徐國(guó)輝，梁 儉，劉 鵬，梅 冬

(1．青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海西寧810000;2．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉工程學(xué)院，湖北武漢430074)

0 引言

青海省礦產(chǎn)資源豐富，是國(guó)家重要的戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備大省［1－2］。近年來(lái)，隨著地質(zhì)找礦事業(yè)的不斷深入，鉆孔深度呈逐年遞增趨勢(shì)，千米以深鉆孔已遍及青藏高原各個(gè)礦區(qū)。為立足本省、更好的服務(wù)于地質(zhì)找礦事業(yè)，應(yīng)對(duì)千米以深鉆孔，青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院2011年購(gòu)入了一臺(tái)適用于中深孔鉆進(jìn)的CSD1800A型全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)。從鉆機(jī)發(fā)展方向來(lái)看，全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)已經(jīng)在逐步取代傳統(tǒng)的立軸式鉆機(jī)而成為主流機(jī)型［3－5］。青海省二勘院引進(jìn)該型鉆機(jī)在實(shí)踐中取得了良好的應(yīng)用效果。本文就其應(yīng)用效果及與國(guó)內(nèi)外其它鉆機(jī)對(duì)比情況進(jìn)行分析，為該型鉆機(jī)的應(yīng)用推廣提供參考。

1 CSD1800A型鉆機(jī)簡(jiǎn)介

CSD1800A型鉆機(jī)(如圖1)是由北京天合眾邦生產(chǎn)的一款全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)，鉆機(jī)總質(zhì)量14 t，桅桿高13 m，鉆進(jìn)角度可在45°～90°內(nèi)變化，配有額定功率為179 kW的發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力頭給進(jìn)行程3.5 m，最大提升力189 kN，最大給進(jìn)力50 kN，主卷?yè)P(yáng)最大提升力135 kN，副卷?yè)P(yáng)最大提升力11 kN，采用不同鉆桿的設(shè)計(jì)鉆深能力為 PQ700 m、HQ1200 m、NQ1700 m、BQ2000 m。

圖1 CSD1800A型鉆機(jī)

2 CSD1800A型鉆機(jī)應(yīng)用效果

青海省曲麻萊扎家同那礦區(qū)海拔4500 m以上，2011年該礦區(qū)鉆探工作量3萬(wàn)余米，其中千米以深鉆孔3個(gè)。地層巖石主要為凍土層、石英砂巖、硅質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖、玄武巖、花崗巖。青海省二勘院在此施工的鉆機(jī)機(jī)型主要有LF90、LF70、CS14、YDX－3型等，均為全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)。由于高原降耗等原因，LF70型鉆機(jī)實(shí)際施工能力不足650 m，LF90、CS14、YDX－3型鉆機(jī)實(shí)際施工能力不足800 m，在500 m以深孔段中施工，鉆速明顯下降，不能滿足千米鉆孔需要，為此專(zhuān)門(mén)引進(jìn)了CSD1800A型鉆機(jī)。該鉆機(jī)主要承擔(dān)650 m以深鉆孔的施工任務(wù)。自當(dāng)年7月19日開(kāi)鉆至11月25日結(jié)束，該鉆機(jī)共成功實(shí)施5個(gè)鉆孔，累計(jì)完成4386.5 m的鉆探工作量，其中包括3個(gè)千米以深的鉆孔，臺(tái)月效率高達(dá)1135 m，巖心采取率均為100%，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2012年，CSD1800A型鉆機(jī)在格爾木市那陵格勒M5礦區(qū)施工ZK001孔，該孔設(shè)計(jì)孔深1000 m，地層主要為砂巖，含鹽量高，采用鹵水鉆井液，用時(shí)24天(期間因地基不穩(wěn)固耗時(shí)2天)，完成鉆探工作量1001.72 m，臺(tái)月效率1366 m，最高機(jī)械鉆速12 m/h，創(chuàng)造了該區(qū)施工的全新記錄。

3 CSD1800A型鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

從引進(jìn)至截止到發(fā)稿時(shí)CSD1800A型鉆機(jī)共實(shí)施了4個(gè)千米孔，每年完成鉆探工作量在4500 m以上(施工工期8個(gè)月以內(nèi))，臺(tái)月效率大于1000 m，取得了很好的應(yīng)用效果，該型鉆機(jī)相比傳統(tǒng)立軸式鉆機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)［6－9］。

