황하 싼먼샤댐 지역 지질탐사 역사적 기념물(대구경 탐사의 이론적 기초)

장젠신

1. 댐 지역 급수 탐사를 위한 373호 급수정의 혁신적인 시추 작업의 이론적 기초

(1) 중에서 1957년부터 1958년까지 황하 삼문하 지질탐사대에서는 댐 일대 급수탐사를 위한 74호, 231호, 373호 급수정의 굴착 및 양수시험을 마친 후 3개의 물을 인계받았다. 구멍 개조, 펌프실 건설 및 기타 작업을 위해 우물을 엔지니어링 국에 공급하고 나중에 댐 지역의 대규모 급수 시설로 사용되었으며 특히 373 호 급수 우물의 주요 수자원입니다. Sanmenxia 댐 건설, Sanmenxia Junction 재건축 프로젝트 건설, Sanmenxia 댐 지역에서 Da'an 지역까지의 공업용수 및 생활용수 공급.

1970년에서 1980년 사이, 수력 베이징 설계 연구소의 산먼샤 설계 대표 그룹과 기타 부서가 설립한 수력 11국 설계 연구소가 다안에 살았고, 그 생산과 가정용 물 사용이 시작되었습니다. 373호 댐지역에서 373호 급수정은 송수관을 통해 수송되는데, 373호 급수정이 이 지역의 국가경제 건설에 결정적인 역할을 하고 있음을 뼈저리게 느끼게 됩니다.

(2) 373호 급수정은 신중국 탄생 이후 황하삼문지질조사단 지질탐사대원 전원이 황하를 통제하기 위해 이룩한 과학기술적 성과이다.

황하수는 모래 함량이 높아 댐 건설에 직접적인 물로 사용할 수 없지만 범람원 자갈층과 섬록암 균열수는 매우 적습니다. 산먼샤의 건설수자원 및 가정생활 문제를 해결하기 위해 산먼샤 지질탐사대 수석기술자 지아푸하이(Jia Fuhai)와 당시 지질공학자 샤치파(Xia Qifa)를 대표로 하는 지질과학기술인력이 물과 함께 지역 수문지질학적 조사와 제69호 급수 탐사공의 양수 시험 결과, 오르도비스기 석회암층에 묻혀 있는 카르스트 균열수는 다량의 물을 함유하고 있어 댐 지역에 이상적인 수자원이라고 판단했습니다. 엔지니어 Jia Fuhai는 373개의 급수 탐사 구멍을 급수 우물로도 사용해야 한다고 제안했습니다.

1. 당시 군단 당위원회는 373번 구멍 탐사 작업을 매우 중시하고 특별 연구 회의를 개최하여 (전체적인 효과에 대해) 다음과 같이 설명했습니다.

1) 필요한 펌핑 장비는 50L/s 이상의 물량을 기준으로 계산할 수 있습니다. 30일인지 45일인지는 시험장에서 협의하여 결정합니다.

2) 양수증가가 용이하도록 시추공의 직경을 74번 시추공보다 크게 하고, 급수 우물로 건설해야 한다.

3) 석회암 상부의 석탄을 함유한 암석층은 방수층으로 오르도비스기 석회암 카르스트 균열수는 압력을 견디는 높이가 10~12m이다. 지하수위는 약 269~273m입니다. 석회암과 석탄을 함유한 암석층 사이에는 물 분리와 구멍 밀봉이 이루어져야 합니다.

2. 373번 홀 탐사 작업에 소요되는 작업량과 긴 펌핑 테스트 시간, 높은 요구 사항으로 인해 군단당위원회와 군단장들은 다음과 같이 결정했습니다.

1) Yang Zhaoxiang(비서 및 선장), Jia Fuhai(주석 엔지니어), Zhang Hongsheng(부선장), Zhang Jianxin(탐사 부문, 탐사 엔지니어)이 설립함(이하 조정 그룹): Yang Zhaoxiang Zhang Hongsheng은 동원 작업 조직을 담당하고 Zhang Jianxin은 종합 탐사 기술 운영 설치 및 시추 도구 설계 공식화를 담당하며 조정 그룹의 일상 업무를 담당합니다.

2) 댐 1조 리더로 Xu Fengjun을 선장으로 하는 대구경 구멍 373호 탐사대(대형 펌핑 테스트 팀 포함)를 구성하고 송바오충 동지를 댐으로 이송 1팀은 부선장으로 373번 홀 드릴링 장비와 대규모 펌핑 테스트 장비를 준비합니다.

엔지니어 Sun Zhao는 14m 높이의 시추탑 개조를 포함하여 373호 급수 탐사 구멍을 위한 장비 설치 작업에서 댐 1팀을 지원했습니다.

3) 당시 대구경 천공 장비와 파이프 자재가 심각한 부족 상태에 있었기 때문에 군단 조정팀은 천진 베이징의 관련 자재국에 특별 인력을 파견해 줄 것을 자재과에 요청했습니다. 마지막으로 재료부 과장인 Zhang Yingjun은 다음과 같이 말했습니다: 군단에 전달할 수 있는 가장 큰 파이프: 직경: ?14″, ?12″, ?10″, ? 8″, δ=10mm; 급수 굴착 장치의 디스크 굴착 장치는 품절입니다. 동력 엔진은 25마력 디젤 엔진입니다. 당시 군단의 가장 큰 굴착 장치는 KAm-500 유형이었습니다. , ø50mm 드릴 파이프와 200/40 워터 펌프 포함.

