国产全液压钻机在德勒诺尔矿区施工中的应用

张 士 敬

(福建省121地质大队，福建 龙岩 364021)



·机械与设备·

国产全液压钻机在德勒诺尔矿区施工中的应用

张 士 敬

(福建省121地质大队，福建 龙岩 364021)

阐述了全液压动力头式钻机的优点与不足，详细分析了全液压钻机在矿区施工过程中存在的问题，并总结了相应的解决方法及建议，以提高钻探工艺术水平，从而更好地为地勘行业服务。

全液压钻机，工艺技术，施工效率

1 概述

随着钻探市场的不断发展以及钻探工艺技术的不断进步与提高，钻探设备也在不断地创新升级，众所周知，全液压动力头式钻机是目前较为先进的钻机，在国外比较发达的国家已经普遍使用，随着我国对钻探市场的勘探开发力度的不断加大，我国的钻探设备升级更新工作也有了较快的发展。全国已经有好多厂家也在不断地开展全液压动力头式钻机的研制开发工作，比如有山东、北京、西安、连云港、无锡等厂家陆续推出了一系列的全液压动力头式钻机。由于全液压动力头式钻机相对于传统的XY-5及XY-6钻机的特殊优点及在施工与搬家过程中较为快捷的能力，现在越来越多的勘探单位购买全液压动力头式钻机。福建省121地质大队(以下简称为“121队”)也根据市场的概况在2008年—2010年相继购置几台山东省地质探矿机械厂生产的全液压动力头式钻机，其中两台：XDF-5A,XDC-5A及XDF- 4A两台共计四台套先后投入到钻探施工中(见图1)。在实际的钻探施工过程中全液压动力头式钻机既体现出比较大的优势，同时也暴露出不少的问题。

针对上述情况所出现的问题我们进行总结研究分析，摸索并制定合理的措施以便于更好的发挥全液压动力头式钻机的优势，最大的提高施工效率，并降低钻探施工成本。

2 全液压动力头式钻机的特点及概况

1)与以往的立轴岩心钻机相比全液压动力头式钻机是将传统的机械动力转化成液压驱动。全液压动力头式钻机是采用全液压传动靠液压传动系统将机械能转化成压力能并通过各个阀的控制将液体的能量来传递压力及工作信号，再借助各个执行元件将液压能转换成机械能以满足钻探施工各种动作的需要从而实现了机、电、液一体化，自动化程度高，操作集中，方便省力，安全可靠。

2)与以往立轴岩芯钻机相比全液压动力头式钻机实现了无级变速功能以及长给进行程设计。全液压动力头式钻机采用独特的动力头回转器，可以实现钻机转速的无级调节，实际施工过程中可以根据地层情况，钻具压力以及扭矩等情况实现自动的转速调节。由于全液压动力头式钻机给进行程长一般都大于3 m，所以在实际的钻进过程中可以减少倒缸的次数，钻进更加平稳减少岩心的堵塞从而减少了打捞次数，大大的提高了钻进效率。

3)与以往立轴岩芯钻机相比全液压动力头式钻机主卷扬以及副卷扬都采用了液压马达的控制。全液压动力头式钻机的主卷扬机马达和副卷扬机(副绞车)马达都是无级调整，使得主卷扬机和绳索取芯绞车的速度也可以无级调整。

4)与以往立轴岩芯钻机相比全液压动力头式钻机结构简单，搬迁方便，大大节约了搬迁时间。全液压动力头式钻机设计由主机、动力装置操作台及钻塔组成一体这样有利于搬迁。钻塔采用桅杆式方便拆卸，在搬家过程中将钻塔上节拆掉即可整体将钻机装走，进而缩短了搬运时间，提高搬迁速度，从而有效提高钻探效率。

5)与以往立轴岩芯钻机相比全液压动力头式钻机斜孔施工更加方便，扩大了施工范围。全液压动力头式钻机采用桅杆式钻塔，此种钻塔便于安装、拆卸及斜度的调整，利用液压操作阀对钻塔实现起降既节约了时间又节省了人工安装钻塔的劳动强度。

6)与以往立轴岩芯钻机相比全液压动力头式钻机采用了自动过载保护更有效的保护钻机。全液压动力头式钻机设计采用了钻机自身过载保护，如果遇到钻孔孔内事故在处理事故过程中超过钻机自身的设计最大荷载，钻机将自动卸载压力从而起到保护钻机的作用。

