CSD1800A型鉆機在青藏高原應用效果及對比分析

徐國輝，梁 儉，劉 鵬，梅 冬

(1．青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海西寧810000;2．中國地質(zhì)大學〈武漢〉工程學院，湖北武漢430074)

0 引言

青海省礦產(chǎn)資源豐富，是國家重要的戰(zhàn)略資源儲備大?。?－2］。近年來，隨著地質(zhì)找礦事業(yè)的不斷深入，鉆孔深度呈逐年遞增趨勢，千米以深鉆孔已遍及青藏高原各個礦區(qū)。為立足本省、更好的服務于地質(zhì)找礦事業(yè)，應對千米以深鉆孔，青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院2011年購入了一臺適用于中深孔鉆進的CSD1800A型全液壓動力頭式鉆機。從鉆機發(fā)展方向來看，全液壓動力頭鉆機已經(jīng)在逐步取代傳統(tǒng)的立軸式鉆機而成為主流機型［3－5］。青海省二勘院引進該型鉆機在實踐中取得了良好的應用效果。本文就其應用效果及與國內(nèi)外其它鉆機對比情況進行分析，為該型鉆機的應用推廣提供參考。

1 CSD1800A型鉆機簡介

CSD1800A型鉆機(如圖1)是由北京天合眾邦生產(chǎn)的一款全液壓動力頭式鉆機，鉆機總質(zhì)量14 t，桅桿高13 m，鉆進角度可在45°～90°內(nèi)變化，配有額定功率為179 kW的發(fā)動機，動力頭給進行程3.5 m，最大提升力189 kN，最大給進力50 kN，主卷揚最大提升力135 kN，副卷揚最大提升力11 kN，采用不同鉆桿的設計鉆深能力為 PQ700 m、HQ1200 m、NQ1700 m、BQ2000 m。

圖1 CSD1800A型鉆機

2 CSD1800A型鉆機應用效果

青海省曲麻萊扎家同那礦區(qū)海拔4500 m以上，2011年該礦區(qū)鉆探工作量3萬余米，其中千米以深鉆孔3個。地層巖石主要為凍土層、石英砂巖、硅質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖、玄武巖、花崗巖。青海省二勘院在此施工的鉆機機型主要有LF90、LF70、CS14、YDX－3型等，均為全液壓動力頭式鉆機。由于高原降耗等原因，LF70型鉆機實際施工能力不足650 m，LF90、CS14、YDX－3型鉆機實際施工能力不足800 m，在500 m以深孔段中施工，鉆速明顯下降，不能滿足千米鉆孔需要，為此專門引進了CSD1800A型鉆機。該鉆機主要承擔650 m以深鉆孔的施工任務。自當年7月19日開鉆至11月25日結束，該鉆機共成功實施5個鉆孔，累計完成4386.5 m的鉆探工作量，其中包括3個千米以深的鉆孔，臺月效率高達1135 m，巖心采取率均為100%，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

2012年，CSD1800A型鉆機在格爾木市那陵格勒M5礦區(qū)施工ZK001孔，該孔設計孔深1000 m，地層主要為砂巖，含鹽量高，采用鹵水鉆井液，用時24天(期間因地基不穩(wěn)固耗時2天)，完成鉆探工作量1001.72 m，臺月效率1366 m，最高機械鉆速12 m/h，創(chuàng)造了該區(qū)施工的全新記錄。

3 CSD1800A型鉆機的優(yōu)點

從引進至截止到發(fā)稿時CSD1800A型鉆機共實施了4個千米孔，每年完成鉆探工作量在4500 m以上(施工工期8個月以內(nèi))，臺月效率大于1000 m，取得了很好的應用效果，該型鉆機相比傳統(tǒng)立軸式鉆機具有以下優(yōu)點［6－9］。

(1)安全性能大幅提高。鉆機模塊化設計，柴油機、鉆塔、鉆機集于一身，動力頭鉆進采用液壓馬達驅動，減少機械傳動，可有效避免機械傷害;無需建塔，通過液壓操作手柄，桅桿式鉆塔可實現(xiàn)自動起降，鉆進角度在45°～90°范圍內(nèi)可隨意調(diào)整，不用進行高空作業(yè)，避免高空墜落事故發(fā)生，提高了安全系數(shù)。

(2)搬遷方便。鉆機整體性好，自帶鏈軌，可大幅節(jié)省搬遷時間，通常只需1天時間，孔位距離比較近的情況下最快可縮短至2 h，而立軸式鉆機搬遷時間需要3～5天。

