车载钻机静载性能检测方法_党林.pdf

第 51 卷第 7 期 2020 年 7 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.7 Jul. 2020 车载钻机静载性能检测方法 党林 （中煤科工集团西安研究院有限公司， 陕西 西安 710077） 摘要 通过检测平台设计和搭建、 工装和传感器设计、 检测方法和过程研究以及车载钻机的现 场检测， 阐述了车载钻机静载性能关于静态扭矩和静态提升力的检测方法。该检测方法直观、 准 确、 测试能力强、 效率高， 代替了目前只能通过理论计算、 施工经验等获得这 2 个主要参数的方 法， 为车载钻机静态扭矩和静态提升力这 2 个车载钻机的主要参数的标定、 试验和检测检验提 供了准确依据。 关键词 车载钻机； 静载性能； 静态扭矩； 静态提升力； 检测方法 中图分类号 TD41文献标志码 B文章编号 1003-496X （2020 ） 07-0140-03 Testing for Static Load Perance of Truck-mounted Drilling Rig DANG Lin （China Coal Technology static load perance; static torque; static lifting force; testing 煤层气属于非常规天然气的一种，其热值与天 然气相当， 因此， 煤层气是一种热值高、 污染少、 安 全性好的洁净能源， 是上好的民用、 商用、 发电燃料 和化工原料[1-3]。车载钻机具有钻进速度快、 操作简 单、 辅助作业方便、 适用于多种钻进工艺、 拆装及运 输方便等优点[4-8]， 广泛应用于煤层气勘探和抽采、 矿山应急救援以及工程施工中[9]， 是目前煤层气钻 孔和救援钻孔施工的主流施工装备[10]。 车载钻机主要是靠上装钻机部分实现大扭矩回 转和强力起拔来完成作业任务的。这 2 个功能参数 是车载钻机最为主要的技术指标。目前，国内的车 载钻机生产企业和专用汽车检测检验机构对这 2 个 参数的确定最常用的方法是通过公式计算得到 1 个 设计理论值，或是通过工程施工，凭经验间接的获 得 1 个参数范围，不能够准确检测车载钻机的这 2 个主要参数，严重制约了车载钻机上装性能的检测 检验和最大参数值的标定工作，存在最大参数标定 不合理、误区多等缺点，使得车载钻机的可靠性受 到极大限制。为此，提出了一种车载钻机上装静载 性能检测方法， 检测方法能够直观、 准确、 快速对车 载钻机上装的静态扭矩和静态提升力进行检测， 并 在实际工作中得到成功应用。 1检测平台搭建 车载钻机静载性能检测时，由于检测的扭矩和 提升力都比较大，检测平台需要施加很大的反作用 力以达到检测的目的，检测平台建设的难点就在于 施力装置。 检测平台采用深度约为 18～25 m、 直径约 DOI10.13347/ki.mkaq.2020.07.030 党林.车载钻机静载性能检测方法 ［J］ .煤矿安全， 2020， 51 （7） 140-142， 146. DANG Lin. Testing for Static Load Perance of Truck-mounted Drilling Rig ［J］ . Safety in Coal Mines, 2020, 51 （7） 140-142, 146. 移动扫码阅读 140 ChaoXing 第 51 卷第 7 期 2020 年 7 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.7 Jul. 2020 为 700～900 mm 的钢筋混凝土灌注桩，中间预埋 φ127 mm 钻杆作为传力构件来实现，桩身采用 C30 混凝土浇筑。在中间预埋钻杆的上端（露出混凝土 浇筑桩一端） 连接钻杆接头， 使其法兰端朝上。车载 钻机静载性能检测平台建设示意图如 1。 车载钻机静载性能检测平台主要检测车载钻机 静态扭矩和提升力 2 个主要参数，鉴于车载钻机的 特点和要求，设计建设的车载钻机静载性能检测平 台在施工和建设时保证其抗扭能力和抗拉能力分别 达到 30 000 N m 和 1 000 kN 以上，并考虑到安全 系数及以后的能力扩充，检测平台留有更大的富余 空间。为此所配备的静态扭矩传感器和提升力传感 器设计测试能力分别为 50 000 N m 和 1 200 kN， 静态扭矩传感器如图 2， 静态提升力传感器图 3。 除传感器和检测平台外，在检测时还需要相应 的工装来辅助完成检测检验任务。 