李社育，董朝暉，王 龍

(西安探礦機(jī)械廠，陜西西安 710065)

XDL－1800型全液壓巖心鉆機(jī)的研發(fā)

李社育，董朝暉，王 龍

(西安探礦機(jī)械廠，陜西西安 710065)

為滿足深孔繩索取心鉆探需求，研究開(kāi)發(fā)了XDL－1800型全液壓巖心鉆機(jī)。闡明了鉆機(jī)的研制背景，介紹了鉆機(jī)的特點(diǎn)、性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)和功能。

全液壓;巖心鉆機(jī);恒壓鉆進(jìn);測(cè)深系統(tǒng)

1 鉆機(jī)研發(fā)背景及概況

資源緊張是全球性問(wèn)題，地表及地下淺層資源已被大量開(kāi)采。2009年，溫家寶總理在首都科技界大會(huì)上指出，我國(guó)已有的固體礦產(chǎn)勘探開(kāi)采的深度大都小于500 m，而世界上一些礦業(yè)大國(guó)已經(jīng)達(dá)到2500～4000 m，“我們要千方百計(jì)提高資源勘探開(kāi)采水平和效益，充分挖掘和利用好各類(lèi)資源”。在國(guó)際上，針對(duì)地球深部資源的勘探開(kāi)發(fā)比較有代表性的有，澳大利亞在21世紀(jì)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(jì)劃稱要開(kāi)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(shù)是最有效最直接的方法，是其他方法不可替代的。而在我國(guó)，相當(dāng)一部分危機(jī)礦山的深部和外圍有許多未經(jīng)充分勘查的成礦遠(yuǎn)景區(qū)。最新的成礦理論表明，在我國(guó)大陸深部蘊(yùn)藏著潛力巨大的礦產(chǎn)資源。從鉆探工程角度來(lái)看，危機(jī)礦山接替資源勘查鉆探深度應(yīng)定位在1500 m左右。這種深度的資源勘查鉆探工作對(duì)鉆探取心取樣質(zhì)量、鉆機(jī)性能、施工成本、環(huán)境保護(hù)、安全防護(hù)等方面都提出了更高的要求。鉆探取心(樣)技術(shù)的關(guān)鍵取決于鉆探設(shè)備、器具的性能和鉆探工藝方法，鉆探設(shè)備性能的優(yōu)越對(duì)縮短整個(gè)勘探周期、加快開(kāi)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(yīng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，深部鉆探、資源儲(chǔ)備必將成為國(guó)家的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，所以適應(yīng)深部鉆探要求、性能優(yōu)越可靠的鉆探設(shè)備必將擁有較為廣闊的應(yīng)用前景。

XDL－1800型全液壓巖心鉆機(jī)(圖1)是在我廠多年的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)全液壓工程鉆機(jī)、立軸式巖心鉆機(jī)的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，主要針對(duì)繩索取心的工藝特點(diǎn)自主研發(fā)的適用于中深孔取心鉆探的巖心鉆機(jī)。該機(jī)有多項(xiàng)專利技術(shù)，與國(guó)內(nèi)外鉆機(jī)相比，在提、下鉆速度，孔底壓力控制，鉆進(jìn)參數(shù)顯示和控制方面具有顯著的特點(diǎn)。該機(jī)主要適用于以金剛石復(fù)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(lǐng)域。

圖1 XDL－1800型全液壓巖心鉆機(jī)

2010年開(kāi)始研發(fā)，2011年9月樣機(jī)試制成功，2012年2月在廠內(nèi)進(jìn)行試鉆，2012年3月中旬至4月初，在陜西橫山某礦區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，鉆成孔520m。通過(guò)試驗(yàn)，用戶認(rèn)為該鉆機(jī)功能先進(jìn)、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(jī)赴青海某礦區(qū)進(jìn)行正式生產(chǎn)試驗(yàn)。

圖2 鉆機(jī)在陜西榆林橫山縣生產(chǎn)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

2 鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)

