國產全液壓鉆機在德勒諾爾礦區施工中的應用

張 士 敬

(福建省121地質大隊，福建 龍巖 364021)

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國產全液壓鉆機在德勒諾爾礦區施工中的應用

張 士 敬

(福建省121地質大隊，福建 龍巖 364021)

闡述了全液壓動力頭式鉆機的優點與不足，詳細分析了全液壓鉆機在礦區施工過程中存在的問題，并總結了相應的解決方法及建議，以提高鉆探工藝術水平，從而更好地為地勘行業服務。

全液壓鉆機，工藝技術，施工效率

1 概述

隨著鉆探市場的不斷發展以及鉆探工藝技術的不斷進步與提高，鉆探設備也在不斷地創新升級，眾所周知，全液壓動力頭式鉆機是目前較為先進的鉆機，在國外比較發達的國家已經普遍使用，隨著我國對鉆探市場的勘探開發力度的不斷加大，我國的鉆探設備升級更新工作也有了較快的發展。全國已經有好多廠家也在不斷地開展全液壓動力頭式鉆機的研制開發工作，比如有山東、北京、西安、連云港、無錫等廠家陸續推出了一系列的全液壓動力頭式鉆機。由于全液壓動力頭式鉆機相對于傳統的XY-5及XY-6鉆機的特殊優點及在施工與搬家過程中較為快捷的能力，現在越來越多的勘探單位購買全液壓動力頭式鉆機。福建省121地質大隊(以下簡稱為“121隊”)也根據市場的概況在2008年—2010年相繼購置幾臺山東省地質探礦機械廠生產的全液壓動力頭式鉆機，其中兩臺：XDF-5A,XDC-5A及XDF- 4A兩臺共計四臺套先后投入到鉆探施工中(見圖1)。在實際的鉆探施工過程中全液壓動力頭式鉆機既體現出比較大的優勢，同時也暴露出不少的問題。

針對上述情況所出現的問題我們進行總結研究分析，摸索并制定合理的措施以便于更好的發揮全液壓動力頭式鉆機的優勢，最大的提高施工效率，并降低鉆探施工成本。

2 全液壓動力頭式鉆機的特點及概況

1)與以往的立軸巖心鉆機相比全液壓動力頭式鉆機是將傳統的機械動力轉化成液壓驅動。全液壓動力頭式鉆機是采用全液壓傳動靠液壓傳動系統將機械能轉化成壓力能并通過各個閥的控制將液體的能量來傳遞壓力及工作信號，再借助各個執行元件將液壓能轉換成機械能以滿足鉆探施工各種動作的需要從而實現了機、電、液一體化，自動化程度高，操作集中，方便省力，安全可靠。

2)與以往立軸巖芯鉆機相比全液壓動力頭式鉆機實現了無級變速功能以及長給進行程設計。全液壓動力頭式鉆機采用獨特的動力頭回轉器，可以實現鉆機轉速的無級調節，實際施工過程中可以根據地層情況，鉆具壓力以及扭矩等情況實現自動的轉速調節。由于全液壓動力頭式鉆機給進行程長一般都大于3 m，所以在實際的鉆進過程中可以減少倒缸的次數，鉆進更加平穩減少巖心的堵塞從而減少了打撈次數，大大的提高了鉆進效率。

3)與以往立軸巖芯鉆機相比全液壓動力頭式鉆機主卷揚以及副卷揚都采用了液壓馬達的控制。全液壓動力頭式鉆機的主卷揚機馬達和副卷揚機(副絞車)馬達都是無級調整，使得主卷揚機和繩索取芯絞車的速度也可以無級調整。

4)與以往立軸巖芯鉆機相比全液壓動力頭式鉆機結構簡單，搬遷方便，大大節約了搬遷時間。全液壓動力頭式鉆機設計由主機、動力裝置操作臺及鉆塔組成一體這樣有利于搬遷。鉆塔采用桅桿式方便拆卸，在搬家過程中將鉆塔上節拆掉即可整體將鉆機裝走，進而縮短了搬運時間，提高搬遷速度，從而有效提高鉆探效率。

5)與以往立軸巖芯鉆機相比全液壓動力頭式鉆機斜孔施工更加方便，擴大了施工范圍。全液壓動力頭式鉆機采用桅桿式鉆塔，此種鉆塔便于安裝、拆卸及斜度的調整，利用液壓操作閥對鉆塔實現起降既節約了時間又節省了人工安裝鉆塔的勞動強度。

6)與以往立軸巖芯鉆機相比全液壓動力頭式鉆機采用了自動過載保護更有效的保護鉆機。全液壓動力頭式鉆機設計采用了鉆機自身過載保護，如果遇到鉆孔孔內事故在處理事故過程中超過鉆機自身的設計最大荷載，鉆機將自動卸載壓力從而起到保護鉆機的作用。

