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文档简介
1、地质勘查钻探装备存在的问题与展望 摘要:地质勘查行业钻探装备发展到现在,已经形成系列化,专业化。发展的比较快。缩短了与国外同行业的差距。就国内地质勘查现在的钻探设备,钻机的功能还比较单一;操作不便;搬运困难;劳动强度大。钻杆、取芯钻具、钻头等虽已系列化,但由于国产材料,材质和加工工艺存在问题,给钻探提高效率、降低成本;以及中深、深孔钻探,造成比较严重的制约;进而影响钻探效率和钻探成本。 关键词:多功能钻探设备;组合钻杆钻具钻头;国产材料材质;加工工艺 一、地质勘查钻探装备目前存在的问题 目前,地质勘查钻探装备存在的问题,尤其是地质勘探钻机,发展到今
2、天,已经系列化,专业化。但是,地质勘探钻机的功能还比较单一;操作不便;搬运困难;劳动强度大。配套装备有机组合性差。例如:我国现有的浅孔取样钻机(钻进深度小于100米);SH30型取样钻机系列(冲击钻进);XY型立轴式液压给进取样钻机系列(回转钻进);车载取样钻机系列(回转钻进)等,它们共同的特点是钻进功能单一。不能满足不同地层的钻进技术要求和地质技术要求。 在工程地质勘察钻探中,所钻探的地层大多数为第四系地层(Q4);粘土层;砂砾层;全风化强风化软质岩地层,部分硬质岩地层。第四系地层到软质岩,一般可采用冲击钻进。硬质岩地层,采用回转钻进。在实际勘查钻探中,所钻地层第四系、软质岩、硬质岩都有。冲
3、击钻机和回转钻机都得用,无论长途运输,还是钻探施工现场,都要准备多种运载工具。给取样钻探施工带来诸多不便。成本较高,浪费人力物力。 在矿产地质钻探中,尤其在固体矿产钻探,钻探设备发展到今天,也存在钻探设备功能单一;不能适应各种地层。钻探设备和运载工具分离,运载钻探装备,费时费力,在台时利用率中,占有比例较高。 进入二十一世纪,科学技术的发展,日新月异。特别是我国,与国外同行业的差距在缩小。地质勘探钻机已向多功能、全液压、自动化、相关装备有机组合方向发展。针对地质勘探不同领域的需求,研制出适合不同领域的多功能、全液压、自动化系列地质勘探钻机。 二、现有地质勘查钻探装备存在的问题与改进 (一)地质
4、钻探钻机功能的改进 现有工程地质钻探设备,100米以内浅孔取样钻机,冲击钻进和回转钻进功能是分开的,是两种型号的钻机。如果把这两种钻进功能组合在一种型号钻机上,不但减少设备的投入,还可满足各类地层的需要。取样质量好,满足地质需要;提高钻探效率,降低钻探成本。将SH302型钻机的冲击功能,设计组装在XY1型钻机上;既可冲击,又可回转,可成倍地提高在第四纪(Q4)地层钻进效率和取样质量。因第四纪地层(Q4)是比较复杂的,单一的冲击或者回转,往往钻探效果不理想。钻孔质量低;取样质量差;钻探效率低。成本高。在实际钻探取样中,经常出现孔内事故,同时具备冲击、回转功能,对处理孔内事故效果好;缩短处理事故时
5、间。在某勘查项目中,使用了经过改装的兼有冲击、回转功能的改进型XY1(G)型取样钻机,第四纪(Q4)地层比较复杂,层厚达78米多。钻进效率较高;取样质量好;降低了钻探成本。同时也减轻了工人的劳动强度。建议生产厂家(目前还没有生产厂家改进生产这种多功能钻机),设计改进XY1型钻机,满足用户和地质钻探需要。 (二)运输工具的改进 在钻探施工场地运输,一直采用人力、胶轮拖拉机、履带式拖拉机搬迁;费时费力。有条件的自带。无条件的外雇。多增加了外业施工设备和外业钻探施工成本。可以考虑将XY1型取样钻机设计装在小型履带机上;改成自走式。既解决了钻探施工场地的运输,又适应各种钻探施工环境场地;提高搬迁效率。
