張榮，劉濤

(1.連云港黃海機械股份有限公司，江蘇 連云港 222000； 2.中國人民解放軍68612部隊，寧夏 銀川 750021)

深孔鉆探配套鉆機及其應用

張榮1，劉濤2

(1.連云港黃海機械股份有限公司，江蘇 連云港 222000； 2.中國人民解放軍68612部隊，寧夏 銀川 750021)

根據(jù)我國深部找礦要求，設計開發(fā)了幾種新型深孔巖心勘探技術裝備，主要適用于地質、冶金、煤炭、水文、工程等行業(yè)，以金剛石和硬質合金鉆進為主的鉆探施工，也適用于工程地質勘探、地質科探特殊孔勘探，淺、中層石油和天然氣開采、礦山坑道通風、排水、水文水井鉆進以及大口徑基礎樁工程施工等。本文主要介紹了幾種鉆機的技術特點、主要參數(shù)、以及應用情況。

深孔；鉆探；立軸式；巖心鉆機；應用

0 引言

隨著淺層礦藏的枯竭，向地球深處勘探資源成為地質勘探的趨勢，鉆探工藝所要求的深度在不斷的加深，鉆探設備的性能也在相應的提高，鉆機的鉆進深度也在不斷調整。近年來,我公司自主設計并制造的幾種立軸式巖心鉆機，可滿足2000m以上深層巖心鉆進的需要，其孔徑大，結構合理，性能廣泛，可靠性強，標準化通用化程度高，使用范圍廣，廣泛用于以合金、金剛石為主進行巖心鉆探，也可用于工程地質勘察、水文水井鉆進，淺層石油和天然氣開采、礦山坑道通風、排水以及大口徑基礎工程施工,滿足了深孔的鉆探工藝需要。

深孔的鉆探工藝要求對鉆機的性能提出了較高的要求。首先，要有較高的提升力，其卷揚機單繩最大提升力在130kN以上；立軸最大提升力在300kN以上；其次，需要大扭矩，立軸低速最大扭矩在9440N·m以上，同時轉速要有多擋變化(一般十級)，對孔內(nèi)變化的適應性更高；最后要使用方便，能夠及時的對鉆機進行各種調整，以應對孔內(nèi)復雜的情況。

下面分別介紹我公司深孔用立軸巖心鉆機的技術特點和主要應用領域。

1 技術特點

1.1 HXY-8型巖心鉆機

HXY-8型鉆機是為滿足用戶的迫切要求在嚴格貫徹執(zhí)行國家規(guī)定的標準設計而成的一種大孔徑的深孔巖心鉆機。

主要具有以下特點：

(1)鉆機具有10級轉速級別。

(2)設計功率大。采用東風標準變速器和離合器，換擋輕巧、容易，噪音低，配件易購，維護方便。

(3)采用腳踩式離合操縱裝置，具有操控輕便，可靠性高等特點。

(4)立軸通徑大，雙油缸給進，行程長。

(5)卡盤夾持力大，鉆機采用雙聯(lián)齒輪油泵組合供油，適應多種鉆進工藝，有利于提高鉆進效率。

(6)卷揚機橫置設計，方便排繩，提升力大，并配有防振儀表。

(7)具有加壓、減壓鉆進和稱重的功能。

HXY-8型巖心鉆機主要技術參數(shù)參見表1。

1.2 HXY-8B型巖心鉆機

該鉆機以HXY-8型鉆機為原型，配備大通徑轉盤，可實現(xiàn)深孔大扭矩傳動。該轉盤還配有與石油鉆卡瓦、鉆鋌相通用的半傳扭套，可直接使用三片式或多片式卡瓦。該機型大部分零部件與HXY-8機型通用，壽命長且配件更換方便，既可以滿足常規(guī)鉆探需要，又可以使用轉盤，進行大通徑的鉆探。其他技術特點與HXY-8型鉆機相同，主要技術參數(shù)參見表2。

表1 HXY-8型鉆機的主要技術參數(shù)

表2 HXY-8B型鉆機的主要技術參數(shù)

