度纬 度横坐标(X)纵坐标(Y)横坐标(X)纵坐标(Y)1104111224581527631183541795527630593541787521041142245815276311335418797276305435418717310411422458452764036354188022763977354187224104124224584527640263542048527639673542040551041242245745276218035420474276212135420394610412572457452762181354208952762122354208157104125724561527594893542089527594303542081581041112245615275949835417936275943935417856 （2）水电情况矿区无电，有水源，水源距钻场垂直高差20m。 2.2、交 通区内有小阿启撒召鲁邑牛街近南北向简易乡村公路穿越，在牛街附近与罗平曲靖公路相连，北西约110km可至曲靖市；西南约5km可至罗平县城，约220km可至昆明。南(南宁)昆(昆明)铁路从罗平县城区通过，并设有客、货车站。总的来说，区内交通较为便利，为未来矿井煤炭资源的开发利用创造了良好的交通条件，见图2-1。图2-1 交通位置示意图2.3 矿区自然地理概况2.3.1地形地貌本区地处云贵高原腹地，属构造剥蚀作用形成的低中山地貌。地形起伏不大，总体为中部高，北部及北西部低。区内地表一般标高在18001950m之间，最高点为北面的大坡上山头，标高2018.7m，最低点为东侧的牛街河，标高1660m，相对高差358.7m。区内缓坡及沟谷地段多被垦植为农田、旱地，陡坡段多为灌木林覆盖，地形地貌属中等复杂，见图2-2。图2-2 地形地貌(镜头向西摄)2.3.2、水文、气象本区主体段无大的河流、库塘等地表水体，但季节性溪沟较发育，溪沟水受大气降雨控制，具有涨落迅速之特点。撒召小溪发育于矿区北部，向南流至撒召乡政府北部老祖坟坡附近潜流入地下，以暗流形式注入牛街河。牛街河(又名非格河)，发源于矿区北约11km的鸭格塘，蜿蜒向南迳流，于矿区东北侧附近折向东流入南盘江支流，属珠江水系。本区属亚热带高原型暖湿气候，每年12月至次年2月为霜冻期，59月份为雨季，尤其以7月降雨量最大，约占全年降雨量的40%，全年平均降雨量为1169mm，日最大降雨量为87.5mm。全年蒸发量为2312.1mm，年最高气温34.9，最低气温-6，年平均气温15。气候特点归纳为：冬春干旱，气候干燥，夏季多雨湿润，且冬寒夏温，春暖秋凉。每年12月至次年5月为旱季，多风，主导风向为西南风,最大风速达7级(风速为15m/秒)。2.3.3、地 震据中国地震动参数区划图(GB18306-2001)及建筑抗震设计规范(GB50011-2001)，本区(属罗平县)地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，本区抗震设防烈度为度，属无震害区。2.3.4、经济状况本区所在的罗平县系滇东主要农产区之一，粮食作物以水稻为主，次为玉米、洋芋、荞麦等；经济作物主要为烤烟。区内居住着汉、彝两个民族，大型工矿企业较少，地方经济条件相对较差，但旅游资源较丰富，旅游业较发达。居民收入以务农为主，次为外出务工。2.4 矿区地层情况及水文地质条件2.4.1地层情况（1）第四、三系（Q+N）上部浅黄色、浅褐色黄土，下部紫红色弱粘土，底部有卵砾石层。（2）洛河组（K1L）岩性为紫红色、棕红色中粗粒长石砂岩，中夹35层中厚层状杂色粗砾岩层及薄层棕色砂质泥岩。砂岩成分主要为石英、长石，次棱角次圆状，分选一般，钙泥质胶结，具大型板状交错层理，局部含有粗砾岩块夹中厚层状和透镜状粗砾岩，上部层段有砂砾岩存在，中下部夹有砾岩层。（3）宜君组（K1y）岩性为杂色巨厚层状粗砾岩，夹粗砂岩透镜体。砾石成分主要为花岗岩、变质岩块次为石英岩块。