XDL－1800型全液壓巖心鉆機的研發

李社育，董朝暉，王 龍

(西安探礦機械廠，陜西西安 710065)

XDL－1800型全液壓巖心鉆機的研發

李社育，董朝暉，王 龍

(西安探礦機械廠，陜西西安 710065)

為滿足深孔繩索取心鉆探需求，研究開發了XDL－1800型全液壓巖心鉆機。闡明了鉆機的研制背景，介紹了鉆機的特點、性能參數及結構和功能。

全液壓;巖心鉆機;恒壓鉆進;測深系統

1 鉆機研發背景及概況

資源緊張是全球性問題，地表及地下淺層資源已被大量開采。2009年，溫家寶總理在首都科技界大會上指出，我國已有的固體礦產勘探開采的深度大都小于500 m，而世界上一些礦業大國已經達到2500～4000 m，“我們要千方百計提高資源勘探開采水平和效益，充分挖掘和利用好各類資源”。在國際上，針對地球深部資源的勘探開發比較有代表性的有，澳大利亞在21世紀初提出的“玻璃地球”，也就是使地下1000 m變得透明，而加拿大近期提出的計劃稱要開發到地下3000 m。

要取得地球深部的地質資料，鉆探取心取樣技術是最有效最直接的方法，是其他方法不可替代的。而在我國，相當一部分危機礦山的深部和外圍有許多未經充分勘查的成礦遠景區。最新的成礦理論表明，在我國大陸深部蘊藏著潛力巨大的礦產資源。從鉆探工程角度來看，危機礦山接替資源勘查鉆探深度應定位在1500 m左右。這種深度的資源勘查鉆探工作對鉆探取心取樣質量、鉆機性能、施工成本、環境保護、安全防護等方面都提出了更高的要求。鉆探取心(樣)技術的關鍵取決于鉆探設備、器具的性能和鉆探工藝方法，鉆探設備性能的優越對縮短整個勘探周期、加快開發利用步伐有著直接的意義。現有的礦產資源已經很難適應我國的經濟發展需要，深部鉆探、資源儲備必將成為國家的重要戰略目標，所以適應深部鉆探要求、性能優越可靠的鉆探設備必將擁有較為廣闊的應用前景。

XDL－1800型全液壓巖心鉆機(圖1)是在我廠多年的設計、生產全液壓工程鉆機、立軸式巖心鉆機的成功經驗基礎上，主要針對繩索取心的工藝特點自主研發的適用于中深孔取心鉆探的巖心鉆機。該機有多項專利技術，與國內外鉆機相比，在提、下鉆速度，孔底壓力控制，鉆進參數顯示和控制方面具有顯著的特點。該機主要適用于以金剛石復合片、硬質合金為主的巖心鉆探，可用于地質勘察、固體礦地表取心、金剛石繩索取心等領域。

圖1 XDL－1800型全液壓巖心鉆機

2010年開始研發，2011年9月樣機試制成功，2012年2月在廠內進行試鉆，2012年3月中旬至4月初，在陜西橫山某礦區進行生產試驗，鉆成孔520m。通過試驗，用戶認為該鉆機功能先進、性能可靠，基本能滿足繩索取心鉆探的需要，2012年5月初，該鉆機赴青海某礦區進行正式生產試驗。

圖2 鉆機在陜西榆林橫山縣生產試驗現場

2 鉆機的主要技術參數及特點

2.1 主要參數(見表1)

2.2 鉆機主要特點

(1)主卷揚機使用液壓操控鉗盤式制動器(圖3)，使主卷揚具備自由落鉤性能，操控方便、輕松、可靠，可有效縮短上下鉆時間，降低工人勞動強度;

圖3 盤剎式主卷揚機

(2)桅桿高14.5 m，使其處理立根長度達到9 m，并加有鉆桿靠架，方便提下鉆具;

(3)采用恒壓鉆進控制系統(圖4)，自動(手動)設定鉆壓(鉆頭與孔底的比壓)，提高鉆進效率，保證成孔質量，延長鉆頭壽命;

(4)設置隨鉆測深系統(圖5)，可使司鉆隨時了解鉆深;

(5)設置天車防碰系統，可有效防止事故發生，使鉆機操控更安全;

(6)動力頭變速采用變量液壓馬達和變速箱結合的方式，轉速范圍分布寬泛合理，鉆機對地層和工藝的適用性較強;

表1 XDL－1800型全液壓巖心鉆機主要參數

圖4 恒壓鉆進控制系統設置界面

(7)鉆機液壓系統主要元件采用進口知名品牌，一般元件選用國內知名品牌，系統穩定、可靠，使用壽命長，操控手柄布置合理(圖6)，操控靈活方便;

圖5 顯示在主界面上的隨鉆測深數據

圖6 操縱臺

(8)采用直動式負載反饋微調變量液壓系統，功率隨負載變化，高效率，低能耗;

(9)液壓卡盤采用氮氣彈簧，夾持可靠，松開行程增大，并具有卡瓦磨損自動補償功能，彈簧和卡瓦的壽命得到有效提高，圖7為鉆機液壓卡盤;