(1)安全性能大幅提高。鉆機(jī)模塊化設(shè)計(jì)，柴油機(jī)、鉆塔、鉆機(jī)集于一身，動(dòng)力頭鉆進(jìn)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，減少機(jī)械傳動(dòng)，可有效避免機(jī)械傷害;無(wú)需建塔，通過(guò)液壓操作手柄，桅桿式鉆塔可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起降，鉆進(jìn)角度在45°～90°范圍內(nèi)可隨意調(diào)整，不用進(jìn)行高空作業(yè)，避免高空墜落事故發(fā)生，提高了安全系數(shù)。

(2)搬遷方便。鉆機(jī)整體性好，自帶鏈軌，可大幅節(jié)省搬遷時(shí)間，通常只需1天時(shí)間，孔位距離比較近的情況下最快可縮短至2 h，而立軸式鉆機(jī)搬遷時(shí)間需要3～5天。

(3)給進(jìn)行程長(zhǎng)、鉆進(jìn)效率高。CSD1800A型鉆機(jī)給進(jìn)行程長(zhǎng)達(dá)3.5 m，比普通立軸式鉆機(jī)0.5、0.6 m要長(zhǎng)得多。對(duì)于3 m進(jìn)尺，CSD1800A型鉆機(jī)可連續(xù)完成，而立軸式鉆機(jī)需要進(jìn)行多次倒桿，重復(fù)倒桿不僅耗時(shí)多，還可能造成巖心斷裂，使得倒桿后重新鉆進(jìn)速度慢，加大了巖心堵塞的概率，在破碎地層，以上因素影響更為明顯。

(4)可快速穿過(guò)復(fù)雜地層、事故率低。在水敏、弱水敏、破碎等復(fù)雜地層鉆進(jìn)，耗用時(shí)間越長(zhǎng)，地層越不穩(wěn)定，孔內(nèi)情況越復(fù)雜。CSD1800A型全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)鉆進(jìn)效率高，可實(shí)現(xiàn)快速穿過(guò)復(fù)雜地層，未待地層情況變復(fù)雜，就已達(dá)終孔的目的。例如扎日根礦區(qū)，該礦區(qū)存在永凍層，地層破碎強(qiáng)烈，易溶蝕、坍塌。許多施工隊(duì)伍用立軸式鉆機(jī)施工，鉆進(jìn)效率極其低下，鉆月效率不足200 m，有的甚至全年沒(méi)有有效進(jìn)尺，而用全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)在此施工改變了這種局面，鉆月效率在700 m以上，在300 m以淺鉆孔施工尤其明顯。

(5)運(yùn)行平穩(wěn)、同心度好、偏斜小。CSD1800A型動(dòng)力頭式鉆機(jī)通孔直徑大，常用的HQ、NQ鉆桿可直接通過(guò)，無(wú)需使用主動(dòng)鉆桿，動(dòng)力頭一般卡在鉆桿上部、水龍頭下部，動(dòng)力頭、鉆桿、下夾持器(扶正器)三點(diǎn)一線，鉆進(jìn)時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)、震動(dòng)小，可避免因主動(dòng)鉆桿過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的甩動(dòng)造成超徑、偏斜等現(xiàn)象。

(6)儀表齊全、操作方便。CSD1800A型動(dòng)力頭式鉆機(jī)設(shè)有專(zhuān)門(mén)的操控平臺(tái)，各種儀表與操控手柄完美的結(jié)合在一起。鉆進(jìn)過(guò)程中，設(shè)備運(yùn)行情況、孔內(nèi)信息可通過(guò)儀表儀器顯示出來(lái)，操作人員可根據(jù)顯示的信息及時(shí)做出判斷，體現(xiàn)了人性化操作。各種預(yù)警系統(tǒng)和報(bào)警裝置使設(shè)備不易損壞，也利于維修人員查找故障及時(shí)維修。

