馬 驥

（陜西核昌機電裝備有限公司，陜西 咸陽712000）

關(guān)于巖心鉆機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的分析與思考

馬 驥

（陜西核昌機電裝備有限公司，陜西 咸陽712000）

本文作者通過多方位對比目前國內(nèi)使用率較高的兩種不同類型的鉆機（立軸式鉆機與全液壓動力頭式鉆機）的原理及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。結(jié)果表明，在不同工礦情況下，兩種鉆機各有優(yōu)勢，應(yīng)根據(jù)不同情況具體選擇。

地質(zhì)巖心鉆機；立軸式；動力頭式；性能對比；效率分析

1 引言

巖心鉆探是我國礦產(chǎn)資源勘探中不可或缺的技術(shù)手段，其中核心設(shè)備就是巖心鉆機，通過向地層鉆進不同深度、角度的孔，取出巖心進行化驗、分析、研究，從而為固體礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用提供科學(xué)依據(jù)。

傳統(tǒng)的立軸式巖心鉆機（圖1）經(jīng)過近百年的發(fā)展，經(jīng)受住了實際工況使用情況的考驗，目前基本形成了立軸回轉(zhuǎn)、卡盤夾持并轉(zhuǎn)動鉆桿、液壓給進油缸；利用游星齒輪絞車進行升降；動力源通過離合器、變速箱、分動箱驅(qū)動鉆進，成為現(xiàn)在國內(nèi)外巖心鉆機通用、也是經(jīng)典的一種機型。經(jīng)過多年的施工檢驗，證明這種原理的機型是比較完善的，基本上可以很好地滿足目前我國對于鉆探工藝的要求。

圖1 HXY－2000C鉆機傳動裝置圖（陜西核昌機電裝備公司）

另外一種目前市場上比較多見的巖心鉆機為全液壓動力頭式鉆機（圖2），這類鉆機主要采用柴油機（電動機）通過齒輪油泵將機械能轉(zhuǎn)化為液壓能，再通過液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能。驅(qū)動鉆桿進行回轉(zhuǎn)鉆進，給進行程達(dá)到3～4m。目前大部分全液壓鉆機把動力機驅(qū)動的高壓油泵和操縱元件組成一個獨立的機組，用液壓膠管連接主機，便于拆卸，有利搬遷。

圖2 履帶式全液壓動力頭鉆機

2 立軸式鉆機與全液壓動力頭式鉆機的主要性能對比

2.1 機械立軸式鉆機的優(yōu)點

（1）制造成本較低

目前我國的機械加工水平較低，精密的機械產(chǎn)品受限于加工精度，高技術(shù)人才相對較少，這就造成了精密機械制造成本高昂，普通技術(shù)工人成本相對較低。而機械立軸式鉆機由于對加工精度要求不高，所以恰恰彌補了目前這個短板。

（2）對操作技能要求不高，維修較方便

我國目前的高技能操作工人較少，精通液壓原理的工人更少，這就造就了高技能操作工人就意味著高成本。而機械立軸式鉆機操作，維修都較容易。

（3）可靠性較高，損耗少，傳動效率高

機械傳動比液壓傳動可靠性高是無可爭議的事實，而液壓傳動的效率在70%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于機械傳動的效率。

（4）起下鉆速度塊，處理事故能力強

由于使用鉆塔，立軸式鉆機可以實現(xiàn)長立根（12～18m）起下鉆，速度要比全液壓動力頭鉆機（立根長度一般為6m）。在實際工況施工中，起下鉆是一種經(jīng)常的作業(yè)，對于較復(fù)雜地層，起下鉆的次數(shù)更是頻繁。立軸式鉆機的施工效率就優(yōu)勢較明顯。

2.2 機械立軸式鉆機的缺點

（1）一般需要使用主動鉆桿，實現(xiàn)機上加鉆桿較困難；

（2）由于采用鉆塔，搬遷、運移方面工作量較大；（3）不易實現(xiàn)較大角度的斜孔鉆進；

（4）給進行程較短，轉(zhuǎn)速不能實現(xiàn)無級變速。

目前國內(nèi)巖心鉆機的主導(dǎo)產(chǎn)品仍然是機械立軸式鉆機，占據(jù)了90%以上的份額。表1給出了國內(nèi)比較典型的三個廠家2000m機械立軸式鉆機（見圖3）的參數(shù)對比。

表1 鉆機型號

圖3 典型的三家公司2000米機械立軸式鉆機

2.3 全液壓動力頭式鉆機的優(yōu)點

（1）工作較平穩(wěn)，給進行程長，鉆進工藝適應(yīng)性較好

采用液壓驅(qū)動，較之傳統(tǒng)的齒輪傳動在鉆進過程中更容易實現(xiàn)工作臺的平穩(wěn)?？蓪崿F(xiàn)無極變速，對復(fù)雜多變的地層來說，可以實現(xiàn)有效的變速鉆進，工藝適應(yīng)性較好。