6、XY型系列中、深孔钻机,也可以考虑将其设计装配在自走式中型履带机上。 (三)钻塔的改进 钻探使用的钻塔,相对于钻机,是分体的。不但安装费时费力,使用、运输也不方便。建议设计改进成塔、机一体;增加液压起落;液压调平钻机钻塔。节省辅助生产时间;减轻劳动强度。 (四)如果能将XY型系列钻机,设计改进为具有冲击、回转功能(特别是XY-1型取样钻机);塔、机一体;钻塔液压起落;钻机钻塔液压调平。履带式自走。将带来一场地质钻探设备的革命;实现钻机、钻塔、运输工具一体化。极大地提高钻探效率,减少辅助时间,减轻劳动强度。 三、地质勘查钻探装备未来发展方向 在我国,现行使用绝大部分地质钻探取样钻机,无论是浅孔钻
7、机,还是中、深孔钻机,基本都是液压立轴式钻机。从上个世纪60年代开始自行研制钻机、并投入生产使用以来,使用了半个世纪。逐步形成了XU,XY等系列地质取样钻机。80年代末到90年代后,对全液压动力头式钻机近行了有益探索。研制的样机,由于受液压技术相对落后的限制,末能推广使用。 近些年来,有些国家无论是在新设备研制上,还是在新工艺方法的应用上,都有了长足的发展。目前,国外研发的中、深孔高速动力头地质取样钻机国家有美国、加拿大、澳大利亚等国。其中阿特拉斯公司(CS系列),以及常年公司(LF系列)的地质取样钻机,钻进能力从600m2000m孔深,均形成了系列。计算机控制只须一个人操作的自动化钻机。 进
8、入21世纪,随着液压技术的发展,我国开始研制新一代YDX系列全液压动力头式取样钻机,并不断推广。我国已经有钻进能力1000m的YDX3型钻机。所以,未来地质钻探设备发展方向,是向全液压动力头式、计算机控制方向发展。配套组合的塔、机、行走一体化;以适应各种环境的钻探施工场地。 四、钻杆、钻具和钻头存在的问题 我国目前使用的各类管材,基本上国产的。国产管材始终存在着瓶颈,材质不佳,加工工艺及加工质量差。易折断、脱扣、耐磨性和韧性差等一系列问题。一直是涵待解决的难题。 金刚石钻头的研制,我国从20世纪60年代开始研制应用,虽经过半个世纪的发展,金刚石钻头研制水平提高不大。在可钻性级地层钻进,钻头的平
9、均寿命在30m40m;平均小时效率在1.2m1.5m/h之间水平;对各类地层适应性较差。 建议有关科研和生产部门,在管材材质和加工工艺上,能研制出高强度、耐磨性好、韧性佳;加工质量高的管材。随着地质找矿的深入,钻孔深度向深孔方向发展。从几百米向2000米以上深度钻探。对管材材质和加工工艺提出了更高的要求。金刚石钻头的寿命和小时效率亟待提高;加快研制人造复合超硬材料;以适应中、深孔钻探的要求。复合材料和加工工艺,是制约地质钻探效率和发展的瓶颈。 五、组合钻探技术研究与应用 我国在钻探工艺上的应用于研究,门类比较齐全,研制的水平也在不断的提高。早在上个世纪80年代,开始了绳索取芯;液动冲击;孔底动
10、力;孔底换钻头方面的研究。近30年来,取得了一定的成果。但是在钻探生产中,在技术上比较成熟、能普及推广应用的,只有绳索取芯。液动冲击技术-液动潜孔锤的研制,受到结构、性能的制约,一直也没有在钻探生产中真正的推广使用。孔底动力和孔底换钻头,还一直处在研制、试验完善中。只有在个别科研钻探孔中应用过;在钻探生产中普及推广应用,还有一段距离。绳索取芯、液动冲击、孔底动力、孔底换钻头,四位一体的组合钻具,一直是地质钻探人的梦想。30多年过去了,还没有定型推广使用。建议有关科研部门联合攻关,科研成果共享;加大科研投入;争取早日应用到钻探生产中。它会大幅度提高钻探效率;降低钻探成本。取得显著的经济效益。 六、结论与建议 (一)改进XY型系列立轴式液压钻机,具有冲击、回转钻进功能。钻塔、钻机、自动行走一体化。 (二)我国YDX系列全液压动力头式钻机已经应用到了生产实践,应在地质钻探中推广使用;使我国钻探设备尽快实现升级换代。 (三)国产地质管材材质,研制出高强度,耐磨性好,韧性佳等合金管材。满足地质钻探需要;特别是满足中、深钻孔的需要。 (四)研制出符合地质钻探各类岩层的人造超硬复合材料;从而提高钻头的使用寿命和小时效率。 (五)在我国自主研制的
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