劉蓓，張晨，楊可，呂軒，李強(qiáng)

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心，陜西 西安 710100；2.北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司西安分公司，陜西 西安 710100）

0 引言

2020年，西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心在陜西秦嶺地區(qū)設(shè)立了礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查（勘查）項(xiàng)目，秦嶺地區(qū)植被茂密、地形切割強(qiáng)烈、國(guó)家級(jí)保護(hù)動(dòng)植物豐富，環(huán)保政策要求嚴(yán)格。為貫徹落實(shí)習(xí)近平生態(tài)文明思想，切實(shí)加強(qiáng)地質(zhì)勘查工作中生態(tài)環(huán)境保護(hù)，最大限度減少對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)和影響［1］，完成好年度地質(zhì)調(diào)查（勘查）項(xiàng)目中的鉆探工作，依據(jù)自然資源部《關(guān)于開(kāi)展綠色勘查項(xiàng)目示范工作的通知》（自然資辦函〔2019〕815號(hào)）、中國(guó)礦業(yè)聯(lián)合會(huì)《綠色勘查指南》（T/CMAS 0001-2018）及陜西省自然資源廳《關(guān)于大力推進(jìn)礦產(chǎn)資源綠色勘查的指導(dǎo)意見(jiàn)》的要求，西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心大力引進(jìn)了4臺(tái)EP600系列便攜式全液壓鉆機(jī)（2臺(tái)EP600型，2臺(tái)EP600PLUS型）。利用便攜式全液壓鉆機(jī)分別在商洛-丹鳳、漢中寧強(qiáng)工作區(qū)開(kāi)展鉆探施工作業(yè)，鉆孔設(shè)計(jì)深度200~400 m，平均孔深300 m。2020年8-12月，共施工地質(zhì)巖心鉆孔11個(gè)，累計(jì)完成工作量3450.81 m，平均臺(tái)月效率556.02 m。便攜式全液壓鉆機(jī)應(yīng)用試點(diǎn)取得了較好的效果，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

1 EP600系列鉆機(jī)概況

1.1 鉆機(jī)特點(diǎn)

（1）模塊化設(shè)計(jì)，桅桿式鉆架結(jié)構(gòu)。模塊輕量化設(shè)計(jì)，最重模塊180 kg，施工運(yùn)輸便道寬0.7~1 m即可滿足通行，易于搬運(yùn)；桅桿式鉆架，可實(shí)現(xiàn)45°~90°任意角鉆進(jìn)，機(jī)架材料采用航空鋁材，機(jī)身輕便［2］；使用液壓快速插接接頭，安裝、拆卸快速［3］；機(jī)臺(tái)占地面積約4.5 m×4.5 m，可減少基礎(chǔ)工程量，綠色環(huán)保。

（2）全液壓驅(qū)動(dòng)。頂驅(qū)式動(dòng)力頭，長(zhǎng)行程導(dǎo)軌，油缸推進(jìn)，不用反復(fù)倒桿，導(dǎo)向性、定向性好；無(wú)級(jí)調(diào)速，可開(kāi)高速，鉆機(jī)震動(dòng)??；通過(guò)各種壓力表實(shí)時(shí)掌握孔內(nèi)情況，有限壓保護(hù)，安全性高；操作臺(tái)面板布置合理，方便操作，管路布局靈活，各模塊維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單。

（3）運(yùn)行穩(wěn)定，機(jī)械故障率低。鉆機(jī)動(dòng)力等主要部件為國(guó)外進(jìn)口，液壓系統(tǒng)高度集成，運(yùn)行過(guò)程中，動(dòng)力輸出穩(wěn)定，噪聲小，80%以上結(jié)構(gòu)件采用高強(qiáng)度鋁合金材料，機(jī)械故障較少。

1.2 鉆機(jī)性能參數(shù)