4 與國(guó)內(nèi)外其它鉆機(jī)對(duì)比分析

4．1 與國(guó)外鉆機(jī)對(duì)比分析

青海省二勘院自2005年起陸續(xù)引進(jìn)國(guó)內(nèi)外各種地表全液壓鉆機(jī)，國(guó)外鉆機(jī)包括保長(zhǎng)年LF90、LF70型，阿特拉斯CS14，C6Ⅱ等機(jī)型;國(guó)內(nèi)全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)有YDX－3、XD－5、CSD1800A等機(jī)型。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐應(yīng)用表明，全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)在施工能力上充分顯示出強(qiáng)大的鉆進(jìn)優(yōu)勢(shì)，尤其在大規(guī)模整裝勘查工作量充足礦區(qū)，優(yōu)勢(shì)更為明顯。以曲麻萊大場(chǎng)礦區(qū)為例，全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)平均鉆月效率在1000 m以上，最高可達(dá)2000 m，而立軸式鉆機(jī)鉆月效率不足800 m，充分體現(xiàn)了全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)在搬遷速度、快速穿過(guò)復(fù)雜地層、鉆進(jìn)效率等方面有著優(yōu)越的先天條件。但是在500 m以深鉆孔施工，LF90、CS14型等全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)逐漸下降，此時(shí)CSD1800A型鉆機(jī)一枝獨(dú)秀，依然保持其強(qiáng)勁的深孔鉆進(jìn)優(yōu)勢(shì)。下面就其與國(guó)外LF90、CS14型等鉆機(jī)在高原地區(qū)應(yīng)用上進(jìn)行對(duì)比分析，詳見(jiàn)表1、表2。

表1 主要性能參數(shù)對(duì)比(NQ)

表2 施工效率對(duì)比

從表1、表2中可以看出，LF90、CS14型鉆機(jī)實(shí)際鉆進(jìn)能力在800 m以淺，而CSD1800A型鉆機(jī)鉆進(jìn)能力超過(guò)1000 m。在500 m以淺鉆孔中施工，3種鉆機(jī)鉆進(jìn)效率相差不太大，LF90型鉆機(jī)略高一些;在500～800 m孔段內(nèi)施工，LF90、CS14型鉆機(jī)鉆進(jìn)效率就明顯下降，而CSD1800A型鉆機(jī)仍可保持較高的鉆進(jìn)效率，高達(dá)1162 m/臺(tái)月;在800 m以深鉆孔施工，LF90、CS14型鉆機(jī)不具備施工能力，但CSD1800A型鉆機(jī)可實(shí)現(xiàn)超過(guò)千米的臺(tái)效?？梢?jiàn)CSD1800A型鉆機(jī)相對(duì)于其他類(lèi)型的全液壓鉆機(jī)應(yīng)用范圍更廣。

在青藏高原高海拔地區(qū)，多年的鉆探生產(chǎn)實(shí)踐表明，柴油機(jī)普遍存在高原降耗問(wèn)題，CSD1800A型鉆機(jī)除了在功率上略大一些，占了一定優(yōu)勢(shì)外，鉆桿拉出長(zhǎng)度可達(dá)9 m，更是節(jié)省了不少鉆進(jìn)輔助時(shí)間，使得其在深孔鉆進(jìn)相比其他類(lèi)型鉆機(jī)更具優(yōu)勢(shì)。

綜合鉆機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)用性(參見(jiàn)表3)，國(guó)外LF90、CS14型全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)維修費(fèi)用高，一些不常用配件的調(diào)配需要等待很長(zhǎng)時(shí)間，造成鉆機(jī)停待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)現(xiàn)象。雖然CSD1800A型鉆機(jī)在油耗上略大一些，但其在高原地區(qū)具備千米以深鉆孔施工能力，而且國(guó)產(chǎn)CSD1800A型鉆機(jī)較國(guó)外鉆機(jī)在價(jià)格上低得多，維修費(fèi)用低，維修及時(shí)，可節(jié)約工期，綜合經(jīng)濟(jì)性能還是要比其他鉆機(jī)要高。

表3 經(jīng)濟(jì)性能比較

4．2 與國(guó)內(nèi)常規(guī)立軸式鉆機(jī)比較分析

目前地勘市場(chǎng)仍以立軸式鉆機(jī)為主流，但全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)所占比例在逐年增加。全液壓動(dòng)力頭與立軸式鉆機(jī)在青藏高原地區(qū)施工情況對(duì)比如表4所示。