砾径一般515cm，最大25cm以上，次棱角-次圆状，分选差，基底式或孔隙式胶结，致密坚硬。与下侏罗统安定组假整合接触。（4）安定组（J2a）为棕红色、紫红色砂质泥岩，夹薄层紫灰色、灰绿色中粗粒砂岩，底部为13米含砾粗岩。砂岩成熟度低，以长石杂砂岩为主，次为长石石英杂砂岩，次棱角状，分选差，钙泥质胶结，块状。泥岩含砂量高，并含钙质结核。（5）直罗组（J2z）上部紫红色、灰绿色、紫灰色泥岩及砂质泥岩，夹灰绿色、灰紫色中粗粒砂岩，含黄铁矿结核；下部以灰绿色，灰白色砂岩为主，底部为灰白色含砾粗砂岩，分选差，泥质胶结，砾石成分以石英岩块为主，砾径1-5cm。与下伏延安组假整合接触。（6）延安组（J2y）延安组为含煤地层，井田内无出露。其岩性以河沼相砂泥岩沉积为主，含煤5层，底部4煤为主要可采煤层。延安组下部为铝质泥岩、褐灰色泥岩、砂质泥岩、4煤及4-1煤；中部为灰色中粗粒砂岩，粉砂岩及薄层泥岩，底含细砾，含12层薄煤或煤线；上部为灰色砂泥岩互层，含（1）2号煤。与富县组或三叠系胡家村组假整合接触。（7）富县组（J1f）岩性为灰色、紫灰色泥岩，与下伏地层假整合接触。（8）胡家村组（T3h）岩性为灰绿色、灰白色粉细砂岩夹灰色、灰黑色泥岩。2.4.2水文地质条件（1）第四系更新统砂黄土孔隙裂隙潜水含水层与砂粘土隔水层遍布黄土塬梁地带，各沟谷中均有出露，包括上更新统马兰组（Q3）、中更新统离石组（Q2）及下更新统午城组（Q1），总厚175m。马兰组一般厚15m，为浅灰黄色粉土，结构疏松，大孔隙及垂直节理发育，透水而含水微弱。离石组一般厚130m左右，含水层主要由砂黄土、黄土及古土壤层组成，地下水位埋深20.585m，含水层厚度63.1196.40m，单位涌水量0.04120.0830l/sm，属富水性弱的含水层。水质类型一般为HCO3-CaNa及HCO3-MgNaCa型，矿化度小于0.5g/l，水温1415。午城组厚约30m，以深黄褐色砂质粘土为主，较致密，具隔水性。（2）第三系红土隔水层段与砂卵砾石孔隙潜水含水层段厚度80m。上部以棕褐色粘土、砂质粘土为主，厚约60m，系良好的隔水层。下部主要为浅棕褐色浅灰褐色半固结砂卵砾石，厚约20m，出露泉流量0.0055.00l/s，一般0.20.3l/s，富水性弱而含水不均一。水质类型HCO3-NaMg、HCO3-MgNaCa，矿化度0.380.49g/l，水温718。（3）下白垩统洛河组孔隙裂隙承压含水岩组（K1l）棕红色中、粗粒砂岩夹薄层泥岩及薄层棕灰色砾岩，厚度281m。钻孔抽水试验结果：单位涌水量0.11/sm，渗透系数0.02757m/d，为富水性中等的含水岩组。水质为HCO3ClSO4Na型，矿化度0.628 g/l。（4）下白垩统宜君组孔隙裂隙承压含水层（K1y）棕红色紫灰色块状巨砾岩，厚度40m左右。据钻孔对该含水层进行抽水试验：单位涌水量0.007870.00876l/sm，渗透系数0.0162660.020m/d，为富水性微弱的含水岩层，水质为ClSO4Na型。矿化度3.815.50g/l。（5）中侏罗统安定组相对隔水层（J2a）岩性以棕红色、紫灰色泥岩、砂质泥岩及中、粗粒砂岩组成，厚度60m，砂岩裂隙不发育，可视为相对隔水层。（6）中侏罗统直罗组裂隙承压含水岩组（J2z）岩性为浅灰绿色中粗粒长石石英砂岩，夹灰绿色泥岩、砂质泥岩。上部泥岩、砂质泥岩具隔水性。下部中粗粒砂岩为含水层，据钻孔抽水试验：单位涌水量0.0000220.002l/sm，富水性极弱，水质类型SO4-Na及Cl-Na型，矿化度5.53120.45g/l，水温1720。（7）中侏罗统延安组裂隙承压含水岩组（J2y）地层厚度一般90m。含水层主要由4号煤层及其老顶中粗粒砂岩、砂砾岩组成，矿区中东部较厚，达5060m，其它地区较薄，一般1030m。据钻孔抽水试验：单位涌水量0.0000460.1036 l/sm，富水性微弱而不均一，水质类型以SO4Cl-Na型为主，SO4-Na型次之，矿化度3.6018.20g/l，水温1619。2.5工程施工要求4本孔为井筒检查孔，除对钻孔质量的一般要求外，此孔还要做全井数字测井，分层抽水实验等。