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(fā)

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(fā)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(shù)及結(jié)構(gòu)和功能。

全液壓;巖心鉆機;恒壓鉆進;測深系統(tǒng)

1 鉆機研發(fā)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(chǎn)勘探開采的深度大都小于500 m，而世界上一些礦業(yè)大國已經(jīng)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(fā)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(fā)到地下3000 m。

要取得地球深部的地質(zhì)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(jīng)充分勘查的成礦遠景區(qū)。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(chǎn)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(zhì)量、鉆機性能、施工成本、環(huán)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(yōu)越對縮短整個勘探周期、加快開發(fā)利用步伐有著直接的意義?，F(xiàn)有的礦產(chǎn)資源已經(jīng)很難適應我國的經(jīng)濟發(fā)展需要，深部鉆探、資源儲備必將成為國家的重要戰(zhàn)略目標，所以適應深部鉆探要求、性能優(yōu)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(chǎn)全液壓工程鉆機、立軸式巖心鉆機的成功經(jīng)驗基礎上，主要針對繩索取心的工藝特點自主研發(fā)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(nèi)外鉆機相比，在提、下鉆速度，孔底壓力控制，鉆進參數(shù)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(zhì)合金為主的巖心鉆探，可用于地質(zhì)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(fā)，2011年9月樣機試制成功，2012年2月在廠內(nèi)進行試鉆，2012年3月中旬至4月初，在陜西橫山某礦區(qū)進行生產(chǎn)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(qū)進行正式生產(chǎn)試驗。

圖2 鉆機在陜西榆林橫山縣生產(chǎn)試驗現(xiàn)場

2 鉆機的主要技術參數(shù)及特點

2.1 主要參數(shù)(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(tǒng)(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(zhì)量，延長鉆頭壽命;

(4)設置隨鉆測深系統(tǒng)(圖5)，可使司鉆隨時了解鉆深;

(5)設置天車防碰系統(tǒng)，可有效防止事故發(fā)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(jié)合的方式，轉(zhuǎn)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(shù)

圖4 恒壓鉆進控制系統(tǒng)設置界面

(7)鉆機液壓系統(tǒng)主要元件采用進口知名品牌，一般元件選用國內(nèi)知名品牌，系統(tǒng)穩(wěn)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(shù)據(jù)

圖6 操縱臺

(8)采用直動式負載反饋微調(diào)變量液壓系統(tǒng)，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(shù)顯儀表，能夠及時掌控發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油溫水溫、液壓系統(tǒng)壓力、泥漿泵壓力、鉆深、孔底壓力等各項參數(shù)(圖8)，方便鉆進調(diào)控，具有完備的報警系統(tǒng)，是安全生產(chǎn)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(wěn)定性。

3 鉆機主要結(jié)構(gòu)及其功能

鉆機總體結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖8 參數(shù)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(jié)構(gòu)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(diào)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(shù)和狀態(tài)，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(jié)合的方式，可根據(jù)不同地層和工藝的要求調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)速度及扭矩。動力頭可側(cè)移讓開孔口，有利于提下鉆具。

圖11 動力頭及液壓卡盤結(jié)構(gòu)

(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(cè)鉗架上，另一側(cè)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(jié)構(gòu)

(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(qū)動底盤前進、后移、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)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(wěn)定。

(7)液壓系統(tǒng)。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(qū)動油泵產(chǎn)生高壓油，使設備實現(xiàn)各種功能。

圖13 鉆機動力系統(tǒng)

(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(jié)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(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”，未來資源勘查的重點之一是深部和隱伏區(qū)，隨著我國危機礦山找礦專項的實施和地質(zhì)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(qū)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(tǒng)等多項專利技術。

經(jīng)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(yōu)良，可靠性高，對鉆探工藝適應性強，是地質(zhì)找礦較為理想的新一代深孔鉆探設備。在我國的地質(zhì)找礦中具有良好的推廣應用前景。

［1］中國地質(zhì)學會探礦工程專業(yè)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(zhì)出版社，2011.

［2］武漢地質(zhì)學院.巖心鉆探設備及設計原理［M］.北京:地質(zhì)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(yè)，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。