傳統(tǒng)鉆機(jī)的升級(jí)改造

董高林

（甘肅省核地質(zhì)二一九大隊(duì)，甘肅天水 741025）

0 引言

隨著科技進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展，鉆機(jī)技術(shù)逐步得到升級(jí)和改進(jìn)，當(dāng)前市場(chǎng)鉆機(jī)種類繁多，各種鉆機(jī)在功能及性能上各有優(yōu)勢(shì)。雖然傳統(tǒng)鉆機(jī)也具有相應(yīng)的功能，使用比較普遍，但在許多方面已經(jīng)不能滿足巖心鉆探、地質(zhì)等行業(yè)的需求。通過對(duì)傳統(tǒng)鉆機(jī)的升級(jí)改造，使鉆機(jī)技術(shù)逐漸完善。

1 傳統(tǒng)鉆機(jī)及其發(fā)展過程

1.1 傳統(tǒng)鉆機(jī)

鉆機(jī)的主要功能在于鉆探地下實(shí)物，如鉆取巖心、礦心等，由此獲知地下地質(zhì)與礦產(chǎn)資源等情況[1]。鉆機(jī)在生產(chǎn)、科研等方面都有非常重要的作用。鉆機(jī)分為不同的類型，傳統(tǒng)鉆機(jī)主要包括回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)、沖擊式鉆機(jī)、地表取樣鉆機(jī)等。傳統(tǒng)鉆機(jī)主要利用機(jī)械傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，性能也有很大的欠缺。傳統(tǒng)機(jī)械鉆機(jī)在施工應(yīng)用中，需要大量的人力資源，且主要靠自重鉆進(jìn)地下[2]。此外，傳統(tǒng)機(jī)械鉆機(jī)的鉆探區(qū)域十分有限，無論是搬運(yùn)、拆裝，還是升降，傳統(tǒng)機(jī)械鉆機(jī)都不能實(shí)現(xiàn)靈活使用。因此整體而言，傳統(tǒng)機(jī)械鉆機(jī)的工作效率不高。為提升相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)效率，傳統(tǒng)鉆機(jī)的升級(jí)改造是必然趨勢(shì)。

1.2 傳統(tǒng)鉆機(jī)發(fā)展過程

19 世紀(jì)鉆機(jī)出現(xiàn)并且主要依靠人力驅(qū)動(dòng)，而后利用蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)。傳統(tǒng)鉆機(jī)在社會(huì)發(fā)展過程中，其技術(shù)也有了發(fā)展。20 世紀(jì)50 年代，傳統(tǒng)機(jī)械鉆機(jī)與液壓技術(shù)結(jié)合，70 年代后鉆機(jī)的液壓程度得到提高，鉆探效率也相應(yīng)提高。

2 鉆機(jī)升級(jí)改造及類型分析

由于技術(shù)的進(jìn)步、市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)等各方面的原因，鉆機(jī)制造企業(yè)結(jié)合用戶的需求，通過創(chuàng)新和研發(fā)生產(chǎn)出新型鉆機(jī)[3]。新型鉆機(jī)采用的技術(shù)各不相同，其中包括自動(dòng)送鉆裝置、單軸齒輪絞車等技術(shù)。見圖1。

2.1 傳統(tǒng)鉆機(jī)的升級(jí)改造

由于傳統(tǒng)鉆機(jī)具有明顯缺陷，因此眾多鉆機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)為擴(kuò)展市場(chǎng)，致力于鉆機(jī)的升級(jí)改造。傳統(tǒng)鉆機(jī)的升級(jí)改造主要通過以下方式：

（1）在一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下改進(jìn)鉆機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，例如調(diào)整鉆機(jī)的鉆孔深度、立軸最大壓力、鉆機(jī)系統(tǒng)壓力等；設(shè)計(jì)和布置鉆機(jī)改造流程，從聯(lián)軸器、離合器等相關(guān)鉆機(jī)附件入手。

（2）改造的最終方向是將傳統(tǒng)鉆機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦鸵簤恒@機(jī)，因此改造時(shí)必須對(duì)液壓系統(tǒng)加以調(diào)整和處理，使液壓系統(tǒng)能夠幫助鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起升，主要從升級(jí)油缸入手。此外，還需要對(duì)塔架進(jìn)行相應(yīng)的改造。

