張 士 敬

(福建省121地質(zhì)大隊，福建 龍巖 364021)

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·機(jī)械與設(shè)備·

國產(chǎn)全液壓鉆機(jī)在德勒諾爾礦區(qū)施工中的應(yīng)用

張 士 敬

(福建省121地質(zhì)大隊，福建 龍巖 364021)

闡述了全液壓動力頭式鉆機(jī)的優(yōu)點與不足，詳細(xì)分析了全液壓鉆機(jī)在礦區(qū)施工過程中存在的問題，并總結(jié)了相應(yīng)的解決方法及建議，以提高鉆探工藝術(shù)水平，從而更好地為地勘行業(yè)服務(wù)。

全液壓鉆機(jī)，工藝技術(shù)，施工效率

1 概述

隨著鉆探市場的不斷發(fā)展以及鉆探工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步與提高，鉆探設(shè)備也在不斷地創(chuàng)新升級，眾所周知，全液壓動力頭式鉆機(jī)是目前較為先進(jìn)的鉆機(jī)，在國外比較發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)普遍使用，隨著我國對鉆探市場的勘探開發(fā)力度的不斷加大，我國的鉆探設(shè)備升級更新工作也有了較快的發(fā)展。全國已經(jīng)有好多廠家也在不斷地開展全液壓動力頭式鉆機(jī)的研制開發(fā)工作，比如有山東、北京、西安、連云港、無錫等廠家陸續(xù)推出了一系列的全液壓動力頭式鉆機(jī)。由于全液壓動力頭式鉆機(jī)相對于傳統(tǒng)的XY-5及XY-6鉆機(jī)的特殊優(yōu)點及在施工與搬家過程中較為快捷的能力，現(xiàn)在越來越多的勘探單位購買全液壓動力頭式鉆機(jī)。福建省121地質(zhì)大隊(以下簡稱為“121隊”)也根據(jù)市場的概況在2008年—2010年相繼購置幾臺山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的全液壓動力頭式鉆機(jī)，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(jī)既體現(xiàn)出比較大的優(yōu)勢，同時也暴露出不少的問題。

針對上述情況所出現(xiàn)的問題我們進(jìn)行總結(jié)研究分析，摸索并制定合理的措施以便于更好的發(fā)揮全液壓動力頭式鉆機(jī)的優(yōu)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(jī)的特點及概況

1)與以往的立軸巖心鉆機(jī)相比全液壓動力頭式鉆機(jī)是將傳統(tǒng)的機(jī)械動力轉(zhuǎn)化成液壓驅(qū)動。全液壓動力頭式鉆機(jī)是采用全液壓傳動靠液壓傳動系統(tǒng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)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(zhí)行元件將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以滿足鉆探施工各種動作的需要從而實現(xiàn)了機(jī)、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(jī)相比全液壓動力頭式鉆機(jī)實現(xiàn)了無級變速功能以及長給進(jìn)行程設(shè)計。全液壓動力頭式鉆機(jī)采用獨特的動力頭回轉(zhuǎn)器，可以實現(xiàn)鉆機(jī)轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)，實際施工過程中可以根據(jù)地層情況，鉆具壓力以及扭矩等情況實現(xiàn)自動的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。由于全液壓動力頭式鉆機(jī)給進(jìn)行程長一般都大于3 m，所以在實際的鉆進(jìn)過程中可以減少倒缸的次數(shù)，鉆進(jìn)更加平穩(wěn)減少巖心的堵塞從而減少了打撈次數(shù)，大大的提高了鉆進(jìn)效率。

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

4)與以往立軸巖芯鉆機(jī)相比全液壓動力頭式鉆機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，搬遷方便，大大節(jié)約了搬遷時間。全液壓動力頭式鉆機(jī)設(shè)計由主機(jī)、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(jié)拆掉即可整體將鉆機(jī)裝走，進(jìn)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(jī)相比全液壓動力頭式鉆機(jī)斜孔施工更加方便，擴(kuò)大了施工范圍。全液壓動力頭式鉆機(jī)采用桅桿式鉆塔，此種鉆塔便于安裝、拆卸及斜度的調(diào)整，利用液壓操作閥對鉆塔實現(xiàn)起降既節(jié)約了時間又節(jié)省了人工安裝鉆塔的勞動強(qiáng)度。