圖7 動力頭液壓卡盤

(10)配有足夠的數顯儀表，能夠及時掌控發動機轉速、油溫水溫、液壓系統壓力、泥漿泵壓力、鉆深、孔底壓力等各項參數(圖8)，方便鉆進調控，具有完備的報警系統，是安全生產的有力保障;

(11)底盤采用履帶式(圖9)，適用于較為復雜的地形行進，采用外擴式液壓支腿，增大支撐面積，可有效提高鉆機的穩定性。

3 鉆機主要結構及其功能

鉆機總體結構如圖10所示。

圖8 參數頁面和報警頁面

圖9 履帶底盤及支腿

圖10 XDL－1800型全液壓巖心鉆機結構示意

(1)鉆塔。主要用來提下鉆具和立靠鉆桿。由上、下塔體，天車，二層臺等組成。下塔與機架連接，上塔與下塔連接，運輸時可將上塔折疊。天車前后位置可調整，可以使用單雙繩。

(2)操縱臺。由顯示器、壓力表、液壓閥，操作手柄及電器元件等組成，主用來操控鉆機的各部動作，并實時顯示各部工作參數和狀態，并具有報警功能。

(3)動力頭及液壓卡盤。由動力頭齒輪箱、變速箱、液壓卡盤、液壓馬達等組成(圖11)。采用變量液壓馬達和變速箱結合的方式，可根據不同地層和工藝的要求調節回轉速度及扭矩。動力頭可側移讓開孔口，有利于提下鉆具。

圖11 動力頭及液壓卡盤結構

(4)夾持器。由油缸和卡瓦等組成，用來夾持鉆桿，當油缸伸出時卡瓦松開鉆桿，縮回則夾緊。

(5)主卷揚。由定軸輪系傳動行星式卷揚機與液壓盤式剎車組成(圖12)，使用液壓操控技術鉗盤式制動器，其中提升鉗一個，單獨設置在卷揚機一側鉗架上，另一側鉗架安裝2個工作鉗、一個安全鉗，主要用于控制鉆具的提升與下放。

圖12 主卷揚結構

(6)底盤及機架。底盤由液壓馬達、減速機、四輪一帶、油缸等組成。液壓馬達在高壓油的作用下可驅動底盤前進、后移、左轉彎、右轉彎。機架是各個部件的安裝基礎，并有4個外擴式液壓支腿，支起機架，使鉆機穩定。

(7)液壓系統。由油箱、液壓泵，液壓馬達，各種液壓閥等組成。主要用于控制設備的各部動作。

(8)副卷揚。采用里巴氏繩槽，鋼絲繩排列不易混亂。主要用于取心，升降取心鉆具。

(9)動力單元。由柴油機(電機)、油泵等組成(圖13)。動力機驅動油泵產生高壓油，使設備實現各種功能。

圖13 鉆機動力系統

(10)泥漿泵。臥式三缸往復式單作用柱塞泵，最大流量300 L/min。主要用于冷卻鉆頭、排屑、護壁等功用。

4 結語

當前我國人口眾多，資源相對不足。資源短缺已成為制約我國經濟發展的“瓶頸”，未來資源勘查的重點之一是深部和隱伏區，隨著我國危機礦山找礦專項的實施和地質勘查基金項目的啟動，我國對鉆深能力為2000 m的巖心鉆探設備及工藝器具的要求逐步上升。

XDL－1800型全液壓巖心鉆機針對深部找礦設計并制造。鉆機總體技術方案采用國際流行的全液壓(液壓驅動+液壓控制)方式，并有盤鉗式剎車卷揚機、恒壓鉆進控制系統等多項專利技術。

經過初步試驗，用戶認為XDL－1800型全液壓巖心鉆機整體布局合理，性能優良，可靠性高，對鉆探工藝適應性強，是地質找礦較為理想的新一代深孔鉆探設備。在我國的地質找礦中具有良好的推廣應用前景。

［1］中國地質學會探礦工程專業委員會.第十六屆全國探礦工程(巖土鉆掘工程)技術學術交流年會論文集［M］.北京:地質出版社，2011.

［2］武漢地質學院.巖心鉆探設備及設計原理［M］.北京:地質出版社，1980.

Development of XDL－1800 Hydraulic Core Drill

LI She-yu，DONG Zhao-hui，WANG Long(Xi’an Exploring Machinery Factory，Xi’an Shaanxi 710065，China)

To satisfy the requirement of wire-line coring drilling in deep hole，XDL－1800 all hydraulic core drill was developed.The paper clarifies the development background and introduces the drill about its characteristics，performance parameters，structure and functions.

all hydraulic;core drill;constant pressure drilling;sounding system

P634.3+1

A

1672－7428(2012)06－0008－04

2012－02－01;

2012－05－27

李社育(1963－)，男(漢族)，陜西合陽人，西安探礦機械廠總工程師、高級工程師，勘探機械專業，從事探礦機械及工程設備的研制工作，陜西省西安市吉祥路66號，lisheyu@sina.com。