XD800型全液压便携式钻机在矿区勘查中的应用效果分析

李兴兵

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000）

1 矿区概况

1.1 自然地理条件

当金山矿区位于甘肃省阿克塞县博罗转井镇长草沟内，距阿克塞县城163°方向31km，属典型的大陆性气候，日温差较大，年平均气温为9.4℃，矿区海拔在3180～3480m之间，年平均降水量为150mm±，年降雨量少，蒸发量大。这里四季分明，春、冬两季多风，风向东、北东，风力一般3～4级，最大可达7级，夏季酷暑炎热，秋季凉爽，冬季寒冷。区内属阿尔金山北坡，山势陡峭，地形复杂，属低高山区，地势一般南部较高，向北地形逐渐变低，相对高度60～300m，山脉走向近40°，地貌类型单一，微地貌类型主要为冲沟，矿体出露地貌类型为山脊。

1.2 地质概况

1.2.1 地层

矿区地层属华北地层大区—秦祁昆地层区—祁连北秦岭地层分区—中祁连地层小区及南祁连地层小区，出露地层有古元古代北大河岩群（Pt1B）、长城纪熬油沟组（Cha）、桦树沟组（Chh）、奥陶纪吾力沟群（OWL）、志留纪巴龙贡噶尔组（Sbl）、古近纪白杨河组（Eb）及第四纪地层。黄褐色石英砂岩分布于矿层底部，厚度在30～218m，局部夹石灰岩透镜体。地表黄褐色，深部浅灰色，细粒砂状结构，块状构造。岩石主要由石英（≥90%）及少量斜长石及黄铁矿组成。

1.2.2 构造

矿区位于柴达木地块的北缘的阿尔金走滑断裂带上盘，构造以断层为主，褶皱不发育，断层对地层的破坏作用比较明显。

1.2.3 侵入岩

矿区出露的侵入岩主要为加里东晚期的花岗闪长岩，分布于矿区北部，呈岩株状产出，北东东—南西西向展布。

2 XD800型钻机的技术性能

钻机主要由液压操作台、柴油发动机、液压动力头、绳索卷扬机、泥浆泵、机架及储浆罐等构成。钻机主要性能见表1所示[1]。

表1 钻机主要性能表

表2 XD800型全液压便携式钻机与XY-4立轴式钻机施工应用效果对比表

表3 便携式钻机与立轴式钻机年成本及收益对比表

3 XD800型钻机应用效果分析

该矿区2017年度设计钻孔5个，钻探工作量1100m，使用XY-4立轴式钻机，采用普通φ75mm金刚石绳索取心钻具，自2017年7月12日-11月2日完成钻孔5个，完成工作量1124.24 m，台月效率1102.52～1238.54 m，平均小时效率2.09～2.47m。

2018年度设计钻孔6个，钻探工作量1200m，使用XD800型全液压便携式钻机，采用NQ型金刚石绳索取心钻具，自2018年9月22日-11月2日完成钻孔6个，完成工作量1243.02m，台月效1784.62～2321.06m，平均小时效率3.14～4.53m。XD800型全液压便携式钻机与立轴式XY-4型钻机施工效果对比见表2[2]。

从表2可以看出，XD800型全液压便携式钻机的台月效率及平均小时效率是XY-4立轴式钻机的1.5～2倍，其在42天的施工时间中，正常钻进只有20天左右，搬迁、安装计12天左右，等待布置钻孔10天，而立轴式钻机在49天的施工时间中，正常钻进29天左右，搬迁、安装计20天左右。从各类数据情况看，便携式钻机的钻进时效、钻进辅助时间较立轴式钻机有明显的优势，在今后的施工中，减少停待时间将会大大的提高该钻机的效率，在正常情况下，XD800型钻机单月完成800 m钻探工作量是完全可以做到的。

4 XD800型钻机成本及收益分析

4.1 钻机投入分析

4.1.1 钻机成本

XD800型全液压钻机的购置费用约120万（含钻机附件及钻具），其中钻机购置费用为88万，购置具有同等能力的国产立轴式钻机约50万（含钻机附件及钻具），其中钻机购置费用为28万。显然，便携式全液压钻机其购置费用远高于立轴式钻机。