이때 댐 1팀 관련 리더들이 상수도 탐사를 위해 디스크 굴착장치와 이에 상응하는 보조 굴착공구의 사용을 요청했지만, 이는 이뤄지지 않았다.

이와 관련하여 Yang Zhaoxiang 대위: 저는 KAM-500 드릴링 장비, Ø50cm 드릴 파이프, 25마력 디젤 엔진을 사용하여 다음과 같은 실용적인 기술적 조치와 이유를 제시해 달라는 요청을 받았습니다. 373호 상수도탐사사업의 타당성은 당위와 해당군단지도자들에게 잘 알려져있습니다.

(3) 탐사 작업은 지질 조사의 수단입니다. 앞서 설명했듯이 373호 급수 탐사 구멍은 오르도비스기 석회암 카르스트 균열의 수자원 유입을 추가로 탐사하기 위해 큰 직경을 사용합니다. 이러한 이유로 우리는 당시에 물의 양을 설정했습니다:

1. 그림 1과 같이 드릴링 구조의 개략도(이 그림은 드릴링 방법을 선택할 때 참조용으로만 사용됨)

그림 1 시추공 구조 다이어그램

참고: 그림 1에서:

1) 지하수 및 제한수 수위는 Jia Gong의 "Sanmenxia Dam Site의 공학적 지질 조건"을 기반으로 계산됩니다. ".

2) 암석층의 두께는 8호 코어의 층상기록에서 추정한 크기 수치이다.

2. 사철 드릴 비트 및 드릴 칼라 가압, 개략도 2 및 그림 3

1) 사철 드릴 비트는 외부 강판이 있는 두꺼운 벽의 강관 재질로 제작됩니다. (δ=3mm) 내부 .

철사 드릴 비트(개략도 2)

do=원래 강관의 내경(mm);

d=원래 강관의 외경 (mm);

그림 2 사철 드릴 비트의 개략도

그림 3 드릴 칼라 가압의 개략도

Do=do-2× 3(mm);

D=d +2×3(mm).

2) 드릴 칼라는 150mm 원형 강철 기둥으로 만들어지며 천공 후 양쪽 끝 부분에 나사산이 있습니다.

드릴 칼라 가압(도식 3)

각 드릴 칼라의 무게는 약 150~170kg입니다.

3.373번 홀을 드릴링하는 데 다음 데이터가 사용됩니다. 교정 코어: 필요한 전력, 50mm 드릴 파이프의 응력, KAM-500 드릴 장비의 주요 구성 요소 강도 등

1) 드릴 비트 속도 n=120~150rpm.

2) 섬록암 반암층: 철사를 사용하여 천공하되 모래를 적게, 더 자주 던져 구멍 직경을 상하로 균일하게 만들어 천공 파이프 가이드의 안내 역할에 도움이 됩니다.

석회암 및 석탄 함유 암석층: 초경합금으로 드릴링합니다.

3) 드릴 비트 압력:

드릴링 샌드 드릴링: бo=단위 면적당 드릴 비트 압력=8kg/cm2.

합금 시트 드릴링: 각 드릴 비트에는 큰 조각의 카바이드, ø14″ 또는 ø12″ 드릴 비트가 상감되어 있으며 총 74개 조각이 있으며 각 조각은 20kg/cm2를 견딥니다. *** 계산됨 압력: С=20×74=1480kg.

4) 순수 드릴링 영상은 74번 홀의 영상을 참조하여 선택: h=62.5cm/시간당 순수 영상: hmin= =1.04cm/min.

5) 드릴 비트의 경우 재료로 ?14″, δ=10mm(또는 ?12″, δ=10mm) 강관을 선택합니다.

(1) 사철 드릴 비트 만들기: 파이프의 내벽과 외벽에 δ=3mm 강판을 사용하여 내부와 외부에 붙이고 한 겹씩 용접합니다(참조: 드릴 자세한 내용은 비트 다이어그램 참조).

(2) 합금 드릴 비트 만들기: 큰 합금 조각이 드릴 비트 립의 내부와 외부에 약 16mm의 간격으로 엇갈리게 배치됩니다. 합금 조각은 드릴 비트 내부와 외부에 3mm입니다. .

(3) 구멍 바닥에 고리 모양으로 조각된 암석의 면적:

환 모양 부위의 외경: D=376+2×3= 382mm.

내경: Do=376-2×3-2×10=376-6-20=350mm.

평균 직경: Dcm=R+γ= =366mm.

환형 면적: F= (D2- )= (38.22-352)= (1459.24-1225)= ×234.24=183.97≒184cm2.

6) 석회암 또는 석탄 함유 암석, 단방향 조건에서 암석층 압력 저항: бcm=800kg/cm2.

구멍 바닥 암석층의 압력 저항은 б=3×800=2400kg/cm2입니다.

(4) 373번 급수 구멍, 드릴링에 필요한 전력 계산: "드릴링 역학" 등에서.

1. 구멍 바닥의 암석층을 파냅니다(석회암 또는 석탄 함유 암석층을 선택하고 합금 플레이크 드릴 비트로 드릴링).

역사 황하 삼문하 수자원 보존 프로젝트 엔지니어링 지질 조사

공식에서: б=2400kg/cm2, 구멍 바닥 암석의 압력 저항;

V= 조각암층의 체적=Fhmin;

F=환형면적=184cm2

hmin=1.04cm;

기술지질조사의 역사 황하 삼문하 수자원 보존 프로젝트

2. 마찰을 극복하려면 전력이 필요합니다.

