固体矿床定向钻探技术与应用-张文英

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1、固体矿床定向钻探技术与应用——用LZ型连续造斜器定向孔施工技术与工艺中国地质科学院探矿工艺研究所张文英第一部分LZ型连续造斜器及使用方法20世纪80年代，原地矿部把定向钻探技术研究列为“六五”科技攻关项目，探矿工艺研究所主要承担LZ-73连续造斜器及配套器具的研究任务，经过两年多的努力，研究工作获得成功。1985年通过技术鉴定，1986年获原地矿部科技成果一等奖，在LZ-73造斜器的基础上又先后研制成功了LZ-54、LZ-89造斜器及SQ-73随钻取心造斜器，并在国内固体矿床勘查中大面积推广使用，取得了显著

2、的社会效益和经济效益。一、LZ型造斜器结构及工作原理LZ型连续造斜器分为定子和转子两部分，其基本结构见图1所示。定子部分包括单动外壳、工作弹簧、定子外壳、定位套、上半楔、楔形滑块和下半楔。转子部分包括主动轴、定位接头、花键轴、被动轴、短管和钻头。造斜器工作时定子不转动，只是随钻孔沿深度方向向下滑动。当造斜器处于自由状态时，楔形滑块处于回收位置，定位套与定位接头互锁，定子与转子不能相对转动，见图1右。当造斜器加有钻压时，钻压P通过主轴凸肩传给单动外壳→工作弹簧→定子外壳→上半楔→滑块→下半楔→被动轴→钻头。一

3、方面当工作弹簧被压缩时，主动轴同步下移，定位接头与定位套解锁，转子可以转动。另一方面，楔形滑块在钻压作用下产生横向位移，接触孔壁，孔壁对滑块的侧压力Q将造斜器推向孔壁另一侧，因钻头直径大于外壳直径，于是钻头先接触孔壁并对其产生一个侧压力——造斜力A。钻进过程中钻头不断在固定方向上铣削孔壁，造成孔斜，见图1左。31图1LZ－73连续造斜器结构及工作原理示意图二、LZ型造斜器的主要用途1、地质勘探钻孔纠斜（纠方位角和顶角）；2、施工单底定向孔、多孔底分枝定向孔；3、在复杂孔内事故中，绕过事故钻具不留隐患；4、补

4、采岩矿心；5、在矿山建设中施工特种工程孔，如坑道通风孔、竖井冻结孔、溜井导向孔和止水注浆孔等。31三、LZ型造斜器的主要特点1、工作原理独特造斜器的核心部件是上下半楔和滑块。滑块有2个重要作用：⑴依靠滑块施加给钻头的侧向切削力，迫使钻头连续侧向切削孔壁，钻头前进方向偏离原孔轴线，钻头运动轨迹显然是一条弧线。造斜进尺越多，弧线越长，钻孔顶角或方位角增量越大；⑵楔形滑块对孔壁有一个比较大的侧压力，通过滑块上的两个滚轮对孔壁的卡固作用,对造斜器定子产生制动扭矩，使造斜器定子在工作过程中只能向下滑动而不能转动，以稳

5、定造斜方位。2、工作安全可靠造斜钻头为全面不取心钻头，为破碎岩石并保证有足够的造斜力，所需钻压比较大，而转子直径又比较小，以LZ-73造斜器为例，钻压为25KN～28KN，大大超过常规钻进所需钻压。为解决高钻压与小直径转子之间的矛盾，保障造斜器在孔内工作时的安全，采取了两点措施：⑴主动轴选用高强度合金钢制造；⑵定子、转子各司其职，定子传递钻压，转子传递扭矩，从而减轻了转子的工作负荷，提高了造斜器在孔内工作时的安全性，从1983年至今没有出现过主轴断裂的安全事故。3、定子转子定位可靠定子和转子之间定位的可靠性

6、直接影响到造斜器在孔底定向的准确性。对定位机构的要求是在造斜器下入孔内过程中，一旦定子转子解锁后还能自动回复到原锁紧状态，以保持造斜器定向母线不错乱。国外同类工具采用的是锁齿——左螺旋端面机构，造斜器下入孔内后必须扭转钻杆才能定位。LZ-73、LZ-89造斜器采用的是滑键——双螺旋定位机构，螺旋角大、自动回位可靠性高，任何时候都能保证造斜器定向母线不变，为在孔底准确定向提供了前提条件。本定位机构已获实用新型专利。4、滑块回位灵活造斜回次结束，31造斜器提离孔底，回位弹簧的张力转化为对楔形滑块的横向拉力，滑块

7、自动回复到原位，钻具顺利提出地表。5、使用方便，在不改变或增加现场设备条件下即可使用。6、造斜强度高，根据地层情况，造斜强度可达0.5°～2°/m。7、不受孔深限制，对冲洗液类型没有特殊要求。8、易损零件少，使用寿命长。9、原孔同径造斜。10、对地层适应性强。四、LZ型造斜器基本操作方法造斜器的操作与常规钻具有许多不同之处，它有严格的操作规程，不按规程操作将影响造斜效果甚至损坏造斜器，其基本操作如下：1、造斜器下到孔内距孔底0.5m时，用垫叉卡在孔口进行定向（定向方法另述）。2、下钻过程中若遇阻，可以上下串

8、动钻具，但绝不能像常规钻具那样开车扫孔，实在下不去时，应把造斜器提出地表，将钻孔扫通后再下。3、造斜器定向完毕，开泵通水，待冲洗液返出孔口后，再把造斜器缓慢下到孔底，孔底不能有过多的岩粉或残留岩心。4、先加压后开车。按规程加够额定钻压（含钻具重量）后，用最低速缓慢开车，千万不要猛合离合器。若造斜钻进无异常情况，可把转速适当提高。若是斜孔，钻具应先称重。5、立轴倒杆。先关车后倒杆，有两种情况要注意：⑴孔深大于200