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【摘 要】2011年冬，在辽宁鞍山黑石砬子铁矿施工钻孔ZK925号为例，使该钻孔顺利施工结束。本文介绍一下具体方法。
【关键词】钻孔；具体方法；ZK925号钻孔；防护
Hydraulic mast rig construction in winter the cold treatment measures
Xia Ben-yu,Qiao Jin-kui,Wang Jun
(401 Team of Liaoning Provincial Metallurgical and Geological Exploration Bureau Anshan Liaoning 114005)
【Abstract】The winter of 2011, in Anshan Blackstone Lizi Iron construction drilling ZK925, for example, the drilling to smooth the end of construction. This article describes the specific methods.
【Key words】Drilling;Specific methods;ZK925 drill;Protection
1. 存在问题
全液压桅杆式钻机以其优越性能，如搬迁简便、回次长、能打大倾角钻孔等，在钻探施工地质灾害处理等得到广泛应用。但在冬季施工中防寒工作很难处理，明显问题是泥浆泵、供水管道发生冻堵，设备低温运行不良，工人作业条件不好保障等。
2009年10月在辽宁辽阳寒岭平顶山铁矿施工的SK2号水文钻孔，使用全液压桅杆式钻机施工时，因天气寒冷造成大量水管损坏，设备故障屡屡发生，液压机械操作不灵，施工进度很慢，一个多月進尺226米，施工费用多达近20万元，是正常施工费用三倍。
2. 以辽宁鞍山黑石砬子铁矿施工钻孔ZK925号为例
2011年冬，在辽宁鞍山黑石砬子铁矿施工钻孔ZK925号，该钻孔位置处于山的背阴坡，且正是北风口处。地表温度-5℃度～15℃度。设计孔深550米，设计倾角57度，0～25米为世纪层，25～270米为易弯曲的千枚岩，270～550为石英岩及红铁矿互层的坚硬岩层，水源离钻孔较远约600米，施工难度很大。施工所用钻机YDX-3L，桅杆高度9米，施工最大钻孔倾角45度，付卷扬及泥浆泵随钻机一体，属于履带式自行钻机，生产厂家北京天和众邦。2009 年施工的SK2号钻孔也是该钻机施工。
图1
2.1 具体方法。
施工前吸取09年SK2钻孔的教训，经过精心设计，充分准备，于2011年12月2日开孔，2011年12月29日终孔，使该钻孔顺利施工结束。具体方法介绍如下：
放孔后根据钻孔倾角和方位平整地盘，地盘长宽比正常稍大一点，一般在5米×14米以上，地盘控制使钻孔位置在6.5米×3米处，如地质图1所示。平整好地盘后正常安装钻机设备开孔检查，设备不再移动，待地质开孔检查后挖泥浆坑及循环槽，泥浆坑与钻机之间要有1.5米左右的距离，泥浆坑要规整紧凑，余土填到低处去。下一步我们租用脚手架的架管及连接扣，按5米×14米的地盘外框，搭起一个棚架，棚架的前部高度4米长约7米，后部高度6米，一面坡形，棚架的各个立杆要坐在硬地面上，棚的两侧要搭成三角形架管支撑如
图2所示。搭建棚架一定要坚固可靠，最好雇佣有证架工配合搭建，保证搭建过程安全及棚架坚固。在泥浆坑一侧可用较长架杆搭在棚架侧杆上，斜支过泥浆坑并用连接扣紧固，即起到加固棚架的作用，又能使披挂篷布时，将泥浆坑苫在棚内。棚架搭建好后就可用苫布或四角塔的塔衣将棚架蒙上，披挂篷布时棚架的下部一定要蒙严留门，上部桅杆周围留有0.7米×2米的空洞，给上下钻杆和钢丝绳运动留下空间，桅杆处在棚的6米高度内，正常情况下，水接头在棚内，棚里热气流向上去，可防止水接头冻堵。这样避风防寒的工作棚就搭建完了，如图3所示。
图2
图3
2.2 冬季正常钻探生产，只靠工作棚挡风远不够，棚内需要取暖。取暖的热源我们采用三种方式共同使用:
（1）利用钻机发动机余热，YDX-3L钻机使用康明斯发动机，功率132千瓦，发动机正常运转后会放出很大热量，整机在棚内对内温度的提升起到很大的补助作用。但这种方法一定要注意安全，发动机的废气要格外安装排烟管道排到棚外，以免施工人员因缺氧发生中毒，如图4所示，气压低的天气还要有其他排气措施。
（2）照明灯余热利用，由于棚内封闭，仅留少量作业通孔，棚内黑暗，我们采用碘钨灯照明，共用三只灯照明，每只1千瓦，三只也有很高的余热。但要注意用电安全。
（3）主体取暖措施是生煤炉子，在棚内安一个铁炉子烧煤取暖，可以很好的调节棚内温度，但同样要注意排烟，还要注意防火，棚内要备有灭火器。