황하 삼문하 수자원 보존 프로젝트 엔지니어링 지질 조사의 역사

공식에서 c = 구멍 벽 마찰 구멍의 기울기를 고려하여 하부 드릴 파이프의 직진도 = 1.1 ~ 1.3, c = 1.15 선택

f=하단의 마찰 계수; 구멍=0.30;

C=드릴 비트 압력=1480kg;

n=드릴 비트 회전 속도 ≒150 rpm(석탄 함유 암석층, 석회석에서는 드릴링 시간이 소요됨) 더 많은 시간과 더 빠른 드릴링);

R+γ=36.6cm;

황하 삼문하 수자원 보존 프로젝트의 엔지니어링 지질 조사 역사

3. 공회전 드릴 파이프, 드릴 파이프 가이드, 드릴링 도구 등의 이론적 대략적 계산을 위한 많은 공식이 있으며, 모두 직경이 Ø60mm 이상인 드릴링 도구에 적합합니다. 관련된 실제 측정값이 종종 인용됩니다.

관련 실제 측정에 따르면 길이 100m, 드릴 파이프 Ø50mm이며 실제 회전으로 측정된 전력은 N3=1.4~1.8Hp로 비교 결과 N3=1.6Hp가 선택되었습니다.

위 내용을 토대로 373번 급수구를 뚫는 데 필요한 동력은 다음과 같습니다.

NΣ≒N1+N2+N3=2.041+19.6+1.6=23.241≒23.24Hp .

위 공식은 드릴링에 실패가 없는 조건에서 25Hp 디젤 엔진이 373번 급수구의 드릴링 출력을 충족할 수 있음을 보여줍니다.

그러나 굴착 장치에 사용되는 워터 펌프는 200/40형 워터 펌프 2개를 구동하기 위한 동력 기계로 다른 동력 기계를 사용해야 합니다.

4. 25Hp 디젤 엔진의 과부하 효율 계수는 1.1이며, 동력 기계에서 드릴 파이프까지의 전달 효율은 n=0.93입니다.

(5) KAM-500 드릴링 장비는 당시 소련에서 수입되었으며 제품 설명에 따르면 구멍 직경이 151mm이고 드릴링 깊이가 특수한 50mm 드릴 파이프가 장착되어 있었습니다. 따라서 373번 급수정을 굴착하는데는 위에서 언급한 시추장비와 시추파이프를 사용하여 구멍깊이를 초과하지 않았으나 구멍직경은 376mm로 천공지정치 151mm의 2.49배였다. 장비. 분명히 위험이 있었습니다.

따라서 373호 상수정 시추를 완료하고 지하수를 펌핑하기 위한 효과적인 기술적 조치를 취하는 것은 우리 탐사 인력의 책임일 뿐만 아니라 시험이기도 합니다.

1. 드릴링 중 50mm 드릴 파이프의 응력 조건을 개선합니다.

드릴 파이프의 하단은 토크와 최대 압축 굽힘 응력을 견디므로 드릴 파이프가 압력과 굽힘을 받게 됩니다. , 파손; 따라서 드릴 칼라는 가압에 사용됩니다 (그림 참조). 즉, 드릴 칼라는 무게가 약 1.5t 인 드릴링 도구의 상단에 연결됩니다. 드릴링은 드릴링 도구의 자중 가압에 의해 형성되며 드릴 파이프의 굽힘 압력을 제거합니다. 드릴 파이프는 주로 토크 및 비틀림 응력 전달을 담당합니다.

엔지니어링 지질 조사의 역사 황하 삼문하 수자원 보존 프로젝트

공식에서:

Mk1=Torque= (kg·cm) =드릴 파이프는 토크로 인해 전단력을 생성합니다.

n=전송 효율=0.93; λ=과부하 계수=1.1;

N∑=25Hp; n1=회전 속도=150rpm;

Wk1=드릴 파이프 단면 계수 = =14.5cm3

d1=드릴 파이프 외부 직경=5cm; d2=드릴 파이프 내부 직경=4cm

= =842.15kg/cm2≒842.2kg/cm2<[τ ]=1000kg/cm2. ]]

위 공식은 드릴 칼라를 가압 드릴링에 사용할 때 드릴 파이프의 비틀림 응력이 안전하다는 것을 보여줍니다.

2. 시추공의 직진도를 유지하는 것은 대구경 드릴링에서 매우 중요한 조치입니다.

시추공의 휘어짐은 굽힘 하중을 증가시킬 뿐만 아니라 드릴 파이프를 파손시키기까지 합니다. 드릴링을 방지합니다.

1) 당시 소련 학자 B.C. Fedorov는 회전하는 드릴 파이프의 동력을 계산할 때 유정 굽힘의 영향을 고려해야 한다고 제안했습니다. 계산 공식은 다음과 같습니다. >N′3 =αvd2Ln1.7Hp

공식에서: N′3=드릴 파이프 회전에 의해 소모되는 전력, Hp;

v=플러싱 유체의 비중;

p>

d= 드릴 파이프 직경, cm

n= 드릴 파이프 회전 속도, rpm;

L= 드릴 파이프 길이, m;

α=우체 굴곡 관련 계수:

황하 삼문하 수자원 보존 프로젝트 엔지니어링 지질 조사의 역사

계수 α로부터 볼 수 있는 것은 우물 몸체가 3° 구부러지면 출력 증가는 =19.23%Hp입니다.

