全液壓動力頭鉆機(jī)應(yīng)用效果及前景

（四川華鋒鉆探工程有限責(zé)任公司 四川成都610081）

（四川華鋒鉆探工程有限責(zé)任公司 四川成都610081）

作為一種較為先進(jìn)的鉆機(jī)，全液壓動力頭鉆機(jī)無級調(diào)壓、調(diào)速，簡化了鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)，提供了良好的工作環(huán)境，緩解了工作負(fù)擔(dān)，改善了經(jīng)濟(jì)效益，相較于傳統(tǒng)鉆機(jī)優(yōu)勢明顯。文章通過分析全液壓動力頭鉆機(jī)的優(yōu)勢與不足，對全液壓動力頭鉆機(jī)的應(yīng)用效果及全液壓動力頭鉆機(jī)的發(fā)展前景展開探討，旨在為如何促進(jìn)全液壓動力頭鉆機(jī)有效應(yīng)用研究適用提供一些思路。

全液壓動力頭鉆機(jī)應(yīng)用效果優(yōu)勢不足

0 引言

全液壓動力頭鉆機(jī)是一種油壓驅(qū)動、控制所有運(yùn)轉(zhuǎn)部件的鉆機(jī)，其回轉(zhuǎn)器能夠朝機(jī)身導(dǎo)軌在給進(jìn)行程局部做往返移動，液壓系統(tǒng)為雙泵開放式聯(lián)動。在鉆進(jìn)期間，主泵向回轉(zhuǎn)器供油、輔泵向給進(jìn)裝置供油。提升鉆進(jìn)時，主泵、輔泵聯(lián)合向給進(jìn)裝置供油[1]。作為一種較為先進(jìn)的鉆機(jī)，全液壓動力頭鉆機(jī)無級調(diào)壓、調(diào)速，簡化了鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)，提供了良好的工作環(huán)境，緩解了工作負(fù)擔(dān)，改善了經(jīng)濟(jì)效益，相較于傳統(tǒng)鉆機(jī)優(yōu)勢明顯。對全液壓動力頭鉆機(jī)應(yīng)用效果及前景展開研究有著十分重要的現(xiàn)實意義。

1 全液壓動力頭鉆機(jī)的優(yōu)勢與不足

1.1 全液壓動力頭鉆機(jī)的優(yōu)勢

（1）全液壓動力頭鉆機(jī)自動化、信息化、智能化水平得到顯著強(qiáng)化，緩解了作業(yè)人員的施工壓力，扭轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)的憑借經(jīng)驗打鉆的局面，改善了作業(yè)效率；全液壓動力頭鉆機(jī)有著較強(qiáng)的地層適應(yīng)能力，可輸出較大的扭矩，針對對較硬地層、強(qiáng)風(fēng)化巖層及卵石層等能夠有效鉆進(jìn)。

（2）全液壓動力頭鉆機(jī)使鉆進(jìn)全面結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步簡化，系統(tǒng)操作起來更為便捷，特別是無極調(diào)壓、調(diào)速，相互間穩(wěn)定、迅速。全液壓動力頭鉆機(jī)還有著鉆進(jìn)異常情況少、可控性佳等優(yōu)勢。動力頭能夠帶載啟動，在鉆進(jìn)過程中倘若動力頭由于異常狀況停止運(yùn)轉(zhuǎn)，主泵電機(jī)再次啟動后，可在原地帶載啟動，減輕了作業(yè)人員的施工強(qiáng)度，同時便于操作開展[2]。

（3）全液壓動力頭鉆機(jī)無塔，回轉(zhuǎn)器能夠朝機(jī)身導(dǎo)軌在給進(jìn)行程局部做往返移動，一方面為鉆桿提升、換取省去了很多時間，同時為鉆進(jìn)有序開展提供了大量時間。全液壓動力頭鉆機(jī)動力頭重量顯著降低，從而減輕了鉆機(jī)在帶鉆桿移動期間整機(jī)的中心擺動，進(jìn)一步強(qiáng)化整機(jī)穩(wěn)定性，為作業(yè)安全提供有力保障。

（4）在現(xiàn)階段能源成本、人力資源成本比價背景下，全液壓動力頭鉆機(jī)對應(yīng)鉆探成本相較于立軸式鉆機(jī)要更高。不過，伴隨我國制造裝備業(yè)的不斷發(fā)展、液壓元件質(zhì)量改善及人力資源成本的轉(zhuǎn)變，全液壓動力頭鉆機(jī)對比優(yōu)勢勢必會得到有效提升。不管是從國際發(fā)展形勢來看，還是就未來發(fā)展前景而言，全液壓動力頭鉆機(jī)務(wù)必成為國內(nèi)深孔地質(zhì)巖芯鉆機(jī)的發(fā)展趨勢[3]。

