周志鴻，耿曉光，劉玉超

(北京科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院，北京 100083)

1 鉆機(jī)的定義

鉆機(jī)是一個(gè)外延非常廣泛的名詞。一切在巖土上鉆孔、鉆進(jìn)的機(jī)械都可以稱為鉆機(jī)。

鉆機(jī)（Drillrig）的種類很多。鉆機(jī)可按用途分類，如巖芯鉆機(jī)、石油鉆機(jī)、水文地質(zhì)調(diào)查與水井鉆機(jī)、地?zé)徙@機(jī)、水平定向鉆機(jī)和巖石鉆孔鉆機(jī)等。

本文只討論巖石鉆孔鉆機(jī)，巖石鉆孔鉆機(jī)主要指在巖石上鉆孔或鉆進(jìn)的機(jī)械。巖石鉆孔鉆機(jī)按照鉆孔破巖方式可以分為沖擊式 （沖擊旋轉(zhuǎn)式）、碾壓式（旋轉(zhuǎn)沖擊式），切削式（旋轉(zhuǎn)式）三種。

2 沖擊式（沖擊旋轉(zhuǎn)式）鉆機(jī)

沖擊式鉆機(jī)是以對(duì)巖石的沖擊作用為主，旋轉(zhuǎn)作用為輔，同時(shí)施加一定軸壓力破碎巖石的鉆機(jī)。沖擊式鉆機(jī)也常常稱為鑿巖鉆機(jī)。按照沖擊動(dòng)作的位置，又分為潛孔式和頂錘式兩種。

2.1 潛孔式鉆機(jī)

潛孔式鉆機(jī)的沖擊器（沖擊錘）在鉆桿底部，沖擊器內(nèi)的沖擊活塞直接沖擊鉆頭，同時(shí)施加一定軸壓力破碎巖石，見圖1左1。

2.2 頂錘式鉆機(jī)

頂錘式鉆機(jī)的沖擊器（沖擊錘）在鉆桿頂部，沖擊器內(nèi)的活塞沖擊鉆桿，沖擊波通過鉆桿傳遞到鉆頭，同時(shí)施加一定軸壓力破碎巖石，見圖1左2。

氣腿式鑿巖機(jī)，氣動(dòng)頂錘式鉆機(jī)，支腿式液壓鑿巖機(jī)，井下液壓鑿巖臺(tái)車，隧道液壓鑿巖臺(tái)車都屬于頂錘式鉆機(jī)。

3 碾壓式（旋轉(zhuǎn)沖擊式）鉆機(jī)

碾壓式鉆機(jī)是以旋轉(zhuǎn)作用為主，沖擊作用為輔，同時(shí)施加較大軸壓力，破碎巖石的鉆機(jī)，如圖1左3所示。礦用牙輪鉆機(jī)和石油鉆機(jī)都是碾壓式鉆機(jī)。

4 切削式鉆機(jī)

切削式鉆機(jī)是以旋轉(zhuǎn)切削作用，同時(shí)施加較小軸壓力，破碎巖石的鉆機(jī)，如圖1左4所示。旋挖鉆機(jī)，地質(zhì)取芯鉆機(jī)屬于切削式鉆機(jī)。

圖1 四種鑿巖鉆孔方式

5 潛孔鉆機(jī)的分類

5.1 氣動(dòng)潛孔鉆機(jī)

以壓縮空氣為驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)行沖擊作用的潛孔鉆機(jī)稱為氣動(dòng)潛孔鉆機(jī)。氣動(dòng)潛孔鉆機(jī)按照空壓機(jī)的配置位置可分為分體式潛孔鉆機(jī)、整體式潛孔鉆機(jī)。

空壓機(jī)與鉆機(jī)不在一處，分開布置，空壓機(jī)與鉆機(jī)用高壓氣管連接的潛孔鉆機(jī)叫分體式潛孔鉆機(jī)。

空壓機(jī)安裝在鉆機(jī)上成為一個(gè)整體的潛孔鉆機(jī)，叫整體式潛孔鉆機(jī)。

按照作業(yè)地點(diǎn)又分為露天潛孔鉆機(jī)和井下潛孔鉆機(jī)。

5.2 水壓潛孔鉆機(jī)

以高壓水為驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)行沖擊作用的潛孔鉆機(jī)稱為水壓潛孔鉆機(jī)。