3 全液压动力头式钻机在施工过程中存在的问题

2009年福建省121地质大队又购置一台XDC-5A全液压钻机继续在甘肃肃北县境内德勒诺尔铁矿施工，本矿区地层主要为蓟县系花儿组及长城系南白水河组；上部地层以灰色微晶灰岩及少量的砂质板岩组成；中部地层主要由碎屑岩和少量碳酸盐组成，其中黑色局部黑红色磁铁矿钙质泥硅质岩为含矿地层；下部地层主要为长城南白水河组硅质条带灰岩夹钙质板岩。在本矿此钻机(XDC-5A)完成钻孔5个，累计施工3 000多米。但是由于本地区地层覆盖层比较厚施工难度较大，所以对于全液压动力头式钻机在施工当中经常遇到一些事故，在处理事故当中全液压动力头式钻机经常出现以下问题：

1)全液压动力头式钻机在处理事故的过程中自身能力比较差。在钻进施工过程中经常遇到比较复杂的地层往往会发生一些卡钻、埋钻烧钻等复杂事故，在处理此事故中较立轴钻机相比，其提拉能力差无法实现大扭矩的反转，如果强行使其强拉强扭极易造成钻机零部件及液压元件的损坏(见表1)。

表1 全液压动力头式钻机处理事故中损坏部件统计表

2)全液压动力头式钻机在提钻过程中人力劳动强度大且提钻速度比较慢。全液压动力头式钻机在提钻过程中，由于其钻塔高度的限制，每次只能两个提两个小根，所以提钻时间长并且人的劳动强度大。

3)全液压动力头式钻机管路多液压体系比较复杂,在使用过程中漏油、渗油的现象经常发生。全液压动力头式钻机由于设计油路管路比较多而且整个液压系统也比较复杂，并且在施工过程中经常伴有一些漏油、渗油的现象，给施工造成一些不必要的麻烦。

4)全液压动力头式钻机液压卡盘存在受力不均经常发生断螺丝现象。全液压动力头式钻机在斜孔施工中由于液压卡盘的固定螺丝受力不均匀，在正常施工中经常发生卡盘固定螺丝的扭断，造成卡盘的松动而卡不住钻机主动钻杆给施工造成一定的影响。

5)全液压动力头式钻机容易受到外界因素的干扰对其性能有很大的影响。全液压动力头式钻机在施工过程中由于易受到外界因素的干扰，比如在高原以及比较寒冷的地区施工时，钻塔天轮由于受打捞过程中从孔内带上来的泥浆而造成结冰现象严重，滑轮的损坏也比较严重，再者钻机液压油系统也容易受到风沙、粉尘等影响，所以钻机的维护以及保养就需要较好的施工环境。

6)全液压动力头式钻机的配件成本比较贵，维修保养成本较高。全液压动力头式钻机由于其液压系统的特殊性，一般钻机出现问题往往采用整体换一些零部件从而造成钻机维修费用成本偏高。

7)全液压动力头式钻机在深孔及复杂地层施工过程中优势不太明显。全液压动力头式钻机在施工复杂地层以及深孔施工过程中与以往的立轴钻机相比没有明显的优势，甚至通过数据比对其效率比立轴岩新钻机效率更低，所以这也是在此我要重点介绍的全液压动力头式钻机的不足之处。下面通过一些施工的具体对比情况反映一下上述情况(见表2)。

表2 全液压动力头式钻机与立轴式钻机施工情况对比

8)全液压动力头式钻机副卷扬在打捞过程中辅助时间较长深孔中更为明显。全液压动力头式钻机由于副卷扬的上升以及下降都是由马达直接驱动，副卷扬上升以及下降速度由发动机油门控制，速度变化范围很小，所以在打捞过程中辅助时间较长，尤其在深孔施工中更为明显。

4 分析问题及解决问题建议

1)全液压动力头式钻机在复杂地层以及深孔施工中的效率低的原因有以下几点：

a.由于全液压动力头式钻机受钻塔设计的限制上下钻时间比立轴式岩芯钻机时间长。立轴式岩芯钻机一般一次性可以提拉4个钻杆小根(即1立根)，而全液压动力头式钻机一般一次只能提拉2个钻杆小根(即1立根)，每一次提拉钻杆就比立轴式岩芯钻机少了一半所以造成较大的效率差异；b.由于全液压动力头式钻机在复杂地层施工过程中，孔内经常出现异常情况例如出现坍塌掉块、地层缩径等情况，有时还会出现埋钻、卡钻、烧钻、断钻杆之类的孔内事故，出现这些情况处理起来立轴钻机要比其力气优势明显能更有效的处理孔内事故，全液压钻机由于设计自身过载保护所以对处理事故需要花费大量的辅助时间，所以在时间利用率上和立轴岩芯钻机有一定差异导致施工效率低。