1.3 HXY-9型巖心鉆機

該鉆機為滿足更深層鉆探需要，突破傳統(tǒng)設計思維，通過機、液、氣的組合使用，擴寬了產(chǎn)品的實用性，提高了產(chǎn)品的可靠性。鉆機既適合以合金、金剛石巖心鉆進，也可用于工程地質勘察、水文水井鉆進、基礎樁工程施工，可拆性強。全機可分解成多個整體部件，便于運輸和搬遷，適用于多種復雜環(huán)境下工作。

圖1 HXY-9型巖心鉆機

主要具有以下特點：

(1)鉆機具有較多的轉速級數(shù)和合理的轉速范圍，在鉆進時選擇速度更合理，更符合鉆探工藝的要求。

(2)設計功率大，采用法士特車用離合器及變速箱，扭矩大，操縱輕巧，維護方便。

(3)立軸低速扭矩大，立軸通徑大，雙油缸給進，卡盤采用大碟簧卡緊、液壓松開、三卡瓦自動定心式卡盤，夾持力大，雙液壓卡盤。

(4)采用雙聯(lián)齒輪油泵組合供油，適應多種鉆進工藝，有利于提高鉆進效率。

(5)卷揚機橫置設計，方便排繩，提升力大，并配有防振儀表。卷揚機操作機構采用杠桿氣動制動與杠桿手動剎車相結合，提升靠快速氣動制動，剎車靠杠桿手動制動。

(6)具有加壓、減壓鉆進和稱重的功能。

(7)卷揚機裝有水剎車裝置，水剎車上設有排水閥，控制水量流出的大小，可使水剎車產(chǎn)生不同的制動力矩，控制卷揚機的急速轉動，從而調節(jié)鉆具下降的速度，使下鉆平穩(wěn)安全，防止事故的發(fā)生，并延長剎車帶的壽命。

(8)壓梁采用一級軸承油循環(huán)潤滑，具有潤滑效果好、增加軸承壽命、散熱快等優(yōu)點。

(9)采用腳踩式離合操縱裝置，具有操控輕便，可靠性高等特點。

HXY-9型巖心鉆機主要技術參數(shù)參見表3。

1.4 HXY-9B型巖心鉆機

該鉆機以HXY-9型鉆機為原型，在深孔或大口徑鉆進時，為獲得更大的扭矩設計了轉盤部分，在轉盤上部的孔口增加一個補心。另外，還帶一組喇叭口補心，以備石油鉆桿時用，立軸下部(去掉下卡盤)通過萬向節(jié)與轉盤聯(lián)接。

該機型大部分零部件與HXY-9機型通用，壽命長且配件更換方便，既可以用于常規(guī)鉆探需要，又可以使用轉盤，滿足大通徑的鉆探需求。

其他技術特點均與HXY-9型鉆機相同，主要技術參數(shù)參見表4。

表3 HXY-9型鉆機的主要技術參數(shù)

表4 HXY-9B型鉆機的主要技術參數(shù)

3 施工案例

以上幾種鉆機在深孔鉆探施工中因其方便靈活的操控性和可靠的性能得到了用戶的認可。多種型號的鉆機分別被用于國內(nèi)深孔鉆探施工工地，包括山東萊州科學鉆探、四川汶川地震帶斷裂帶科學鉆探、甘肅金昌金川科學鉆探等，在使用過程中用戶也提出了一些可行的建議，如一些關鍵的零部件的使用壽命還有進一步提高的空間，為我公司進一步提高產(chǎn)品質量和產(chǎn)品性能指明的方向。

圖2 HXY-8B型鉆機在四川汶川地震帶斷裂帶科學鉆探施工工地

2.1 山東萊州科學鉆探施工工地

山東黃金地勘公司為了研究三山島金礦集區(qū)深部地質及成礦規(guī)律，開展了“膠西北金礦集區(qū)超深深部綜合地質研究與資源預測”重大科研項目。為了配合該科研項目的實施，在山東萊州西嶺金礦區(qū)設計了三個巖金勘探科學鉆孔，其中ZK96-5孔設計孔深4000m，設計鉆孔傾角90°，終孔口徑75mm，是設計孔深最大的鉆孔，堪稱“中國巖金勘查第一深鉆。工程于2010年9月18日開鉆，歷時985天，于2013年5月29日順利終孔，終孔孔深為4006.17m，開創(chuàng)了國內(nèi)固體礦產(chǎn)勘查小口徑巖心深部鉆探先河。