表4 CSD1800A型鉆機(jī)與立軸式鉆機(jī)完成800 m以深中深孔工作量統(tǒng)計(jì)

分析可知當(dāng)?shù)貙酉鄬?duì)完整時(shí)，兩種類(lèi)型鉆機(jī)的臺(tái)月效率都很高，而全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)更具優(yōu)勢(shì);在地層較為復(fù)雜時(shí)，立軸式鉆機(jī)優(yōu)勢(shì)下降，事故頻發(fā)，而CSD1800A型鉆機(jī)在千米以深的鉆孔施工中依然保持優(yōu)勢(shì)，孔內(nèi)事故率低，平均臺(tái)月效率超過(guò)1000 m。分析原因CSD1800A型鉆機(jī)除了可快速穿過(guò)復(fù)雜地層、有效降低事故率之外，鉆塔的設(shè)計(jì)趨于完美，一次可以提拉3個(gè)單根(9 m)，大大增強(qiáng)了提下鉆速度，立軸式鉆機(jī)深孔鉆進(jìn)常用18.5 m鉆塔，一次提拉5個(gè)單根(15 m)，理論上立軸式鉆機(jī)在提下鉆效率上是CSD1800A型鉆機(jī)的5/3倍，實(shí)際不然。據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)于1000 m的鉆孔，立軸式鉆機(jī)的提鉆時(shí)間是3.15 h，下鉆時(shí)間是2.76 h;CSD1800A型鉆機(jī)的提鉆時(shí)間是3.02 h，下鉆時(shí)間是2.42 h;雖然立軸式鉆機(jī)在提拉長(zhǎng)度上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但在擰卸鉆桿過(guò)程中耗用大量輔助時(shí)間，一般鉆桿絲扣部位要經(jīng)過(guò)人工敲震后才能卸開(kāi)，工作效率低;而全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)不存在以上現(xiàn)象，鉆機(jī)自帶管鉗套(自卸功能一般不用，操作不好會(huì)損壞鉆桿絲扣，操作繁瑣，易導(dǎo)致誤操作，造成跑鉆)，靠鉆機(jī)提供強(qiáng)大的扭矩則輕易將鉆桿卸開(kāi)，節(jié)省了大量輔助時(shí)間，降低了勞動(dòng)力。

從經(jīng)濟(jì)實(shí)用性上分析，CSD1800A型鉆機(jī)在礦區(qū)鉆探工作量充足的情況下每年可鉆5000 m以上，比立軸式鉆機(jī)至少多2000 m，按高原地區(qū)每米進(jìn)尺1000元，一年內(nèi)即可收回成本?？梢?jiàn)中深孔CSD1800A型鉆機(jī)在整體上要優(yōu)于立軸式鉆機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

從青海省二勘院陸續(xù)引進(jìn)的各種國(guó)內(nèi)外鉆探設(shè)備及使用情況來(lái)看，國(guó)產(chǎn)全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)的研制發(fā)展已逐步走向成熟，以CSD1800A型鉆機(jī)為例，其各種性能指標(biāo)完全可以跟國(guó)際品牌如保長(zhǎng)年、阿特拉斯生產(chǎn)的鉆機(jī)相媲美，在某些方面甚至要優(yōu)于國(guó)外廠家;與國(guó)內(nèi)常規(guī)立軸式鉆機(jī)相比較，CSD1800A型鉆機(jī)也更勝一籌，千米以深鉆孔施工仍具備很大鉆進(jìn)優(yōu)勢(shì)，尤其適合中深孔及鉆探工作量充足的礦區(qū)使用，是一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用的中深孔鉆機(jī)。此外，筆者認(rèn)為，中深孔鉆進(jìn)在地層相對(duì)完整、巖心不堵塞的情況下，可考慮加長(zhǎng)鉆具，比如一次打撈4.5 m巖心(常規(guī)繩索一次打撈3 m)，只要在鉆塔允許拉出的范圍之內(nèi)均可，這樣即可實(shí)現(xiàn)更高的鉆進(jìn)效率。

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