2) 저와 댐 1팀 관련 리더들이 69번 홀에서 유정의 휘어짐 현상을 처리하고 있을 때, 당시 근무하던 모니터 분이 저에게 (그렇다는 뜻입니다.) ): "드릴 비트가 편향되어 드릴 비트의 회전 저항이 증가하고 동력 기계의 과부하 작동으로 인해 드릴 비트의 회전 수가 크게 감소했습니다. 드릴이 갑자기 막힌 후 드릴 파이프 조인트가 (구멍 구멍에서 30cm 떨어진 곳에 위치)가 파손되었습니다." 예상 속도는 110~120rpm입니다. 당시 69호 구멍의 깊이는 약 2.5m였으며, 측정해머(걸이형 손전등)로 측정한 결과 구멍 중심에서 약 3cm 정도 빗나가도록 쇠사슬을 뚫었다. 추정되는 내용은 다음과 같습니다.

드릴 파이프 조인트는 비틀림 응력을 받으며 값은 다음과 같습니다.

과부하 계수는 1.1입니다.

전달 계수는 0.93입니다.

회전 속도 n2=120rpm

드릴 파이프 조인트의 토크 Mk2는 다음과 같습니다.

Mk2 = =15264.0125≒15264kg·cm

드릴 파이프 조인트 외경 d3=?38mm=3.8cm

드릴 파이프 조인트 내경 d4=?22mm=2.2cm

드릴 파이프 조인트가 파손되었으며 계수 Wk2는 다음과 같습니다.

황하 삼문하 수자원 보존 프로젝트 엔지니어링 지질 조사 내역

∴드릴의 전단력 파이프 조인트는:

=1590kg/cm2>(τ)=1000kg/cm2, 안전하지 않습니다. ]]

위의 내용은 플랫 조인트를 잠금 조인트로 교체해야 하며 드릴링이 직선이고 편향되지 않아야 함을 보여줍니다.

(6) 댐 1팀의 시추 경험을 정리한 후, 69번 급수구의 드릴 비트 직경은 ø6″(ø168mm)이며, 댐 1팀의 시추 기술 운용의 핵심 포인트를 제시한다. 10-14인치 대구경 급수 구멍. :

1. 시추공 몸체의 직진성을 유지하는 것은 대구경 드릴링에 있어서 매우 중요한 기술적 작업 조치입니다.

1) 드릴링 장비는 안전 기술 운영 절차에 따라 설치 및 배치되어야 하며, 구멍 파이프 구멍 바닥의 중심선과 드릴링 장비 스핀들의 중심선이 동일해야 합니다. 그렇지 않으면 오리피스 파이프의 편차를 제때에 수정해야 합니다.

2) 천공 시 합금 드릴 비트 사용을 우선시하고, 모래를 덜 던지고, 모래를 더 자주 던지며, 물 공급을 최적의 양으로 조절하고 구멍 직경을 균일하게 유지하십시오. 드릴 파이프 안내를 용이하게 하기 위해 아래로 내려갑니다.

3) 드릴 비트와 코어 튜브의 총 길이가 8m 이상입니다.

4) 위에서 아래로 심관을 약 2m 간격으로 등분할하고 6~8개의 리브를 용접한다. 리브의 길이는 80mm, 폭은 6mm, 두께는 사철 드릴링의 경우 5mm, 합금 드릴링의 경우 3mm입니다. 리브의 양쪽 끝을 경사지게 절단하여 코어 튜브에 수직으로 용접합니다.

5) 자중식 압력 드릴링을 이용하여 코어 튜브 상단을 드릴 칼라에 연결하는데 총 중량은 1.5t이다. 자중 압력 하에서 드릴링하면 드릴 파이프의 압력과 굽힘 응력을 줄일 수 있습니다.

6) 각 드릴 파이프의 외경에 견목 가이드를 설치합니다. 가이드의 외경은 드릴 비트의 직경과 동일하고 길이는 직경의 1.2배입니다. 드릴 파이프와의 연결은 드릴 파이프의 미끄러짐 및 마모를 방지해야 합니다. 우물 벽이 가이드를 마모시키는 것을 방지하려면 내마모성이 있는 부드러운 재료를 사용하여 가이드를 감싸야 합니다. 직경 단위.

7) 구멍 본체의 직진도를 6m 깊이로 자주 측정하고, 구멍 깊이는 6~14m로 1회씩 직진도를 측정한다. 6m 드릴링마다 ; 그 후 8~10m 드릴링마다 한 번씩 직진도를 측정합니다.

편향은 0.22도를 초과해서는 안 되며, 길이가 8m인 드릴 도구를 구멍 바닥에 놓고 회전해야 합니다. 회전에 대한 저항이 없으면 구멍 부분이 회전해야 합니다. 편향을 교정해야 합니다.

8) 수정 방법: 집중된 시멘트 모르타르를 사용하여 편향된 구멍 부분을 완전히 채웁니다. 모르타르가 굳은 후 합금 드릴 비트를 사용하여 구멍 입구에서 내려갑니다. (이것은 풀림과 드릴 공구가 떨어지는 등의 사고를 방지하기 위해 나사를 조여야합니다.) 시멘트 코어를 꺼낸 후 드릴 공구를 원래 편향된 구멍 부분에 다시 놓습니다. 회전에 대한 저항이 없으며 드릴링을 계속할 수 있습니다.

9) 위에서 언급한 작동 지점은 실제 드릴링 상황과 결합된 대구경 장치에 의해 유연하고 구체적으로 처리됩니다.

2. 드릴 파이프 조인트와 드릴 파이프의 강도를 높이세요.

드릴 파이프 플랫 조인트를 잠금 조인트로 교체하세요. 양쪽 끝은 고품질 강철 드릴 파이프를 사용하세요. 드릴 파이프 및 피어 두께, 로크 조인트의 외부 버클을 만듭니다.