（2）可以進行大角度的斜孔鉆進，取心較完整

目前45°乃至更大的傾角的斜孔鉆進需求日益加大，全液壓動力頭鉆機可以滿足大角度斜孔鉆進的要求。

（3）搬遷方便，運移速度快

全液壓鉆機一般可用1～2天搬遷完畢，進入工作狀態(tài)。而傳統(tǒng)的立軸式鉆機則需4～5天的搬遷工作。

2.4 全液壓動力頭鉆機的缺點

（1）目前造價較高，是同樣鉆深的機械立軸式鉆機的5倍以上。

（2）動力消耗大，傳動效率較低。

（3）保養(yǎng)維修技能要求高、備件價格高昂。野外施工一般條件非常艱苦，油液很容易因密封不嚴(yán)而受污染。

（4）提下鉆輔助時間長，處理事故能力較差。

目前全液壓動力頭式鉆機在我國應(yīng)用比較廣泛，特別是有些山區(qū)工地，羊腸小道，只能靠工人扛機器，這時候就顯示出某些小型全液壓鉆機的優(yōu)勢，便于搬遷。下面為兩種比較典型的全液壓動力頭式鉆機。

圖4 陜西核昌機電裝備公司HQY－500型全液壓鉆機

圖5 連云港黃海機械股份公司的履帶式全液壓鉆機

3 機械立軸式鉆機與全液壓動力頭式鉆機的成本對比

成本核算對于這兩種鉆機來說是比較復(fù)雜的，不同工況，不同地層情況，不同施工人員水平等等，都可能造成成本的變化。但是，我公司經(jīng)過多年的實踐，基本得出以下結(jié)論：

（1）淺孔鉆進（500m以內(nèi)）：全液壓鉆機的成本明顯要高于機械立軸式鉆機。某些立軸式鉆機進不去的山區(qū)除外，有高昂的搬遷成本，如修路等。

（2）中深孔鉆進（500～1500m）：全液壓鉆機有一定優(yōu)勢，在人員成本、油耗等方面要優(yōu)于機械立軸式鉆機。

（3）深孔鉆進（1500m）以上：目前國內(nèi)的全液壓鉆機由于起下鉆時間過長，造價高，而導(dǎo)致其優(yōu)勢進一步的縮小，基本上2000m以上成本就要高于傳統(tǒng)的機械立軸式鉆機。

4 鉆機適應(yīng)性對比與施工安全性對比

不同的鉆進工藝方法對轉(zhuǎn)速有不同的要求，最理想的情況當(dāng)然是鉆機可以滿足盡量多的鉆探工藝。這點動力頭鉆機有優(yōu)勢，它在一定范圍內(nèi)可以實現(xiàn)無級變速，轉(zhuǎn)速范圍寬。

在破碎地層，由于動力頭鉆機是長行程給進，不用倒桿，可有效減少孔內(nèi)事故發(fā)生的概率。還可以減少設(shè)備安裝的的機械事故，尤其是大角度斜孔施工。

這兩點全液壓動力頭鉆機全面優(yōu)于機械立軸式鉆機。

5 處理事故的能力對比

同樣深度的全液壓動力頭鉆機的起拔力要比立軸式鉆機小，因此立軸式鉆機在處理事故能力方面要高于全液壓動力頭鉆機。

6 結(jié)論

在當(dāng)前形勢下的巖心鉆機市場，傳統(tǒng)的機械立軸式巖心鉆機與全液壓動力頭式鉆機應(yīng)該在以后很長的一個時間內(nèi)共存。在不同的工況情況下，選擇不同的鉆機，應(yīng)具體情況具體分析。但就總體市場份額來說，受限于我國目前的機械加工水平、技術(shù)研發(fā)能力等等因素，目前很難解決全液壓動力頭鉆機整體造價、維修成本，液壓元件等價格比較高昂的問題。短期內(nèi)全液壓動力頭式鉆機很難撼動傳統(tǒng)機械立軸式鉆機的主流地位。因此筆者認(rèn)為，以后巖心鉆機發(fā)展的方向應(yīng)該是一種新型的鉆機，這種鉆機既有全液壓動力頭鉆機的大行程，易搬遷等優(yōu)勢，同時借鑒了機械立軸式鉆機的成熟可靠的基礎(chǔ)元件，如卡盤、卷揚機等；成本得到控制，造價進一步下降；并且維修方便，保養(yǎng)成本得到降低的一種新型的巖心鉆機。

［1］ 李世忠 .巖心鉆機改進的一些設(shè)想［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2000（5）.

［2］ 劉躍進，巖心鉆探設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程）.2007（1）.

［3］ 王亞萍，何宗長，宋海燕 .對巖心鉆機研發(fā)的幾點思考［J］.地質(zhì)裝備，2009（4）.

Analysis on the Current Status and Development Trends of Core Drills

MA Ji（Shanxi Hechang Mechanical and Electrical Equipmenr Co.Ltd.，Xianyang，Shanxi 712000，P R China）

A comprehensive analysis and comparison between spindle core drill and hydraulic top－drive core drill is made in this article.Special concern is focused on the technical economics in the drilling operation of these two types of core drills.The result shows that we should choose core drills according to various requirements and their advantages in different drilling conditions.

geological core drill；spindle core drill；hydraulic top－drive core drill；performance comparison；efficiency analy sis

P634.31

A

1009－282X（2013）02－0011－04

2012－11－06

馬驥（1980－），男（漢族），陜西榆林人，機械工程及自動化本科，陜西核昌機電裝備有限公司技術(shù)質(zhì)量部助理工程師，從事巖心鉆機、工程鉆機等設(shè)計，Tel：13572161616，E－mail：19111925＠qq.com。