（1）该孔需要钻遇地层及煤层：Q+N：268m；K1l：253.55m；k1y：41.40m；J2a：57.60m；J2z：19.0m；J2y：130.60m：J1f：10m。1煤层深度：645-646.55m，厚1.55m；2煤层深度：680-681m，厚1m；3煤层深度：728-729.20m，厚1.20m；4煤层深度：738-742m，厚4m；4-1煤层深度：750-751.15m，厚1.15m；（2）要求准确判定地层单位，划分出各地层组之间的分界线；（3）准确判定煤厚0.8米的可采煤层的深度、厚度及结构；（4）准确测定钻孔的初见水位及近似稳定水位；（5）该孔参加质量验收的煤层预计有1、2、3、4、4-1号煤层，共5层；图2-4 红丫口ZK3-3地层柱状图4（6）取芯要求：宜君组（K1y）地层及洛河组（K1L）中的砾岩夹层采取率30%，其余非煤系地层及煤系地层采取率70%。煤层长度采取率90%，重量采取率75%。岩芯、煤芯必须清洗干净，顺序摆放，不同煤岩类型的煤层段划分和详细描述。详细描述岩石的工程地质特征并统计和计算地层的RQD值；（7）终孔层位为延安组下10米；（8）见煤前（或止煤后）10米范围内准确丈量钻具，其余地段100米丈量一次。见基岩及终孔各丈量一次，误差不超过0.15%，若超差，需合理平差；（9）按规程认真观测冲洗液消耗量；下钻前和提钻后作好回次水位观测。钻机停钻，必须每隔一小时观测水位一次，直到重新钻进为止（若含水层裂隙发育，水位恢复快，需连续观测，连续观测三小时水位不动，则可停止观测）。消耗量和回次水位观测次数分别达到应测次数的80%，且点要分布均匀。钻进过程中遇到涌、漏水，认真记录、描述涌、漏水深度、层位、岩石裂隙发育程度，涌、漏水时需及时通知水文人员；（10）对第四、三系（1层次）、洛河组（1层次）、延安组（1层次）地层进行共3层次抽水试验。要求低固相泥浆钻进，工艺严格按施工设计执行。每层次在抽水结束时采取水样各2个；（11）要采集岩石力学样品，岩石样品直径75mm，土样直径95mm。地质人员专人采样，煤系地层岩性变化即要采样，5米的岩层要增采样品组，每组样长合计大于1.2米。采取煤芯力学样。该孔要采取瓦斯样2个，以推测该区的瓦斯含量；（12）钻孔终孔层位孔斜度8；（13）除正常测井外，该孔须进行声速测井、近似稳态测温工作。对洛河组以下要进行流量测井工作；（14）该孔必须按封孔设计要求进行封孔，封孔后，必须提取砂浆样检查，埋石造标，并注明孔号；2.6工程施工要求本孔为探煤钻孔，主探C1、C5煤层，兼探局部可采煤层,按甲级孔标准要求如下： 一、煤层：煤芯长度采取率90，煤芯送样重量采取率75,煤层结构清楚，煤芯不污染、不燃烧变质、不混入杂物，顶末、底初回次的岩煤芯总缺失量0.20m，钻探确定的煤层厚度与测井资料比较，两者误差0.10m，并作好判层记录。 二、岩芯：全孔取芯，非煤系地层岩芯采取率60，煤系地层岩芯采取率70，岩芯要求清洗干净，按顺序编号、贴票，进行地质及工程地质编录。要求全孔岩芯装箱妥善保存。 三、终孔层位：钻孔揭穿F1断层，进入永宁镇组（T/2g2/） 15m后，方可终孔；若未遇F1断层，则需揭穿煤系地层，进入峨眉山玄武岩组（P2）15m后，方可终孔。 四、孔斜：本孔设计为直孔，终孔斜度15。 五、孔深：开孔以后，每钻进100m及在煤层顶板以上或底板以下10m范围内准确丈量钻具，误差不得大0.10，且合理平差。 六、钻孔封闭：按封孔设计和钻探规程进行钻孔封闭，并采取砂浆样检查，井口埋设永久性标志，提出封孔报告。 七、原始资料：各项原始资料均按规定的格式和要求填写，做到及时、准确、清楚、完整。 八、采样：采取煤层煤芯煤样、瓦斯岩、夹矸样、煤层顶板及底板物理力学试验样、煤层底部黄铁矿样等。 九、水文地质： （一）钻至基岩后，下好井口管，进行止水检查2小时，要求每小时水位差40mm。若钻进过程中发现止水失效，应重新进行止水，检查合格后，方能继续钻进，并作好记录。