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

3 全液壓動力頭式鉆機(jī)在施工過程中存在的問題

2009年福建省121地質(zhì)大隊又購置一臺XDC-5A全液壓鉆機(jī)繼續(xù)在甘肅肅北縣境內(nèi)德勒諾爾鐵礦施工，本礦區(qū)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?guī)r及少量的砂質(zhì)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(zhì)泥硅質(zhì)巖為含礦地層；下部地層主要為長城南白水河組硅質(zhì)條帶灰?guī)r夾鈣質(zhì)板巖。在本礦此鉆機(jī)(XDC-5A)完成鉆孔5個，累計施工3 000多米。但是由于本地區(qū)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(jī)在施工當(dāng)中經(jīng)常遇到一些事故，在處理事故當(dāng)中全液壓動力頭式鉆機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)以下問題：

1)全液壓動力頭式鉆機(jī)在處理事故的過程中自身能力比較差。在鉆進(jìn)施工過程中經(jīng)常遇到比較復(fù)雜的地層往往會發(fā)生一些卡鉆、埋鉆燒鉆等復(fù)雜事故，在處理此事故中較立軸鉆機(jī)相比，其提拉能力差無法實現(xiàn)大扭矩的反轉(zhuǎn)，如果強(qiáng)行使其強(qiáng)拉強(qiáng)扭極易造成鉆機(jī)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(jī)處理事故中損壞部件統(tǒng)計表

2)全液壓動力頭式鉆機(jī)在提鉆過程中人力勞動強(qiáng)度大且提鉆速度比較慢。全液壓動力頭式鉆機(jī)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(qiáng)度大。

3)全液壓動力頭式鉆機(jī)管路多液壓體系比較復(fù)雜,在使用過程中漏油、滲油的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。全液壓動力頭式鉆機(jī)由于設(shè)計油路管路比較多而且整個液壓系統(tǒng)也比較復(fù)雜，并且在施工過程中經(jīng)常伴有一些漏油、滲油的現(xiàn)象，給施工造成一些不必要的麻煩。

4)全液壓動力頭式鉆機(jī)液壓卡盤存在受力不均經(jīng)常發(fā)生斷螺絲現(xiàn)象。全液壓動力頭式鉆機(jī)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(jīng)常發(fā)生卡盤固定螺絲的扭斷，造成卡盤的松動而卡不住鉆機(jī)主動鉆桿給施工造成一定的影響。

5)全液壓動力頭式鉆機(jī)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(jī)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(qū)施工時，鉆塔天輪由于受打撈過程中從孔內(nèi)帶上來的泥漿而造成結(jié)冰現(xiàn)象嚴(yán)重，滑輪的損壞也比較嚴(yán)重，再者鉆機(jī)液壓油系統(tǒng)也容易受到風(fēng)沙、粉塵等影響，所以鉆機(jī)的維護(hù)以及保養(yǎng)就需要較好的施工環(huán)境。

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

7)全液壓動力頭式鉆機(jī)在深孔及復(fù)雜地層施工過程中優(yōu)勢不太明顯。全液壓動力頭式鉆機(jī)在施工復(fù)雜地層以及深孔施工過程中與以往的立軸鉆機(jī)相比沒有明顯的優(yōu)勢，甚至通過數(shù)據(jù)比對其效率比立軸巖新鉆機(jī)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(jī)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(jī)與立軸式鉆機(jī)施工情況對比

8)全液壓動力頭式鉆機(jī)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(jī)由于副卷揚的上升以及下降都是由馬達(dá)直接驅(qū)動，副卷揚上升以及下降速度由發(fā)動機(jī)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(jī)在復(fù)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(jī)受鉆塔設(shè)計的限制上下鉆時間比立軸式巖芯鉆機(jī)時間長。立軸式巖芯鉆機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)在復(fù)雜地層施工過程中，孔內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)異常情況例如出現(xiàn)坍塌掉塊、地層縮徑等情況，有時還會出現(xiàn)埋鉆、卡鉆、燒鉆、斷鉆桿之類的孔內(nèi)事故，出現(xiàn)這些情況處理起來立軸鉆機(jī)要比其力氣優(yōu)勢明顯能更有效的處理孔內(nèi)事故，全液壓鉆機(jī)由于設(shè)計自身過載保護(hù)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(jī)有一定差異導(dǎo)致施工效率低。