로크 조인트를 만들 때 강관의 두께는 플랫 조인트 두께의 2배 이상이어야 합니다. 드릴 파이프 조인트와 드릴 파이프의 강도가 크게 증가합니다.

지티에겐 동지는 자물쇠 이음새 도면 작업을 담당하고 있으며, 군단 수리 공장에 연락하여 가공 및 생산을 하고, 사용을 위해 첫 번째 댐 팀에 인계하는 역할도 담당하고 있습니다.

3.KAM-500 드릴링 장비

1) KAM-500 드릴링 장비의 메인 샤프트와 전달 샤프트는 25Hp의 하중을 견디며 드릴 파이프에 토크를 전달합니다. 직경은 드릴 파이프의 직경보다 크고 드릴 파이프의 비틀림 응력은 허용 비틀림 응력보다 작습니다. 따라서 드릴링 장비의 주축과 전달 샤프트의 비틀림 응력도 작아야 합니다. 허용 비틀림 응력은 안전하므로 검증이 필요하지 않습니다.

2) 드릴파이프의 전달기어에 대해서는 실증적인 계산(여기서는 계산과정은 생략함)을 통해 기어의 굽힘응력이 허용굽힘응력보다 작은 것으로 나타나 안전하다. 그러나 기어의 접촉 응력은 허용 접촉 응력보다 크며 이는 기어가 토크를 전달하고 드릴 파이프를 회전시키고 있음을 나타내며 마모가 빨라질 수 있으며 마모된 기어를 적시에 교체하려면 예비 기어가 필요합니다. .

즉, 기어의 마모와 교체가 잘 이루어져야 KAM-500 굴착 장치가 373호 급수정의 굴착 작업을 안전하고 실현 가능하게 수행할 수 있다는 것이다. 구멍 직경은 ?376mm입니다.

(7) 위에서 언급한 바와 같이, 물 공급 탐사 장비-디스크 시추 장비가 없는 경우 우리는 다음을 구현합니다.

KAM-500 시추 장비의 잠재력을 탐색하여 직진성을 유지합니다. 구멍 본체의 드릴링 도구의 저항을 줄입니다. 드릴 파이프의 굽힘 응력을 제거하기 위해 드릴 칼라 자중 압력 드릴링 방법을 채택하고 ø50mm 드릴 파이프를 사용하여 ø376mm의 드릴링 작업을 수행합니다. 물을 잘 공급하고 효과적이고 안전한 작동 조건을 조성합니다.

위 조치의 핵심사항은 당시 군단당위원회 지도부가 직접 개최하고 제1대대 대구경부대인 대련부대가 참석한 동원회의에서도 언급되었다. 군단 수리 공장, 자재 부서 및 기타 부서에서는 탐사 부서에서 설계한 대구경 드릴 도구 등을 가공 및 제조해야 합니다. 자재부는 대형 강관 등 자재를 신속하게 공급해야 합니다. 즉, 대구경 장치를 지원할 수 있는 좋은 서비스를 제공해야 합니다.

대구경 부대의 노고에 힘입어 373호 급수정 굴착 작업이 예정대로 완료됐다.

소구경 Ø 50mm 드릴 파이프를 사용해 대구경 Ø 376mm 급수정을 뚫는 것은 당시로서는 전례가 없는 일이었습니다. 이는 황하산문하 지질조사단 지질학, 탐사 인력들이 댐에 물을 이용하여 완성한 기술적 성과이다.

II. 싼먼샤댐 지역 373호 급수탐사공 압축공기 양수에 대한 일부 이해.

373호 급수탐사공 펌핑시험 Sanmenxia 댐 지역의 작업은 Jia Fuhai 수석 엔지니어가 수행했습니다( Jia 씨(이하 Jia 씨라고 함)가 제시한 지질학적 요구 사항의 목적은 석회암 카르스트 균열에서 유입되는 물의 양을 확인하는 것입니다. 많은 양의 물이 유입되면 석탄을 함유한 암석층을 격리하고 밀봉한 후 카르스트 균열수는 구멍 입구에서 20m 이상 떨어져 있을 수 있습니다. 따라서 일반 워터펌프를 사용하는 것은 무용지물입니다. 이 경우 압축공기를 사용하여 물을 펌핑하게 됩니다.

(1) 압축 공기 펌핑 수, 공기량 관련 데이터 계산:

1 Jia 씨가 제안한 지질학적 요구 사항에 따름:

1. ) 물 펌핑량은 60~70L/s를 눌러 펌핑 장비를 선택할 수 있습니다.

2) 펌핑 테스트는 4단계로 진행됩니다.

하나는 최대 수위를 감소시키는 물 유입량을 찾기 위한 시험 펌핑입니다.

정식 펌핑 테스트로 전환하고 3단계에 걸쳐 수위를 낮춥니다. 최대 수위 감소부터 시작합니다.

수위 값을 줄이는 두 번째 시간은 최대 수위입니다. 수위 감소 값; 세 번째 수위 값을 낮추는 것은 수위 값의 최대 하강입니다.

3) 수위가 낮아질 때마다 유입되는 물의 양을 측정합니다. 10일 동안 4단계로 수위가 낮아지며, 총 40일 동안 실제 펌핑 테스트 조건에 따라 결정됩니다.

2. 카르스트 균열 수위의 h 값에 대하여:

1) 373번 홀의 구조도를 기준으로 h 값은 대략 h=로 추정됩니다. 23분

2) 열개수를 강물로 공급하고 h 값이 23m 미만인 경우 풍량을 안전하게 계산하려면 h=23m를 선택합니다.