全孔要求做回次水位和消耗量观测，应分别达到应观测次数的100%。 （二）观测钻进中回次水位和冲洗液消耗量的变化，按煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准执行。深水位的回次水位观测按以下执行： （三）观测和详细记录钻进中涌、漏水、掉块、塌孔、缩径、逸气、涌砂、掉钻等现象发生的井深和层位。 （四）对全孔岩芯作裂隙鉴定。 （五）因故停钻2小时以上，要求每小时观测一次停钻水位。十、测井：全孔进行常规测井。第三章 钻探施工设计3.1钻孔结构及施工措施钻孔结构设计及开孔 本孔设计开孔直径应不小于130mm，根据地层岩性硬度换径，至完整基岩后，换径为75mm至终孔。开孔前，各责任单位和部门对地基、钻塔、机械设备的安装、安全设施、水源循环系统、排水沟、活动工作台、开孔材料准备等进行全面检查。要求钻塔、机器、机台架安装水平、稳固，天车、立轴、孔口三点一线。开孔后，开孔管必须从0.5m、1.0m、2.0m、3.0m随井深不断加长。其中换径管不短于3m。钻至5m后方能取消导向，并牢固下好井口管，做止水检查，作好检查记录。钻进5-10m测量一次天顶角为0度时方能继续钻进，不合格者要及时采取措施纠正。3.2钻探设备和器材3.2.1钻机选择（1）钻进能力参数选择钻杆直径土层取芯钻孔直径为148mm，岩层取芯钻孔直径不等，第一级钻孔最大直径为150mm，钻杆直径应小于127mm，但不能过小，否则会使间隙过大，产生钻杆弯曲严重，泥浆上返困难等问题；孔深为780m，考虑到钻孔较深，立根长度应尽可能长，但也要保证立根立放不能过度弯曲，那钻杆至少需选择73及以上钻杆；综合考虑有73、89、108钻杆可选。钻孔深度最大孔深为780m；钻孔直径土层取芯钻孔直径为148mm，第一级钻孔最大直径为150mm；其他钻孔直径分别为130mm，110mm，91mm，75mm钻孔倾角此钻孔为垂直孔。XY-（5）XY-6和TK-3型钻机都符合相应要求，但考虑到此钻孔直径较大，150mm孔段从068m，130mm孔段68150m，应选择钻进能力强的钻机，根据表3-3可知，XY-5型钻机较适合。表3-1钻机比对表型号技术参数XY-5XY-6TK-3钻进深度（m）10001500150020001000钻杆直径（mm）6050605050钻孔直径（mm）15015093图3-1 XY-5型钻机（2）钻机工作参数选择转速：由于此钻孔工艺的要求的，在各个阶段将使用不同的钻头，其直径分别为75mm、89mm、110mm和130mm，根据下式估算其转速1：式中：钻头上切削具的线速度（m/s）；钻头平均直径(m)；钻头转速(r/min)。由于地层都为软岩，取；钻孔用到四种孔径，分别为。D1=0.075，D2=0.089，D3=0.110，D4=0.130，D5=0.150代入数据：n1=601.60.075=407r/min,n2=601.60.089=343.5r/minn3=601.60.110=278r/min，n4=601.60.130=235r/min n5=601.60.150=203.8r/minXY-5型钻机有261r/min、294r/min、355r/min、577r/min档位与所需转速相近，所以XY-5型钻机可以满足钻进工艺对转速的需求。综合钻进能力参数、钻机工作参数的要求，本钻孔施工选择XY-5型钻机。表3-2 XY-5型钻机部分技术参数表钻进深度（m）钻杆直径（mm）钻孔直径（mm）转速（r/min）最大提升能力（KN）容绳量（m）动力机型号动力机功率（KW）10006015085；166；261；355；294；577；906；1232401404135G601500503.2.2泥浆泵选择泥浆泵的两个主要参数是流量和压力，泥浆泵选择主要依据这两个参数。（1）泥浆泵流量生产中以有效排除岩粉作为确定冲洗液量的依据。从确保排除岩粉出发，冲洗液量的确定可用下式计算1： 式中：冲洗液量（）；上返流速不均匀系数（一般），取1.2；最大上返环状空间过流断面面积（）；由钻头外径决定的孔径或套管直径（）；钻杆外径（），为60mm；冲洗液上返流速（）（一般），取0.350.45m/s。