电动葫芦钢丝绳预拉伸的方法有哪些

冲击钻进是利用钢丝绳周期性的提动冲击钻具和钻头,以一定的质量和高度冲击孔底,使岩石破碎而获得进尺的一种钻进方法。在每次冲击之后,钻头在钢丝绳的带动下回转一定的角度,从而使钻孔得到规整的圆形断面。当破碎的岩屑和水混合成的岩浆达到一定浓度后,即停止冲击,利用掏砂筒将稠浆掏出,同时向孔内补充一定量液体。如此反复进行直至达到预定井深。

冲击钻进的设备、工具轻便,操作、管理简单,是水文水井和其他工程施工中,钻进大砾石、漂石以及脆性岩层的一种常用的钻进方法。但由于钻进是利用钻具自由下落而破碎岩石的,因而只能钻进垂直的钻孔,且钻孔效率较低,在使用上存在一定的局限性。

冲击钻进所使用的设备有CZ-20,CZ-22,CZ-30及冲击反循环钻机等。

(一)钻具

冲击钻进孔内钻具的连接方式如图4-19所示,它是破碎地层及取样钻进的重要工具。

图4-19 冲击钻具结构图

a:1—钢丝绳2,6,10—接口3—振击器4,5—拧卸方口7—钻头8—岩粉槽9—钻杆11—绳卡b:1—钢丝绳接头2—钻杆3—筒状钻头c:1—钢丝绳接头2—钻杆3—钻头

1.钻头

冲击钻头按其刃部形状可分为一字形、工字形、十字形、马蹄形和圆形,可根据岩石的性质进行选用。目前使用较为普遍的是十字形带副刃的钻头,如图4-20所示。十字形钻头底部带有各种刃角的切削刃,用以将冲击力传给岩石。

钻头中部称钻头体。为了减少孔底岩浆对钻头的运动阻力,钻头体上开有流通岩浆的沟槽。

冲击钻头的刃角大小,取决于所钻岩石的软硬程度,一般地层可取100°左右,软岩为65°～80°,中硬岩石可制成90°～110°,硬岩则取110°～120°。为了减少钻头与井壁的摩擦,在切削刃外端保留有4°～8°的间隙角。

冲击钻头上端有连接钻杆的锥形丝扣和打捞钻头用的环形槽。

为了提高钻头刃部的耐磨能力可以进行氰化处理或用合金焊条堆焊。带副刃十字形冲击钻头规格如表4-13所示。

图4-20 带副刃十字形冲击钻头

1—主刃2—副刃3—水槽4—锥形丝扣5—环形槽6—扳手卡槽

表4-13 带副刃十字形冲击钻头规格表

2.冲击钻杆

冲击钻杆是为加重钻头质量用实心圆钢制成。钻杆上端有锥形公扣和打捞的环形槽,下端有锥形母扣,用来连接钻头或捞砂筒。两端还备有拧紧钻具的卡槽。

钻杆间的连接方式有丝扣连接和法兰连接,井内钻杆不能过长,以防钻杆摆动和折断。钻杆的结构如图4-21所示钻杆规格见表4-14所示。

图4-21 冲击钻杆结构图

A—钻杆直径B—钻杆长度C—钻杆方头长度D—钻杆断面边长E—锥形公扣长度F—锥形公扣大头直径

钢丝绳接头又称绳卡。它的作用是连接钢丝绳和钻具,并使钻具在钢丝绳扭力作用下,能在钻头冲击一次后自动回转一定的角度。

钢丝绳接头的结构如图4-22所示。钢丝绳通过顶端伸到接头的中空活塞中,活套可以从接头中取出来,伸到活套内的钢丝绳端部,将钢丝回折成鸡心状后插入活套内,并用巴氏合金焊牢。