3. 안전상의 이유로 펌핑량은 75L/s입니다.

참고:

1) 그림 4의 치수는 구멍 구조 다이어그램 번호 373에서 파생됩니다.

2) 구멍 안의 수위는 압력 수위이며, 하천수 공급의 영향은 고려되지 않습니다.

3) 배수 제트를 아래쪽으로 만들기 위해 물 배출구는 90° 아래쪽 엘보로 연결되어야 합니다.

4) 구멍이 뚫린 강관은 외경 ø330, 내경 ø304mm로 내부와 외부 모두 방청 처리되어 있다.

그림 4 압축 공기 물 리프팅의 개략도

(2) 1m3의 물을 들어 올리는 데 필요한 공기량과 기압 및 리프팅 송수관의 크기를 구해 보십시오.

설명은 다음과 같습니다. 먼저 펌핑 테스트와 물 유입 및 수위 저하가 관련되어 있지만 이 관계는 펌핑 테스트 중에만 알 수 있으므로 필요한 공기량도 조정해야 합니다. 필요한 공기 값을 수정하려면 펌핑 테스트 중 수위 값을 사용하십시오.

1. "드릴링 역학"의 관련 이론이 입증되었습니다.

1) 공기 펌핑이란 압축 공기가 물과 혼합된 후 시추공 케이싱 내부의 지하수의 비중이 파이프 외부의 지하수의 비중보다 작은 것을 의미합니다. 비중이 큰 지하수가 배관 외부에 형성되어 압력차에 의해 배관 내부의 지하수가 상승하여 배관 개구부를 넘치고 구멍 밖으로 흘러나옵니다.

2) 1m3의 물을 들어 올리는 데 필요한 공기의 양(1기압에서 공기의 양에 해당)은 다음 공식으로 계산됩니다.

지질공학의 역사 황하 삼문하 수자원 보호 프로젝트 조사

공식에서: V0=물 1m3을 들어 올리는 데 필요한 공기의 양(1기압 하의 공기의 양과 동일).

K=다양한 저항을 극복하는 데 필요한 수두 손실 계수로 다음 실험식으로 계산할 수 있습니다.

즉, K=2.17+0.0164h0

h0=물을 들어올리는 높이, 즉 동적 수위(m)

H = 물 속에 묻혀 있는 믹서의 깊이(m)

참고: 여기서는 V0 공식 계산의 원점을 생략합니다. 이론적 근거는 등온 팽창에서 공기가 한 일을 사용하는 것입니다: R=, 이 일은 1m3 물 높이 h0이 한 일: =KGh0과 같습니다. 계산을 통해 위의 공식 V0을 얻을 수 있습니다.

공식에서 G=1m3 물의 무게입니다.

2. 물 양수 시작 시 1m3의 물을 들어 올리는 데 필요한 공기량, 공기관 직경 등이 필요합니다.

1) 물 양수 시작 시: h0=h=23m, 물의 양은 75L/s입니다.

K=2.17+0.0164h0=2.17+0.0164×23=2.17+0.3772=2.5472≒2.55

풍량 찾기:

황하 삼문하수 보존 프로젝트 지질 탐사의 역사

즉, 침하 계수: x= = =1.652로 물 1m3을 들어올릴 때 필요한 공기량(1기압 하 공기의 양과 동일)은 다음과 같습니다.

V0=3.75m3.

2) 위에서부터 초당 75L/s=270m3/h의 물을 들어 올리려면 필요한 공기량은 270×3.75=1012.5m3/h=0.28125≒0.3m3/s입니다.

순서: q=초당 들어 올려지는 물의 양=75L/s=0.075m3/s;

q0=필요한 공기량=0.3m3/s(1기압의 공기량) ;

혼합: q+q0=0.075+0.3=0.375m3/s.

3) 압축 공기 파이프의 직경 d를 구합니다.

q2=(압축 공기량)에서

공식에서: q0=0.3m3/ s=300L/s;

p0=배수관 입구에서 흘러나오는 자연 기압=1기압.

p2= +Δp+p0= +0.8+1=5.6(압축공기압, 대기압)

∴q2= =53.5714∅53.6L/s

ΔP=기관 저항, ΔP=0.8 기압을 사용합니다.

압축 공기 흐름 속도 v1=10m/s=100 dm/s를 취하십시오;

압축 공기 파이프의 면적: F= = =0.536dm2

∴ 기관 직경: d= = =0.826dm.

4) 배수관 직경 구하기: D 값:

(1) 배수관 중앙에 믹서를 놓고 동심 배수 장치 사용:

>

물관 유속 구하기, v0=9m/s

∴배수관의 필요한 단면적: Ω= = =0.04167m2=4.167dm2

(2)는 π4(D2-d2)=Ω로 주어진다.

황하 삼문하 수자원 보존 프로젝트 지질 조사 공학 역사

5) 위에서부터, 선택:

기관 파이프: 외부 직경: ?89mm, 내부 직경: ?81mm.

수관: 외경: ?274mm, 내경: ?254mm.

공기량: 가라앉는 계수가 χ= = =1.652인 경우,

1m3의 물을 들어 올리려면 공기가 필요합니다: V0=3.75m3≒4m3;

공기압: q2=5.6 기압; q2=6kg/cm2;

공기-물 혼합 속도 v0=9m/s;

(3) 물 1m3을 높이는 데 필요한 공기량과 최대 수위를 낮출 때 남는 공기의 총량을 구해 보세요.

1. 74번 구멍의 펌핑 테스트를 보면 수위가 약 3m 정도 줄어들 수 있습니다.

