潛孔鉆機前沿技術(shù)與國內(nèi)現(xiàn)狀

周志鴻，耿曉光，劉玉超

(北京科技大學(xué)機械學(xué)院，北京 100083)

1 鉆機的定義

鉆機是一個外延非常廣泛的名詞。一切在巖土上鉆孔、鉆進的機械都可以稱為鉆機。

鉆機（Drillrig）的種類很多。鉆機可按用途分類，如巖芯鉆機、石油鉆機、水文地質(zhì)調(diào)查與水井鉆機、地?zé)徙@機、水平定向鉆機和巖石鉆孔鉆機等。

本文只討論巖石鉆孔鉆機，巖石鉆孔鉆機主要指在巖石上鉆孔或鉆進的機械。巖石鉆孔鉆機按照鉆孔破巖方式可以分為沖擊式 （沖擊旋轉(zhuǎn)式）、碾壓式（旋轉(zhuǎn)沖擊式），切削式（旋轉(zhuǎn)式）三種。

2 沖擊式（沖擊旋轉(zhuǎn)式）鉆機

沖擊式鉆機是以對巖石的沖擊作用為主，旋轉(zhuǎn)作用為輔，同時施加一定軸壓力破碎巖石的鉆機。沖擊式鉆機也常常稱為鑿巖鉆機。按照沖擊動作的位置，又分為潛孔式和頂錘式兩種。

2.1 潛孔式鉆機

潛孔式鉆機的沖擊器（沖擊錘）在鉆桿底部，沖擊器內(nèi)的沖擊活塞直接沖擊鉆頭，同時施加一定軸壓力破碎巖石，見圖1左1。

2.2 頂錘式鉆機

頂錘式鉆機的沖擊器（沖擊錘）在鉆桿頂部，沖擊器內(nèi)的活塞沖擊鉆桿，沖擊波通過鉆桿傳遞到鉆頭，同時施加一定軸壓力破碎巖石，見圖1左2。

氣腿式鑿巖機，氣動頂錘式鉆機，支腿式液壓鑿巖機，井下液壓鑿巖臺車，隧道液壓鑿巖臺車都屬于頂錘式鉆機。

3 碾壓式（旋轉(zhuǎn)沖擊式）鉆機

碾壓式鉆機是以旋轉(zhuǎn)作用為主，沖擊作用為輔，同時施加較大軸壓力，破碎巖石的鉆機，如圖1左3所示。礦用牙輪鉆機和石油鉆機都是碾壓式鉆機。

4 切削式鉆機

切削式鉆機是以旋轉(zhuǎn)切削作用，同時施加較小軸壓力，破碎巖石的鉆機，如圖1左4所示。旋挖鉆機，地質(zhì)取芯鉆機屬于切削式鉆機。

圖1 四種鑿巖鉆孔方式

5 潛孔鉆機的分類

5.1 氣動潛孔鉆機

以壓縮空氣為驅(qū)動力，進行沖擊作用的潛孔鉆機稱為氣動潛孔鉆機。氣動潛孔鉆機按照空壓機的配置位置可分為分體式潛孔鉆機、整體式潛孔鉆機。

空壓機與鉆機不在一處，分開布置，空壓機與鉆機用高壓氣管連接的潛孔鉆機叫分體式潛孔鉆機。

空壓機安裝在鉆機上成為一個整體的潛孔鉆機，叫整體式潛孔鉆機。

按照作業(yè)地點又分為露天潛孔鉆機和井下潛孔鉆機。

5.2 水壓潛孔鉆機

以高壓水為驅(qū)動力，進行沖擊作用的潛孔鉆機稱為水壓潛孔鉆機。

這些例子揭示了許多有關(guān)人們使用技能方式的問題，人力資本理論從經(jīng)濟學(xué)角度做了詳細的描述?？墒?，傳統(tǒng)上這些是教育學(xué)研究的領(lǐng)域。通過考察人們?nèi)绾螐慕?jīng)濟學(xué)角度思考、學(xué)習(xí)和使用技能，表明經(jīng)濟學(xué)在這些問題上作出了貢獻。

高壓水泵與潛孔鉆機分開布置，不是安裝在一起，稱為分體式潛孔鉆機，見圖2。

高壓水泵安裝在鉆機上，成為一體，稱為整體的潛孔鉆機，見圖3。

水壓潛孔鉆機也可分為露天水壓潛孔鉆機和井下水壓潛孔鉆機。

6 潛孔鉆機發(fā)展方向與技術(shù)前沿

6.1 環(huán)保健康發(fā)展方向

潛孔鉆機應(yīng)強化集塵效果，對集塵系統(tǒng)各個部分精心設(shè)計?；厥账凶鳂I(yè)中的粉塵，在整個鑿巖過程中實現(xiàn)無塵化。

圖2 分體式水壓潛孔鉆機的組成

圖3 整體式水壓潛孔鉆機的組成

潛孔鉆機應(yīng)安裝司機室，司機室應(yīng)具有隔音、隔振、隔塵效果，安裝冷暖空調(diào)，為司機提供一個舒適、健康的工作環(huán)境。

6.2 前沿技術(shù)

除了集塵器和司機室兩項技術(shù)之外，潛孔鉆機還有5項前沿技術(shù)，見表1。

國內(nèi)潛孔鉆機廠家應(yīng)注重這5項技術(shù)，逐步提高自己產(chǎn)品的技術(shù)水平。

表1 潛孔鉆機的前沿技術(shù)