(3)給進行程長、鉆進效率高。CSD1800A型鉆機給進行程長達3.5 m，比普通立軸式鉆機0.5、0.6 m要長得多。對于3 m進尺，CSD1800A型鉆機可連續(xù)完成，而立軸式鉆機需要進行多次倒桿，重復倒桿不僅耗時多，還可能造成巖心斷裂，使得倒桿后重新鉆進速度慢，加大了巖心堵塞的概率，在破碎地層，以上因素影響更為明顯。

(4)可快速穿過復雜地層、事故率低。在水敏、弱水敏、破碎等復雜地層鉆進，耗用時間越長，地層越不穩(wěn)定，孔內(nèi)情況越復雜。CSD1800A型全液壓動力頭式鉆機鉆進效率高，可實現(xiàn)快速穿過復雜地層，未待地層情況變復雜，就已達終孔的目的。例如扎日根礦區(qū)，該礦區(qū)存在永凍層，地層破碎強烈，易溶蝕、坍塌。許多施工隊伍用立軸式鉆機施工，鉆進效率極其低下，鉆月效率不足200 m，有的甚至全年沒有有效進尺，而用全液壓動力頭式鉆機在此施工改變了這種局面，鉆月效率在700 m以上，在300 m以淺鉆孔施工尤其明顯。

(5)運行平穩(wěn)、同心度好、偏斜小。CSD1800A型動力頭式鉆機通孔直徑大，常用的HQ、NQ鉆桿可直接通過，無需使用主動鉆桿，動力頭一般卡在鉆桿上部、水龍頭下部，動力頭、鉆桿、下夾持器(扶正器)三點一線，鉆進時運行平穩(wěn)、震動小，可避免因主動鉆桿過長帶來的甩動造成超徑、偏斜等現(xiàn)象。

(6)儀表齊全、操作方便。CSD1800A型動力頭式鉆機設有專門的操控平臺，各種儀表與操控手柄完美的結合在一起。鉆進過程中，設備運行情況、孔內(nèi)信息可通過儀表儀器顯示出來，操作人員可根據(jù)顯示的信息及時做出判斷，體現(xiàn)了人性化操作。各種預警系統(tǒng)和報警裝置使設備不易損壞，也利于維修人員查找故障及時維修。

4 與國內(nèi)外其它鉆機對比分析

4．1 與國外鉆機對比分析

青海省二勘院自2005年起陸續(xù)引進國內(nèi)外各種地表全液壓鉆機，國外鉆機包括保長年LF90、LF70型，阿特拉斯CS14，C6Ⅱ等機型;國內(nèi)全液壓動力頭式鉆機有YDX－3、XD－5、CSD1800A等機型。經(jīng)過多年的實踐應用表明，全液壓動力頭式鉆機在施工能力上充分顯示出強大的鉆進優(yōu)勢，尤其在大規(guī)模整裝勘查工作量充足礦區(qū)，優(yōu)勢更為明顯。以曲麻萊大場礦區(qū)為例，全液壓動力頭式鉆機平均鉆月效率在1000 m以上，最高可達2000 m，而立軸式鉆機鉆月效率不足800 m，充分體現(xiàn)了全液壓動力頭式鉆機在搬遷速度、快速穿過復雜地層、鉆進效率等方面有著優(yōu)越的先天條件。但是在500 m以深鉆孔施工，LF90、CS14型等全液壓動力頭式鉆機的優(yōu)勢逐漸下降，此時CSD1800A型鉆機一枝獨秀，依然保持其強勁的深孔鉆進優(yōu)勢。下面就其與國外LF90、CS14型等鉆機在高原地區(qū)應用上進行對比分析，詳見表1、表2。

表1 主要性能參數(shù)對比(NQ)

表2 施工效率對比

從表1、表2中可以看出，LF90、CS14型鉆機實際鉆進能力在800 m以淺，而CSD1800A型鉆機鉆進能力超過1000 m。在500 m以淺鉆孔中施工，3種鉆機鉆進效率相差不太大，LF90型鉆機略高一些;在500～800 m孔段內(nèi)施工，LF90、CS14型鉆機鉆進效率就明顯下降，而CSD1800A型鉆機仍可保持較高的鉆進效率，高達1162 m/臺月;在800 m以深鉆孔施工，LF90、CS14型鉆機不具備施工能力，但CSD1800A型鉆機可實現(xiàn)超過千米的臺效?？梢奀SD1800A型鉆機相對于其他類型的全液壓鉆機應用范圍更廣。