当提升钻具时,由于活套与整个钢丝绳接头连为一体,整个钻具受钢丝绳拉伸而扭转,从而使钻具转动一个角度。下放钻具时活套脱离垫片,钢丝绳不受力而恢复原来扭紧状态,连接钢丝绳的活套在垫片间隙内滑动,使钢丝绳实现扭紧而不带动钻头转回。即钻头在提升过程中转动一个角度,而下放过程不转动。因此在钻孔底面得到规整的圆形断面。为避免活套卡死,应经常检查、清洗钢丝绳接头。

表4-14 冲击钻杆规格表

3.掏砂筒

掏砂筒又叫抽筒,主要作用是捞取井内岩粉,也可直接用来钻进砂质、黏土质软地层。掏砂筒形状为一圆筒,上梁连接钢丝绳,下端有活门抽取岩粉。活门可根据地层特点做成球阀式、半球阀式或平板式。掏砂筒形状如图4-23所示,规格如表4-15所示。

图4-22 绳卡结构图

1—保护箍2—垫片3—绳卡体4—活套

图4-23 掏砂筒

A—掏砂筒直径B—进浆口直径C—提浆把高度D—焊接长度E—掏浆筒长度φ—提浆把直径

表4-15 掏砂筒规格表　单位:mm

4.钢丝绳

冲击钻进通常用6×19麻心左向交捻钢丝绳(6×19麻心钢丝绳如表4-16所示)。第一个数字表示有6股子绳,第二个数字表示每股子绳由19根钢丝捻成。钢丝绳规格应根据钻具的最大质量选用,一般取安全系数为10。

表4-16 6×19麻心钢丝绳

(二)冲击钻进规程

冲击钻进的规程参数包括钻具质量、冲击高度(即冲程或行程)、冲击次数和岩粉密度。

1.钻具的质量

冲击钻具的质量是指钻具静止时,钻头质量、钻杆和绳卡等能施加于岩石的钻具总质量,其大小应根据钻进岩石性质而定。采用钻头单位刃长(cm)上钻具相对重力来表示。

在软岩中取250～300N/cm在中硬岩中取350～400N/cm在硬岩中取500～600N/cm在坚硬岩中取650～800N/cm。

根据岩石性质选择钻具的质量是一个原则但同时也应考虑在冲击钻具上留有足够面积的泥浆“通槽”,以保证钻具能自由下降冲击孔底。同时,钻具过长,稳定性就差,消耗的冲击功率也大,导致冲击效果下降。所以在其他条件满足时,钻具长度应尽量减小。

2.冲击高度

冲击高度是指钻具在冲击过程中,钻具被提离孔底的高度,一般冲击钻机可改变的冲击高度为0.6～1.1m。对坚硬岩取小值,软岩取大值。

据试验表明,增加冲击高度较增加其他参数对提高钻进效率有效。但应考虑钻具本身强度的限制。

影响冲击高度的因素是钢丝绳的弹性伸长,所以采用留悬距的办法。悬距的控制是通过控制放绳量来实现的。放绳量要“少而勤”,以保证与井的延伸速度相吻合,而且每次放绳应是压轮到达最高位置的一瞬间。悬距值的大小,应根据岩石而定。钻进软岩时,每次冲击切入岩石的深度大,悬距可以少留甚至不留钻进硬岩时,每次冲击切入岩石的深度小,应适当多留。悬距还与井深有关,井越深,钢丝绳弹性伸长量越大,应适当多留。一般中硬以上岩石约留3～4cm悬距。

3.冲击次数

冲击次数是指钻具每分钟冲击孔底的次数。因为冲击钻进要保证钻具自由下落到井底,才能有效地破碎岩石,故要求钻机的冲击机构在一次循环中,要与钻具下落的时间相吻合。即冲击次数要与冲击高度相配合。配合好的冲击次数称为合理的冲击次数。当钻进中要增加冲击高度时,就应适当减少冲击次数,以避免造成钻具在孔内“打空”。