4.1.2 使用成本

（1）设备折旧：按设备年折旧率15%计算，便携式全液压钻机和立轴式钻机的年折旧费分别为13.20万、4.20万，这部分费用是固定的，随年施工工作量的增加，单位折旧费用也会相应下降。

（2）钻具消耗：在该矿区施工中，便携式钻机配置NTW钻杆300m、NTW钻具3套，按NTW钻杆223元/m，NTW双管钻具2550元/套，计算总共需费用74550元，假设其使用寿命为8000m，则单位成本为9.30元/m，钻头和扩孔器消耗量分别按1个/60m计算，其价格为880元，单位成本为14.67元/m，则钻具单位成本为23.97元/m。

立轴式钻机配置S75钻杆300m、3套S75钻具，按钻杆130元/m，钻具3500元/套，计算总共需费用49500元，假设其使用寿命为8000m，则单位成本为6.20元/m，钻头和扩孔器消耗量分别按1个/60m计算，其价格为620元，单位成本为10.33元/m，则钻具单位成本为16.53元/m。

（3）燃料消耗：XD800全液压便携式钻机动力为3台33kw柴油发动机，XY-4型立轴式钻机动力为100kw柴油发电机组。通过该矿区钻探施工统计，XD800便携式钻机和XY-4立轴式钻机的单位进尺燃油消耗量分别为8kg/m、6kg/m，造成全液压钻机燃油消耗比立轴式钻机大的原因是液压传动效率低、消耗功率大所致。

4.2 收益分析

依据上述的分析，参照钻探施工平均台月效率，做如下假设：年工作量充足，正常施工9个月，按现行市场钻探费用450元/m，燃油8.5元/kg计算，则可计算出两型号钻机的工作量、成本及收益（见表3），XD800钻机要比XY-4钻机多近84万，经济效益十分显著。

通过表3的经济核算可以看出，虽然便携式钻机的购置费较立轴式钻机高，但同样钻进效率比立轴式钻机高，XD800型便携式钻机正常施工可创出极高的钻探经济效益，短期内就可以收回成本[3]。

5 XD800便携式钻机的优缺点

5.1 钻机优点

（1）适用施工小倾角的钻孔，倾角范围45°～90°；

（2）采用薄壁钻杆、钻具、钻头切削截面小，钻进效率远远高于普通绳索取心钻具；

（3）与立轴式钻机相比，由于给进行程长，降低了岩心断裂、堵塞的概率，特别是在破碎地层中钻进可实现快速通过；

（4）钻机只配备支架，无需上塔操作，减少了高空作业的安全风险；

（5）钻机操作系统采用仪表化设计，操作简单方便[4]；

（6）钻机采用模块化设计，质量最大的部件（柴油机模块）只有180kg，方便运输和安装，大大地节约了搬迁和安装时间，在交通不便的山区施工尤为突出；

（7）在山区或在林区施工，不需要修建临时运输道路，减少了对植被和环境的破坏，同时降低了对临时用地的赔偿金额。

5.2 钻机缺点

（1）相较于立轴式钻机，由于其动力为液压驱动，再无其它辅助动力，其抗拔能力、处理孔内事故的能力较弱；

（2）正常钻进时冲洗液不能循环利用，相对增加了施工成本，水源较远及缺水工区其适用性较差；

（3）复杂地层钻进时，为保证孔内冲洗液的性能，需另外增加清水循环系统来冷却液压油；

（4）钻机液压手把操作灵敏，在频繁操作下容易产生误操作引发安全事故；

（5）相较立轴式钻机，钻机配件价格高，造成施工成本提高[5]。

6 结语

通过XD800型便携式钻机在当金山矿区的施工实践，该钻机施工效率高，尤其在山区施工中，搬迁、安装、钻进效率优势明显。

但也存在以下两方面的问题：一是钻机处理事故的能力较弱，对于较复杂的地层，其发生事故的风险较大；二是由于该钻机钻进用冲洗液同时要对钻机液压油进行冷却，导致钻进冲洗液不能重复利用，若要重复利用，必须改装液压油冷却系统，增加使用成本。