따라서 h0=h+3=23+3; =26m

H=38-3=35m

K=2.17+0.0164×h0=2.17+0.0164×26=2.5964≒2.6

공학의 역사 황하 삼문하 수자원 통제 프로젝트 지질 조사

즉, 침강 계수 χ= = =1.346일 때 물 1m3을 들어 올리는 데 필요한 공기의 양: V0=4.51m3입니다.

2. 예비 공기량:

1) 분당 물 들어올림량 = 75×60=4500L/min=4.5m3/min.

필요 공기량 = 4.5×4.51=20.295m3/min.

2) 펌핑 테스트는 3교대로 연속적으로 진행됩니다. 위의 내용은 1교대에 필요한 공기량은 20.295m3/min, 3교대에 필요한 공기량은 60m3/min입니다. 안전상의 이유로 다음을 선택할 계획입니다.

6개 단위: 9m3/분·단위·6개 단위: 6m3/분·단위. 총 12개의 공기 압축기.

분당 송출할 수 있는 총 공기량은 90m3/min, 백업 안전계수는 1.5이다.

3. 위의 수위를 3m 낮추는 것은 예비 공기량을 구하기 위한 것이며, 373번 구멍의 실제 최대 수위 감소 수치는 시험 펌핑 중에만 얻을 수 있습니다.

(4) 앞에서 설명한 대로 공기량 90m3/min의 공기 압축기 12대를 준비할 계획입니다. 그런데 이 공기량이 물 펌핑 요구량을 충족하는지 시험 펌핑을 통해 테스트해야 합니까? 시험.

373호 구멍에서는 시험 물 펌핑 테스트가 시작된 후 공기량이 45m3/min이 될 때까지 기관으로 들어가는 공기량을 점차적으로 증가시켰습니다. 동시에, 배수관 출구에서 공기-물 혼합물이 간헐적으로 균일하고 연속적으로 분무되는 것을 관찰하십시오. 분무된 혼합물은 연속적이고 균일한 혼합물이며 이는 공기가 있음을 나타냅니다. 이 상태에서 처음에는 약 2m 정도 낮아진 수위가 측정되었습니다. 계산을 위해 공기:물 = 5:1의 공기량을 선택합니다. 45m3/분의 공기량을 보내면 물의 양이 9m3/분 증가할 수 있으며 이는 예상 물 유입량인 4.5m3/분보다 큽니다. 펌핑 테스트 설계에서 펌핑 테스트에 필요한 공기량을 충족할 수 있습니다. 이 상태에서 송출되는 45m3/min의 공기량을 최대 수요 공기량으로 삼아 예비 공기 압축기의 합리적인 조합을 배치합니다.

1. 12개의 공기 압축기를 2개의 조합으로 나누십시오. 각 조합에는 3개 × 6m3/min이 있으며, 총 6개의 공기 압축기가 공기를 전달합니다. 최소 물 리프팅에 필요한 최대 공기량을 충족합니다.

2. 공기압축기 공장에 화재가 발생한 후, 위에서 언급한 공기압축기 중 일부가 전소되어 공기압축기를 별도로 결합하여 한 그룹에 40m3/min으로 변경했습니다. 하나는 6m3/min이고, 총 공기량은 46m3/min이고, 다른 그룹은 3유닛 × 6m3/min이며, 총 공기량은 45m3/min으로 공기 펌핑의 최대 수요를 충족합니다.

3. 위는 예비공기량이며, 기준 공기압축기 조합은 실제 워터펌프 테스트 작업시 현장 기술담당자가 이를 기준으로 공기압축기 대수를 선정한다. 실제 상황.

(5) 대규모 펌핑 테스트의 조직 및 기술 안전을 잘 수행하는 것이 매우 중요합니다.

1. 한 세트의 공기 압축기는 8시간 동안 작동하며 냉각을 위해 정지해야 하며, 다른 세트의 공기 압축기는 작동 인력(연료 공급 인력 포함), 유지 보수 인력 및 기술 인력을 투입해야 합니다. 373 홀 펌핑 테스트의 규모가 매우 크고, 물 펌핑 테스트에 오랜 시간이 소요되었음을 알 수 있습니다. 제1댐팀 부주임 송바오충(Song Baochong)이 공기압축기 작업장, 연료 저장소 및 펌핑 시험장을 통일적으로 관리합니다.

2. 공기 압축기가 많이 회전하면 내연기관 온도가 높아져 배기관 온도도 높아집니다. 배기관에서 2~3cm 떨어진 캔버스가 배기관에 가깝습니다. 바람이 흔들리면 파이프가 타서 화재가 발생하고 위에서 언급한 공기 압축기 중 일부가 타버렸습니다. 이는 공기 압축기의 화재 예방 작업에 주의해야 하며 가연성 물질이 있어야 함을 보여주는 교훈입니다. 배기관에서 배제되어야 하며, 이를 위해 당시 상근 기술안전인력을 편성하여 안전작업을 감독, 점검함으로써 발생할 수 있는 다양한 숨겨진 위험을 제거하였다. 사고를 유발합니다.

3. 이러한 대규모 물 펌핑 테스트 작업을 위해서는 처음으로 압축 공기를 사용하여 물을 들어 올리는 작업을 수행합니다. , 행하면서 배웁니다. 전 직원의 노고 끝에 열심히 노력하여 373번 홀의 펌핑 테스트를 완료하였고, 결과는 만족스러웠습니다.

수업을 종합한 후 송바오충 부대장은 373번 홀 펌핑 테스트 작업의 조직 및 조정 작업을 성공적으로 마쳤다.