适用于目前冲击钻机的冲击高度与冲击次数的配合参数,可参考表4-17所示的规定。

表4-17 冲击高度与冲击次数关系表

4.岩粉密度

冲击钻进孔内应有一定密度的岩粉浆,起悬浮岩屑和保护井壁的作用。我们将单位体积的岩粉浆中所含岩粉的质量,称为岩粉密度,单位是kg/L。

井内岩粉密度值大小将直接影响钻进效率。当岩粉密度过小时,钻具下降的速度大,在钻具行程终了时将受到运动缓慢的压轮的限制,冲击功不能充分发挥碎岩作用,钻进效率降低当岩粉密度过大时,钻具下降的速度小,将形成钻具尚未到达孔底压轮已经回升,造成钻具不能有效地冲击孔底,甚至出现“打空”现象。同时,冲击钻进要利用岩粉浆悬浮被破碎的岩石颗粒,如果岩粉密度不适合,会在孔底形成一层岩粉垫,这将减弱钻头在孔底的冲击作用。这种岩粉垫严重时可使钻进效率为零。

实际操作中控制岩粉密度的办法,一是控制回次捞砂间隔,二是控制捞砂时的捞砂量,所以规程中有“勤掏少掏”的规定。经验证明,利用抽筒捞砂时,抽筒应在井底岩粉浆密度最高的“岩粉柱”范围内活动,抽筒提动距离有20～50mm即可,抽筒活动次数以3～4次为合适。

冲击钻进各技术参数的配合,主要根据地层条件,可参照表4-18选用。

(三)冲击钻进应用

冲击钻进方法虽然古老,但由于自身的特点,目前在大直径供水井、大口径的基桩孔的施工中仍有一定优势。因此,了解冲击钻进在某些岩层中的钻进方法是必要的。

1.大卵石、大漂石等地层钻进

这类地层胶结性差,比较松散,且卵石硬而表面光滑,井壁不稳定,易发生坍塌、井斜和漏失。采用冲击钻进可取得较好的效果。

表4-18 冲击钻进规程参数表

钻进这类地层应采用大冲击高度、低冲击次数,适当加大钻具质量。如果漏失不大,可采用泥浆护壁如果漏失严重,可投入黏土球挤入井壁,并配合稠泥浆护壁。当遇到大漂石时,可采用“高拉猛冲”以砸碎漂石并挤入井壁的钻进方法。当井身发生孔斜时,可将脆的块石填入孔内倾斜段,重新采用小规程进行钻进,待钻孔纠正后,再继续正常钻进。另外,在操作上应加强钻具的回转,采用大刃角防止钻头磨损过快,经常检查钻具,及时补修钻头,防止钻孔缩小而夹钻。

2.黏土层钻进

这类地层黏性大,透水性差,孔内造浆性较大。钻进中易发生缩径、糊钻,但井壁稳定。故进尺、护壁不是问题,重要的是防止事故。一般可采用小冲击高度,较轻钻具质量,适当减少冲击次数、勤换浆、少放绳和较短的回次进尺,并注意向孔内补充一定量稀泥浆。当遇到塑性较大并具有弹性的地层时,可向孔内投入砖块或软碎石,以增加碎岩的“切削具”。当遇到黏土质砂层时,可用掏砂筒钻进,以提高钻进效率。

3.砂层钻进

砂层钻进,主要是保护井壁,应采用优质泥浆护壁。较薄的流砂层,可投入黏土球以增加护壁能力,很厚的流砂层可选用跟管钻进。

4.石灰岩地层钻进

石灰岩的裂隙较为发育,钻进中易发生掉块而卡、夹钻具。如处理不当,会将钢丝绳拉断造成事故。

钻进灰岩地层,钻头的间隙角要大,使钻头与孔壁的间隙在30～50mm范围。钻头的刃角也要大,一般用带侧刃的十字形钻头。操作上应力求减小钻具的摆动,掌握好悬距。放绳要小而勤、冲击高度与冲击次数要配合适当。当地层特别破碎时,可投入黏土球,并挤压入裂隙,以增加井壁的稳定性。钻头要采用硬材料补焊,并准备2～3个钻头轮换使用。可采用优质泥浆悬浮岩屑,勤掏少掏。在有溶洞的地方应注意操作以防井斜。