（5）全液壓動力頭鉆機(jī)所具備的履帶行走系統(tǒng)可為設(shè)備移動提供極大便利，極大程度地縮減了安裝、運(yùn)輸?shù)某杀炯皶r間。主機(jī)一經(jīng)就緒，各項設(shè)備便能夠迅速到位，從而有效節(jié)約了鉆探安裝時間，促進(jìn)鉆進(jìn)有序開展。

（6）全液壓動力頭鉆機(jī)給進(jìn)行程長，鉆進(jìn)期間穩(wěn)定，能機(jī)上加桿，強(qiáng)化對孔壁的保護(hù)，獲取良好的作業(yè)效率、質(zhì)量。全液壓動力頭鉆機(jī)操作便捷，儀表完備、集中，有利于對設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及孔內(nèi)情況的實時動態(tài)開展觀測、監(jiān)控。

1.2 全液壓動力頭鉆機(jī)的不足

（1）全液壓動力頭鉆機(jī)生產(chǎn)成本相對高，應(yīng)用、維護(hù)環(huán)節(jié)被提出極為嚴(yán)苛的要求。鉆探作業(yè)期間，存在較高的能源消耗。由于全液壓動力頭鉆機(jī)無塔衣維護(hù)、沒有遮攔，作業(yè)人員尤其是鉆機(jī)操作人員會頻繁遭受陽光直射、雨水侵襲等影響。以我國西部地區(qū)為例，由于該地區(qū)日夜溫差轉(zhuǎn)變大，機(jī)臺作業(yè)人員無塔衣遮攔，不得不要長時間在地表溫度高、陽光暴曬的環(huán)境下作業(yè)，比起有塔衣遮攔的傳統(tǒng)鉆機(jī)更為辛苦。全液壓動力頭鉆機(jī)通常為模塊化設(shè)計，現(xiàn)場解體搬遷難度大，特別是在山前陡坡，切割比、比高相對大環(huán)境下，更是加大了鉆機(jī)的轉(zhuǎn)移難度[4]。

（2）系統(tǒng)權(quán)衡全液壓動力頭鉆機(jī)常規(guī)功能、操作控制、維修保養(yǎng)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)布局的實效性。盡可能擴(kuò)寬孔口操作空間，為擰管機(jī)應(yīng)用、液壓吊鉗及孔口相關(guān)操作步驟開展提供有效便利。全液壓動力頭鉆機(jī)操作面板位置應(yīng)當(dāng)遵循“以人為本”、“安全第一”等原則，并對液壓控制手柄進(jìn)行科學(xué)合理的布局。

（3）全液壓動力頭鉆機(jī)鉆探操作規(guī)則、流程還需要進(jìn)一步優(yōu)化完善。就好比受機(jī)臺管理水平缺乏先進(jìn)性，或者地層較為復(fù)雜等因素影響，使得鉆頭使用周期縮短，鉆機(jī)優(yōu)勢難以得到有效發(fā)揮，進(jìn)一步對鉆探經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)構(gòu)成不良影響[5]。

（4）全液壓動力頭鉆機(jī)有著大量的油路管線，倘若出現(xiàn)泄漏情況沒有第一時間發(fā)現(xiàn)，液壓油極易迅速消耗，不僅會造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，還會對施工環(huán)境造成不良影響。現(xiàn)階段，全液壓動力頭鉆機(jī)油位油溫顯示計不易于觀測，鑒于此可引入報警裝置。液壓油適應(yīng)性范圍應(yīng)當(dāng)覆蓋對惡劣天氣及氣候轉(zhuǎn)變影響的權(quán)衡，特別是一些高海拔地區(qū)氣候轉(zhuǎn)變情況。

2 全液壓動力頭鉆機(jī)的應(yīng)用效果

2.1 全液壓動力頭鉆機(jī)的應(yīng)用效果案例

表1 CS14型鉆機(jī)應(yīng)用效果

我公司選購了CS14型全液壓動力頭鉆機(jī)，并于甘肅某地開展了地質(zhì)勘探找礦巖心鉆探生產(chǎn)工作，收獲了可觀的成效，一方面顯著提升了鉆進(jìn)效率，推動了勘探進(jìn)度。一方面顯著提升了巖礦心采取率，充分彰顯了全液壓動力頭鉆機(jī)的優(yōu)勢。

