土木工程类论文深孔岩心钻探装备配置应用技术发展
摘要：在攻深找盲、深部找矿、危机矿山等社会经济发展需求下，深孔、特深孔施工数量的增加，深孔钻探技术得到迅猛发展，深孔岩心钻探装备具有广阔的发展前景。本文介绍深孔岩心钻探装备的应用技术和应用发展趋势。
1.深孔岩心钻探装备应用发展趋势
目前，我国深孔岩心钻机的发展与国外稍有不同，国外以全液压动力头岩心钻机为主，我国以立轴式岩心钻机为主。从钻机的应用发展趋势上来说，主要有两个方面：一是发展全液压动力头岩心钻机，二是提升立轴式岩心钻机的钻进能力，推动深孔岩心钻探装备的发展。这两种发展趋势都是围绕深孔钻探需求日益增长而形成的。下面就这两种钻探装备的工作效率、质量、安全、工艺适应性等进行简单介绍。
全液压动力头岩心钻机可实现大行程钻进、无级调节回转转速，钻进工艺稳定，参数控制精度高，实现人文性操作管理，该钻机的工作效率大于立轴式岩心钻机。如：某地质探矿公司于2006年运营XD-3型钻机进行试验，平均时效为2.46m，比同矿区的其他钻机效率高30%左右。又如：新疆某公司2006年在某矿区钻19个孔，最深钻孔为1400m，最浅钻孔600m，平均钻孔深906m;运用到3种钻机，为进口的LF-90型全液压动力头岩心钻机、国产YDX-3型全液压动力头岩心钻机和国产xY-44型立轴式岩心钻机。通过各项指标对比，发现全液压动力头岩心钻机的机械钻速、工作效率均优于立轴式岩心钻机。除此之外，全液压动力头钻机还具有事故率低、参数监测方便、工作强度低、搬迁耗时少等优点，但其在我国的应用还不普遍，主要是因为：我国的机台管理水平不高，在较为复杂的地层中，钻头使用寿命低，回次进尺短，无法充分发挥全液压动力头岩心钻机的优点，有时与立轴式岩心钻孔成效相差无几。随着我国装备配置水平的提高和深孔钻探需求的增大，全液压动力头岩心钻机的应用将会越来越广泛，其是我国深孔岩心钻探装备的主要发展趋势。立轴式钻机拆卸方便，维护保养简单，且能有效减小辅助时间，机械效率高，价格低。但其给进行程短，且需要经常性停机倒杆，振动大，发出较大噪音，智能化水平较低，且搬迁、安装不便。
2.应用技术
2.1全液压动力头钻机应用技术改进与优化
国产全液压动力头钻机与国外的还有一定差距，必须不断进行技术改进和优化，促进全液压动力头钻机的可持续发展。1.在考虑钻机基本功能、操作便利、维护管理、搬运方便等要求的基础上改进结构布局，增加孔口的操作空间，设计人性化的操作面板。2.改进动力分配，最大限度降低能耗。为主卷扬机配备自由落体功能，钻柱在下降时配合水刹车装置，有效降低动力负荷。3.安全防护措施，根据钻机的工作原理、结构和运行状况进行安全防护设计，防止坠落、烫伤、夹伤等事故的出现。4.钻机的动力头自重大，机动性差，在使用动力头拧卸绳索取心钻杆时，很容易出现钻杆螺纹毁坏情况，因此，必须改进动力头的运行机理，保证其不会损伤钻杆螺纹。5.环保设计。钻机的油路多，若发生泄漏，液压油可能在短时间内消耗完，不仅浪费资源，还造成严重的环境污染，而当前的油温油位显示装置无法正确预测油路管道泄漏情况，这时应在管路上设计报警装置，进行全过程动态监测管理。6.降低操作难度，减轻工作量，在深孔岩心全液压动力头钻机中配备自动化移摆和拧卸钻杆装置。如：宝长年公司研发出来的4200型钻机配置了自动化程度非常高的绳索取心钻杆移摆和拧卸装置，在减轻工作强度方面发挥重要作用。
2.2泥浆泵技术
深孔岩心钻机的泥浆泵比一般的钻机泥浆泵泵压高一些。深孔地质探矿钻机钻孔直径小、钻杆细，且多遇到变质岩和火成岩，因此钻孔的自然弯曲度高，尤其是在一些斜地层中，钻孔弯曲度非常高，这种情况给斜孔的钻孔施工带来巨大困难，如何选择开孔方位角、钻塔是需要着手考虑的问题。同时，在泥浆泵的选择中，也需要考虑到斜孔钻探问题，合理选择泥浆泵各项参数。随着深孔岩心钻探的发展，复杂的探矿环境、特殊的工艺要求等对泥浆泵的要求越来越高，这将会推动泥浆泵设计制作技术的发展，有可能使其从全液压动力头钻机中分离处理，进行单独的动力配置。在特深孔岩心钻探中采用的泥浆泵逐渐发展成为采用液压驱动、软件程序控制、集中操作的高技术产品。
2.3钻杆柱的设计和改进
对于超过1500m的深孔，必须在施工前检验绳索取芯钻杆的强度。我国钻杆生产厂家并没有给定钻杆额定使用深度，因此，在钻孔前需先检查钻杆柱的强度，确保深孔岩心钻探施工的顺利进行。在这一点上，可根据钻杆壁的厚薄和强度来确定，不同的厚度、材质、螺纹形式会产生不同的取芯钻具，建议生产厂家将取芯钻杆分成普通、薄壁、高强度等多种形式，适应用户需求。建议钻探单位从钻杆的管体以及接头材质、管壁厚薄、螺纹形式、连接强度、密封性等方面选择合适的钻杆。在实际钻探施工中，根据行业标准使得下钻时的上扣预紧扭矩比正常的钻进扭矩大20%。由于实际钻探施工中的钻杆拧卸多采用人工方式，劳动强度大，对此，可推广液压吊钳方式，既保证预紧扭矩的恰当，又降低劳动强度。
2.4钻头和扩孔器
为提高深孔岩心钻探的施工效率和质量，回次进尺与提钻的间隔越大越好，这就要求必须选择长使用寿命的钻头和扩孔器，如：高胎体钻头。伴随着钻探工程的发展，金刚石钻头工作层的高度逐渐增加，这要求不断提高钻头的使用寿命，至少要提高30%左右。
3.结束语
科学合理为深孔岩心钻探工程配备钻机、辅助设备、监测系统等是保证钻孔安全、钻孔作业效率高、降低钻机能耗的重要措施，是推动企业可持续发展的重要举措。建议相关技术部门、研发部门、科研机构积极进行深孔岩心钻机的改进研究，推动我国深孔岩心钻探工程的发展。
参考文献
[1]王达.深孔岩心钻探的技术关键[J].探矿工程岩土钻掘工程，2009(z1)：卜4.
[2]孙建华，周红军，王汉宝，等.深孔岩心钻探装备配置应用技术趋势分析[J].探矿工程岩土钻掘工程，2011，38(5)：卜7.
[3]刘跃进.深孔岩心钻探设备的发展与展望[A].2012深部钻探及新技术推广应用研讨会论文集[c].2012年：79 108.