2.3 水源管道的防护。冬季施工水源保障的可靠性，直接影响钻探生产效率，管路中的水一旦冻结，极难处理。一般情况下，管道中水冻结有三种方式，存水冻结和挂壁冻结，存水冻结是水没有彻底回流，留在管中长时间冻结堵塞管路。挂壁冻结是水在管内流动过程中，管壁水结冰，时间长结冰厚度逐渐增大，流水截面逐渐减小直至堵死管路。还有一种情况是管路中的流水结有冰絮，集到一处堵塞管路。
图4
图5
ZK925号钻孔距水源地约600米，落差高度约50米，采用潜水泵供水，管路采用1.2寸聚乙烯朔料管。水管的防护采取全管线保温管包裹，内附一条自控温伴热带，最外用专用布带捆紧。管路保温管是一种类似海绵状不透水的开缝管，配有不同管径型号，并有多种厚度，根据当地气候情况选定，市场均有出售，ZK925号孔选用15mm厚，捆绑用的布带随保温管可一同买到。伴热带是一种利用电能的发热材料，其结构如图5所示，它有两条平行的金属导线，两导线用一种特制的塑料材料间隔包裹，这种材料具有较弱的导电性，其导电电阻随温度的增高而增大，两根导线在加上电压的条件下，电流流经导电塑料而发热，温度升高后，塑料的导电电阻增大，电流减小，发出热量减少，从而起到控温作用，在这种结构的外层又封装一层塑料绝缘层。伴热带的参数不同，有多种型号，平行导线距离12mm的，可以100米一供电，平行导线距离10mm的50米一供电。功率有25瓦/米和35瓦/米。控温一般小于70度，使用电源有110伏和220伏的，市场均有出售。ZK925号钻孔供水管道，首先使用的是泰州升达电热材料有限公司生产的DXW-12J型伴热带，输出功率小于35W/m，自控温度小于70度，220伏市电供电，供电最大长度100米，但因生产质量问题，控温不准，将全部处理好的防寒管线烧毁200米，造成很大的经济损失和时间损失。后来补充购买芜湖市科阳电热材料有限责任公司产的DBR-J-25-220型伴热带，输出功率小于25W/m，其它参数与上相同，使用效果良好，伴热带在选购时一定要注意质量和参数的选定。
管路的防寒包装是一项很细致的工作，水管连接铺好后，首先随管线铺放伴热带，一次铺放100米，从一头套装保温管，套装保温管时要让伴热带在水管底部，伴热带两端头留在保温管外约300～400mm，伴热带不必在水管上缠绕，然后用专用布带圈压圈绕紧，使保温管开缝闭严，伴热带距水泵一端，要离水面或冰面3～5米，保温管可包装到水面以下，没有被伴热带加热部分要让水能全部回流。在包装下一段管线时，伴热带的端头与上一个端头要有一点交叉，不留加热空段，以此类推，直至管线包完。最后一条伴热带有剩余，多余部分剪断，因为小于100米的任意长度都可以直接接入电源。如图6
做好保温的管线，伴热带的接线供电很重要，要保证管线运行的可靠性和安全性。ZK925号孔伴热带的供电是220伏，启动功率约20千瓦，本孔采用三相四线制市电供电，电缆单相截面大16mm2，这种接线方式可以减小相线和零线电流，还能使供电网络相间平衡，接线时要注意三相的负载大致相同，该管线每相大约供电200米，如图7所示。本孔管线伴热带供电点有三个，每个点正好对应一相，给这个点的左右两伴热带供电，这两条伴热带要并联接入电路，接线端要接在防爆盒内，这样可以防止进水短路，又可以防止发生触电事故，如图8所示。伴热带的另一端，也就是非电源端，两根金属导线绝对不能短接，否则会因短路烧毁所有管线材料，该端还要严格防水，要装在防爆端盒内。伴热带的控温不一定准确，这主要是产品质量不一定都过关，如果过热，会将管线材料烧毁，还容易引发火灾。如上述，本孔开始就是未加控制将伴热带直接接入电源，烧毁200米管线。为了避免类似问题再次出现，本供电线路的电源采用了时间继电器，控制三相交流接触器，进行间歇式供电，如上图7所示。这样既提了安全性，又节省了电能，但要根据天气温度适时调节加热和间歇时间。表1是ZK925号孔，根据经验调整时间的列表。
3. 结语
3.1 对于桅杆式钻机或两脚式钻塔钻机冬季施工本方案都有较强的借鉴作用，利用建筑脚手架搭建防护棚简便易行安全可靠。
3.2 长距离利用伴热带防护供水管线此方案可行,尤其是加装时间继电器后提高了安全性和可靠性。
［文章编号］1006-7619（2011）02-13-080
【关键词】钻孔；具体方法；ZK925号钻孔；防护
Hydraulic mast rig construction in winter the cold treatment measures
Xia Ben-yu,Qiao Jin-kui,Wang Jun
(401 Team of Liaoning Provincial Metallurgical and Geological Exploration Bureau Anshan Liaoning 114005)
【Abstract】The winter of 2011, in Anshan Blackstone Lizi Iron construction drilling ZK925, for example, the drilling to smooth the end of construction. This article describes the specific methods.