EP600系列便攜式全液壓鉆機(jī)主要組成為：鉆機(jī)主機(jī)、沖洗液循環(huán)系統(tǒng)、薄壁鉆具、輔助工具材料等。鉆機(jī)主機(jī)由操作臺(tái)、液壓油箱、3臺(tái)柴油機(jī)、柴油箱、鉆機(jī)底座、鉆架（含動(dòng)力頭）、泥漿泵、卷?yè)P(yáng)機(jī)和泥漿攪拌器組成（見(jiàn)圖1）［4］。EP600系列便攜式全液壓鉆機(jī)施工能力及鉆機(jī)性能參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 EP600型便攜式全液壓鉆機(jī)Fig.1 EP600 portable full hydraulic drill

2 鉆進(jìn)工藝

2.1 鉆進(jìn)技術(shù)

EP600系列便攜式全液壓鉆機(jī)采用“薄壁系列鉆桿+薄壁系列繩索取心鉆具+無(wú)（低）固相沖洗液”鉆進(jìn)技術(shù)方法，主打HTW-NTW-BTW級(jí)配的薄壁金剛石繩索取心鉆探工藝［5］，配合無(wú)固相或低固相沖洗液，可獲得較好的工作優(yōu)勢(shì)。薄壁鉆頭的鉆頭底唇與巖石接觸面積少，孔底扭矩阻力小，結(jié)合鉆機(jī)高轉(zhuǎn)速，切削速度快，鉆速高效；薄壁系列鉆具與標(biāo)準(zhǔn)Q系列鉆具相比取心直徑更大，能夠更好地滿足地質(zhì)工作需要；孔壁環(huán)狀間隙較小，鉆柱整體具有滿、直的特點(diǎn)，可有效控制孔斜，一定程度上可抑制孔壁掉塊卡鉆，鉆孔安全性較高。薄壁系列與標(biāo)準(zhǔn)Q系列鉆具對(duì)比情況見(jiàn)表2。

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

一般情況下，地表或淺層覆蓋有不同厚度的松散沉積物，常采用?110 mm-HTW-NTW三級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)，用?110 mm口徑開(kāi)孔，施工至較穩(wěn)定的基巖后無(wú)需起拔套管，?108 mm套管護(hù)壁，直接采用HTW口徑鉆進(jìn)施工。若采用HTW口徑施工過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重的坍塌、掉塊等情況，造成嚴(yán)重卡鉆（鉆具無(wú)法回轉(zhuǎn)或起拔），可采取以下2種處理方案：一是直接續(xù)接?108 mm套管用?110 mm口徑擴(kuò)孔至卡鉆位置以下，以實(shí)現(xiàn)解卡，再繼續(xù)用HTW口徑鉆進(jìn)；二是HTW鉆桿直接作為護(hù)壁套管使用，打撈出HTW內(nèi)管總成，用NTW口徑鉆進(jìn)施工，需要注意的是必須先用NTW鉆頭磨銑掉HTW鉆頭內(nèi)臺(tái)階，NTW鉆具通過(guò)后才能正常施工鉆進(jìn)。鉆孔地層較理想的情況下，鉆進(jìn)深度<400 m時(shí)，可采用NTW口徑施工至終孔，BTW口徑作為備用級(jí)，鉆具組合選擇見(jiàn)表3［6］。

表1 EP600系列鉆機(jī)性能參數(shù)Table 1 Specification of EP600 series drills

表2 薄壁系列與標(biāo)準(zhǔn)Q系列鉆具對(duì)比Table 2 Thin?wall vs standard“Q”drilling tools

表3 鉆具組合的選擇Table 3 Selection of the drilling stems

對(duì)于地表覆蓋層?。ㄐ∮?0 cm）或基巖裸露地區(qū)，常采用HTW-NTW兩級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)，若在NTW口徑施工過(guò)程中，鉆機(jī)轉(zhuǎn)速明顯降低，扭矩增大，或鉆進(jìn)中出現(xiàn)卡鉆等不適于繼續(xù)使用NTW口徑鉆進(jìn)的問(wèn)題時(shí)，宜采用BTW口徑接續(xù)開(kāi)展鉆進(jìn)施工。