圖3 HXY-9B型鉆機在山東萊州科學鉆探施工工地

該超深孔鉆進選用了鉆進能力為4200m的HXY-9B型。由于是我國的第一臺設計能力超過4000m的立軸式巖心鉆機，鉆進過程中與山東省第三地質礦產(chǎn)勘查院合作，針對鉆機在鉆探生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，對鉆機的一些部件進行了技術改進和優(yōu)化，使其能適應小口徑深孔鉆進工藝。

2.2 甘肅金昌金川科學鉆探施工工地

金川科學鉆探所屬的SinoProbe“大陸科學鉆探選址與科學鉆探實驗”項目，要解決的關鍵問題之一就是對重要礦產(chǎn)資源集聚區(qū)的成礦背景、成礦條件和成礦前景進行研究。從這個方面來看，金川無疑是最佳鉆探地點之一。

作為中國三大多金屬共生礦之一，金川銅鎳礦集區(qū)以鎳礦為主，其硫化鎳儲量居世界第三位，并伴生有銅、鉑、鈷等18種有色和稀有金屬。金川的鎳、鈷、鉑產(chǎn)量居全國第一，是中國鉑金屬的主要產(chǎn)地。

此外，金川銅鎳硫化物礦集區(qū)具有特殊的大地構造位置和地質背景，這使其成為了地球科學深部鉆探試驗最佳的天然場所。同時，該地地質應力場集中，巖石類型種類繁多，也是科學深部鉆探技術與鉆具試驗的最佳場所。

從鉆探項目正式啟動前的2009年，大量工作就逐步展開，各合作機構各司其職。中國地質科學院負責開展地球物理工作，長安大學承擔地質研究工作，而金川集團公司則負責淺部鉆探。

在進行了大量研究之后，2011年4月，金川銅鎳礦集區(qū)科學鉆探選址現(xiàn)場論證會在金川召開，確定將在二礦區(qū)8行上盤開孔，鉆孔深度范圍控制在2000～2500m。

金川鉆探項目由山東省第三地質礦產(chǎn)勘查院承擔施工，選用HXY-9型鉆機，2014年8月，項目順利竣工并通過專家組的評審驗收。鉆探終孔孔深2185.56m，終孔頂角8°，巖心采取率為96.29%。

在1910m左右深處，研究人員發(fā)現(xiàn)了熱液型黃銅礦、紫硫鎳礦和磁黃鐵礦。

金川鉆探項目的順利實施，對探查金川銅鎳硫化物礦床的成礦深度及其深部和外圍的資源潛力，并通過科學深鉆研究建立具有我國理論知識體系和創(chuàng)新性的鎂鐵——超鎂鐵巖漿銅鎳礦床的成礦機制、成礦過程以及成礦模式，具有重要的意義。

圖4 HXY-9型鉆機在甘肅金昌金川科學鉆探施工工地

《地質裝備》征稿啟事

《地質裝備》是地質裝備行業(yè)的綜合性技術刊物(雙月刊，大16開)，國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN 11-4410/TD，國際標準刊號：ISSN 1009-282X，郵發(fā)代號：80-193，廣告許可證號：京朝工商廣字第0346號。本刊主要報道國內(nèi)外地質裝備行業(yè)的最新科研成果和發(fā)展趨勢；介紹新產(chǎn)品、新材料、新技術、新工藝；交流地質裝備的使用和管理經(jīng)驗；刊登有關地質裝備行業(yè)的政策法規(guī)及市場信息。

《地質裝備》是中國科技核心期刊、中國學術期刊影響因子年報統(tǒng)計源期刊、已被中國期刊網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)數(shù)字化期刊群、中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫、中文科技期刊精品數(shù)據(jù)庫、超星“域出版”平臺等收錄期刊。

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2014-07-28

張榮(1988- )，男(漢族)，湖北荊州人，2010年畢業(yè)于雞西大學(現(xiàn)黑龍江工業(yè)學院)機械設計制造及其自動化專業(yè)，連云港黃海機械股份有限公司工程師，從事立軸式巖心鉆機、全液壓式巖心鉆機等地勘設備的研發(fā)工作，江蘇省連云港市海州開發(fā)區(qū)新建東路1號，Tel：0518-85383040，13815664723，E-mail：zhangyun12369874@163.com。

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1009-282X(2015)05-0015-04