7 沖擊式鉆機從氣動向液壓的發(fā)展

7.1 頂錘式鉆機從氣壓向液壓的發(fā)展

圖4 1873年使用的支腿式氣動鑿巖機

圖5 1973年開始使用的液壓鑿巖機

7.2 潛孔鉆機從氣壓向液壓的發(fā)展

潛孔鉆機的使用，從氣動潛孔鉆機（1950，見圖6），到水壓潛孔鉆機（1995，見圖7），經(jīng)歷了 45年時間。潛孔沖擊器的動力由氣壓改為水壓，是潛孔鉆機最大的技術(shù)進步。水壓潛孔鉆機在瑞典盧基礦業(yè)公司（LKAB）的使用，已經(jīng)超過20年。智利、挪威和加拿大等國家的礦山，也采用水壓潛孔鉆機。但是在世界范圍還沒有得到廣泛使用，在中國，目前只看到浙江海聚公司零星使用報道，遠沒有推廣。

8 水壓潛孔沖擊器介紹

目前能夠查到的水壓沖擊器只有瑞典盧基瓦薩讓公司（LKAB WASSARA）的產(chǎn)品，浙江海聚動力公司是瓦薩讓水壓沖擊器的中國代理商。瓦薩讓水壓沖擊器與鉆頭外形見圖8。瓦薩讓水壓沖擊器內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖9。

圖6 1950年使用的氣動潛孔鉆機

圖7 1995年使用的水壓潛孔鉆機

瓦薩讓水壓沖擊器有7種型號，見圖10。瓦薩讓水壓沖擊器的基本技術(shù)參數(shù)見表2。

9 水壓潛孔鉆機簡介

9.1 露天水壓潛孔鉆機

露天水壓潛孔鉆機可以用于地?zé)徙@孔（見圖11），也可以用于地基旋噴灌漿鉆孔，見圖12。

圖8 瓦薩讓水壓沖擊器外形

圖9 瓦薩讓水壓沖擊器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖10 瓦薩讓水壓沖擊器型號

表2 瓦薩讓水壓沖擊器基本參數(shù)

9.2 井下水壓潛孔鉆機

井下水壓潛孔鉆機一般用于中深孔鑿巖，井下水壓采礦臺車作業(yè)情況見圖13。瑞典阿特拉斯公司的水壓潛孔采礦臺車見圖14。

9.3 水壓潛孔鉆機的優(yōu)勢

和氣動潛孔鉆機、頂錘式鉆機相比，水壓潛孔鉆機有4項是環(huán)保和健康優(yōu)勢，見表3。

水壓潛孔鉆機有4項鉆孔效率和成本優(yōu)勢，見表4。表4中的數(shù)據(jù)來自于網(wǎng)絡(luò)。

10 國內(nèi)潛孔鉆機主要廠家和型號

10.1 浙江志高機械公司

圖11 水壓潛孔鉆機在富水層進行地?zé)徙@孔

圖12 水壓潛孔鉆機用于旋噴灌漿鉆孔

圖13 井下水壓潛孔采礦臺車

圖14 阿特拉斯公司的水壓潛孔采礦臺車

表3 水壓潛孔鉆機的環(huán)保和健康優(yōu)勢

表4 水壓潛孔鉆機的鉆孔效率和成本優(yōu)勢

10.1.1 志高整體式潛孔鉆機

志高公司整體式潛孔鉆機型號與技術(shù)參數(shù)見表5，志高公司ZGYX-421整體式潛孔鉆機見圖15，志高公司ZGYX-440整體式潛孔鉆機見圖16志高公司ZGYX-470整體式潛孔鉆機見圖17。

10.1.2 志高分體式潛孔鉆機

志高公司分體式潛孔鉆機型號與技術(shù)參數(shù)見表6，志高公司ZGYX-410E分體式潛孔鉆機見圖18，志高公司分體式ZGYX-430潛孔鉆機見圖19。

10.2 浙江開山重工股份有限公司

表5 志高公司整體式潛孔鉆機型號與技術(shù)參數(shù)

圖15 志高公司ZGYX-421整體式潛孔鉆機

圖16 志高公司ZGYX-440整體式潛孔鉆機

圖17 志高公司ZGYX-470整體式潛孔鉆機

表6 志高公司分體式潛孔鉆機型號與技術(shù)參數(shù)

圖18 志高公司ZGYX-410E分體式潛孔鉆機

10.2.1 開山公司整體式潛孔鉆機

開山公司整體式潛孔鉆機型號與技術(shù)參數(shù)見表7，開山公司KY11S整體式潛孔鉆機見圖20。

10.2.2 開山公司分體式潛孔鉆機

圖19 志高公司ZGYX-430分體式潛孔鉆機

表7 開山公司整體式潛孔鉆機型號與技術(shù)參數(shù)

圖20 開山公司KT11S整體式潛孔鉆機

開山公司分體式潛孔鉆機型號與技術(shù)參數(shù)見表8，開山公司KY130分體式潛孔鉆機見圖21。

10.3 生產(chǎn)潛孔鉆機的其他廠家

以關(guān)鍵詞“潛孔鉆機”在阿土伯網(wǎng)上搜索，查到全國有330多家與潛孔鉆機有關(guān)的企業(yè)，河北、山東、廣東和浙江企業(yè)數(shù)量最多，部分廠家名稱見表9。

表8 開山公司分體式潛孔鉆機型號與技術(shù)參數(shù)

圖21 開山公司KY130分體式潛孔鉆機

表9 國內(nèi)生產(chǎn)潛孔鉆機部分廠家名稱