一般而言夏天和冬天差别不大，只是润滑脂在冬天和夏天略有差别，仅供参考。起重设备常用钢丝绳品种如下：1.磷化涂层钢丝绳（中国专利），钢丝经锰系或锌锰系磷化处理，钢丝表面耐磨性、耐蚀性全面跃升，磷化膜与润滑脂的复合作用，有效抑制微动磨损的发生，彻底解决钢丝绳的磨损问题，疲劳寿命是同结构光面钢丝绳3倍，通过疲劳试验可以验证疲劳寿命（亲自做疲劳试验最具可信性），是光面钢丝绳的升级换代产品，也可替代先镀后拔薄锌层镀锌钢丝绳使用（可通过盐雾试验检验或对比耐蚀能力），使用寿命超长，单位使用成本更低，稳定性更佳。2.镀锌钢丝绳，包括热镀锌和电镀锌两种，一般而言，热镀锌锌层厚，电镀锌锌层薄3.不锈钢丝绳，以304或316不锈钢为主，防腐蚀效果非常优秀但是价格昂贵4.涂塑钢丝绳，碳素钢丝绳基础上，外层涂覆聚乙烯、聚丙烯或尼龙5.光面钢丝绳，使用寿命短，市场需求剧减，将被磷化涂层钢丝绳全面淘汰。6.海洋工程系泊用钢丝绳7.缆索钢丝绳大气环境中使用的起重机械，优选锰系磷化涂层钢丝绳，重腐蚀环境优选热镀锌—磷化双涂层钢丝绳，海水中优先海工钢丝绳。采购时请注意，在购货发票必须注明钢丝绳名称，如磷化涂层钢丝绳或316不锈钢丝绳，以保护自身合法权益，另外，专利产品一般在钢丝绳外包装上有专利号喷涂标注，质保书应有主要技术指标，如磷化膜种类和膜重，仅供参考

选购钢丝绳索具时必须注意下面的几点：压套上是否印有DIN, 生产商名称和CE标记；压制是否正确；被压制的钢丝绳的末端是否被压套压紧在内或外露出0.5d钢绳直径；通过控制孔能否看到被压制的钢丝绳末端；钢丝绳平放时是否平直；钢丝绳的直径是否准确；压套的长度是否为4.5×d 严禁超负荷使用；无标记的吊索具末经确认，严禁使用；吊索具组合部件上的部件按组合部件要求定期检查；严禁采用锤击的方法纠正已扭曲的吊具；吊索具禁止抛掷；严禁从重物下面拉拽或让重物在吊索具上滚动；外购置的吊索具必须是专业厂家按国家标准规定生产、检验、具有合格证和维护、保养说明书的产品。在产品明显处必须有不易磨损的额定起重量、生产编号、制造日期、生产厂名等标志。严禁使用三无产品。

细绳，螺栓一定要拧紧，应将钢丝绳的直径压扁。

1.钢丝绳盘装卸时，请务必通过其中起重设备或滑板轻轻装卸，以免造成绳盘损坏和乱卷现象；地面搬运时，钢丝绳盘不允许在凹凸不平的地面上滚动，使钢丝绳表面压伤；严禁以钢丝绳表面作为杠杆的支点移动轴上的钢丝绳；没有外包装的钢丝绳搬运时，钢丝绳表面不能粘有影响使用的石块、粘土等；要按正确的方向缠绕或放绳。

2.钢丝绳应存放在干燥通风、防雨防潮的仓库内，防止阳光直射或热气燥烤，库房内钢丝绳不能多层堆放。若钢丝绳长期大量存放时，应经常进行检查，防止生锈。发生生锈后应及时处理，并重新涂润滑油，如腐蚀严重，该段钢丝绳应作报废处理。若钢丝绳放在室外时，应放在干燥的地面上，用木版垫起，并用遮雨布盖好。

