關(guān)于巖心鉆機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的分析與思考

馬 驥

（陜西核昌機(jī)電裝備有限公司，陜西 咸陽(yáng)712000）

關(guān)于巖心鉆機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的分析與思考

馬 驥

（陜西核昌機(jī)電裝備有限公司，陜西 咸陽(yáng)712000）

本文作者通過(guò)多方位對(duì)比目前國(guó)內(nèi)使用率較高的兩種不同類型的鉆機(jī)（立軸式鉆機(jī)與全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)）的原理及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。結(jié)果表明，在不同工礦情況下，兩種鉆機(jī)各有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)根據(jù)不同情況具體選擇。

地質(zhì)巖心鉆機(jī)；立軸式；動(dòng)力頭式；性能對(duì)比；效率分析

1 引言

巖心鉆探是我國(guó)礦產(chǎn)資源勘探中不可或缺的技術(shù)手段，其中核心設(shè)備就是巖心鉆機(jī)，通過(guò)向地層鉆進(jìn)不同深度、角度的孔，取出巖心進(jìn)行化驗(yàn)、分析、研究，從而為固體礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用提供科學(xué)依據(jù)。

傳統(tǒng)的立軸式巖心鉆機(jī)（圖1）經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展，經(jīng)受住了實(shí)際工況使用情況的考驗(yàn)，目前基本形成了立軸回轉(zhuǎn)、卡盤夾持并轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿、液壓給進(jìn)油缸；利用游星齒輪絞車進(jìn)行升降；動(dòng)力源通過(guò)離合器、變速箱、分動(dòng)箱驅(qū)動(dòng)鉆進(jìn)，成為現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外巖心鉆機(jī)通用、也是經(jīng)典的一種機(jī)型。經(jīng)過(guò)多年的施工檢驗(yàn)，證明這種原理的機(jī)型是比較完善的，基本上可以很好地滿足目前我國(guó)對(duì)于鉆探工藝的要求。

圖1 HXY－2000C鉆機(jī)傳動(dòng)裝置圖（陜西核昌機(jī)電裝備公司）

另外一種目前市場(chǎng)上比較多見(jiàn)的巖心鉆機(jī)為全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)（圖2），這類鉆機(jī)主要采用柴油機(jī)（電動(dòng)機(jī)）通過(guò)齒輪油泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，再通過(guò)液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。驅(qū)動(dòng)鉆桿進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，給進(jìn)行程達(dá)到3～4m。目前大部分全液壓鉆機(jī)把動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的高壓油泵和操縱元件組成一個(gè)獨(dú)立的機(jī)組，用液壓膠管連接主機(jī)，便于拆卸，有利搬遷。

圖2 履帶式全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)

2 立軸式鉆機(jī)與全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的主要性能對(duì)比

2.1 機(jī)械立軸式鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

（1）制造成本較低

目前我國(guó)的機(jī)械加工水平較低，精密的機(jī)械產(chǎn)品受限于加工精度，高技術(shù)人才相對(duì)較少，這就造成了精密機(jī)械制造成本高昂，普通技術(shù)工人成本相對(duì)較低。而機(jī)械立軸式鉆機(jī)由于對(duì)加工精度要求不高，所以恰恰彌補(bǔ)了目前這個(gè)短板。

（2）對(duì)操作技能要求不高，維修較方便

我國(guó)目前的高技能操作工人較少，精通液壓原理的工人更少，這就造就了高技能操作工人就意味著高成本。而機(jī)械立軸式鉆機(jī)操作，維修都較容易。

（3）可靠性較高，損耗少，傳動(dòng)效率高

機(jī)械傳動(dòng)比液壓傳動(dòng)可靠性高是無(wú)可爭(zhēng)議的事實(shí)，而液壓傳動(dòng)的效率在70%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于機(jī)械傳動(dòng)的效率。

（4）起下鉆速度塊，處理事故能力強(qiáng)

由于使用鉆塔，立軸式鉆機(jī)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)立根（12～18m）起下鉆，速度要比全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)（立根長(zhǎng)度一般為6m）。在實(shí)際工況施工中，起下鉆是一種經(jīng)常的作業(yè)，對(duì)于較復(fù)雜地層，起下鉆的次數(shù)更是頻繁。立軸式鉆機(jī)的施工效率就優(yōu)勢(shì)較明顯。