2.3 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

一般情況下，要結(jié)合地層主要巖性、硬度、完整程度及風(fēng)化程度等地質(zhì)條件，才能確定滿足高效鉆進(jìn)所需的實(shí)際參數(shù)。便攜式全液壓鉆機(jī)各機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自高壓管路中的液壓油，通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制給進(jìn)油缸、動(dòng)力頭馬達(dá)和泥漿泵馬達(dá)管路中流動(dòng)的油量，可實(shí)現(xiàn)鉆壓、轉(zhuǎn)速和泵量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。采用“便攜式全液壓鉆機(jī)+薄壁系列鉆桿+薄壁系列繩索取心鉆具+無(wú)（低）固相泥漿”鉆進(jìn)技術(shù)，形成了一套能夠適用于多種地層的鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)。便攜式全液壓鉆機(jī)鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)選取范圍見(jiàn)表4。

表4 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)選擇Table 4 Selection of drilling parameters

3 便攜式全液壓鉆機(jī)的應(yīng)用

3.1 陜南-柞水商南地區(qū)金多金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目

3.1.1 地理位置及地層情況

陜南-柞水商南地區(qū)金多金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目主要工作區(qū)在丹鳳縣龍駒寨鎮(zhèn)東坪、丹鳳縣蔡川鎮(zhèn)白廟溝和商州區(qū)楊斜鎮(zhèn)麻籽溝。縣城和村鎮(zhèn)之間都有公路相通，交通較為便利。由于各工區(qū)之間跨度較大（40~100 km），地層也有很大的區(qū)別，東坪工區(qū)位于商丹結(jié)合帶，斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖性主要為黑云斜長(zhǎng)角閃片巖、綠簾斜長(zhǎng)角閃片巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖等；白廟溝工區(qū)出露的巖性主要為寬坪巖群四岔口組絹云石英片巖，巖石變形強(qiáng)烈；麻籽溝工區(qū)巖性主要為似斑狀中粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖。

3.1.2 鉆探施工情況

2020年8月14日—11月29日，先 后 采 用2臺(tái) 便攜式全液壓鉆機(jī)（EP600和EP600PLUS型）在商洛-丹鳳工作區(qū)開(kāi)展鉆探施工，共完成巖心鉆孔6個(gè)，累計(jì)完成鉆探工作量2000.24 m，平均日進(jìn)尺21.95 m，平均臺(tái)月效率為658.49 m，各鉆孔施工情況見(jiàn)表5。

從表5中可知，在東坪、白廟溝工區(qū)最高臺(tái)月效率分別達(dá)到了895.59 m和860.77 m，麻籽溝工區(qū)臺(tái)月效率僅為242.49 m，東坪、白廟溝的臺(tái)月效率較為理想，麻籽溝的效率最低。ZK1401鉆孔因施工期間停待5 d（調(diào)撥BTW管材時(shí)間），臺(tái)月效率受到影響只有588.38 m，按實(shí)際施工時(shí)間計(jì)算臺(tái)月效率可達(dá)到735.47 m?？傮w對(duì)比來(lái)看，白廟溝工區(qū)臺(tái)月效率最高，東坪工區(qū)臺(tái)月效率次之，麻籽溝工區(qū)臺(tái)月效率最低。便攜式全液壓鉆機(jī)適宜于東坪、白廟溝工區(qū)地層（巖石可鉆性級(jí)別4~6級(jí)）鉆進(jìn)［7-8］，在麻籽溝工區(qū)地層（巖石可鉆性級(jí)別8~9級(jí)）鉆進(jìn)施工中適用性表現(xiàn)不理想。

3.2 秦嶺地區(qū)金銀礦資源勘查項(xiàng)目應(yīng)用情況

3.2.1 地理位置及地層情況

秦嶺地區(qū)金銀礦資源勘查項(xiàng)目陜西省寧強(qiáng)縣中壩外圍錳金多金屬礦勘查工作區(qū)位于寧強(qiáng)縣北西方向約69 km處，隸屬寧強(qiáng)縣燕子砭鎮(zhèn)和安樂(lè)河鎮(zhèn)管轄，村鎮(zhèn)之前有公路相通，交通較為便利，工區(qū)處于秦嶺與大巴山接壤地帶，屬中低山區(qū)，地勢(shì)總體北高南低，地形切割較強(qiáng)烈，植被覆蓋茂密。工區(qū)內(nèi)揭露的主要巖性為鐵質(zhì)菱鎂礦千枚巖、鐵質(zhì)菱鎂礦千枚巖夾石英脈、硅質(zhì)千枚巖、長(zhǎng)石石英砂巖、含碳硅質(zhì)板巖等。