2)全液壓動力頭式鉆機(jī)管路多液壓體系比較復(fù)雜，在使用過程中漏油、滲油的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，其原因有以下幾點：

a.由于全液壓動力頭式鉆機(jī)處理鉆機(jī)事故時，各個操作閥不斷地進(jìn)行各種動作指令，并且鉆機(jī)提升負(fù)荷和正反扭矩要比平時正常鉆進(jìn)工作時高出很多，所以這樣的操作很容易導(dǎo)致全液壓鉆機(jī)的油泵液壓馬達(dá)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(xiàn)象；b.由于全液壓動力頭式鉆機(jī)處的各個液壓元件基本都是國產(chǎn)的，和國外的一些進(jìn)口的液壓元件還是存在一定的差距，其次由于鉆探行業(yè)性質(zhì)經(jīng)常在比較惡劣的施工環(huán)境施工以及人員隊伍對此鉆機(jī)接觸較少技術(shù)管理水平以及操作水平也可能導(dǎo)致全液壓鉆機(jī)元件損壞的事故發(fā)生。

3)解決方法及建議:

a.認(rèn)真學(xué)習(xí)全液壓動力頭式鉆機(jī)操作及維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)規(guī)程，尤其是在野外比較惡劣的環(huán)境中，對鉆機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)工作顯得尤為重要，鉆機(jī)應(yīng)制定維護(hù)保養(yǎng)制度并組織鉆機(jī)人員學(xué)習(xí)液壓鉆機(jī)的各個操作及保養(yǎng)規(guī)程并指定專門的鉆機(jī)維護(hù)工作人員；b.全液壓動力頭式鉆機(jī)的液壓油路系統(tǒng)維護(hù)的注意事項及要點如下：

第一，在新鉆機(jī)使用運轉(zhuǎn)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(wěn)固，是否有滲油漏油現(xiàn)象；第二，鉆機(jī)液壓系統(tǒng)嚴(yán)格按照說明要求使用標(biāo)準(zhǔn)液壓油，液壓油每使用6個月更換一次，更換時應(yīng)對油箱進(jìn)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(jī)液壓系統(tǒng)的過濾芯每使用6個月應(yīng)進(jìn)行更換，以防止由于液壓油受到污染發(fā)生堵塞過濾器；第四，組織人員學(xué)習(xí)相應(yīng)的液壓技術(shù)相關(guān)知識，加強(qiáng)對班組人員的培訓(xùn)教育，并完善有關(guān)全液壓鉆機(jī)操作保養(yǎng)的各項規(guī)程制度，提高鉆機(jī)的操作管理水平；第五，加強(qiáng)對鉆機(jī)作業(yè)人員的教育，增強(qiáng)其工作的責(zé)任心，防止鉆機(jī)及鉆孔事故的發(fā)生。

5 結(jié)語

1)通過121隊購買的幾臺液壓鉆機(jī)施工情況來看，全液壓動力頭式鉆機(jī)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(yōu)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(jīng)常發(fā)生斷螺絲現(xiàn)象；鉆機(jī)的配件成本比較貴，維修保養(yǎng)成本較高。在深孔及復(fù)雜地層施工過程中優(yōu)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(rèn)為全液壓鉆機(jī)的設(shè)計及生產(chǎn)應(yīng)與鉆探施工的特點相結(jié)合，設(shè)計生產(chǎn)出更適合鉆探、生產(chǎn)實際性能更加先進(jìn)的鉆機(jī)，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(jī)在地勘行業(yè)一定會發(fā)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(fā)展，全液壓動力頭式鉆機(jī)也會不斷創(chuàng)新以適應(yīng)地勘行業(yè)發(fā)展的需要，進(jìn)而更好地為地勘行業(yè)服務(wù)。

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

[2]劉成才，朱發(fā)憲.全液壓動力頭鉆機(jī)的改進(jìn)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(jī)使用說明書.濟(jì)南:山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠，2010.

[4]陳華強(qiáng).全液壓動力頭式鉆機(jī)在斜孔施工中使用和維護(hù)探討.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011，30(17)：84-87.

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

[5]李文德.甘肅德勒諾爾鐵礦斜孔施工技術(shù)探討.科學(xué)技術(shù)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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