中心通纜鉆桿

定向鉆進(jìn)是利用鉆孔自然彎曲規(guī)律或采用人工造斜工具使鉆孔按設(shè)計(jì)要求延伸鉆到預(yù)定目標(biāo)的一種鉆進(jìn)方法。也可以解釋成為了鉆達(dá)到一個(gè)預(yù)定的地下目標(biāo)，使井眼在特定方向偏斜的工藝和科學(xué)。定向鉆進(jìn)技術(shù)是目前世界上前端的鉆進(jìn)方法之一，它具有GDS導(dǎo)向系統(tǒng)，通過孔外計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)，可以按照預(yù)先設(shè)計(jì)的鉆進(jìn)軌跡鉆進(jìn)至指定位置。這對(duì)瓦S抽放、煤氣層開發(fā)、緊急救援、探測(cè)排放采空區(qū)積水及地質(zhì)構(gòu)造等，有著無可比擬的優(yōu)越性。

通纜鉆桿與定向鉆機(jī)配套在鉆探工程中應(yīng)用及其廣泛，如鉆孔糾斜；補(bǔ)取巖礦芯；繞過事故孔段或復(fù)雜孔段；避開地面障礙；一孔多分支；勘探陡斜礦體；煤層瓦S抽放或煤層氣開采；礦山豎井特定位置區(qū)域水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘查；開挖鋪設(shè)地下管線等。但就煤礦而言，在瓦S防治與開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用也是多方面的,如進(jìn)行區(qū)域性本煤層瓦S預(yù)抽放、掘進(jìn)預(yù)抽、抽放采空區(qū)瓦S、非開采層瓦S預(yù)抽等,不但能大大減少瓦S防治與開發(fā)的投資成本,還能提高抽放濃度,為瓦S的利用提供質(zhì)量保障。

通纜鉆桿又稱做隨鉆測(cè)量鉆桿，主要用于搭配千米定向鉆機(jī)進(jìn)行深孔鉆進(jìn)。

通纜式鉆桿是孔底測(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。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)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，能夠保證有線(電纜)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)的傳輸。

1.通纜式鉆桿的主要功能

通纜式鉆桿是定向鉆進(jìn)裝備的重要組成部分，是定向鉆進(jìn)過程中受力復(fù)雜、工況惡劣的部件，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，通纜式鉆桿既可用來進(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，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.通纜式鉆桿的工作條件

通纜式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，通纜式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。通纜式鉆桿的工作條件決定了通纜式鉆桿將是鉆進(jìn)過程中受力復(fù)雜、工況惡劣的部件。

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)(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。

1、常用規(guī)格型號(hào):

Φ70mm*3m  Φ73mm*3m  Φ76mm*3m  Φ89mm*3m

2、工藝要求：

摩擦焊型、敦粗外加厚型（需要整體熱處理）

3、材質(zhì)壁厚：

通纜合金鉆桿材質(zhì)為26Crmo材質(zhì)

26CrMo作為鋼胚，可經(jīng)過調(diào)質(zhì)成石油管鋼級(jí)，S135 G105等，常用規(guī)格 60 73 88.9 101 127等規(guī)格。

不銑槽型壁厚為8mm   銑槽型壁厚為10mm4、鉆桿定尺長(zhǎng)度:1.5m、2m、3m，其中3m長(zhǎng)度的為常用;

鉆桿抗拉能力:800kN;

鉆桿抗扭能力:6500N·m;

絕緣電阻:>2MΩ;

通纜裝置電阻:<0.5Ω;

使用壽命:20000m或1年。

該技術(shù)是利用導(dǎo)向系統(tǒng)使近水平鉆孔軌跡按設(shè)計(jì)要求延伸鉆進(jìn)至預(yù)定目標(biāo)的一種鉆探方法，即有目的地將鉆孔軸線由彎變直或由直變彎。同時(shí)孔底導(dǎo)向裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆孔參數(shù)，進(jìn)而確定孔底螺桿馬達(dá)的造斜方向。該技術(shù)的關(guān)鍵部位在于孔內(nèi)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置和配套的測(cè)量技術(shù)。首先高壓水通過鉆桿輸送至孔內(nèi)馬達(dá)，孔內(nèi)馬達(dá)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子在高壓水的沖擊作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，通過前端軸承帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，達(dá)到破煤的目的，在鉆進(jìn)過程中，鉆桿本身不轉(zhuǎn)，只做鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而降低了鉆機(jī)的負(fù)荷?？變?nèi)馬達(dá)的彎接頭是一個(gè)關(guān)鍵部位，它和鉆桿之間有一定的夾角，由于彎接頭的作用，鉆孔的軌跡不再是傳統(tǒng)鉆機(jī)所形成的略帶拋物線的直線軌跡，而成為一條偏向彎接頭方向的空間曲線。配套的測(cè)量系統(tǒng)是保證深孔定向鉆進(jìn)按照預(yù)定的軌跡進(jìn)行鉆進(jìn)的關(guān)鍵部件，該測(cè)量系統(tǒng)在孔內(nèi)主要測(cè)量參數(shù)為方位角、傾角和彎接頭方向，根據(jù)測(cè)量出來的孔內(nèi)參數(shù)可用三角函數(shù)計(jì)算出每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)，即可描繪出該空間曲線在水平和垂直平面上的投影圖，并與設(shè)計(jì)的軌跡進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)偏差即使調(diào)整彎接頭方向，以及是鉆進(jìn)軌跡大限度的符合設(shè)計(jì)要求。

總之，進(jìn)水平千米定向鉆機(jī)在煤礦井下的使用，滿足了煤礦生產(chǎn)技術(shù)與裝備之急需，實(shí)現(xiàn)了井下瓦S抽采鉆孔從“無控鉆進(jìn)”到“定向鉆進(jìn)”的跨越，在我國(guó)煤礦瓦S抽采技術(shù)領(lǐng)域起到了引導(dǎo)和示范作用，尤其推動(dòng)了我國(guó)煤炭行業(yè)瓦S治理的技術(shù)進(jìn)步，完善了煤礦治理瓦S的技術(shù)手段。千米定向鉆進(jìn)技術(shù)具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和推廣應(yīng)用前景，可以為礦井的瓦S等災(zāi)害治理提供根本的技術(shù)途徑。