表5 商洛-丹鳳工作區(qū)鉆孔施工情況Table 5 Drilling results of the boreholes in the Shangluo-Danfeng work area

3.2.2 鉆探施工情況

2020年9月15日—12月24日，先 后 采 用2臺(tái) 便攜式全液壓鉆機(jī)（EP600和EP600PLUS型）在漢中寧強(qiáng)工作區(qū)開(kāi)展鉆探施工，共完成巖心鉆孔5個(gè)，累計(jì)完成鉆探工作量1450.57 m，平均日進(jìn)尺14.44 m，平均臺(tái)月效率為433.05 m，各鉆孔施工情況見(jiàn)表6。

表6 漢中寧強(qiáng)工作區(qū)鉆孔施工情況Table 6 Drilling results of the boreholes in the Ningqiang work area in Hanzhong

從表6中可知，ZK001鉆孔因施工期間停待6 d（施工用水停待），臺(tái)月效率受影響僅為317.50 m，按實(shí)際施工時(shí)間計(jì)算臺(tái)月效率可達(dá)到439.61 m；ZK1101鉆孔因發(fā)生井內(nèi)事故并處理，造成施工工期延長(zhǎng)，降低了鉆進(jìn)效率?？傮w來(lái)看，該工區(qū)鉆機(jī)的臺(tái)月效率基本穩(wěn)定，臺(tái)月效率在400~500 m，實(shí)際上該工區(qū)的工作范圍只有11 km2，工區(qū)內(nèi)地層巖性總體變化不大，巖石可鉆性級(jí)別6~7級(jí)，為中硬巖地層，鉆進(jìn)效率中等，該工區(qū)較適宜采用便攜式全液壓鉆機(jī)開(kāi)展鉆探施工。

4 應(yīng)用效果

4.1 鉆機(jī)適用性分析

（1）地層適應(yīng)性較好，鉆進(jìn)效率較高。從前面各工作區(qū)的應(yīng)用分析情況來(lái)看，該鉆機(jī)在巖石可鉆性級(jí)別7級(jí)（中硬巖層）以下的地層中鉆進(jìn)效率較高（臺(tái)月效率為320~895 m，平均614 m），能夠達(dá)到常規(guī)巖心鉆機(jī)的效率水平，在8級(jí)（硬巖層）以上的地層中鉆進(jìn)效率則比較低（240 m/臺(tái)月）?？傮w來(lái)看，該鉆機(jī)比較適宜于7級(jí)以下的地層，可用于7~9級(jí)的地層鉆進(jìn)工作，采用NTW口徑比較適用于鉆進(jìn)深度在300~350 m的淺孔。

（2）在復(fù)雜地形環(huán)境中，機(jī)臺(tái)搬遷便捷，鉆機(jī)組裝快，輔助工作時(shí)間大幅降低。通過(guò)在不同工作區(qū)的試點(diǎn)應(yīng)用，在漢中寧強(qiáng)交通用電不便、山林難進(jìn)入的情況下，在商洛-丹鳳生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策要求嚴(yán)格、運(yùn)輸困難（便道無(wú)法大規(guī)模修建）的情況下，該鉆機(jī)表現(xiàn)出了易進(jìn)入、搬遷快的優(yōu)勢(shì)（見(jiàn)圖2），機(jī)臺(tái)臨時(shí)占地和便道修建規(guī)模小、時(shí)間短，大幅減少了機(jī)臺(tái)搬遷時(shí)間（1~2 d）和建設(shè)時(shí)間（2~3 h），有效控制了施工工期。

