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浅谈四角斜塔设计技术
浅谈四角斜塔设计技术
摘要:由于勘探技术的需要或现场施工条件的影响,有时需要设计斜孔,而一般地质勘探队伍所用的钻塔均为直立式,对施工斜孔记不太方便也有一定的难度。笔者多年来一直从事钻探施工和钻探设备的设计,结合有关理论知识,设计了12.5米的四角斜塔,解决了地勘单位施工斜孔的技术难题。
关键词:地勘单位 斜孔 四角斜塔 设计
正文:地质勘探施工过程中经常遇到钻孔设计在山坡上,现场场地平整困难,需要就坡平整,这时四角斜塔就派上用场。有时地层倾角较大,为了保证勘探的精度,需要设计斜孔,这时也需要四角斜塔。目前四角斜塔在地质勘探中越来越受到重视,应用也比较广泛。笔者是从事钻探设备设计和钻探施工的技术人员,根据在施工中的经验,设计了四角斜塔,并投入生产,现在已经被地勘单位所使用。本人现对四角斜塔的设计做一简要说明。
1.四角斜塔的示意图
图1(1):四角斜塔侧面示意图
图1(2)四角斜塔前后面示意图
图1:四角斜塔示意图
2.用途和适用范围
12.5米四角斜塔主要用于地质全取芯钻探,直斜两用式成孔,在斜孔施工中具有一定的优越性,在施工现场施工平面与水平面有一定的倾角时也比较实用。当钻探设计钻孔倾斜为75°~90°,用四角斜塔施工效果最佳。四角斜塔设计结构简单,安装方便,在施工斜孔时起钻顺畅,不挂孔壁,从而保证了岩芯的采取率,是地质钻探斜孔的理想设备。
3.四角斜塔结构和主要技术参数
3.1 主要结构
四角斜塔是一个空间桁架,由四个桁架面组成,虽然具有一定的斜度,但受载性质大多数是近似对称的,四塔腿由 89×6.5管子组装而成,每层拉手,直拉为∠60×60×6角钢,斜拉为∠50×50×5角钢,全高由六节组成,安装拆卸方便,塔身总高12.5米,由于钻塔具有一定的斜度,每层各个面的拉手和连接件不具备互换性,在制作时要求注意做记号,便于现场施工安装。
3.2 主要技术参数
塔高 12.5米
节数6 节
倾角范围 75°~90°
最大负荷35 吨
塔顶宽度 1150mm×1300mm
最大部件重 160 公斤
钻塔自重 3600公斤
最大成孔尝试 800米
单滑轮最大起重(大钩) 8.5吨
4.钻塔负荷计算
为了计算钻塔的强度和稳定性,必须首先分析出钻塔在工作时所承受的外载荷。笔者主要对垂直载荷进行计算。
4.1 大钩的有效载荷
大钩载荷和死绳、动绳的拉力以及滑车系统的自重等,均通过天车作用在钻塔上,这种负荷为集中载荷,根据设计手册得大钩上的负荷计算如下:
Qkp=qhk k2 k3(1+a/q)
式中:q― 每米钻具长度的重量(公斤/米);
H― 钻具总长度(米);
K1― 钻杆接头的加重系数(1.05―1.1);
K2― 1-γk /γ =0.85,钻杆在冲洗液中重量损失系数;
K3― 摩擦系数,直孔取(1.1―1.3)斜孔取(1.5――1.8);
a― 提升时的速度 米/秒 (取0.5米/秒);
用最大成孔深度来测算大钩的最大起重重量
Qkp =q?HK1?K2?K3(1+a/q)
=6.24×800×1.1×0.85×1.7×(1+0.5÷6.24)
=8500千克
4.2死绳和动绳端的钢丝绳拉力
钻探提升设备用的滑车系统有两种形式,即有死绳端的和无死绳端的,我们一般选择有死绳端滑车系统,因为钻塔的载荷更为对称,因而钻塔的稳定性更好,同时在死绳端可以安装指重表来控制钻压,因此只选择有死绳端的滑车系统,这样还可以随时释放钢丝绳受弯曲的部位,因而延长钢丝绳的使用寿命。
对有死绳的滑车系统静止时和运动时的拉力计算:
在静止时为P=P=Qkp/m
在运动时为P=Qkp/mn
式中: m―工作时钢丝绳的股数
n―运动时效率查表值为0.94
代入上式:
静止时: P=Qkp/m 运动时: P=Qkp/mn
=8500/2 =8500/2×0.94
=4250千克 =4520千克
4.3钻塔自重载荷分配情况
钻塔自重所产生的载荷其性质是均布性载荷,其载荷的分配可按以下方法来处理。
每层钻塔的杆件承受着全部上面的钻塔重量用叠加法进行处理,笔者采用用图解法(克列蒙那法)画出该塔架的内应力分解图,则钻塔的各层重量不应叠加。如图3所示,钻塔每层格子的自重各为G0、G1、G2、G3、G4、G5。在用作图法解桁架结构时,每个结点
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