代入数据：Q=1.241302-6020.45600.001=107.73L/min直径150mm的孔段，由于孔径过大，上返流速设为0.20.25m/sQ=1.241502-6020.25600.001=85.05L/min查国内往复式泥浆泵的类型及其技术参数：BW-250型泥浆泵满足流量要求，如下为BW-250型泥浆泵参数：表3-3 BW-250型泥浆泵技术参数表类型变量方式流量级数流量（L/min）卧式三缸单作用活塞泵变速箱箱四级变速更换两级缸套4320；230；165；118 缸径（mm）活塞行程（mm）吸水管直径（mm）排水管直径（mm）80；601107550额定排出压力输入功率重量（KN）外形尺寸4；5；6；830单机65012809956503.2.3供水泵选择由矿区自然条件可知：矿区基础设施较完善。孔位距水源300m，高差20m。无电源。配置双缸柴油机一台。型号为2105F，额定功率20HP，额定转速1500r/min。用于带动供水泵工作。由于水源较近直接使用供水泵供水，孔位距水源300m，无需设置二级泵站，故此供水泵的选择主要从供水泵流量和供水泵的扬程两方面选择。（1）供水泵的流量供水泵的流量由钻场每天需要的用水量确定。钻场每天需要的供水量应根据钻孔结构、循环系统容积以及钻进时的消耗量进行估算。实际选择时，由于钻进时的消耗量不大，而循环系统中泥浆已经在开工时配置了大部分，后续配制的泥浆量不大，对水量需求不大。故施工过程中用量较小，故供水泵的流量可尽量选小。（2）供水泵的扬程供水泵为了将水由水源处经过管道输送到钻机场的储水池必须具有一定的扬程（工作压力）以克服一定阻力。供水泵扬程一般可按下式计算1：式中：水源距钻机的高度（m），此处为20m；每百米长管路水头损失（m），按流速0.8m/s，管道内径40mm，查表得2.5米水柱；水源到钻机场整个送水管路的阻力损失的总和（m）。代入数据：H=20+2.58=40因为H=4060，一般选用离心泵。查B型离心泵技术参数表，选用3B-57型离心泵。并配置单缸柴油机一台。表3-4 3B-57型离心泵技术参数表流量扬程（m）转速（r/min）柴油机功率（KW）允许吸上真空高度（m）重量（kg）7044.52900174.7706050.05.645576.7 3.2.4动力机选择 钻场在山区，无电，故需配置柴油机提供动力。现场共配置了两台柴油机，一台供钻机使用，一台用于发电机组。钻机柴油机为4105型，额定功率60KW，额定转速2000r/min。发电机组柴油机为K41000型，额定功率30KW，额定转速1500r/min.3.2.5钻塔选择钻塔是钻探施工中用于悬挂滑车系统进行起、下钻具和套管的设备。钻塔的类型和结构应根据孔深、钻孔倾角、大钩荷载以及施工期限等选用。（1）塔高和钻孔角度的选择塔高钻塔高度决定于设计孔深和起下钻时的立根长度。钻孔越深，立根越长，钻塔也就越高。初步确定塔高：式中：钻塔高度（m）；立根长度（m），由于使用73mm钻杆，单根长3m，为保证立根弯曲程度在允许范围内，立根只使用四根钻杆，即；L=34=12m系数，与起下钻工具尺寸和提钻安全高度有关，值一般可取1.251.4；立根短，提升速度快时，取大值，这里取1.3。代入数据：倾角范围钻孔为垂直孔。（2）钻塔负荷量的选择钻塔负荷量依据天车载荷选定。天车载荷值取决于最大可能的大钩荷载、滑车系统结构型式。提升钻具时的大钩荷载1：式中：每米钻杆柱的重量（N/m），查钻杆规格表，；钻杆柱长度（m），按孔深取780.15m；冲洗液比重（g/cm3），选用低固相泥浆，估取为1.05；钻杆钢材比重（g/cm3），取7.85；接头重量修正系数，接头连接；卡阻系数，=1.52，孔较深取1.9；代入数据：滑车系统结构首先计算滑车系统中工作绳数：式中：绳数；升降机提升能力（卷筒绕绳拉力）(KN)，查表3-1，取40KN;滑车系统效率，估计在3左右，查滑车系统效率表，取0.91；代入数据：向大数方向取整，；天车载荷由于，只能使用无死绳端方式；无死绳端时，天车载荷为：代入数据：无死绳端时： 如将取为4，可使用有死绳端。