3 全液壓動力頭式鉆機在施工過程中存在的問題

2009年福建省121地質大隊又購置一臺XDC-5A全液壓鉆機繼續在甘肅肅北縣境內德勒諾爾鐵礦施工，本礦區地層主要為薊縣系花兒組及長城系南白水河組；上部地層以灰色微晶灰巖及少量的砂質板巖組成；中部地層主要由碎屑巖和少量碳酸鹽組成，其中黑色局部黑紅色磁鐵礦鈣質泥硅質巖為含礦地層；下部地層主要為長城南白水河組硅質條帶灰巖夾鈣質板巖。在本礦此鉆機(XDC-5A)完成鉆孔5個，累計施工3 000多米。但是由于本地區地層覆蓋層比較厚施工難度較大，所以對于全液壓動力頭式鉆機在施工當中經常遇到一些事故，在處理事故當中全液壓動力頭式鉆機經常出現以下問題：

1)全液壓動力頭式鉆機在處理事故的過程中自身能力比較差。在鉆進施工過程中經常遇到比較復雜的地層往往會發生一些卡鉆、埋鉆燒鉆等復雜事故，在處理此事故中較立軸鉆機相比，其提拉能力差無法實現大扭矩的反轉，如果強行使其強拉強扭極易造成鉆機零部件及液壓元件的損壞(見表1)。

表1 全液壓動力頭式鉆機處理事故中損壞部件統計表

2)全液壓動力頭式鉆機在提鉆過程中人力勞動強度大且提鉆速度比較慢。全液壓動力頭式鉆機在提鉆過程中，由于其鉆塔高度的限制，每次只能兩個提兩個小根，所以提鉆時間長并且人的勞動強度大。

3)全液壓動力頭式鉆機管路多液壓體系比較復雜,在使用過程中漏油、滲油的現象經常發生。全液壓動力頭式鉆機由于設計油路管路比較多而且整個液壓系統也比較復雜，并且在施工過程中經常伴有一些漏油、滲油的現象，給施工造成一些不必要的麻煩。

4)全液壓動力頭式鉆機液壓卡盤存在受力不均經常發生斷螺絲現象。全液壓動力頭式鉆機在斜孔施工中由于液壓卡盤的固定螺絲受力不均勻，在正常施工中經常發生卡盤固定螺絲的扭斷，造成卡盤的松動而卡不住鉆機主動鉆桿給施工造成一定的影響。

5)全液壓動力頭式鉆機容易受到外界因素的干擾對其性能有很大的影響。全液壓動力頭式鉆機在施工過程中由于易受到外界因素的干擾，比如在高原以及比較寒冷的地區施工時，鉆塔天輪由于受打撈過程中從孔內帶上來的泥漿而造成結冰現象嚴重，滑輪的損壞也比較嚴重，再者鉆機液壓油系統也容易受到風沙、粉塵等影響，所以鉆機的維護以及保養就需要較好的施工環境。

6)全液壓動力頭式鉆機的配件成本比較貴，維修保養成本較高。全液壓動力頭式鉆機由于其液壓系統的特殊性，一般鉆機出現問題往往采用整體換一些零部件從而造成鉆機維修費用成本偏高。

7)全液壓動力頭式鉆機在深孔及復雜地層施工過程中優勢不太明顯。全液壓動力頭式鉆機在施工復雜地層以及深孔施工過程中與以往的立軸鉆機相比沒有明顯的優勢，甚至通過數據比對其效率比立軸巖新鉆機效率更低，所以這也是在此我要重點介紹的全液壓動力頭式鉆機的不足之處。下面通過一些施工的具體對比情況反映一下上述情況(見表2)。

表2 全液壓動力頭式鉆機與立軸式鉆機施工情況對比

8)全液壓動力頭式鉆機副卷揚在打撈過程中輔助時間較長深孔中更為明顯。全液壓動力頭式鉆機由于副卷揚的上升以及下降都是由馬達直接驅動，副卷揚上升以及下降速度由發動機油門控制，速度變化范圍很小，所以在打撈過程中輔助時間較長，尤其在深孔施工中更為明顯。

4 分析問題及解決問題建議

1)全液壓動力頭式鉆機在復雜地層以及深孔施工中的效率低的原因有以下幾點：

a.由于全液壓動力頭式鉆機受鉆塔設計的限制上下鉆時間比立軸式巖芯鉆機時間長。立軸式巖芯鉆機一般一次性可以提拉4個鉆桿小根(即1立根)，而全液壓動力頭式鉆機一般一次只能提拉2個鉆桿小根(即1立根)，每一次提拉鉆桿就比立軸式巖芯鉆機少了一半所以造成較大的效率差異；b.由于全液壓動力頭式鉆機在復雜地層施工過程中，孔內經常出現異常情況例如出現坍塌掉塊、地層縮徑等情況，有時還會出現埋鉆、卡鉆、燒鉆、斷鉆桿之類的孔內事故，出現這些情況處理起來立軸鉆機要比其力氣優勢明顯能更有效的處理孔內事故，全液壓鉆機由于設計自身過載保護所以對處理事故需要花費大量的輔助時間，所以在時間利用率上和立軸巖芯鉆機有一定差異導致施工效率低。