2)全液压动力头式钻机管路多液压体系比较复杂，在使用过程中漏油、渗油的现象经常发生，其原因有以下几点：

a.由于全液压动力头式钻机处理钻机事故时，各个操作阀不断地进行各种动作指令，并且钻机提升负荷和正反扭矩要比平时正常钻进工作时高出很多，所以这样的操作很容易导致全液压钻机的油泵液压马达各种操作阀油管及油封的破坏，从而造成管路漏油渗油等现象；b.由于全液压动力头式钻机处的各个液压元件基本都是国产的，和国外的一些进口的液压元件还是存在一定的差距，其次由于钻探行业性质经常在比较恶劣的施工环境施工以及人员队伍对此钻机接触较少技术管理水平以及操作水平也可能导致全液压钻机元件损坏的事故发生。

3)解决方法及建议:

a.认真学习全液压动力头式钻机操作及维护保养技术规程，尤其是在野外比较恶劣的环境中，对钻机的维护保养工作显得尤为重要，钻机应制定维护保养制度并组织钻机人员学习液压钻机的各个操作及保养规程并指定专门的钻机维护工作人员；b.全液压动力头式钻机的液压油路系统维护的注意事项及要点如下：

第一，在新钻机使用运转之前首先要检查液压油及润滑油的油位，各个接头是否密封好和稳固，是否有渗油漏油现象；第二，钻机液压系统严格按照说明要求使用标准液压油，液压油每使用6个月更换一次，更换时应对油箱进行清洗防止液压油污染以及油箱的清洁干净；第三，正常情况下钻机液压系统的过滤芯每使用6个月应进行更换，以防止由于液压油受到污染发生堵塞过滤器；第四，组织人员学习相应的液压技术相关知识，加强对班组人员的培训教育，并完善有关全液压钻机操作保养的各项规程制度，提高钻机的操作管理水平；第五，加强对钻机作业人员的教育，增强其工作的责任心，防止钻机及钻孔事故的发生。

5 结语

1)通过121队购买的几台液压钻机施工情况来看，全液压动力头式钻机在中浅孔的施工以及斜孔的施工过程中还是有着其得天独厚的优势，但是在深孔施工方面还有许多不足之处，如液压卡盘存在受力不均经常发生断螺丝现象；钻机的配件成本比较贵，维修保养成本较高。在深孔及复杂地层施工过程中优势不太明显，在副卷扬打捞过程中辅助时间较长，深孔中更为明显等。

2)笔者认为全液压钻机的设计及生产应与钻探施工的特点相结合，设计生产出更适合钻探、生产实际性能更加先进的钻机，从而改善其在中深孔以及处理事故时的弊端。我相信今后全液压钻机在地勘行业一定会发挥更加重要的作用。

3)以上一些观点只是本人的建议和看法，仅供参考。但是随着勘探市场的不断发展，全液压动力头式钻机也会不断创新以适应地勘行业发展的需要，进而更好地为地勘行业服务。

[1]庞少青，李国东.全液压动力头钻机存在的问题分析及改进建议.探矿工程(岩土钻掘工程)，2014,36(9)：64- 66.

[2]刘成才，朱发宪.全液压动力头钻机的改进建议.探矿工程(岩土钻掘工程)，2009,36(9)：40- 41.

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[4]陈华强.全液压动力头式钻机在斜孔施工中使用和维护探讨.企业技术开发，2011，30(17)：84-87.

[5]王亚萍，何宗长，宋海燕.对岩心钻机研发的几点思考.地质装备，2009(4)：11-14.

[5]李文德.甘肃德勒诺尔铁矿斜孔施工技术探讨.科学技术工程，2011，24(11)：71-75.

Application of domestic fully hydraulic drill in the construction of Deloitte Noel mining area

Zhang Shijing

(FujianNo.121stGeologyTeam,Longyan364021,China)

The paper describes the merits and defects of fully hydraulic drill, analyzes problems existing in fully hydraulic drill construction process, and summarizes corresponding solving methods and suggestions, with a view to improve drilling techniques and better service geology survey industry.

fully hydraulic drill, techniques, construction efficiency

1009-6825(2015)01-0222-03

2014-10-31

张士敬(1985- )，男，助理工程师

TD421.3

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