有死绳端时，天车载荷为：代入数据：有死绳端时： 由于无死绳端得滑车系统，对钻塔的荷载是不均匀的，仅用于塔高不高的情况。此处应选用有死绳端的滑车系统，天车荷载使用有死绳端时的计算结果，既。根据塔高、钻孔角度和天车荷载，结合公司实际，A18-20和A18-35都满足要求，但A18-35的天车额定负荷远大于需求量，故选择A18-20型钻塔。表3-5 A18-35型钻塔技术参数表钻塔高度（m）额定负荷（KN）塔脚跨度（m）天轮个数底座尺寸（m）二层台高度（m）立根容量（m）171504454.5250012003.2.6附属设备选择（1）水龙头水龙头的作用是向钻具内输送高压冲洗液，水龙头的选择一般根据钻进口径和钻进深度选择，由于此钻孔钻深为780m，故应选用深孔水龙头。（2）吸水管和高压送水管吸水管主要用于连接泥浆泵吸水管接头和滤水器，而送水管主要用于连接泥浆泵排水管和水龙头。它们的选择主要根据泥浆泵吸收管接头和排水管接头的尺寸以及输送压力等选择。由于吸收管内压力较小，受外力扰动也较小，但同时考虑到机场环境恶劣，设备经常搬迁，对其耐久性有较高要求，故选用埋线吸水胶管，直径152mm和75mm。排水管的承压能力要和泥浆泵的输出压力相匹配，直径要与排出口直径相符， BW-250泥浆泵的最大输出压力为8MPa，故需选用高压输水管线，直径90mm。（3）滑车装置的选择根据钻塔选择时的计算知：滑车系统工作绳数为4，有死绳端，大钩荷载为105.56KN。故应选择双轮，满足负荷要求的滑车。查滑车系列表，选择双轮负荷能力为16t的游动滑车。图3-4滑车系统结构示意图（4）绷绳的选择使用绷绳加固钻塔使其在风载荷其他水平荷载下保持稳定是通常采用的方法。为了决定是否需要使用绷绳，要先进行钻塔抗倾覆计算：使用A18-20型A型钻塔，由于A型钻塔没有塔围，受风面积仅为塔架部分，风载作用很小，忽略不计。但为了防止意外倾覆，仍需要使用绷绳对钻塔进行加固，在钻塔上加绷绳加固后如图3-7所示：图3-5 绷绳加固示意图根据图3-7可以得出以下计算式：绷绳计算长度为25.5m，为了与钻塔和地面连接加长2m，总长27.5m。查钢丝绳规格表，选择20mm钢绳，钢绳规格绳637股（1+6+12+18），钢丝公称抗拉强度为1400MPa，四根，长度27.5m。（5）提引器的选择普通提引器结构简单，体积小，重量轻，此钻孔就选择普通提引器。（6）泥浆搅拌机的选择这里选用JW-0.8型泥浆搅拌机。技术参数表如下：表3-6 JW-0.8型泥浆搅拌机技术参数表规格(m)机轴转速(r/min)搅筒有效容积（m）搅拌泥浆能力（m）0.8700.8123.2.7地质岩芯钻探用管材（1）钻杆根据前面的分析，选用75（89、108、128、146）mm钻杆，规格表如下：表3-7 钻杆规格表加厚方式钻杆外径壁厚公称内径加厚部分钻杆全长理论重量(kg)外径内径端部内径加厚长度过渡长度螺纹长度每米重量附加重量DbdD1d1d1L1L2Gkg/m内加厚4869485112065607.991.5（2）钻铤及其接箍150mm孔段使用91mm钻铤，130mm和110mm孔段使用83mm钻铤。（4）钻杆接箍对应选用60规格的钻杆接箍。（5）钻杆锁接头对应选用60规格的钻杆锁接头。（6）主动钻杆结合钻机结构，选用外径60mm主动钻杆。（7）岩芯管、套管由于岩芯原生构造的评价无要求，故使用普通壁厚的单层岩芯。0268m孔段取芯使用取土器，无需岩芯管，需下入146mm套管；抽水过程使用127mm隔水套管。770.15780.15m孔段的取芯钻孔直径为75mm，选用直径为71mm的岩芯管；639.55770.15m孔段地层是煤层，取芯困难且要求取芯率高，故采用特殊的取芯钻具。3.3机场布置机场布置包括机场的修筑、钻塔和机械设备安装及其它附属设施的安装等几方面。