這些例子揭示了許多有關(guān)人們使用技能方式的問題，人力資本理論從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度做了詳細(xì)的描述?？墒?，傳統(tǒng)上這些是教育學(xué)研究的領(lǐng)域。通過考察人們?nèi)绾螐慕?jīng)濟(jì)學(xué)角度思考、學(xué)習(xí)和使用技能，表明經(jīng)濟(jì)學(xué)在這些問題上作出了貢獻(xiàn)。

高壓水泵與潛孔鉆機(jī)分開布置，不是安裝在一起，稱為分體式潛孔鉆機(jī)，見圖2。

高壓水泵安裝在鉆機(jī)上，成為一體，稱為整體的潛孔鉆機(jī)，見圖3。

水壓潛孔鉆機(jī)也可分為露天水壓潛孔鉆機(jī)和井下水壓潛孔鉆機(jī)。

6 潛孔鉆機(jī)發(fā)展方向與技術(shù)前沿

6.1 環(huán)保健康發(fā)展方向

潛孔鉆機(jī)應(yīng)強(qiáng)化集塵效果，對(duì)集塵系統(tǒng)各個(gè)部分精心設(shè)計(jì)?；厥账凶鳂I(yè)中的粉塵，在整個(gè)鑿巖過程中實(shí)現(xiàn)無塵化。

圖2 分體式水壓潛孔鉆機(jī)的組成

圖3 整體式水壓潛孔鉆機(jī)的組成

潛孔鉆機(jī)應(yīng)安裝司機(jī)室，司機(jī)室應(yīng)具有隔音、隔振、隔塵效果，安裝冷暖空調(diào)，為司機(jī)提供一個(gè)舒適、健康的工作環(huán)境。

6.2 前沿技術(shù)

除了集塵器和司機(jī)室兩項(xiàng)技術(shù)之外，潛孔鉆機(jī)還有5項(xiàng)前沿技術(shù)，見表1。

國內(nèi)潛孔鉆機(jī)廠家應(yīng)注重這5項(xiàng)技術(shù)，逐步提高自己產(chǎn)品的技術(shù)水平。

表1 潛孔鉆機(jī)的前沿技術(shù)

7 沖擊式鉆機(jī)從氣動(dòng)向液壓的發(fā)展

7.1 頂錘式鉆機(jī)從氣壓向液壓的發(fā)展

圖4 1873年使用的支腿式氣動(dòng)鑿巖機(jī)

圖5 1973年開始使用的液壓鑿巖機(jī)

7.2 潛孔鉆機(jī)從氣壓向液壓的發(fā)展

潛孔鉆機(jī)的使用，從氣動(dòng)潛孔鉆機(jī)（1950，見圖6），到水壓潛孔鉆機(jī)（1995，見圖7），經(jīng)歷了 45年時(shí)間。潛孔沖擊器的動(dòng)力由氣壓改為水壓，是潛孔鉆機(jī)最大的技術(shù)進(jìn)步。水壓潛孔鉆機(jī)在瑞典盧基礦業(yè)公司（LKAB）的使用，已經(jīng)超過20年。智利、挪威和加拿大等國家的礦山，也采用水壓潛孔鉆機(jī)。但是在世界范圍還沒有得到廣泛使用，在中國，目前只看到浙江海聚公司零星使用報(bào)道，遠(yuǎn)沒有推廣。

8 水壓潛孔沖擊器介紹

目前能夠查到的水壓沖擊器只有瑞典盧基瓦薩讓公司（LKAB WASSARA）的產(chǎn)品，浙江海聚動(dòng)力公司是瓦薩讓水壓沖擊器的中國代理商。瓦薩讓水壓沖擊器與鉆頭外形見圖8。瓦薩讓水壓沖擊器內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖9。

圖6 1950年使用的氣動(dòng)潛孔鉆機(jī)

圖7 1995年使用的水壓潛孔鉆機(jī)

瓦薩讓水壓沖擊器有7種型號(hào)，見圖10。瓦薩讓水壓沖擊器的基本技術(shù)參數(shù)見表2。

9 水壓潛孔鉆機(jī)簡介

9.1 露天水壓潛孔鉆機(jī)

露天水壓潛孔鉆機(jī)可以用于地?zé)徙@孔（見圖11），也可以用于地基旋噴灌漿鉆孔，見圖12。

圖8 瓦薩讓水壓沖擊器外形

圖9 瓦薩讓水壓沖擊器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖10 瓦薩讓水壓沖擊器型號(hào)

