馬超林，劉文平，舒智，陳駿，何宗常

（1.四川華鋒鉆探工程有限責(zé)任公司，成都 610091；2.張家口中地裝備探礦工程機(jī)械有限公司，河北 張家口 075026）

1 概述

目前，金剛石巖心鉆探領(lǐng)域主要的施工設(shè)備有各種型號(hào)立軸鉆機(jī)、國(guó)外寶長(zhǎng)年、阿特拉斯.科普柯及國(guó)內(nèi)天合眾邦、黃海機(jī)械廠的全液壓金剛石巖心鉆機(jī)，這些設(shè)備主要用于有較好的搬遷便道、搬遷距離相對(duì)較近的礦區(qū)施工作業(yè)。隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，修建便道成本的增加和勞動(dòng)力成本的上升，對(duì)于搬遷距離較遠(yuǎn)的初期勘探，只能修建簡(jiǎn)易便道的大切角山區(qū)、較少植被坡緩的林區(qū)鉆探施工，一種質(zhì)量輕便、對(duì)便道要求簡(jiǎn)單、成孔質(zhì)量高、孔深在450m左右的輕便鉆機(jī)的市場(chǎng)需求尤為迫切。

我公司在消化吸收寶長(zhǎng)年（BoartLongyear）公司Hydracore28輕便鉆機(jī)的基礎(chǔ)上，研發(fā)的HF30便攜式全液壓金剛石巖心鉆機(jī)，完全滿足市場(chǎng)的這種需求，并且填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域的空白。

2 鉆機(jī)的主要參數(shù)

根據(jù)市場(chǎng)的調(diào)查并結(jié)合設(shè)備單體重量等情況，最終確定了HF30便攜式全液壓金剛石巖心鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，基本滿足國(guó)內(nèi)外巖心鉆探的需求。

鉆進(jìn)能力：

HQ（HTW） 150m

NTW 300m

BTW 600m

動(dòng)力單元：

3臺(tái)25.7kW百力通汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或3臺(tái)22kW久保田柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

轉(zhuǎn)速及扭矩：

轉(zhuǎn)速 300～1200r／min

扭矩 330～1050Nm

進(jìn)給系統(tǒng)：

進(jìn)給系統(tǒng)使用2根行程1.7m的液壓油缸，最大進(jìn)給力18kN，最大起拔力68kN。

液壓系統(tǒng)：

主泵（3個(gè)） 17mL （172.5bar）

輔助泵（1個(gè)） 0.8mL （172.5bar）

液壓油箱容量 35L

冷卻方式風(fēng)冷和水冷

下夾持器：

采用木馬夾持器，液壓開閉

3 鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)

鉆機(jī)主要由天車、上塔、導(dǎo)向輪、副塔腿、進(jìn)給油缸、下塔、動(dòng)力頭、下夾持器、底座、立塔裝置、打撈卷?yè)P(yáng)、操作臺(tái)、液壓油箱模塊、液壓系統(tǒng)、動(dòng)力裝置模塊等部件組成。以上部件由液壓系統(tǒng)串聯(lián)成鉆機(jī)整體，輔助泥漿液壓泵、液壓攪拌機(jī)等裝置，再配置適宜輕便鉆機(jī)的薄壁金剛石巖心鉆具，就可實(shí)現(xiàn)高效拆裝、輕便模塊化搬運(yùn)、高效、優(yōu)質(zhì)的巖心鉆探作業(yè)。鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如（圖1）。

圖1

4 鉆機(jī)的設(shè)計(jì)思路和特點(diǎn)

（1）鉆機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)由3臺(tái)25.7kW百力通風(fēng)冷汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或3臺(tái)22kW久保田柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組成，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立成個(gè)體，單機(jī)質(zhì)量（含冷卻液）不超過(guò)180kg，極好地拆分了立軸鉆機(jī)或其他全液壓巖心鉆機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，采用人力或畜力就可搬運(yùn)。發(fā)動(dòng)機(jī)采用單體獨(dú)立控制，在不需要的時(shí)候可關(guān)閉一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)或下調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)油門來(lái)控制燃油消耗以降低燃油成本。

（2）液壓系統(tǒng)的液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓閥等主要元件選用世界知名液壓品牌，保證了液壓系統(tǒng)的高可靠性和高穩(wěn)定性。動(dòng)力元件采用3臺(tái)齒輪泵和一臺(tái)串聯(lián)的輔助齒輪泵，由三臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力源和控制壓力源?？刂茊卧稍诓僮髋_(tái)上，分別實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)所需要的各種動(dòng)作和輔助控制。執(zhí)行單元的動(dòng)力頭液壓馬達(dá)采用不同排量馬達(dá)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭速度變化，打撈卷?yè)P(yáng)、液壓泥漿泵通過(guò)液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，進(jìn)給和提升通過(guò)驅(qū)動(dòng)液壓油缸實(shí)現(xiàn)。

（3）動(dòng)力頭是為鉆探提供旋轉(zhuǎn)和扭矩的動(dòng)力元件，根據(jù)鉆孔的不同需求可更換不同排量的液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和扭矩的調(diào)整，除滿足鉆孔的需求，也很好地解決了其他鉆機(jī)為實(shí)現(xiàn)這些功能而增加的動(dòng)力頭部件和重量，從而使動(dòng)力頭變得輕便，使拆裝和搬遷變得方便，整個(gè)動(dòng)力頭的質(zhì)量（不含馬達(dá)）為30kg。