3.3.1钻探机场的修建（1）修筑场地钻探场地的选择，应根据地质设计的要求（孔位、孔深、方位及倾角）和施工安全、方便、节约的原则进行选择。机场方向机场方向主要决定于钻孔的方位角，此钻孔为垂直孔，机场方向根据现场情况设置。机场大小钻探机场的大小由所选设备类型，布置形式，循环系统和器材放置占地面积而定。综合各种条件，此钻孔机场大小为15m13m，总面积195。机场平整钻探机场场地的平整，必须使场地平坦坚实，稳固，适用，保证在其上布置的基台和安装的钻塔及机械设备不会发生塌陷、溜方歪斜，整个钻孔施工期间自始至终能安全顺利的进行。（3）建筑基台安装钻探设备的基台是在修建完毕的地基上用数根基台木建成的，基台木根据所用钻探设备的类型按一定的规格和形式排列，分上下两层交错并用螺栓连接而成。（4）基台木的布置基台木的规格基台木的断面尺寸与钻机的钻进孔深有关，由于XY-5型钻机是1500型钻机，选用250250（mm）的基台木。基台木的连接连接方式如图3-8。基台木的布置在保证基台稳定、牢固的前提下，基台的结构应尽量简化，力求少用基台木。A18-20型钻塔，塔高18m，塔底宽5m，由于钻孔为直孔，所以孔前距等于孔后距，为2.5m；机座左右两排螺孔间距离为1200mm，机座前排螺孔中心连线到立轴中心的垂直距离为280mm。根据以上原则和计算，对基台木进行如图3-9：图3-6基台木接头连接和横顺枕木交错连接图图3-7 基台木布置图（mm）3.3.2钻塔及机械设备的安装（1）钻塔的安装使用整体安装法。此法即在地上先把钻塔连接起来，再用机械方法整体将钻塔竖立起来。（2）机械设备的安装正确安装钻探设备并保证其牢固性对整个钻进工作有很大的影响，因此安装钻探时必须注意下列事项：设备安装好后，必须达到周正水平，稳固的要求；钻机立轴中心线与天车中心（前轮缘）、孔口中心线必须在一条直线上。固定设备底座的螺杆必须符合规格，并带有垫片和防松螺帽拧紧，以防松动和避因拧紧螺丝而损害基台木；各钻探设备的安装位置应便于操作和确保工作的安全。（5）附设备的安装循环系统的安装循环系统包括水源箱（池）、循环槽（沟），沉淀箱（池）等。循环系统的规格应根据设计孔深、预计钻进岩层性质，所用冲洗液携带岩粉的能力等情况合理确定。施工期为夏季，循环系统要设置挡雨棚。循环系统包括水源箱2个，体积abh=1m1m1.5m。循环槽，长宽高=15m250mm200mm。槽中每隔2m上下交错设置挡板。孔口沉淀池水源池要有一定的坡度，1/100。沉淀箱2个，体积abh=3m3m0.5m。根据上述原则，设计冲洗液循环系统如图3-10：安全设备的安装防火设备场内要有足够数量的防火用具如灭火器、沙箱（沙袋）、防火沟等，并设专人负责。绷绳安装绷绳用以保持钻塔平稳，增加钻塔强度、预防大风侵袭而倾倒。因为A18-20型钻塔高为18m，在钻塔每根塔腿上各设一根，系于塔高3/4处。避雷针及其安装由于一年四季都在施工，为预防夏天触电，雷击事故，在上需安装避雷针以保证雷雨季节施工安全。按上述要求，设置绷绳及避雷针装置，如图3-11：图3-8 冲洗液循环系统图图3-9 绷绳及避雷针装置图3.3.3钻探机场的布置机场内部的布置应按照整齐有序、使用方便、操作安全、作业过程中互不干扰影响的原则将选定的设备和循环系统等布置在平面图上。依据以上原则，得到以下布置图：图3-10 钻机场布置图3.4简易水文观测3.4.1简易水文观测的内容（1）钻孔中的水位（2）钻孔中的涌水现象（3）冲洗液的消耗（4）水的温度 （5）根据岩心研究岩层力裂隙性质及强度 （6）钻进时钻具骤然下落现象除此之外，如遇到大的含水层，及大的构造破碎带，对水文地质有重要意义时，应进行简单的抽水或注水试验、止水、取水样、取岩样等。使用电测水位计进行水温观测。3.4.2简易水文观测的操作注意事项钻孔简易水文地质观测是在钻进过程中及时发现含水层，初步确定含水岩层的富水性及央溶在不同垂向深度的发育程度和发育规律等水文地质问题的重要手段。其观测项目一般包括：地下水水位、水温、冲洗液消耗量及粘度、涌水现象等。