2)全液壓動力頭式鉆機管路多液壓體系比較復雜，在使用過程中漏油、滲油的現象經常發生，其原因有以下幾點：

a.由于全液壓動力頭式鉆機處理鉆機事故時，各個操作閥不斷地進行各種動作指令，并且鉆機提升負荷和正反扭矩要比平時正常鉆進工作時高出很多，所以這樣的操作很容易導致全液壓鉆機的油泵液壓馬達各種操作閥油管及油封的破壞，從而造成管路漏油滲油等現象；b.由于全液壓動力頭式鉆機處的各個液壓元件基本都是國產的，和國外的一些進口的液壓元件還是存在一定的差距，其次由于鉆探行業性質經常在比較惡劣的施工環境施工以及人員隊伍對此鉆機接觸較少技術管理水平以及操作水平也可能導致全液壓鉆機元件損壞的事故發生。

3)解決方法及建議:

a.認真學習全液壓動力頭式鉆機操作及維護保養技術規程，尤其是在野外比較惡劣的環境中，對鉆機的維護保養工作顯得尤為重要，鉆機應制定維護保養制度并組織鉆機人員學習液壓鉆機的各個操作及保養規程并指定專門的鉆機維護工作人員；b.全液壓動力頭式鉆機的液壓油路系統維護的注意事項及要點如下：

第一，在新鉆機使用運轉之前首先要檢查液壓油及潤滑油的油位，各個接頭是否密封好和穩固，是否有滲油漏油現象；第二，鉆機液壓系統嚴格按照說明要求使用標準液壓油，液壓油每使用6個月更換一次，更換時應對油箱進行清洗防止液壓油污染以及油箱的清潔干凈；第三，正常情況下鉆機液壓系統的過濾芯每使用6個月應進行更換，以防止由于液壓油受到污染發生堵塞過濾器；第四，組織人員學習相應的液壓技術相關知識，加強對班組人員的培訓教育，并完善有關全液壓鉆機操作保養的各項規程制度，提高鉆機的操作管理水平；第五，加強對鉆機作業人員的教育，增強其工作的責任心，防止鉆機及鉆孔事故的發生。

5 結語

1)通過121隊購買的幾臺液壓鉆機施工情況來看，全液壓動力頭式鉆機在中淺孔的施工以及斜孔的施工過程中還是有著其得天獨厚的優勢，但是在深孔施工方面還有許多不足之處，如液壓卡盤存在受力不均經常發生斷螺絲現象；鉆機的配件成本比較貴，維修保養成本較高。在深孔及復雜地層施工過程中優勢不太明顯，在副卷揚打撈過程中輔助時間較長，深孔中更為明顯等。

2)筆者認為全液壓鉆機的設計及生產應與鉆探施工的特點相結合，設計生產出更適合鉆探、生產實際性能更加先進的鉆機，從而改善其在中深孔以及處理事故時的弊端。我相信今后全液壓鉆機在地勘行業一定會發揮更加重要的作用。

3)以上一些觀點只是本人的建議和看法，僅供參考。但是隨著勘探市場的不斷發展，全液壓動力頭式鉆機也會不斷創新以適應地勘行業發展的需要，進而更好地為地勘行業服務。

[1]龐少青，李國東.全液壓動力頭鉆機存在的問題分析及改進建議.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2014,36(9)：64- 66.

[2]劉成才，朱發憲.全液壓動力頭鉆機的改進建議.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009,36(9)：40- 41.

[3]XDF-5A全液壓動力頭式巖心鉆機使用說明書.濟南:山東省地質探礦機械廠，2010.

[4]陳華強.全液壓動力頭式鉆機在斜孔施工中使用和維護探討.企業技術開發，2011，30(17)：84-87.

[5]王亞萍，何宗長，宋海燕.對巖心鉆機研發的幾點思考.地質裝備，2009(4)：11-14.

[5]李文德.甘肅德勒諾爾鐵礦斜孔施工技術探討.科學技術工程，2011，24(11)：71-75.

Application of domestic fully hydraulic drill in the construction of Deloitte Noel mining area

Zhang Shijing

(FujianNo.121stGeologyTeam,Longyan364021,China)

The paper describes the merits and defects of fully hydraulic drill, analyzes problems existing in fully hydraulic drill construction process, and summarizes corresponding solving methods and suggestions, with a view to improve drilling techniques and better service geology survey industry.

fully hydraulic drill, techniques, construction efficiency

1009-6825(2015)01-0222-03

2014-10-31

張士敬(1985- )，男，助理工程師

TD421.3

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