（3）在設(shè)計(jì)和改造的同時(shí)，對(duì)鉆機(jī)滑輪組、支撐桿受力進(jìn)行計(jì)算分析，使其與液壓鉆機(jī)功能匹配。

在以上基礎(chǔ)上，不斷推進(jìn)傳統(tǒng)鉆機(jī)的升級(jí)改造。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了許多新型鉆機(jī)，以下主要以鉆機(jī)改造為切入點(diǎn)，分析高移運(yùn)大模塊鉆機(jī)及便捷式鉆機(jī)的升級(jí)方法。

2.2 升級(jí)改造后的鉆機(jī)類型

2.2.1 高移運(yùn)大模塊鉆機(jī)

傳統(tǒng)鉆機(jī)升級(jí)改造為高移運(yùn)大模塊鉆機(jī)，主要從3 方面進(jìn)行：①結(jié)合液壓起升系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，并且可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；（2）采用特殊的安全銷連接，不需要專用設(shè)備；（3）以液壓方式進(jìn)行井架和底座的起升。該類型鉆機(jī)同時(shí)采用輪式結(jié)構(gòu)，提高安全性和靈活性。高移運(yùn)大模塊鉆機(jī)的主要特點(diǎn)是可以進(jìn)行快裝，并且能實(shí)現(xiàn)方便的移動(dòng)運(yùn)輸，極大提高了工作效率。

2.2.2 便攜式鉆機(jī)

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，便攜式鉆機(jī)正逐漸成為主流產(chǎn)品。便攜式鉆機(jī)便于攜帶，同樣具備安全、高效的優(yōu)勢(shì)。便攜式鉆機(jī)主要指以渦輪增壓柴油機(jī)為動(dòng)力，采用頂驅(qū)全液壓動(dòng)力頭鉆進(jìn)的繩索取芯鉆機(jī)。結(jié)構(gòu)材料主要采用鋁合金，因此重量比傳統(tǒng)鉆機(jī)輕許多，單模塊不會(huì)超過150 kg。在使用的過程中，該鉆機(jī)不會(huì)對(duì)環(huán)境、植被等造成破壞，并且由于便攜式鉆機(jī)容易搬運(yùn)和拆裝，工作人員的工作量相對(duì)減小，使其推廣及應(yīng)用的范圍迅速擴(kuò)大。

圖1 新型鉆機(jī)

該型鉆機(jī)模塊化設(shè)計(jì)，拆解后最重模塊＜150 kg，靈活輕便，只需（0.8～1.2）m 寬的道路便可人工或畜力搬運(yùn)，可省移運(yùn)費(fèi)用，縮短工期。鉆桿長(zhǎng)1.52 m，壁薄重量輕，可人工或畜力搬運(yùn)。效率高，每班可鉆進(jìn)60 m 左右，尤其對(duì)稀有金屬如鈮鉭、鈾等存在于硬巖中的礦種使用率效突出，是傳統(tǒng)鉆機(jī)的十幾倍，采心率高達(dá)99%。只有4.5 m 高的人字撐桿，緊湊晃動(dòng)小，方位和夾角基本不跑；沒有鉆塔且只用12 V 電瓶照明，不但可以全天候施工，而且完全消除了高空作業(yè)、高空墜物、觸電等安全隱患；各模塊間快捷接頭軟連接，迅捷、高效、方便。井場(chǎng)只需（4.2×4.5）m，不需要另挖泥漿坑，基本上是清水或低固相鉆進(jìn)，不怕孔內(nèi)漏失，有利于開挖井場(chǎng)和保護(hù)環(huán)境，少伐樹木，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；鉆探角度（45～90）°，可應(yīng)對(duì)各種走向的礦脈。同時(shí)，更能滿足當(dāng)前的綠色勘查要求，容易達(dá)到安全、環(huán)保、健康三體系要求；配套的水泵揚(yáng)程高達(dá)300 m，管線是快捷接頭連接的可承壓10 kPa 的軟管，單人每小時(shí)能連接2000 多米。幾年的使用經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證，便攜式鉆機(jī)維修率低且方便高效。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)鉆機(jī)改造升級(jí)是必然的發(fā)展趨勢(shì)，而便攜式全液壓鉆芯鉆機(jī)已經(jīng)成為主流產(chǎn)品，克服傳統(tǒng)鉆機(jī)的缺陷，在移運(yùn)、拆裝、環(huán)保、安全、鉆深等方面，新型鉆機(jī)都有極大的改進(jìn)，便攜式液壓鉆機(jī)在應(yīng)用過程中必將會(huì)得到進(jìn)一步升級(jí)，不斷促進(jìn)傳統(tǒng)鉆機(jī)的發(fā)展，提升行業(yè)生產(chǎn)效率。