圖2 便攜式全液壓鉆機(jī)搬遷運(yùn)輸Fig.2 Movement of the portable full hydraulic drill

（3）符合綠色施工作業(yè)要求，綜合經(jīng)濟(jì)成本較低。實(shí)際工作中，采用配套小型爬山虎運(yùn)輸，修筑物資運(yùn)輸便道規(guī)模小，機(jī)臺(tái)占地破壞少，利用已有便道則無(wú)需修筑或擴(kuò)建，有效控制耕地、林地、草地及周邊環(huán)境的損毀、破壞和擾動(dòng)范圍。鉆機(jī)采用廠家配套的無(wú)固相（低固相）綠色環(huán)保沖洗液材料，沖洗液配方簡(jiǎn)單，材料消耗少，沉淀后的廢棄沖洗液對(duì)周邊環(huán)境污染小，施工作業(yè)結(jié)束后，場(chǎng)地、便道等臨時(shí)用地恢復(fù)簡(jiǎn)單、速度快、質(zhì)量高、效果明顯。該鉆機(jī)事故少，純鉆臺(tái)時(shí)高，與全液壓履帶鉆機(jī)相比施工作業(yè)油耗低，采用的薄壁系列鉆探管材單位價(jià)格成本較低廉，機(jī)臺(tái)班組僅需2~3人即可正常開(kāi)展工作。從臨時(shí)占地、環(huán)境破壞、搬遷運(yùn)輸、材料及人工費(fèi)用等方面綜合考慮，采用便攜式全液壓鉆機(jī)明顯降低了鉆探施工綜合經(jīng)濟(jì)成本。

4.2 提高鉆進(jìn)效率幾點(diǎn)措施

4.2.1 優(yōu)選或改進(jìn)鉆頭，增強(qiáng)鉆頭碎巖效率，提高鉆機(jī)鉆速

針對(duì)巖石級(jí)別高的巖層（硬-堅(jiān)硬巖）鉆速慢，施工效率低的問(wèn)題，結(jié)合ZK5801鉆孔地層開(kāi)展了一些試驗(yàn)：一是采用不同硬度和底唇形式的金剛石鉆頭鉆進(jìn)；二是通過(guò)人工處理改善了金剛石鉆頭性能，再進(jìn)行試驗(yàn)鉆進(jìn)，“人工處理”即通過(guò)人為改造或修整鉆頭底唇的形狀、大小、出刃及胎塊數(shù)量的方法，用以改善鉆頭性能，提高鉆頭碎巖能力。試驗(yàn)的具體情況見(jiàn)表7。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比可知，采用齒輪鉆頭的鉆速普遍高于同心圓尖齒鉆頭［9］，其中齒輪鉆頭表現(xiàn)出金剛石胎體胎塊較多（16顆）、硬度較軟（HCR8）時(shí)，鉆頭的鉆速稍快一些；同心圓尖齒鉆頭的鉆速則受金剛石胎體的胎塊數(shù)（7~8顆）、硬度（HCR8~20范圍內(nèi)）影響變化不大。人工處理后的齒輪鉆頭鉆速明顯高于未處理的鉆頭，平均日進(jìn)尺達(dá)到了14.94~16.11 m（臺(tái)月效率448~483 m），鉆進(jìn)效率提高了近2倍。

原因分析：該鉆孔花崗巖地層堅(jiān)硬、致密、“打滑”，便攜式全液壓鉆機(jī)給進(jìn)的鉆壓不夠大，鉆頭胎體中的金剛石難以壓入巖石。在高轉(zhuǎn)速下，鉆頭在鉆進(jìn)初期鉆速還比較高，很快隨著尖齒磨耗完畢，鉆速大幅下降，甚至無(wú)進(jìn)尺（即鉆頭打滑），要投砂磨鉆頭，用以保證進(jìn)尺［10-11］。本次人工處理原理就是基于減少鉆頭與巖石的接觸面積，提高鉆頭胎體單位面積壓力，減少鉆頭胎塊數(shù)（從14顆減少到11顆），鉆頭處理及使用前后情況見(jiàn)圖3，按NTW型鉆桿（8.9 kg/m）250 m的自重計(jì)算，單個(gè)胎塊底唇壓力增加了433 N，是未處理前壓力的1.3倍。因此，在硬-堅(jiān)硬巖層中要優(yōu)選鉆頭硬度和底唇形式，通過(guò)適當(dāng)增加鉆頭比壓與投砂相結(jié)合的方法，可獲取很好的鉆進(jìn)效果。