钻杆接头如图 4； 检测过程中使用的检测用钻杆和检测平台建设时预 埋的钻杆都采用这种法兰接头，连接尺寸与扭矩传 感器、 提升力传感器、 提升力检测用工装一致， 以便 能与其连接。 检测提升力时，为避免检测钻杆和预埋钻杆及 传感器不对中导致的误差及对传感器的损伤，采用 1 对提升力检测用工装，分别连接在检测钻杆下端 和提升力传感器上端，中间用钢丝绳连接。提升力 检测工装如图 5。 2车载钻机静载性能检测方法及过程 通过该检测平台，对中煤科工集团西安研究院 有限公司生产的 ZMK5530TZJ60 和 ZMK5530TZJ100 图 5提升力检测工装 Fig.5Lifting force detection tooling 图 1车载钻机静载性能检测平台建设示意图 Fig.1Construction diagram of static load perance testing plat of truck-mounted drilling rig 图 2静态扭矩传感器 Fig.2Static torque sensor 图 3静态提升力传感器 Fig.3Static lift force sensor 图 4钻杆接头 Fig.4Drill pipe joint 141 ChaoXing 第 51 卷第 7 期 2020 年 7 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.7 Jul. 2020 （下转第 146 页） 型车载钻机进行了静态扭矩和静态提升力的试验和 检测检验。 1 ） 检测前准备工作。在检测过程中， 检测平台 的基础及预埋钻杆固定不动，将车载钻机停靠在检 测平台合适的位置，立车后，将检测用钻杆连接到 车载钻机动力头处，检测用钻杆的下端连接如图 4 的钻杆接头，使其法兰端朝下，使检测用钻杆与检 测平台预埋钻杆尽可能同轴，以减少检测时的数据 误差， 提高检测时的精度和安全性。 2） 静态扭矩检测方法。将图 2 的扭矩传感器上 端与检测用钻杆下端的法兰进行连接，在检测平台 预埋钻杆的上端法兰处安装万向联轴器（万向联轴 器两端法兰的连接尺寸和图 2 的扭矩传感器以及图 4 的钻杆接头相同） ，将车载钻机动力头向下行走， 使扭矩传感器的另一端和万向联轴器的一端连接。 所有采用螺栓连接处都使用高强度螺栓。螺纹连接 处，在连接之前都必须涂抹丝扣油。扭矩传感器和 工装连接完成后，将扭矩传感器仪表与传感器进行 连接，通电后即可开始检测车载钻机的静态扭矩。 车载钻机静态扭矩检测时的状态如图 6。传感器通 电后，车载钻机停止给进，动力头在低速档的状态 下， 调节回转调速控制手柄， 由低到高逐渐加载， 测 量车载钻机动力头输出的扭矩值，该值即为车载钻 机的静态扭矩。 3） 静态提升力检测方法。扭矩检测完后， 将扭 矩传感器、万向联轴器依次从检测平台和检测用钻 杆上拆除， 使车载钻机和检测平台恢复到上文 “检测 前准备”的状态。将图 3 的提升力传感器的下端连 接到预埋钻杆的法兰盘上，提升力传感器的上端连 接 1 个图 5 的提升力检测用工装，检测用钻杆下端 的法兰连接另 1 个图 5 的提升力检测用工装，将车 载钻机动力头向下行走，使得 2 个提升力检测用工 装距离在 1 m 左右， 然后将钢丝绳穿过 2 个提升力 检测用工装的圆环，用绳扣锁紧。所有采用螺栓连 接处都使用高强度螺栓。提升力传感器和提升力检 测用工装连接完成后，将提升力传感器仪表与传感 器进行连接，通电后即可开始检测车载钻机的静态 提升力。传感器通电后，车载钻机在停止回转的状 态下， 调节提升调速控制手柄， 由低到高逐渐加载， 在系统压力达到额定压力时测得的提升力数值为车 载钻机的静态提升力。2 个主要技术参数检测完成 后， 拆除传感器及工装， 将车载钻机桅杆收回， 并将 车载钻机移出检测区域，使检测平台恢复到如图 1 的状态， 做好保养和防护。 4） 静载性能检测及结果。对 ZMK5530TZJ60 型 和 ZMK5530TZJ100 型车载钻机按照上述方法进行 了静态扭矩和静态提升力的检测。ZMK5530TZJ60 型车载钻机静态扭矩在额定压力 26 MPa 时的检测 值为 12 135 N m；静态提升力在额定压力 35 MPa 时的检测值为 612 kN。ZMK5530TZJ100 型车载钻机 静态扭矩在额定压力 26 MPa 时的检测值为 30 758 N m； 静态提升力在额定压力 35 MPa 时的检测值为 1 089 kN。 