2.2 機(jī)械立軸式鉆機(jī)的缺點(diǎn)

（1）一般需要使用主動(dòng)鉆桿，實(shí)現(xiàn)機(jī)上加鉆桿較困難；

（2）由于采用鉆塔，搬遷、運(yùn)移方面工作量較大；（3）不易實(shí)現(xiàn)較大角度的斜孔鉆進(jìn)；

（4）給進(jìn)行程較短，轉(zhuǎn)速不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。

目前國(guó)內(nèi)巖心鉆機(jī)的主導(dǎo)產(chǎn)品仍然是機(jī)械立軸式鉆機(jī)，占據(jù)了90%以上的份額。表1給出了國(guó)內(nèi)比較典型的三個(gè)廠家2000m機(jī)械立軸式鉆機(jī)（見(jiàn)圖3）的參數(shù)對(duì)比。

表1 鉆機(jī)型號(hào)

圖3 典型的三家公司2000米機(jī)械立軸式鉆機(jī)

2.3 全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

（1）工作較平穩(wěn)，給進(jìn)行程長(zhǎng)，鉆進(jìn)工藝適應(yīng)性較好

采用液壓驅(qū)動(dòng)，較之傳統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)在鉆進(jìn)過(guò)程中更容易實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的平穩(wěn)?？蓪?shí)現(xiàn)無(wú)極變速，對(duì)復(fù)雜多變的地層來(lái)說(shuō)，可以實(shí)現(xiàn)有效的變速鉆進(jìn)，工藝適應(yīng)性較好。

（2）可以進(jìn)行大角度的斜孔鉆進(jìn)，取心較完整

目前45°乃至更大的傾角的斜孔鉆進(jìn)需求日益加大，全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)可以滿足大角度斜孔鉆進(jìn)的要求。

（3）搬遷方便，運(yùn)移速度快

全液壓鉆機(jī)一般可用1～2天搬遷完畢，進(jìn)入工作狀態(tài)。而傳統(tǒng)的立軸式鉆機(jī)則需4～5天的搬遷工作。

2.4 全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)的缺點(diǎn)

（1）目前造價(jià)較高，是同樣鉆深的機(jī)械立軸式鉆機(jī)的5倍以上。

（2）動(dòng)力消耗大，傳動(dòng)效率較低。

（3）保養(yǎng)維修技能要求高、備件價(jià)格高昂。野外施工一般條件非常艱苦，油液很容易因密封不嚴(yán)而受污染。

（4）提下鉆輔助時(shí)間長(zhǎng)，處理事故能力較差。

目前全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)在我國(guó)應(yīng)用比較廣泛，特別是有些山區(qū)工地，羊腸小道，只能靠工人扛機(jī)器，這時(shí)候就顯示出某些小型全液壓鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)，便于搬遷。下面為兩種比較典型的全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)。

圖4 陜西核昌機(jī)電裝備公司HQY－500型全液壓鉆機(jī)

圖5 連云港黃海機(jī)械股份公司的履帶式全液壓鉆機(jī)

3 機(jī)械立軸式鉆機(jī)與全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的成本對(duì)比

成本核算對(duì)于這兩種鉆機(jī)來(lái)說(shuō)是比較復(fù)雜的，不同工況，不同地層情況，不同施工人員水平等等，都可能造成成本的變化。但是，我公司經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，基本得出以下結(jié)論：

（1）淺孔鉆進(jìn)（500m以內(nèi)）：全液壓鉆機(jī)的成本明顯要高于機(jī)械立軸式鉆機(jī)。某些立軸式鉆機(jī)進(jìn)不去的山區(qū)除外，有高昂的搬遷成本，如修路等。

（2）中深孔鉆進(jìn)（500～1500m）：全液壓鉆機(jī)有一定優(yōu)勢(shì)，在人員成本、油耗等方面要優(yōu)于機(jī)械立軸式鉆機(jī)。