表7 金剛石鉆頭試驗(yàn)情況及效果Table 7 Diamond bit tests

圖3 金剛石齒輪鉆頭試驗(yàn)應(yīng)用前后（已處理）Fig.3 Diamond gear bits before and after test application（treated）

4.2.2 降低鉆桿與孔壁摩阻力，減少功率損耗，提高鉆機(jī)轉(zhuǎn)速

降低鉆桿與孔壁摩阻力主要措施有：一是采用高潤(rùn)滑性沖洗液，改善沖洗液性能，增強(qiáng)沖洗液的潤(rùn)滑性能。本次工作主要采用英格爾專用配方?jīng)_洗液材料（G4480和G3370泥漿材料），G4480和G3370通用型泥漿配方，G4480泥漿材料具有潤(rùn)滑性極強(qiáng)的聚合物及表面活性材料，極大降低扭阻，提高鉆進(jìn)效率保護(hù)鉆具。G3370主要功能潤(rùn)滑減阻減低鉆桿振動(dòng)和扭矩，降濾失，穩(wěn)定孔壁，增強(qiáng)沖洗液流變性。在地層情況適宜的情況下，在沖洗液中適當(dāng)加入皂化油或乳化油，也可降低鉆桿摩阻力［12-14］；二是在鉆桿表面上涂抹鉆桿潤(rùn)滑脂，應(yīng)采用具有良好的潤(rùn)滑性、強(qiáng)吸附性（抗水沖刷性能）以及使用時(shí)間長(zhǎng)的潤(rùn)滑脂［15-17］，以減少鉆桿旋轉(zhuǎn)阻力，確保動(dòng)力頭能夠高轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行，從而提高鉆進(jìn)施工效率。ZK1601鉆孔100~124 m未涂抹鉆桿潤(rùn)滑脂扭矩壓力表為11~12.5 MPa（見(jiàn)表8），在140 m之后涂抹了鉆桿潤(rùn)滑脂扭矩壓力表為8.1 MPa，鉆機(jī)扭矩降低了26%~35%，轉(zhuǎn)速提高了22%~26%；ZK5801鉆孔涂抹鉆桿油前后鉆機(jī)扭矩降低了35%，轉(zhuǎn)速提高了37%。

4.2.3 采用輕型高強(qiáng)繩索取心鉆桿，提高鉆機(jī)施工效率和鉆進(jìn)深度

目前，鉆探行業(yè)的輕型高強(qiáng)鉆桿以鋁合金、鈦合金鉆桿為主。鋁合金鉆桿的密度、彈性模量低，線膨脹系數(shù)最高，可適用于陸地深孔鉆進(jìn)；鈦合金鉆桿的密度、彈性模量較高，線膨脹系數(shù)較低，是理想的深孔鉆探用管材，但其價(jià)格非常昂貴［18］。鋁合金鉆桿在國(guó)內(nèi)鉆探領(lǐng)域研究和應(yīng)用較多，市場(chǎng)也比較成熟，已經(jīng)形成石油鉆探、地質(zhì)鉆探、水文水井鉆探及繩索取心等系列鉆桿產(chǎn)品。與傳統(tǒng)鋼質(zhì)鉆桿相比，鋁合金鉆桿具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）具有較好的物理力學(xué)性能。鋁合金鉆桿的密度和彈性模量約為同尺寸鋼質(zhì)鉆桿的1/3，比強(qiáng)度是鋼的1.5~2倍［19］，鋁合金鉆桿基本可達(dá)到同規(guī)格的鋼質(zhì)鉆桿的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度［20-21］。