【Key words】Drilling;Specific methods;ZK925 drill;Protection
1. 存在问题
全液压桅杆式钻机以其优越性能，如搬迁简便、回次长、能打大倾角钻孔等，在钻探施工地质灾害处理等得到广泛应用。但在冬季施工中防寒工作很难处理，明显问题是泥浆泵、供水管道发生冻堵，设备低温运行不良，工人作业条件不好保障等。
2009年10月在辽宁辽阳寒岭平顶山铁矿施工的SK2号水文钻孔，使用全液压桅杆式钻机施工时，因天气寒冷造成大量水管损坏，设备故障屡屡发生，液压机械操作不灵，施工进度很慢，一个多月進尺226米，施工费用多达近20万元，是正常施工费用三倍。
2. 以辽宁鞍山黑石砬子铁矿施工钻孔ZK925号为例
2011年冬，在辽宁鞍山黑石砬子铁矿施工钻孔ZK925号，该钻孔位置处于山的背阴坡，且正是北风口处。地表温度-5℃度～15℃度。设计孔深550米，设计倾角57度，0～25米为世纪层，25～270米为易弯曲的千枚岩，270～550为石英岩及红铁矿互层的坚硬岩层，水源离钻孔较远约600米，施工难度很大。施工所用钻机YDX-3L，桅杆高度9米，施工最大钻孔倾角45度，付卷扬及泥浆泵随钻机一体，属于履带式自行钻机，生产厂家北京天和众邦。2009 年施工的SK2号钻孔也是该钻机施工。
图1
2.1 具体方法。
施工前吸取09年SK2钻孔的教训，经过精心设计，充分准备，于2011年12月2日开孔，2011年12月29日终孔，使该钻孔顺利施工结束。具体方法介绍如下：
放孔后根据钻孔倾角和方位平整地盘，地盘长宽比正常稍大一点，一般在5米×14米以上，地盘控制使钻孔位置在6.5米×3米处，如地质图1所示。平整好地盘后正常安装钻机设备开孔检查，设备不再移动，待地质开孔检查后挖泥浆坑及循环槽，泥浆坑与钻机之间要有1.5米左右的距离，泥浆坑要规整紧凑，余土填到低处去。下一步我们租用脚手架的架管及连接扣，按5米×14米的地盘外框，搭起一个棚架，棚架的前部高度4米长约7米，后部高度6米，一面坡形，棚架的各个立杆要坐在硬地面上，棚的两侧要搭成三角形架管支撑如
图2所示。搭建棚架一定要坚固可靠，最好雇佣有证架工配合搭建，保证搭建过程安全及棚架坚固。在泥浆坑一侧可用较长架杆搭在棚架侧杆上，斜支过泥浆坑并用连接扣紧固，即起到加固棚架的作用，又能使披挂篷布时，将泥浆坑苫在棚内。棚架搭建好后就可用苫布或四角塔的塔衣将棚架蒙上，披挂篷布时棚架的下部一定要蒙严留门，上部桅杆周围留有0.7米×2米的空洞，给上下钻杆和钢丝绳运动留下空间，桅杆处在棚的6米高度内，正常情况下，水接头在棚内，棚里热气流向上去，可防止水接头冻堵。这样避风防寒的工作棚就搭建完了，如图3所示。
图2
图3
2.2 冬季正常钻探生产，只靠工作棚挡风远不够，棚内需要取暖。取暖的热源我们采用三种方式共同使用:
（1）利用钻机发动机余热，YDX-3L钻机使用康明斯发动机，功率132千瓦，发动机正常运转后会放出很大热量，整机在棚内对内温度的提升起到很大的补助作用。但这种方法一定要注意安全，发动机的废气要格外安装排烟管道排到棚外，以免施工人员因缺氧发生中毒，如图4所示，气压低的天气还要有其他排气措施。
（2）照明灯余热利用，由于棚内封闭，仅留少量作业通孔，棚内黑暗，我们采用碘钨灯照明，共用三只灯照明，每只1千瓦，三只也有很高的余热。但要注意用电安全。
（3）主体取暖措施是生煤炉子，在棚内安一个铁炉子烧煤取暖，可以很好的调节棚内温度，但同样要注意排烟，还要注意防火，棚内要备有灭火器。
2.3 水源管道的防护。冬季施工水源保障的可靠性，直接影响钻探生产效率，管路中的水一旦冻结，极难处理。一般情况下，管道中水冻结有三种方式，存水冻结和挂壁冻结，存水冻结是水没有彻底回流，留在管中长时间冻结堵塞管路。挂壁冻结是水在管内流动过程中，管壁水结冰，时间长结冰厚度逐渐增大，流水截面逐渐减小直至堵死管路。还有一种情况是管路中的流水结有冰絮，集到一处堵塞管路。