CS14型鉆機(jī)選取多種鉆桿對應(yīng)鉆深能力包括BQ1360m、NQ1150m、HQ760m、PQ450m，主卷揚(yáng)提高能力70kN。自2014年年初進(jìn)場到6月末，于陜西、甘肅不同金屬礦選取φ75mm金剛石繩索取心鉆進(jìn)作業(yè)，總計實現(xiàn)鉆孔10個，總進(jìn)尺實現(xiàn)3311.10mm，臺月效率實現(xiàn)526.14~2425.46m，平均（1163.25±315.81）m，小時效率實現(xiàn)1.41~4.93m，平均（3.25±1.16）m，純鉆進(jìn)時間利用率顯著提升，達(dá)到26.24~70.29%，平均（49.3±13.5）%。其中，在最高臺月效率、最高小時效率及最高純鉆進(jìn)時間利用方面均實現(xiàn)了較大的突破。CS14型鉆機(jī)應(yīng)用效果，見表1。

2.2 CS14型鉆機(jī)的優(yōu)點與不足

結(jié)合生產(chǎn)實踐，可得出CS14型鉆機(jī)存在一系列優(yōu)點與不足。

2.2.1 CS14型鉆機(jī)的優(yōu)點

（1）CS14型鉆機(jī)給進(jìn)行程可達(dá)到3.5m，相較于常規(guī)立軸式鉆機(jī)的0.5~0.6m明顯更長。就3m進(jìn)尺而言，CS14型鉆機(jī)能夠連續(xù)開展作業(yè)，而立軸式鉆機(jī)則要倒桿數(shù)次，倒桿不僅意味著要消耗更長的作業(yè)時間，還可能導(dǎo)致巖心堵塞，進(jìn)而造成倒桿后再次鉆進(jìn)速度緩慢，提升了巖心堵塞發(fā)生的可能。倘若出現(xiàn)破碎地層，上述因素的影響將進(jìn)一步明顯。鑒于此，CS14型鉆機(jī)相較于常規(guī)立軸式鉆機(jī)在鉆頭使用壽命、機(jī)械鉆速及提鉆間隔等方面有著明顯的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢可促進(jìn)鉆進(jìn)作業(yè)的有序進(jìn)行。

（2）CS14型鉆機(jī)自帶鉆塔，可顯著縮減作業(yè)及節(jié)約人工成本。特別是在交通不便的地區(qū)，CS14型鉆機(jī)運(yùn)輸搬遷往往利用1~2天或幾小時便可完成，而立軸式鉆機(jī)運(yùn)輸搬遷則要花費3~5天。CS14型鉆機(jī)設(shè)計科學(xué)合理，整體性佳，匯集了鉆機(jī)、鉆塔及動力機(jī)，裝機(jī)迅速，不需要建塔，鉆進(jìn)方便，無需開展高空作業(yè)，為作業(yè)安全提供有力保障。

（3）CS14型鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)動力選取液壓馬達(dá)驅(qū)動，縮減機(jī)械傳動，盡可能防止機(jī)械損傷，鉆桿、鉆具連接強(qiáng)度大，使鉆機(jī)密封、精度等性能得以強(qiáng)化，垂直度、同心度佳，基于此，不會出現(xiàn)大幅度振動，降低了管內(nèi)巖心脫落或巖芯堵塞的可能，促進(jìn)獲取較長回次進(jìn)尺，改善作業(yè)效率。

（4）CS14型鉆機(jī)選取儀表化設(shè)計、操作的操作系統(tǒng)，經(jīng)由儀表儀器可對設(shè)施設(shè)備運(yùn)行、巖心堵塞等情況進(jìn)行實時呈現(xiàn)。開展鉆進(jìn)作業(yè)期間，經(jīng)由液壓系統(tǒng)先前設(shè)定，鉆進(jìn)過程中應(yīng)用鉆進(jìn)壓力恒定，可實現(xiàn)自動操作控制，鉆進(jìn)期間時速均勻，有效避免巖心堵塞[6]。

2.2.2 CS14型鉆機(jī)的不足

（1）相同鉆進(jìn)深度能力的鉆機(jī)，CS14型鉆機(jī)起拔能力相較于立軸式鉆機(jī)要更低，由此一定程度上制約了CS14型鉆機(jī)處理孔內(nèi)事故的能力。

（2）隨著鉆孔深度的增加，巖石可鉆性的下降，CS14型鉆機(jī)相較于立軸式鉆機(jī)的優(yōu)勢越來越不明顯，造成這一結(jié)果的原因是CS14鉆機(jī)提鉆長度不大，當(dāng)提下鉆次數(shù)增多后，對應(yīng)提下鉆速度緩慢的不足便會顯現(xiàn)出來[7]。