(6) 몇 가지 이해 사항

1. 펌핑 테스트를 위해 물을 들어 올리기 위해 압축 공기를 사용하는 조건:

1) 지하수의 깊이 h 구멍의 테이블은 펌프 높이 hf=7m에 의해 흡수된 물보다 큽니다.

2) 심정펌프로 끌어올리는 물의 양보다 유입되는 지하수의 양이 더 많다.

위 두 가지 상황에서는 압축 공기가 더 나은 선택입니다.

2. 다음 지식을 숙지해야 합니다.

1) 지하수에 묻힌 믹서의 깊이 H 값은 압축 공기의 압력과 관련이 있습니다. 다음 공식으로 계산됩니다.

p2= +pΔp≤[p2]

공식에서: [P2]=공기 압축기의 공기 압력=7kg/cm2( 민간 공기 압축기 압력의 한계)

그래서 H=[[p2]-p0-Δp]× =[7-1-0.8]× =52m

2) 거리를 계산합니다 이전 요구 공기량 V0 값에서 1m3의 물을 들어 올리는 데 필요함:

침하 계수일 때: χ= =1.652 V0=3.75m3

χ= =1.346 V0=4.51m3

χ 값이 작을수록 V0가 커지는 것을 알 수 있다. 따라서 χ ≥ 1.3을 선택하는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 공기-물 혼합물에 공기가 많고 물이 적거나 심지어 물이 거의 없어 공기-물 리프팅 값이 손실됩니다. 따라서 χ≥1.3 및 V0≒5m3이 선택되는 경우가 많습니다.

3) 펌핑 테스트에서는 수위가 낮아졌을 때 최대 유입되는 물의 양이 수위가 낮아졌을 때의 평균 유입되는 물의 양보다 더 큽니다. 둘에 필요한 공기의 양도 다릅니다. 물 펌핑 테스트는 지속적으로 수행되며 중단될 수 없으며 공기 파이프와 배수 파이프는 교체할 수 없습니다. 따라서 공기 파이프와 배수 파이프는 위의 두 가지 공기량 및 배수 요구 사항을 동시에 충족해야 합니다. , 공기 압축기의 압축 공기 유량을 조정하여 문제를 해결할 수 있습니다.

이전부터 계산: 기관 단면적 및 배수관 면적: F=; Ω=

q2와 q+q0이 증가하면 v1과 v0도 증가할 수 있습니다. F Ω의 값은 변경되지 않거나 약간 변경되며 이는 이 요구 사항을 달성하기 위한 배수 요구 사항에 영향을 미치지 않습니다. v1은 압축 공기 압력에 의해 구동되므로 공기 압축기의 압축 공기 압력을 조정할 수 있습니다.

그림 5 사다리꼴 웨어의 개략적인 단면

공기 압축기의 압축 공기 압력을 동원하면 v1 값이 증가할 때 v0 값이 증가할 수 있습니다. .

V1 값: 당시 관련 외국 데이터에서는 8~12m/s를 권장했습니다. 중국 동부의 제트 테스트는 10~14m/s였습니다.

3. 예비 공기량을 계산하기 전에 다음과 같은 펌핑 테스트의 지질학적 요구 사항을 완전히 이해해야 합니다.

지하수 수위의 h 값; 대수층의 두께, 가능한 단위 물 유입량, 최대 감소 수위 S 값 및 최대 물 유입량 등

위의 데이터를 바탕으로 적절한 여유 공기량을 찾아보세요.

4. 우리가 선택한 수량계 웨어는 관련 규정에 따라 제작된 사다리꼴 웨어입니다. 배수관 출구에서 뿜어져 나오는 큰 파도로 인해 파도의 충격을 없애고 탱크 내 수면의 변동을 일으키기 위해 탱크 몸체를 길게 하고 파도 흡수 및 매끄러워졌고 효과는 매우 좋았습니다(참고: 사다리꼴 웨어를 나열하는 치수 도면은 이 기사에 포함되지 않음).

사다리꼴 둑 단면 및 물 유입 계산 방법은 학자 Ning Youyi가 "펌프 테스트의 이론적 기초 및 작동 방법"에서 참고로 권장합니다.

(7) Sanmenxia 373번 급수 우물은 천공부터 펌핑 테스트까지 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

직경 50mm의 드릴 파이프를 사용하여 천공을 완료합니다. 직경 376mm는 당시로서는 전례가 없었다.

대규모 압축공기를 이용해 물을 끌어올리고 단공 양수 테스트를 진행하는 것은 당시로서는 전례가 없는 일이었다.

펌핑 테스트는 당시로서는 유례가 없는 수십일간 중단 없이 진행됐다.

373번 홀에서 초당 70L/s의 대용량 물을 빼내는 것은 이례적이었습니다.

이 모든 것은 Jia 씨가 이끄는 Sanmenxia 지질학 및 탐사 인력이 지질학 작업에 있어 진지하고 현실적이며 과학적으로 엄격하다는 것을 사람들에게 일깨워 주며 그들의 목적은 다음과 같습니다. Sanmenxia 수자원 보호 프로젝트 건설을 위한 신뢰할 수 있는 건설 수자원을 제공하기 위해 카르스트 균열에서 유입되는 물의 정확한 데이터를 알아냅니다.

373호 급수 우물 - 산먼샤 지질 탐사의 역사적 기념물로, 황하 수해를 통제하고 탄생 후 싼먼샤 댐을 건설하기 위해 싼먼샤 군단의 지질 탐사 인력이 헌신한 것을 기념합니다. 신중국의.

2005.12.12