（3）深孔鉆進(jìn)（1500m）以上：目前國(guó)內(nèi)的全液壓鉆機(jī)由于起下鉆時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造價(jià)高，而導(dǎo)致其優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步的縮小，基本上2000m以上成本就要高于傳統(tǒng)的機(jī)械立軸式鉆機(jī)。

4 鉆機(jī)適應(yīng)性對(duì)比與施工安全性對(duì)比

不同的鉆進(jìn)工藝方法對(duì)轉(zhuǎn)速有不同的要求，最理想的情況當(dāng)然是鉆機(jī)可以滿足盡量多的鉆探工藝。這點(diǎn)動(dòng)力頭鉆機(jī)有優(yōu)勢(shì)，它在一定范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，轉(zhuǎn)速范圍寬。

在破碎地層，由于動(dòng)力頭鉆機(jī)是長(zhǎng)行程給進(jìn)，不用倒桿，可有效減少孔內(nèi)事故發(fā)生的概率。還可以減少設(shè)備安裝的的機(jī)械事故，尤其是大角度斜孔施工。

這兩點(diǎn)全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)全面優(yōu)于機(jī)械立軸式鉆機(jī)。

5 處理事故的能力對(duì)比

同樣深度的全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)的起拔力要比立軸式鉆機(jī)小，因此立軸式鉆機(jī)在處理事故能力方面要高于全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)。

6 結(jié)論

在當(dāng)前形勢(shì)下的巖心鉆機(jī)市場(chǎng)，傳統(tǒng)的機(jī)械立軸式巖心鉆機(jī)與全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)應(yīng)該在以后很長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)間內(nèi)共存。在不同的工況情況下，選擇不同的鉆機(jī)，應(yīng)具體情況具體分析。但就總體市場(chǎng)份額來(lái)說(shuō)，受限于我國(guó)目前的機(jī)械加工水平、技術(shù)研發(fā)能力等等因素，目前很難解決全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)整體造價(jià)、維修成本，液壓元件等價(jià)格比較高昂的問(wèn)題。短期內(nèi)全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)很難撼動(dòng)傳統(tǒng)機(jī)械立軸式鉆機(jī)的主流地位。因此筆者認(rèn)為，以后巖心鉆機(jī)發(fā)展的方向應(yīng)該是一種新型的鉆機(jī)，這種鉆機(jī)既有全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)的大行程，易搬遷等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)借鑒了機(jī)械立軸式鉆機(jī)的成熟可靠的基礎(chǔ)元件，如卡盤、卷?yè)P(yáng)機(jī)等；成本得到控制，造價(jià)進(jìn)一步下降；并且維修方便，保養(yǎng)成本得到降低的一種新型的巖心鉆機(jī)。

［1］ 李世忠 .巖心鉆機(jī)改進(jìn)的一些設(shè)想［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2000（5）.

［2］ 劉躍進(jìn)，巖心鉆探設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程）.2007（1）.

［3］ 王亞萍，何宗長(zhǎng)，宋海燕 .對(duì)巖心鉆機(jī)研發(fā)的幾點(diǎn)思考［J］.地質(zhì)裝備，2009（4）.

Analysis on the Current Status and Development Trends of Core Drills

MA Ji（Shanxi Hechang Mechanical and Electrical Equipmenr Co.Ltd.，Xianyang，Shanxi 712000，P R China）

A comprehensive analysis and comparison between spindle core drill and hydraulic top－drive core drill is made in this article.Special concern is focused on the technical economics in the drilling operation of these two types of core drills.The result shows that we should choose core drills according to various requirements and their advantages in different drilling conditions.

geological core drill；spindle core drill；hydraulic top－drive core drill；performance comparison；efficiency analy sis

P634.31

A

1009－282X（2013）02－0011－04

2012－11－06

馬驥（1980－），男（漢族），陜西榆林人，機(jī)械工程及自動(dòng)化本科，陜西核昌機(jī)電裝備有限公司技術(shù)質(zhì)量部助理工程師，從事巖心鉆機(jī)、工程鉆機(jī)等設(shè)計(jì)，Tel：13572161616，E－mail：19111925＠qq.com。