（4）鉆探進(jìn)給和提升由2根液壓油缸組成，通常情況下只使用1根液壓油缸工作，在需要大進(jìn)給力和起拔力時(shí)，通過(guò)快速接頭連接另外1根油缸，使進(jìn)給和提升力倍增。

（5）鉆機(jī)采用液壓升降塔，可方便地實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)角度的變換，極大地減輕了調(diào)整鉆孔角度的勞動(dòng)強(qiáng)度，也降低了操作的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（6）液壓系統(tǒng)采用風(fēng)冷和水冷兩種冷卻方式，在通常情況下只需要風(fēng)冷卻，在高溫帶施工時(shí)再輔加水冷卻器，很好地保證了液壓系統(tǒng)的溫度。

（7）主要的結(jié)構(gòu)件——發(fā)動(dòng)機(jī)架、液壓油箱、操作臺(tái)、柴油箱、鉆機(jī)底座、副塔腿、水泵座、攪拌機(jī)全部采用高強(qiáng)度鋁合金材料，在保證設(shè)備整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下，極力降低每個(gè)部件的重量。單個(gè)最重部件質(zhì)量為180kg，整機(jī)質(zhì)量為1200kg。

（8）整臺(tái)鉆機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，動(dòng)力系統(tǒng)、液壓油箱、柴油箱、操作臺(tái)、鉆機(jī)動(dòng)力頭、底座、上下鉆塔、打撈卷?yè)P(yáng)各成模塊，可在半小時(shí)內(nèi)完成拆卸和拼裝，極大地節(jié)約了搬家的輔助時(shí)間。

5 使用情況

該設(shè)備制造出來(lái)后，先在華鋒公司倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行了測(cè)試施工（圖2），然后在云南蘭坪項(xiàng)目進(jìn)行鉆探作業(yè)。施工的最大口徑為PQ，最小口徑為NTW，最大深度315.3m。

倉(cāng)庫(kù)施工地區(qū)地層主要由表層黏土層、沙卵礫石層以及完整的紅砂巖巖層構(gòu)成。表層黏土層厚為30～50m，沙卵礫石層層厚約為3～7m，下部地層巖石情況比較單一，均為紅砂巖，夾有少量明礬礦層。我們根據(jù)鉆孔的地層條件以及鉆孔結(jié)構(gòu)，來(lái)選擇鉆進(jìn)方法。我們選用HW口徑開孔，鉆進(jìn)至12m處作為孔口管，然后換HTW口徑鉆穿沙卵礫石層并在60m處坐管，再換NTW鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深190m。

圖2 在華鋒倉(cāng)庫(kù)試驗(yàn)

2013年，HF－30鉆機(jī)在西藏仁布金礦項(xiàng)目鉆探施工中得到生產(chǎn)應(yīng)用，仁布縣位于西藏自治區(qū)南部、日喀則地區(qū)東部，距日喀則市130km。礦區(qū)地處雅魯藏布江縫合帶內(nèi)，雄如－勇拉構(gòu)造混雜巖帶念扎段轉(zhuǎn)折向北突出部位，構(gòu)造演化復(fù)雜。實(shí)際施工中采用HW開孔，在10m左右座井口管，鉆壓11～18kN，轉(zhuǎn)速300r／min，泵量60～80L／min；HTW 口徑鉆具打穿表土層至30m左右，鉆壓10～15kN，轉(zhuǎn)速300或650r／min，泵量50～60L／min；NTW 口徑鉆具鉆進(jìn)至終孔，鉆壓9～12kN，轉(zhuǎn)速650或770r／min，泵量40～50L／min，最大終孔深度315.3m。由于該礦區(qū)地層較復(fù)雜，表土層采用低固相泥漿體系，鉆進(jìn)角閃巖時(shí)采用無(wú)固相泥漿，礦層及頂?shù)装暹x用磺化抑制性泥漿體系進(jìn)行護(hù)壁。

從2013年4月10日到2013年10月20日，HF－30順利完成了5556.6m鉆探工作量。經(jīng)受了高原惡劣氣候的考驗(yàn)，在比較復(fù)雜的地層施工中取得了比較理想的使用效果。在施工礦區(qū)礦層采取率達(dá)到98%，平均采取率高于96%，最大鉆孔彎曲度小于1度。由于搬家與其他輔助時(shí)間大大減小，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了施工時(shí)間，提高了鉆進(jìn)效率，該礦區(qū)平均臺(tái)效達(dá)926m。

圖3 在西藏仁布工地施工

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)測(cè)試和項(xiàng)目施工情況可以看出，由于思路新穎、設(shè)計(jì)方案合理、主要部件及液壓元件選用合適，制造出來(lái)的鉆機(jī)完全達(dá)到了預(yù)期目的。鉆機(jī)便于搬遷、鉆進(jìn)能力強(qiáng)、運(yùn)行平穩(wěn)，能夠極好地用于初期勘探、大切角山區(qū)和密林地區(qū)等不宜修建便道而需用人力或畜力搬遷的環(huán)境的鉆探施工，具有良好的市場(chǎng)前景。

［1］張偉.關(guān)于我國(guó)地質(zhì)巖心鉆機(jī)發(fā)展方向的分析［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程）.2005.35（8）：1－5.

［2］羅詩(shī)偉，張聯(lián)庫(kù).HQY－500型全液壓鉆機(jī)的研制［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程）.2011.38（3）：46－49.

［3］劉躍進(jìn).巖心鉆探設(shè)備的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程）.2007.34（1）：39－43.