（3）此外，CS14型鉆機(jī)還有著液壓元件成本高，功率消耗大的不足。

3 全液壓動力頭鉆機(jī)的發(fā)展前景

伴隨我國科技的不斷發(fā)展，社會經(jīng)濟(jì)水平的逐步提升，我國已具備自主研發(fā)全液壓動力頭鉆機(jī)的水平，與全液壓動力頭鉆機(jī)相關(guān)聯(lián)的諸如機(jī)械電子、施工、控制技術(shù)均獲取了頗具成效的發(fā)展，即便現(xiàn)階段液壓閥閥芯技術(shù)等相關(guān)技術(shù)依舊處在不利地位，但是通過自其他方面的不斷發(fā)展，勢必能達(dá)到全球先進(jìn)水平。

（1）建議系統(tǒng)權(quán)衡全液壓動力頭鉆機(jī)常規(guī)功能、操作控制、維修保養(yǎng)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)全液壓動力頭鉆機(jī)結(jié)構(gòu)布局的進(jìn)一步優(yōu)化。強(qiáng)化安全防護(hù)設(shè)計，創(chuàng)建良好工作環(huán)境，有效防止安全事故的發(fā)生。加大鉆進(jìn)參數(shù)檢測、控制系統(tǒng)優(yōu)化力度，強(qiáng)化模糊識別、控制于數(shù)據(jù)采集模塊研發(fā)，有效提升鉆機(jī)自動化水平。

（2）全液壓動力頭鉆機(jī)主鋼絲繩使用周期不長，有待得到進(jìn)一步改善。鉆機(jī)提鉆過程中，倘若主卷揚(yáng)鋼絲繩出現(xiàn)斷裂情況，不同于立軸式鉆機(jī)的木馬夾持器。全液壓動力頭鉆機(jī)孔口液壓夾持器無法迅速動作，因此可考慮引入緊急制動裝置。強(qiáng)化微型加工、激光加工、電磁加工等發(fā)展，改善我國鉆探機(jī)械加工水平。強(qiáng)化換層預(yù)報、孔內(nèi)事故預(yù)警鉆進(jìn)參數(shù)監(jiān)控一體化鉆機(jī)，推出全液壓自動化鉆機(jī)。

（3）加大差別化全液壓動力頭鉆機(jī)研發(fā)力度，依據(jù)系統(tǒng)分析計劃對鉆深能力開展匹配。深度相對大的全液壓動力頭鉆機(jī)最大輸出扭矩十分大，通常大于BQ、NQ規(guī)格系列的繩索取芯鉆桿承受水平。鑒于此，可使全液壓巖芯鉆機(jī)引入扭轉(zhuǎn)控制裝置[8]。為進(jìn)一步減輕鉆探作業(yè)人員作業(yè)負(fù)擔(dān)，相對深孔全液壓巖芯鉆機(jī)可引入自動化、機(jī)械化移擺和擰卸鉆桿裝置。

4 結(jié)束語

總而言之，全液壓動力頭鉆機(jī)即便成本相對高，但憑借其可觀的效率，勢必在地質(zhì)巖心鉆探市場中扮演越來越重要的角色。伴著年工作量的增加，其優(yōu)越性會越來越明顯，成本也會極大降低。相關(guān)人員務(wù)必要清楚認(rèn)識全液壓動力頭鉆機(jī)的優(yōu)勢與不足，不斷鉆研研究、總結(jié)經(jīng)驗，積極促進(jìn)全液壓動力頭鉆機(jī)有效應(yīng)用，為我國地質(zhì)找礦事業(yè)做出更大貢獻(xiàn)。

［1］孫建華，周紅軍，王漢寶，等.深孔巖心鉆探裝備配置應(yīng)用技術(shù)趨勢分析 ［J］ .探礦工程（巖土鉆掘工程），2011，38（5）：1-7.

［2］熊 偉，田占成，徐景珠，李 禎，王秋成.CS14型全液壓動力頭鉆機(jī)的生產(chǎn)應(yīng)用效果及分析［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，39（4）：35-46.

［3］張林霞，李藝，周紅軍.我國地質(zhì)找礦鉆探技術(shù)裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，39（2）：1-8.

［4］王繁榮.XD系列全液壓動力頭巖心鉆機(jī)的研制和應(yīng)用［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2011，38（12）：43-46.

［5］龐少青，李國東.全液壓動力頭鉆機(jī)存在的問題分析及改進(jìn)建議［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2014，41（2）：64-66.

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［8］徐國輝，梁儉，劉鵬，梅冬.CSD1800 A型鉆機(jī)在青藏高原應(yīng)用效果及對比分析［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2015，38（10）：42-44.

全液壓動力頭鉆機(jī)應(yīng)用效果及前景

■呂明寬 閆祿 舒智 周鵬

TV53+8.3[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-449-1