图4
图5
ZK925号钻孔距水源地约600米，落差高度约50米，采用潜水泵供水，管路采用1.2寸聚乙烯朔料管。水管的防护采取全管线保温管包裹，内附一条自控温伴热带，最外用专用布带捆紧。管路保温管是一种类似海绵状不透水的开缝管，配有不同管径型号，并有多种厚度，根据当地气候情况选定，市场均有出售，ZK925号孔选用15mm厚，捆绑用的布带随保温管可一同买到。伴热带是一种利用电能的发热材料，其结构如图5所示，它有两条平行的金属导线，两导线用一种特制的塑料材料间隔包裹，这种材料具有较弱的导电性，其导电电阻随温度的增高而增大，两根导线在加上电压的条件下，电流流经导电塑料而发热，温度升高后，塑料的导电电阻增大，电流减小，发出热量减少，从而起到控温作用，在这种结构的外层又封装一层塑料绝缘层。伴热带的参数不同，有多种型号，平行导线距离12mm的，可以100米一供电，平行导线距离10mm的50米一供电。功率有25瓦/米和35瓦/米。控温一般小于70度，使用电源有110伏和220伏的，市场均有出售。ZK925号钻孔供水管道，首先使用的是泰州升达电热材料有限公司生产的DXW-12J型伴热带，输出功率小于35W/m，自控温度小于70度，220伏市电供电，供电最大长度100米，但因生产质量问题，控温不准，将全部处理好的防寒管线烧毁200米，造成很大的经济损失和时间损失。后来补充购买芜湖市科阳电热材料有限责任公司产的DBR-J-25-220型伴热带，输出功率小于25W/m，其它参数与上相同，使用效果良好，伴热带在选购时一定要注意质量和参数的选定。
管路的防寒包装是一项很细致的工作，水管连接铺好后，首先随管线铺放伴热带，一次铺放100米，从一头套装保温管，套装保温管时要让伴热带在水管底部，伴热带两端头留在保温管外约300～400mm，伴热带不必在水管上缠绕，然后用专用布带圈压圈绕紧，使保温管开缝闭严，伴热带距水泵一端，要离水面或冰面3～5米，保温管可包装到水面以下，没有被伴热带加热部分要让水能全部回流。在包装下一段管线时，伴热带的端头与上一个端头要有一点交叉，不留加热空段，以此类推，直至管线包完。最后一条伴热带有剩余，多余部分剪断，因为小于100米的任意长度都可以直接接入电源。如图6
做好保温的管线，伴热带的接线供电很重要，要保证管线运行的可靠性和安全性。ZK925号孔伴热带的供电是220伏，启动功率约20千瓦，本孔采用三相四线制市电供电，电缆单相截面大16mm2，这种接线方式可以减小相线和零线电流，还能使供电网络相间平衡，接线时要注意三相的负载大致相同，该管线每相大约供电200米，如图7所示。本孔管线伴热带供电点有三个，每个点正好对应一相，给这个点的左右两伴热带供电，这两条伴热带要并联接入电路，接线端要接在防爆盒内，这样可以防止进水短路，又可以防止发生触电事故，如图8所示。伴热带的另一端，也就是非电源端，两根金属导线绝对不能短接，否则会因短路烧毁所有管线材料，该端还要严格防水，要装在防爆端盒内。伴热带的控温不一定准确，这主要是产品质量不一定都过关，如果过热，会将管线材料烧毁，还容易引发火灾。如上述，本孔开始就是未加控制将伴热带直接接入电源，烧毁200米管线。为了避免类似问题再次出现，本供电线路的电源采用了时间继电器，控制三相交流接触器，进行间歇式供电，如上图7所示。这样既提了安全性，又节省了电能，但要根据天气温度适时调节加热和间歇时间。表1是ZK925号孔，根据经验调整时间的列表。
3. 结语
3.1 对于桅杆式钻机或两脚式钻塔钻机冬季施工本方案都有较强的借鉴作用，利用建筑脚手架搭建防护棚简便易行安全可靠。
3.2 长距离利用伴热带防护供水管线此方案可行,尤其是加装时间继电器后提高了安全性和可靠性。
［文章编号］1006-7619（2011）02-13-080