表2 瓦薩讓水壓沖擊器基本參數(shù)

9.2 井下水壓潛孔鉆機(jī)

井下水壓潛孔鉆機(jī)一般用于中深孔鑿巖，井下水壓采礦臺(tái)車作業(yè)情況見圖13。瑞典阿特拉斯公司的水壓潛孔采礦臺(tái)車見圖14。

9.3 水壓潛孔鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)

和氣動(dòng)潛孔鉆機(jī)、頂錘式鉆機(jī)相比，水壓潛孔鉆機(jī)有4項(xiàng)是環(huán)保和健康優(yōu)勢(shì)，見表3。

水壓潛孔鉆機(jī)有4項(xiàng)鉆孔效率和成本優(yōu)勢(shì)，見表4。表4中的數(shù)據(jù)來自于網(wǎng)絡(luò)。

10 國內(nèi)潛孔鉆機(jī)主要廠家和型號(hào)

10.1 浙江志高機(jī)械公司

圖11 水壓潛孔鉆機(jī)在富水層進(jìn)行地?zé)徙@孔

圖12 水壓潛孔鉆機(jī)用于旋噴灌漿鉆孔

圖13 井下水壓潛孔采礦臺(tái)車

圖14 阿特拉斯公司的水壓潛孔采礦臺(tái)車

表3 水壓潛孔鉆機(jī)的環(huán)保和健康優(yōu)勢(shì)

表4 水壓潛孔鉆機(jī)的鉆孔效率和成本優(yōu)勢(shì)

10.1.1 志高整體式潛孔鉆機(jī)

志高公司整體式潛孔鉆機(jī)型號(hào)與技術(shù)參數(shù)見表5，志高公司ZGYX-421整體式潛孔鉆機(jī)見圖15，志高公司ZGYX-440整體式潛孔鉆機(jī)見圖16志高公司ZGYX-470整體式潛孔鉆機(jī)見圖17。

10.1.2 志高分體式潛孔鉆機(jī)

志高公司分體式潛孔鉆機(jī)型號(hào)與技術(shù)參數(shù)見表6，志高公司ZGYX-410E分體式潛孔鉆機(jī)見圖18，志高公司分體式ZGYX-430潛孔鉆機(jī)見圖19。

10.2 浙江開山重工股份有限公司

表5 志高公司整體式潛孔鉆機(jī)型號(hào)與技術(shù)參數(shù)

圖15 志高公司ZGYX-421整體式潛孔鉆機(jī)

圖16 志高公司ZGYX-440整體式潛孔鉆機(jī)

圖17 志高公司ZGYX-470整體式潛孔鉆機(jī)

表6 志高公司分體式潛孔鉆機(jī)型號(hào)與技術(shù)參數(shù)

圖18 志高公司ZGYX-410E分體式潛孔鉆機(jī)

10.2.1 開山公司整體式潛孔鉆機(jī)

開山公司整體式潛孔鉆機(jī)型號(hào)與技術(shù)參數(shù)見表7，開山公司KY11S整體式潛孔鉆機(jī)見圖20。

10.2.2 開山公司分體式潛孔鉆機(jī)

圖19 志高公司ZGYX-430分體式潛孔鉆機(jī)

表7 開山公司整體式潛孔鉆機(jī)型號(hào)與技術(shù)參數(shù)

圖20 開山公司KT11S整體式潛孔鉆機(jī)

開山公司分體式潛孔鉆機(jī)型號(hào)與技術(shù)參數(shù)見表8，開山公司KY130分體式潛孔鉆機(jī)見圖21。

10.3 生產(chǎn)潛孔鉆機(jī)的其他廠家

以關(guān)鍵詞“潛孔鉆機(jī)”在阿土伯網(wǎng)上搜索，查到全國有330多家與潛孔鉆機(jī)有關(guān)的企業(yè)，河北、山東、廣東和浙江企業(yè)數(shù)量最多，部分廠家名稱見表9。

表8 開山公司分體式潛孔鉆機(jī)型號(hào)與技術(shù)參數(shù)

圖21 開山公司KY130分體式潛孔鉆機(jī)

表9 國內(nèi)生產(chǎn)潛孔鉆機(jī)部分廠家名稱