矿用收纳式钻杆自动打捞器的改进研究

概况

云南滇东煤电一体化项目是响应国家.西部大开发".西电东送"的号召,按照云南省委、省政府确定的.云电入粤"发展战略,于国家.十五"期间开发建设的特大型煤电项目。滇东第一发电厂煤电一体化工程4x600Mw燃煤发电机组已于2007年5月全部投产发电,配套建设年产300万t煤矿。滇东第二发电厂煤电一体化工程一期2×600Mw燃煤发电机组已于2010年2月全部投产发电,配套建设年产300万t煤矿。

云南滇东能源有限责任公司矿业分公司负责所有矿井的建设和运营管理,规划未来五年在云南省老厂矿区建设5对矿井,总产能达1260万t/年。在钻杆使用过程中,由于操作失误或其他原因,容易导致钻杆丢失。因此,本文研究改造了一种收纳式钻杆自动打捞装置,能够解决传统打捞器存在的弊端,实现精确对位,提高打捞成功率,并在云南滇东能源有限责任公司下属煤矿得到了实际应用。

2收纳式钻杆打捞器设计

2.1设计思路

（1）钻杆打捞动作在钻孔内完成,动作准确。（2）收纳结构为刚性结构,保证运行稳定牢固。（3）收纳钻杆的中心设计在传统钻杆上,保证收纳钻杆前端和后面在一根轴线上。（4）收纳打捞动作在钻孔内自动实施对接。（5）结构简单可靠,能实现对钻、上丝、退钻自动化操作,使用灵活方便,性能稳定。

2.2结构说明

收纳式钻杆打捞器主要由钻杆1、套筒2、钻头3、感应器4和感应器信号线5组成,如图1所示。

图1收纳式钻杆打捞器结构图

（1）钻杆1距顶端200mm处焊接套筒2,套筒2直径105mm,钻杆直径75mm。（2）钻头前端安装感应器。（3）感应器信号

线在钻杆中孔穿过。

3感应器激发触动设计

3.1设计思路

感应装置结构如图2所示。

（1）当传感器的输入和输出完全形成线性关系时,就是一个理想传感器。（2）适用于静态、非连续旋转的扭矩力值的测量与控制,检测精度高,稳定性好,抗干扰性强,只受被测因素影响。（3）体积小,重量轻,易于安装:无需反复调零即可连续测量正反向扭矩:测量弹性体强度大,可承受100%过载。（4）本型号适用于中小扭矩的测量,传感器本身不会影响被测因素。

3.2工作原理

由电工学得知,线圈自感量L为:

式中,N为线圈匝数:Rm为磁路总磁阻。

如空气气隙δ较小,而且不考虑磁路的铁损时,则总磁阻:

式中,1为铁芯导磁长度:8为铁芯磁导率:A为铁芯磁导截面积:δ为气隙长度:80为空气磁导率,取4m×10-7H/m:A0为空气气隙导磁截面积。

因铁芯磁阻与空气气隙的磁阻很小,计算时可以忽略,故:

代入式（1）,则:

由式（4）可知,自感量L与气隙δ呈反比,而与气隙导磁截面积A0呈正比。当A0固定、δ变化时,L与δ呈非线性关系,此时传感器的灵敏度:

由式（5）可知,灵敏度S与气隙长度的平方呈反比,δ愈小,灵敏度愈高。由于S不是常数,故会出现非线性误差。为了减少这一误差,通常规定在较小间隙变化范围内工作。假设间隙变化范围为（δ0,δ0＋Aδ）,一般实际应用中,取Aδ/δ0≤0.1。这种传感器适用于较小位移的检测,一般约为0.001～1mm。

由于磁性材料和磁导率不同,当压力作用于衔铁时,气隙大小发生改变,气隙的改变影响线圈电感的变化,放大电路处理后可以把这个电感变化转化成相应的信号输出,从而达到测量压力的目的。

4实施方式

钻杆打捞器组装示意如图3所示,主要由钻杆1、套筒2、钻头3、丢失钻杆4、钻孔5、钻机6、夹持器7、动力头8组成。

4.1操作步骤

（1）本装置穿过钻机6上面的动力头8和夹持器7。（2）启动钻机6,利用动力头8和夹持器7将钻杆1送入钻孔5内。(3）动力头8到达极限位置时,启动夹持器7,固定钻杆1。(4）松开动力头8,动力头8归位,重复步骤2。(5）当钻杆1上面的套筒2到达丢失钻杆4位置,持续钻进,利用套筒2内径大于丢失钻杆4的直径,将丢失钻杆收纳至套筒内,实施打捞。

4.2实施原理

利用套筒内径大于丢失钻杆的直径,将丢失钻杆收纳到套筒内,当丢失钻杆触发感应器时,感应信号到达接收装置时,发出信号实施打捞。

5使用注意事项

5.1检查工作

(1）检查钻机是否平稳,钻杆安装是否稳固,感应装置是否有损坏现象,感应器信号线是否中断等。(2）检查钻杆是否完好,各部位螺丝是否有乱丝现象,钻机操作台控制杆是否灵活可靠,钻机卡瓦等部位是否灵活可靠等。

5.2具体操作

(1）打捞装置的感应器必须装平到位,否则会造成上接头的连接螺纹拧不到位,导致螺纹丝对接不上。(2）当卡瓦、钻杆、操作台等和钻杆打捞器连接安装好后,必须检查卡瓦和钻杆打捞器行程,要求上下运动灵活。(3）启动钻机,当钻机的钻杆打捞器到达丢失钻杆位置时,首先旋转钻杆,使丢失钻杆进入筒体,待丢失钻杆前端收纳到收纳体内时,触发感应器,强迫丢失钻杆进入卡瓦,然后钻机加压,丢失钻杆即被抓住。(4）抓住丢失钻杆后,应加压旋转离开孔底0.5～1m,猛刹车2～3次,检查丢失钻杆是否抓牢,使丢失钻杆抓得更紧,起钻时不要卸扣。(5）释放丢失钻杆时,应反转钻杆施加压力,使卡瓦处于筒体的宽锯齿形螺纹大锥端,这样卡瓦和筒体就产生了间隙而松动,正转捞柱,井内丢失钻杆即可释放。

6结语

本装置经过矿业分公司下属煤矿雨汪煤矿和白龙山煤矿的现场实践应用,增强了其安全性,消除了钻杆丢失造成的安全隐患,提高了丢失钻杆回收率,安全效益和经济效益明显。