在青藏高原高海拔地區(qū)，多年的鉆探生產(chǎn)實踐表明，柴油機普遍存在高原降耗問題，CSD1800A型鉆機除了在功率上略大一些，占了一定優(yōu)勢外，鉆桿拉出長度可達9 m，更是節(jié)省了不少鉆進輔助時間，使得其在深孔鉆進相比其他類型鉆機更具優(yōu)勢。

綜合鉆機經(jīng)濟實用性(參見表3)，國外LF90、CS14型全液壓動力頭鉆機維修費用高，一些不常用配件的調(diào)配需要等待很長時間，造成鉆機停待時間過長現(xiàn)象。雖然CSD1800A型鉆機在油耗上略大一些，但其在高原地區(qū)具備千米以深鉆孔施工能力，而且國產(chǎn)CSD1800A型鉆機較國外鉆機在價格上低得多，維修費用低，維修及時，可節(jié)約工期，綜合經(jīng)濟性能還是要比其他鉆機要高。

表3 經(jīng)濟性能比較

4．2 與國內(nèi)常規(guī)立軸式鉆機比較分析

目前地勘市場仍以立軸式鉆機為主流，但全液壓動力頭鉆機所占比例在逐年增加。全液壓動力頭與立軸式鉆機在青藏高原地區(qū)施工情況對比如表4所示。

表4 CSD1800A型鉆機與立軸式鉆機完成800 m以深中深孔工作量統(tǒng)計

分析可知當?shù)貙酉鄬ν暾麜r，兩種類型鉆機的臺月效率都很高，而全液壓動力頭式鉆機更具優(yōu)勢;在地層較為復雜時，立軸式鉆機優(yōu)勢下降，事故頻發(fā)，而CSD1800A型鉆機在千米以深的鉆孔施工中依然保持優(yōu)勢，孔內(nèi)事故率低，平均臺月效率超過1000 m。分析原因CSD1800A型鉆機除了可快速穿過復雜地層、有效降低事故率之外，鉆塔的設計趨于完美，一次可以提拉3個單根(9 m)，大大增強了提下鉆速度，立軸式鉆機深孔鉆進常用18.5 m鉆塔，一次提拉5個單根(15 m)，理論上立軸式鉆機在提下鉆效率上是CSD1800A型鉆機的5/3倍，實際不然。據(jù)統(tǒng)計，對于1000 m的鉆孔，立軸式鉆機的提鉆時間是3.15 h，下鉆時間是2.76 h;CSD1800A型鉆機的提鉆時間是3.02 h，下鉆時間是2.42 h;雖然立軸式鉆機在提拉長度上占據(jù)優(yōu)勢，但在擰卸鉆桿過程中耗用大量輔助時間，一般鉆桿絲扣部位要經(jīng)過人工敲震后才能卸開，工作效率低;而全液壓動力頭式鉆機不存在以上現(xiàn)象，鉆機自帶管鉗套(自卸功能一般不用，操作不好會損壞鉆桿絲扣，操作繁瑣，易導致誤操作，造成跑鉆)，靠鉆機提供強大的扭矩則輕易將鉆桿卸開，節(jié)省了大量輔助時間，降低了勞動力。

從經(jīng)濟實用性上分析，CSD1800A型鉆機在礦區(qū)鉆探工作量充足的情況下每年可鉆5000 m以上，比立軸式鉆機至少多2000 m，按高原地區(qū)每米進尺1000元，一年內(nèi)即可收回成本。可見中深孔CSD1800A型鉆機在整體上要優(yōu)于立軸式鉆機。

5 結語

從青海省二勘院陸續(xù)引進的各種國內(nèi)外鉆探設備及使用情況來看，國產(chǎn)全液壓動力頭鉆機的研制發(fā)展已逐步走向成熟，以CSD1800A型鉆機為例，其各種性能指標完全可以跟國際品牌如保長年、阿特拉斯生產(chǎn)的鉆機相媲美，在某些方面甚至要優(yōu)于國外廠家;與國內(nèi)常規(guī)立軸式鉆機相比較，CSD1800A型鉆機也更勝一籌，千米以深鉆孔施工仍具備很大鉆進優(yōu)勢，尤其適合中深孔及鉆探工作量充足的礦區(qū)使用，是一款經(jīng)濟實用的中深孔鉆機。此外，筆者認為，中深孔鉆進在地層相對完整、巖心不堵塞的情況下，可考慮加長鉆具，比如一次打撈4.5 m巖心(常規(guī)繩索一次打撈3 m)，只要在鉆塔允許拉出的范圍之內(nèi)均可，這樣即可實現(xiàn)更高的鉆進效率。

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