2.1 主要參數(shù)(見(jiàn)表1)

2.2 鉆機(jī)主要特點(diǎn)

(1)主卷?yè)P(yáng)機(jī)使用液壓操控鉗盤(pán)式制動(dòng)器(圖3)，使主卷?yè)P(yáng)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(shí)間，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度;

圖3 盤(pán)剎式主卷?yè)P(yáng)機(jī)

(2)桅桿高14.5 m，使其處理立根長(zhǎng)度達(dá)到9 m，并加有鉆桿靠架，方便提下鉆具;

(3)采用恒壓鉆進(jìn)控制系統(tǒng)(圖4)，自動(dòng)(手動(dòng))設(shè)定鉆壓(鉆頭與孔底的比壓)，提高鉆進(jìn)效率，保證成孔質(zhì)量，延長(zhǎng)鉆頭壽命;

(4)設(shè)置隨鉆測(cè)深系統(tǒng)(圖5)，可使司鉆隨時(shí)了解鉆深;

(5)設(shè)置天車(chē)防碰系統(tǒng)，可有效防止事故發(fā)生，使鉆機(jī)操控更安全;

(6)動(dòng)力頭變速采用變量液壓馬達(dá)和變速箱結(jié)合的方式，轉(zhuǎn)速范圍分布寬泛合理，鉆機(jī)對(duì)地層和工藝的適用性較強(qiáng);

表1 XDL－1800型全液壓巖心鉆機(jī)主要參數(shù)

圖4 恒壓鉆進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)置界面

(7)鉆機(jī)液壓系統(tǒng)主要元件采用進(jìn)口知名品牌，一般元件選用國(guó)內(nèi)知名品牌，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，使用壽命長(zhǎng)，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(cè)深數(shù)據(jù)

圖6 操縱臺(tái)

(8)采用直動(dòng)式負(fù)載反饋微調(diào)變量液壓系統(tǒng)，功率隨負(fù)載變化，高效率，低能耗;

(9)液壓卡盤(pán)采用氮?dú)鈴椈桑瑠A持可靠，松開(kāi)行程增大，并具有卡瓦磨損自動(dòng)補(bǔ)償功能，彈簧和卡瓦的壽命得到有效提高，圖7為鉆機(jī)液壓卡盤(pán);

圖7 動(dòng)力頭液壓卡盤(pán)

(10)配有足夠的數(shù)顯儀表，能夠及時(shí)掌控發(fā)動(dòng)機(jī)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(xiàng)參數(shù)(圖8)，方便鉆進(jìn)調(diào)控，具有完備的報(bào)警系統(tǒng)，是安全生產(chǎn)的有力保障;

(11)底盤(pán)采用履帶式(圖9)，適用于較為復(fù)雜的地形行進(jìn)，采用外擴(kuò)式液壓支腿，增大支撐面積，可有效提高鉆機(jī)的穩(wěn)定性。

3 鉆機(jī)主要結(jié)構(gòu)及其功能

鉆機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖8 參數(shù)頁(yè)面和報(bào)警頁(yè)面

圖9 履帶底盤(pán)及支腿

圖10 XDL－1800型全液壓巖心鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意

(1)鉆塔。主要用來(lái)提下鉆具和立靠鉆桿。由上、下塔體，天車(chē)，二層臺(tái)等組成。下塔與機(jī)架連接，上塔與下塔連接，運(yùn)輸時(shí)可將上塔折疊。天車(chē)前后位置可調(diào)整，可以使用單雙繩。

(2)操縱臺(tái)。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(lái)操控鉆機(jī)的各部動(dòng)作，并實(shí)時(shí)顯示各部工作參數(shù)和狀態(tài)，并具有報(bào)警功能。

(3)動(dòng)力頭及液壓卡盤(pán)。由動(dòng)力頭齒輪箱、變速箱、液壓卡盤(pán)、液壓馬達(dá)等組成(圖11)。采用變量液壓馬達(dá)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(dòng)力頭可側(cè)移讓開(kāi)孔口，有利于提下鉆具。