此外，对岩心采取率、钻进速度和钻进情况（掉钻、卡钻、埋钻、孔壁坍塌、涌砂、气体逸出等）及变层、换径的位置等也应作详细的观测与记录。并编制相应的曲线图表。各项观测工作的具体要求见下表表3-9简易水文观测工作的要求观测项目观测方法及质量要求备注水位观测每次提钻后（10分钟内）、下钻前各测一次，时间间隔不得小于5分钟。因故停钻时间较长时，观测时间视水位变化快慢而定。每2小时观测一次，直到稳定为（2小时内水位波动不超过3厘米）。稳定后可每4小时观测一次。开钻前再测一次。遇水位突变或有意义的含水层，应停钻测其静水位或水头高度。观测基准点必须固定；经常检查测绳长度，一般10米以内误差不应超过5 厘米。水温观测一般在孔内水位和漏水量有很大变化时才进行测量，每个含水层至少测定一次，较厚含水层可在上、中、下各测一次。涌水钻孔可在孔口测定，精度要求0.5。同时记录气温冲洗液量消耗观测钻进过程中每小时测量一次，当发现有突然变化时，必须增加测量次数。测定方法是：下钻扫孔到底和提钻关泵时，各测一次水源箱的水量，再加上工作时间注入水源箱的水量，即可求得此回次冲洗液总消耗量。对自然造浆的钻孔，每班必须测定一次泥浆的粘度；对使用泥浆的钻孔，每回次须测定泥浆水位；每班应测定泥浆比重及其粘度、温度变化。冲洗液循环系统不得漏失，务必防止雨水及地表水的流入，应经常清挖出其中的沉淀物。涌水漏水现象钻进中发现孔内涌水时，应记录其位置，并应立即停钻，接长套管，测量水头高度。若发现严重漏水时，应记录起止深度及耗水量等。对涌水钻孔，必要时可进行涌水量试验其它对钻进过程中的掉钻、坍塌掉块、换径变层、返水颜色的突变及涌砂、气体的逸出等现象，均应记录其起止深度。钻进过程中应进行孔深和孔斜的校测，发现问题及时修正。终孔后应测量孔深和孔斜。3.5抽水试验抽水试验前，必须进行洗井工作。洗井应采用压风机或二氧化碳的方法，一直洗至水清沙净。洗孔后及抽水试验前后均需进行孔深探测，沉淀物不得埋没下部含水层厚度的1/5。降深要求：按有关抽水试验规程执行。动水位及水量的要求：动水位和涌水量应同时观测。抽水开始阶段，每5分钟观测一次。然后，视其稳定程度，每30分钟或1小时观测一次。静止水位及恢复水位要求：抽水试验开始前和结束时，必须分别进行静止水位和恢复水位测量，并按有关规程要求详细记录。抽水试验结束后，应将现场的所有原始资料进行详细的检查、校核，确认无误时，方可进行室内资料整理工作。3.6封孔3.6.1封孔的目的和要求目的：主要是防止钻孔穿越某些岩矿层，给地下水的利用矿山的开采，矿产保护，工程建筑带来危害。因此除了少数留作长期观测或成井的钻孔以外，其余的钻孔均须密封。要求：（1）孔口以下5m范围内，均需用隔水材料封孔。（2）凡是穿过工业矿体，又见有含水层、含水结构、或同时穿过几个含水层，可能导致水文地质恶化的钻孔和其工业矿层或主要含水层以及含水构造的顶、底板上下各5m范围内，必须用P.O42.5号以上的水泥进行密封。如封口段是粘土层，也可使用优质粘土密封。（3）封孔后必须在孔口设立标志。3.6.2封孔材料及封孔方法的选择（1）封孔材料由于水泥能在水中固化，与钻孔孔壁具有一定的胶结力，同时又有较好的隔水性能，同时钻孔直径很小，所需水泥量不大，故全孔采用水泥密封，水泥牌号为P.O42.5。（2）封孔段长度由于地下水范围几乎覆盖全孔，同时为简化工序，决定采用全孔段封闭，封孔长度为780.15m。（3）水泥用量计算水泥计算用量计算公式如下：式中：每袋水泥理论密封长度（m）,以水灰比0.45计，为0.51m、为1.82m、为2.92m。密封孔段长度（m），分别为50m和640m；系数（K=1.361.7），取1.4；需要水泥用量（kg）。代入数据：t（4）水泥封孔方法由于孔较深，同时为了简化工序，采用水泵灌注水泥浆的方法进行封孔。利用泥浆泵的压力，将水泥浆通过钻杆送到孔内封闭段，直到孔口有水泥浆冒出时即可停止灌浆。（5）封孔质量检查方法使用采取液样法检验，选用提筒取样器，提筒用长23m的小一级的岩芯管制成。在灌注完毕后将提筒下入到孔内灌注部分，稍停23分钟，提出地表，确定灌