表8 涂抹鉆桿潤(rùn)滑脂前后鉆機(jī)扭矩表壓力變化情況Table 8 Pressure variation on the drill torque gauge before and after applying drill rod grease

（2）鋁合金鉆桿鉆進(jìn)深度可超越鋼鉆桿。在鉆機(jī)能力給定的條件下，采用“鋁合金鉆桿+鉆具”或“鋁合金鉆桿+鋼鉆桿+鉆具”組合，可降低鉆機(jī)功率消耗［22］，提高便攜式全液壓鉆機(jī)鉆深能力。

（3）鋁合金鉆桿質(zhì)輕，鋁合金鉆桿于鋼質(zhì)鉆桿相比浮重、摩阻力小，可減輕起下鉆的起拔力和阻卡力，降低鉆機(jī)能耗，卸扣扭矩小，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，可節(jié)省20%~25%的起下鉆時(shí)間，提高效率。

（4）井內(nèi)斷鉆、卡鉆等事故易處理，在打撈、起拔等措施無(wú)法實(shí)現(xiàn)情況下，采用鉆頭磨削法可快速把井內(nèi)的鋁合金鉆桿（鉆具）“消滅”［23］，降低事故處理難度和井內(nèi)事故臺(tái)時(shí)。

（5）鋁合金鉆桿具有和鎳鈷合金相似的無(wú)磁特性，方便電磁法測(cè)井和隨鉆測(cè)量?jī)x器的使用。

綜上所述，在高海拔、山勢(shì)險(xiǎn)峻、地形復(fù)雜、自然條件惡劣、地理位置偏遠(yuǎn)、交通不便的特殊地帶實(shí)施鉆探工程作業(yè)時(shí)，采用“便攜鉆探裝備+輕型高強(qiáng)鉆探管材”技術(shù)方法，可更加合理匹配和發(fā)揮便攜式全液壓鉆機(jī)功效，同時(shí)可大幅降低運(yùn)輸難度，緩解了機(jī)臺(tái)搬遷困難，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

5 存在的問(wèn)題

（1）鉆進(jìn)適用沖洗液類型受限。鉆機(jī)采用薄壁系列鉆具，鉆具內(nèi)外管間隙和鉆孔環(huán)狀間隙小，泥漿泵為柱塞泵，鉆機(jī)僅能使用無(wú)固相或低固相沖洗液。循環(huán)的沖洗液中巖粉等固相含量高，易堵塞內(nèi)外管過(guò)水通道，損壞柱塞泵部件，且易引發(fā)卡鉆等事故，所以該工藝不適用于使用（利用）循環(huán)沖洗液鉆進(jìn)，確需循環(huán)使用（利用）沖洗液鉆進(jìn)施工時(shí)，則需配備相關(guān)的泥漿凈化裝置。采用水泥封閉鉆孔，還需配備單獨(dú)的水泥漿液泵送裝置。

（2）鉆機(jī)處理井內(nèi)事故能力弱。便攜式全液壓鉆機(jī)與立軸鉆機(jī)（XY-44型）參數(shù)相比鉆探施工能小。該系列鉆機(jī)比較適用于較完整、穩(wěn)定的地層，不適于軟、碎、水敏性等易發(fā)生井故地層，鉆機(jī)處理孔內(nèi)事故（斷鉆、卡鉆或埋鉆等）的方法也較少。

（3）薄壁鉆桿強(qiáng)度低，損壞后難修復(fù)。該鉆機(jī)主打薄壁式鉆探管材，與標(biāo)準(zhǔn)Q系列鉆桿相比，鉆桿管壁薄，螺紋長(zhǎng)度短，螺距和牙高小，鉆桿剛度和絲扣咬合力小。在高鉆壓下絲扣部位易發(fā)生擠壓變形，在沖擊力下鉆桿易劈裂，鉆桿受拉載荷大的情況下，易發(fā)生脫扣“跑鉆”事故，在高轉(zhuǎn)速和大環(huán)狀間隙下易發(fā)生斷鉆事故等。薄壁系列鉆桿采用直連式（無(wú)接手），鉆桿螺紋損壞后修復(fù)難，修舊利用率低。

