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      隨鉆測量通纜鉆桿的性能要求

      隨鉆測量通纜鉆桿的性能要求

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      【摘要】:
      中心通纜鉆桿是定向鉆進過程中受力最復雜、工況最惡劣的部件。在鉆進過程中,中心通纜鉆桿既要承受鉆機施加的推拉力和螺桿鉆具的反轉矩,還要作為介質通道向孔底輸送泥漿或是其他壓力介質。同時,進行近水平長鉆孔和超長鉆孔鉆進施工時,鉆進下斜孔或分支孔會產生附加的彎曲應力,極易引起鉆桿的疲勞破壞。中心通纜鉆桿還是孔底測斜單元與孔口測斜設備的信號傳輸裝置,應確??椎诇y斜單元與孔口測斜設備之間信號傳遞實時、安全,減

      通纜鉆桿是定向鉆進過程中受力最復雜、工況最惡劣的部件。在鉆進過程中,中心通纜鉆桿既要承受鉆機施加的推拉力和螺桿鉆具的反轉矩,還要作為介質通道向孔底輸送泥漿或是其他壓力介質。同時,進行近水平長鉆孔和超長鉆孔鉆進施工時,鉆進下斜孔或分支孔會產生附加的彎曲應力,極易引起鉆桿的疲勞破壞。中心通纜鉆桿還是孔底測斜單元與孔口測斜設備的信號傳輸裝置,應確??椎诇y斜單元與孔口測斜設備之間信號傳遞實時、安全,減少鉆進過程中鉆桿復雜受力、振動和壓力介質擾動對信號傳遞可靠性的影響,以保證定向鉆進鉆孔施工的準確性和安全性。由此可見,中心通纜鉆桿必須具備高強度和信號傳遞可靠性高的特性。

      主要技術參數

      通過對中心通纜鉆桿工作條件進行分析,結合煤礦井下配套裝備性能和使用要求,中心通纜鉆桿主要技術參數: 

      ①鉆桿體Φ73 mm,壁厚 5.6 mm,接頭外徑 75 mm; 

      ②鉆桿定尺長度 3 m; 

      ③鉆桿最大抗拉能力為 800 kN; ④鉆桿最大抗扭能力 6 500 N·m;

      ⑤絕緣電阻大于 10 MΩ; ⑥中心通纜裝置電阻小于0. 5 Ω。

      總體結構設計

      中心通纜鉆桿分為信號傳導裝置和鉆桿體兩部分鉆桿體是中心通纜鉆桿其他部分的載體,也是保證定向鉆進施工的首要條件,其性能高低直接決定了施工的安全性。中心通纜鉆桿的信號傳導裝置由中心通纜裝置、絕緣裝置和支撐裝置 3 部分組成。

      中心通纜裝置由公接頭、導線、母接頭和變徑彈簧等組成,其作用是傳遞孔底與孔口設備之間的雙向通信信號。

      絕緣裝置由塑料公接頭、線管和塑料母接頭等組成,其作用是將中心傳導裝置與泥漿或其他壓力介質隔離,保護中心傳導裝置的通信安全,防止傳導過程中通信信號損失。

      支撐裝置由定位擋圈和穩定器等組成,其目的主要是將塑料公母接頭在鉆桿軸向定位,防止鉆桿聯接時中心傳導裝置和絕緣裝置竄動,保證信號傳遞的可靠性。另外,穩定器能減少泥漿或其他介質對線管的擾動,避免因線管斷裂而造成傳導裝置與鉆孔介質導通。

      1) 結構設計。為了滿足鉆桿對不同施工工藝的需求,其主體結構與普通地質鉆桿結構并無大的差異。鉆桿長度為 3 m,以減少鉆桿的連接點,縮短鉆進輔助時間; 管體采用 Φ73 mm、壁厚5. 6 mm 高強度無縫鋼管,以減少鉆桿質量而又不影響鉆桿強度;

      接頭 Φ75 mm,以提高接頭螺紋部位的強度; 鉆桿內孔的焊接區通過機加工來保證接頭與桿體的平穩光滑過渡,以利于信號傳輸電纜的安裝與拆卸,減少液體動能在傳遞過程中的管路損耗。

      中心通纜鉆桿一般采用屈服強度大于 650 MPa和抗拉強度大于800 MPa 的中低碳鉻錳鉬合金結構鋼,且為了保證鉆桿的連接強度,鉆桿的公母螺紋接頭應采用比鉆桿桿體性能更好的材質。綜合考慮,要求桿體屈服強度大于 835 MPa,抗拉強度大于 980MPa,延伸率大于 12%; 接頭屈服強度大于 925MPa,抗拉強度大于1 070 MPa,延伸率大于14. 5%。

      2) 鉆桿體螺紋的設計與校核。中心通纜鉆桿螺紋結構,延續采用了普通繩索取心鉆桿的圓錐梯形螺紋結構,其特點是增大了螺紋根部的斷面積,即

      增加了螺紋強度; 同時增大了螺距,即增加了螺紋聯接的接觸面積,提高了螺紋聯接的定心精度及聯接剛性,使得螺紋受力均勻,傳遞轉矩大,而且密封性能好。齒高確定為 1. 5 mm,約為一般繩索取心鉆桿齒高的 2 倍,這樣不僅增加了螺紋強度,更降低了鉆桿脫扣的危險性。

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