3.使用新的钢丝绳应先低速跑合；如果可能，使用前对钢丝绳预拉伸。可提高寿命；应防止过负荷、超速运转并防止冲击和振动。

4.钢丝绳的检查：在使用钢丝绳时,应按有关规定进行定期检查，并将检查结果做好记录。检查内容应包括以下各项：钢丝绳磨损程度、断丝情况、腐蚀程度、润滑情况、变形情况、绳连接部分或末端紧固部分以及其它异常现象等。钢丝绳在卷筒、滑轮及过线轮等构件上面滑动，经过磨擦构件很容易磨出槽来使钢丝绳的磨损加快，有时滑轮的磨损还会使钢丝绳变形，增加弯曲疲劳。因此，这些构件都必须认真检查，若有不合适的，必须立即更换和修正。

5.应定期报废，更换钢丝绳。

钢丝绳安装方法如下：一、将钢丝绳从钢丝绳卷筒缠绕到提升机上，缠绕过程中要跟钢丝绳的顺序一致；二、使用旧钢丝绳或细钢丝绳配合安装新钢丝绳，钢丝绳安装后，必须小心连接并固定；三、加载安装，在使用之前需要在低负载下执行一些正常操作，以便可以将每个组件调整到其实际运行状态。

1、将钢丝绳从钢丝绳卷筒缠绕到提升机上

在制造过程中，所有钢丝绳在被绞盘拉动时都有特定的弯曲方向。将钢丝绳从卷筒缠绕到卷扬机上时，确保其弯曲方向相同。如果钢丝绳是从卷扬机底部缠绕的，则钢丝绳也必须从卷筒底部缠绕到卷扬机上。如果不严格遵循此程序，钢丝绳将被绑在起重机之间。卷筒轴和卷扬机，或在使用过程中，恢复原来的转动，改变绳索结构。

2、使用旧钢丝绳或细钢丝绳安装新钢丝绳

最好是在安装新钢丝绳之前处理掉旧钢丝绳。如果通过旧钢丝绳或细钢丝绳将新钢丝绳安装到系统中，需要确保钢丝绳接头完全安全。另外，注意不要转动细钢丝绳。

另一种方法是用中国爪固定钢丝绳。中国爪是由编织线制成的管子，它们拉动钢丝绳的末端，然后用胶带保护钢丝绳的末端。加载时，中国爪缩回，由此产生的摩擦力将绳尾保持在原位。连接共捻钢丝绳时要小心，因为中国爪很容易脱落。可以通过用胶带包裹中国指甲并固定它们来增加摩擦力。

3、加载安装

为了使钢丝绳在多层卷取卷筒上达到理想的缠绕状态，在安装过程中对钢丝绳施加拉伸载荷较为重要。如果第一层没有拉紧，可能是卷筒太松，最外层钢丝绳可能在重载下被推入最下层。解开的绳索可能会被卡住，这会导致卷筒在重新缠绕时突然反转方向，导致张力急剧增加并降低卷筒。钢丝绳上的拉伸载荷应在最小破断力的 1% 到 2% 之间变化。可以通过将制动盘连接到阀芯末端或使用连接到阀芯的简单制动盘来获得足够的拉伸载荷。

使用钢丝绳注意点

夹子的大小要与钢丝绳的粗细相匹配。 U型圈内的间隙应比钢丝绳直径大一到三毫米。如果间隙过大，则很难夹住绳索，容易发生事故。安装夹头时，需要拧紧螺栓，绳索受力后，将夹头螺栓拧紧一次，确保接头牢固可靠。夹头必须按顺序放置，U型部分与绳头接触，不能与主绳接触。如果U形部分与主绳接触，压碎主绳再施力会使钢丝易碎。检查接头是否可靠，钢丝绳是否打滑，在最后一个夹头后面约五十厘米处连接另一个夹头。