圖11 動(dòng)力頭及液壓卡盤(pán)結(jié)構(gòu)

(4)夾持器。由油缸和卡瓦等組成，用來(lái)夾持鉆桿，當(dāng)油缸伸出時(shí)卡瓦松開(kāi)鉆桿，縮回則夾緊。

(5)主卷?yè)P(yáng)。由定軸輪系傳動(dòng)行星式卷?yè)P(yáng)機(jī)與液壓盤(pán)式剎車(chē)組成(圖12)，使用液壓操控技術(shù)鉗盤(pán)式制動(dòng)器，其中提升鉗一個(gè)，單獨(dú)設(shè)置在卷?yè)P(yáng)機(jī)一側(cè)鉗架上，另一側(cè)鉗架安裝2個(gè)工作鉗、一個(gè)安全鉗，主要用于控制鉆具的提升與下放。

圖12 主卷?yè)P(yáng)結(jié)構(gòu)

(6)底盤(pán)及機(jī)架。底盤(pán)由液壓馬達(dá)、減速機(jī)、四輪一帶、油缸等組成。液壓馬達(dá)在高壓油的作用下可驅(qū)動(dòng)底盤(pán)前進(jìn)、后移、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎。機(jī)架是各個(gè)部件的安裝基礎(chǔ)，并有4個(gè)外擴(kuò)式液壓支腿，支起機(jī)架，使鉆機(jī)穩(wěn)定。

(7)液壓系統(tǒng)。由油箱、液壓泵，液壓馬達(dá)，各種液壓閥等組成。主要用于控制設(shè)備的各部動(dòng)作。

(8)副卷?yè)P(yáng)。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(dòng)力單元。由柴油機(jī)(電機(jī))、油泵等組成(圖13)。動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵產(chǎn)生高壓油，使設(shè)備實(shí)現(xiàn)各種功能。

圖13 鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)

(10)泥漿泵。臥式三缸往復(fù)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(hù)壁等功用。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)人口眾多，資源相對(duì)不足。資源短缺已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”，未來(lái)資源勘查的重點(diǎn)之一是深部和隱伏區(qū)，隨著我國(guó)危機(jī)礦山找礦專項(xiàng)的實(shí)施和地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目的啟動(dòng)，我國(guó)對(duì)鉆深能力為2000 m的巖心鉆探設(shè)備及工藝器具的要求逐步上升。

XDL－1800型全液壓巖心鉆機(jī)針對(duì)深部找礦設(shè)計(jì)并制造。鉆機(jī)總體技術(shù)方案采用國(guó)際流行的全液壓(液壓驅(qū)動(dòng)+液壓控制)方式，并有盤(pán)鉗式剎車(chē)卷?yè)P(yáng)機(jī)、恒壓鉆進(jìn)控制系統(tǒng)等多項(xiàng)專利技術(shù)。

經(jīng)過(guò)初步試驗(yàn)，用戶認(rèn)為XDL－1800型全液壓巖心鉆機(jī)整體布局合理，性能優(yōu)良，可靠性高，對(duì)鉆探工藝適應(yīng)性強(qiáng)，是地質(zhì)找礦較為理想的新一代深孔鉆探設(shè)備。在我國(guó)的地質(zhì)找礦中具有良好的推廣應(yīng)用前景。

［1］中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)探礦工程專業(yè)委員會(huì).第十六屆全國(guó)探礦工程(巖土鉆掘工程)技術(shù)學(xué)術(shù)交流年會(huì)論文集［M］.北京:地質(zhì)出版社，2011.

［2］武漢地質(zhì)學(xué)院.巖心鉆探設(shè)備及設(shè)計(jì)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(yáng)人，西安探礦機(jī)械廠總工程師、高級(jí)工程師，勘探機(jī)械專業(yè)，從事探礦機(jī)械及工程設(shè)備的研制工作，陜西省西安市吉祥路66號(hào)，lisheyu@sina.com。