（4）動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速和泵量無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)［24］。操作臺(tái)沒(méi)有動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速表和泥漿泵流量表，不能夠全面掌握實(shí)時(shí)的鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)，只能憑借個(gè)人實(shí)操經(jīng)驗(yàn)探索適宜的鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速和泵量，交接班也不能夠準(zhǔn)確說(shuō)明以上參數(shù)情況。

6 結(jié)論與建議

（1）便攜式全液壓鉆機(jī)對(duì)地層適應(yīng)性較好，淺孔鉆進(jìn)效率較高。從鉆機(jī)應(yīng)用情況來(lái)看，該系列鉆機(jī)適宜于巖石可鉆性7級(jí)以下的地層鉆進(jìn)（臺(tái)月效率高，平均614 m）?？捎糜趲r石可鉆性8~9級(jí)的地層鉆進(jìn)（臺(tái)月效率低，240 m）。NTW口徑施工深度在300~350 m為宜，鉆進(jìn)深度超過(guò)400 m，為確保鉆探施工效率，建議采用BTW口徑施工終孔。

（2）便攜式全液壓鉆機(jī)特點(diǎn)突出，淺孔作業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯，經(jīng)濟(jì)成本可行。該鉆機(jī)搬遷、拆裝方便快捷，臨時(shí)占地少，環(huán)境破壞小，人工勞動(dòng)強(qiáng)度低，符合綠色施工作業(yè)要求。淺孔鉆進(jìn)臺(tái)月效率較高，可有效控制鉆探綜合成本。實(shí)際應(yīng)用中要依據(jù)工區(qū)地形環(huán)境、地層情況及經(jīng)濟(jì)成本等條件綜合確定該鉆機(jī)是否可行。

（3）便攜式全液壓鉆機(jī)配合新的（改進(jìn)）工藝方法，可提高鉆機(jī)的施工效率和鉆進(jìn)施工能力，彌補(bǔ)其短板。如優(yōu)選（改善）薄壁繩索取心金剛石鉆頭，通過(guò)改善沖洗液、涂抹潤(rùn)滑脂等方法降低鉆桿與孔壁摩阻力，采用“便攜鉆探裝備+輕型高強(qiáng)鉆探管材”的技術(shù)方法等，能夠有效增強(qiáng)該系列鉆探設(shè)備的施工作業(yè)能力。

（4）繼續(xù)加強(qiáng)人機(jī)結(jié)合，探索高效技術(shù)試點(diǎn)應(yīng)用。下步還需深入增強(qiáng)人機(jī)的磨合，操作人員要深層次掌握該系列鉆機(jī)使用特性和施工技術(shù)參數(shù)，在實(shí)踐中加強(qiáng)探索和研究，結(jié)合地層情況，合理選擇鉆頭和施工工藝，優(yōu)化鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量等技術(shù)參數(shù)，提高鉆頭壽命，確保鉆機(jī)鉆速最佳。試點(diǎn)開(kāi)展HTW、NTW口徑的鋁合金繩索取心鉆桿應(yīng)用，探索“便攜鉆探裝備+輕型高強(qiáng)鉆探管材+高效碎巖鉆頭”的技術(shù)方法研究與應(yīng)用，進(jìn)一步研究解決便攜式全液壓鉆機(jī)的能力不足等“瓶頸”問(wèn)題。

（5）大力促進(jìn)綠色地質(zhì)鉆探工作建設(shè)，完善綠色鉆探相關(guān)工作制度、管理辦法及成本預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)等，形成相應(yīng)的綜合管理體系，支撐綠色鉆探施工作業(yè)各環(huán)節(jié)要求，保障鉆探工程全周期的各項(xiàng)費(fèi)用投入。研究綠色施工技術(shù)、工藝方法和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)模式，與地質(zhì)工作緊密結(jié)合，推廣以鉆代槽、一基多孔的工作思路，發(fā)揮便攜式全液壓鉆機(jī)更大的綜合優(yōu)勢(shì)。