3结语 介绍了车载钻机静载性能检测方法，检测方法 既提高了车载钻机的试验和检测能力，又对车载钻 机最大参数的标定提供了准确依据，避免了采用传 统方法导致的最大参数标定不合理、 误区多等缺点。 使用该检测方法，在车载钻机试验和检测检验阶段 进行了成功应用， 效果直观、 准确、 快速， 达到了预 期目的。 参考文献 ［1］ 石智军， 董书宁．澳大利亚煤层气开发现状 ［J］ ．煤炭科 学技术， 2008， 36 （5） 25-33． ［2］ 姚国新， 王建明．国外煤层气生产概况及对加速我国 煤层气产业发展的思考 ［J］ .中外能源， 2010， 15 （4） 20-23． 图 6车载钻机静载检测示意图 Fig.6Diagram of static load detection of truck-mounted drilling rig 142 ChaoXing 第 51 卷第 7 期 2020 年 7 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.7 Jul. 2020 （上接第 142 页） 作者简介 党林 （1986） ， 陕西西安人， 助理研究员， 硕士， 2012 年毕业于西安科技大学，主要从事矿用钻机检 测检验方法研究及检测系统、平台设计和搭建等方面的研 究工作。 （收稿日期 2020-03-19； 责任编辑 李力欣） ［3］ 王贺剑， 凡东， 孙道明， 等.ZMK5530TZJ100 车载钻机 动力头优化设计 ［J］ .煤矿安全， 2017， 48 （7） 110. ［4］ 凡东．ZMK5530TZJ100 型车载钻机的试验研究 ［J］ .煤 田地质与勘探， 2018， 46 （2） 201-204． ［5］ 王凤林， 宋波， 邓钧耀.煤矿区煤层气开发技术现状及 发展 ［J］ .煤矿安全， 2011， 42 （9） 133-136． ［6］ 张阳.车载钻机给进装置设计及关键部件优化 ［J］ .煤 矿机械， 2019， 40 （5） 117-120． ［7］ 高宏亮.车载钻机在地质勘探工程中的应用 ［J］ .地质 装备， 2009， 10 （2） 37-40． ［8］ 许刘万， 曹福德， 葛和旺.中国水文水井钻探技术及装 备应用现状 ［J］ ．探矿工程 （岩土钻掘工程） ， 2007， 34 （1） 33-43． ［9］ 王成.地面抽采与井下抽采煤层气成本分析研究 ［J］ . 煤炭工程， 2013， 45 （7） 91-93． ［10］ 常江华， 田宏亮， 凡东， 等.ZMK5530TZJF100 型分体 式全液压车载钻机 ［J］ .煤矿安全， 2019， 50 （11） 103-105． 3） 细化锂电池使用的维护管理要求。由于锂电 池充放电管理、维护保养都有诸多特殊要求，误用 滥用存在造成的安全事故的可能性，建议国家、 行 业和企业分级建立相关的安全使用管理要求，防止 过充过放情况的发生，帮助建立用户的良好使用习 惯； 同时， 严格控制锂电池的使用寿命， 在安全的前 提下， 最大程度的发挥锂电池性能。 4） 加快研发电池管理系统相关功能。科学合理 的维护和监测使用是矿用锂电池应用安全的基本保 障，电池管理系统是维护与监测矿用锂电池的基本 手段，电池管理系统不仅要能实现日常电池状态的 监测与管理，在热失控的早期能提前发现电池异常 并及时报警，同时针对如监控系统后备电源等特殊 用途的矿用设备， 还应进一步增设定期维护、 巡检、 调校、测试等功能，为井下设备供电电源精准配置 提供支持， 避免形成新的危险因素。 4结语 深入调研了大容量锂电池在煤矿安全监控系 统、防爆无轨运输车辆等重要装备中的使用现状， 现场采集并分析在用锂电池的运行信息，选取典型 电池样品分别开展容量衰减、 EIS 交流阻抗图谱分 析、热失控扩展与安全性测试等比对试验，发现在 用锂电池及电源的安全性会有明显降低。综合分析 使用情况与试验分析结果，提出保障大容量锂电池 在煤矿井下安全使用的对策措施。 参考文献 ［1］ 李俊豪， 冯斯桐， 张圣洁， 等.高性能磷酸锰锂正极材 料的研究进展 ［J］ .材料导报， 2019， 33 （17） 2854. ［2］ 代旭日， 何宁.锂电池火灾特点及处置对策 ［J］ .消防科 学与技术， 2016， 35 （11） 1616-1619. ［3］FENG X N, OUYANG M G, LIU X, et al. 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