地質(zhì)巖心鉆探裝備淺談

　　本文簡單的回顧了我國地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)的發(fā)展歷程，并介紹了我國和國際上的地質(zhì)巖心鉆探裝備技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。同時還對深孔地質(zhì)巖心鉆探裝備技術(shù)的特點進行了分析，在此基礎(chǔ)上針對我國的地質(zhì)巖心鉆探裝備技術(shù)的發(fā)展工作提出了幾點建議。

　　《地質(zhì)找礦論叢》要報道礦產(chǎn)地質(zhì)及相關(guān)領(lǐng)域的最新科研成果，地質(zhì)技術(shù)和方法的應(yīng)用，資源利用與開發(fā)的探索等方面內(nèi)容。刊物面向礦產(chǎn)地質(zhì)工作者和地學(xué)院校師生。歡迎廣大讀者訂閱或投稿。獲獎情況：美國《化學(xué)文摘》(CA)收錄期刊、中國科技論文統(tǒng)計源期刊、《中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫》來源期刊。

　　引言:

　　礦產(chǎn)資源勘探生產(chǎn)需求是促進地質(zhì)鉆探裝備及技術(shù)進步的原動力，相關(guān)基礎(chǔ)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展是促進鉆探裝備技術(shù)進步的保證條件。而在所有鉆探技術(shù)服務(wù)門類當(dāng)中，地質(zhì)巖心鉆探工作量占了較大部分，對鉆探裝備技術(shù)的發(fā)展貢獻也最大。在《國務(wù)院關(guān)于加強地質(zhì)工作的決定》提出的地質(zhì)工作主要任務(wù)中，\"突出能源礦產(chǎn)勘查\"和\"加強非能源重要礦產(chǎn)勘查\"是兩項首要任務(wù)，國家給予了大力的支持。而作為唯一能從地下取出實物巖礦樣品的勘探技術(shù)方法，一直以來，人們從沒有停止過鉆探裝備技術(shù)的研究。隨著我國資源戰(zhàn)略攻深找盲的不斷推進，固體礦產(chǎn)勘探和開采深度逐步加大，對地質(zhì)巖心鉆探設(shè)備、機具、技術(shù)提出了更高要求，需要我們不斷在實踐中探索、研究。本文就地質(zhì)鉆探裝備技術(shù)的發(fā)展歷程、目前水平、在實際勘探中的應(yīng)用等多個方面對地質(zhì)巖心鉆探裝備技術(shù)進行了綜合探討。

　　1. 地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)的發(fā)展狀況

　　18世紀中葉出現(xiàn)人力驅(qū)動的巖心鉆機和天然金剛石鉆頭至今的100多年中，巖心鉆機由早期的機械傳動手把給進到機械傳動液壓給進立軸鉆機發(fā)展到今天的全液壓動力頭鉆機以及自動化、智能化地質(zhì)巖心鉆機。與此同時，孔底動力鉆具(潛孔錘、螺桿鉆、渦輪鉆、孔底電鉆等)也從發(fā)明到發(fā)展，至今已具有一定水平。從1862年天然金剛石用于制造金剛石鉆頭巖心鉆探方法問世;1899年發(fā)明了鐵砂(鋼粒)鉆進;1916年硬質(zhì)合金開始用于鉆探;1954年世界第一顆人造金剛石制造成功并用于制造金剛石鉆頭;人類經(jīng)歷了天然金剛石表鑲鉆頭鉆

　　探時代，鐵砂、鋼粒和硬質(zhì)合金鉆探時代，人造金剛石孕鑲鉆頭鉆探時代至今到了人造復(fù)合超硬材料鉆探時代。20世紀末至21世紀初，地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)又有了新的發(fā)展。

　　1.1立軸巖心鉆機

　　我國地質(zhì)巖心鉆機早期完全引進國外產(chǎn)品，數(shù)量極少，地質(zhì)鉆探施工能力有限。建國后國家為適應(yīng)鉆探工作需要，從蘇聯(lián)、瑞典等國家引進了一批巖心鉆機，并專門組織力量進行仿制，逐步自行研制了以地質(zhì)系統(tǒng)XY系列為主的立軸式地質(zhì)巖心鉆機，其他還有煤炭工業(yè)部的TK系列，冶金工業(yè)部的YL系列，核工業(yè)部的HXY系列為輔助，從XY-1,XY-2,XY-3,XY-4,XY-5直至XY-6,XY-8,XY-9等不同型號，直到現(xiàn)在仍然是我國地質(zhì)巖心鉆探的主力軍。

　　本世紀以前，國內(nèi)立軸式巖心鉆機主要以千米以淺為主，代表機型有XY-2、XY-4、XB1000等機種及雷同或衍生型號如XY-42、XY-44、JU-1000、XU-1000、等。近十?dāng)?shù)年隨著新一輪地質(zhì)大調(diào)查項目及攻深找盲戰(zhàn)略的縱深推進，鉆探裝備制造企業(yè)在成熟的XY系列鉆機基礎(chǔ)上，放大鉆機部分零部件，利用汽車工業(yè)成熟理念及產(chǎn)品，在較短的時間內(nèi)推出了XY-6、XY-6 B、XY-8、XY-9等鉆深為1500-3000米的深孔立軸式巖心鉆機。

　　1.2多功能鉆機

　　隨著復(fù)合鉆探技術(shù)(即金剛石巖心鉆探、空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探、空氣潛孔錘取樣鉆探在一個鉆孔中使用的鉆進工藝)的普遍應(yīng)用，適用于該復(fù)合鉆進工藝的多功能鉆機得到快速發(fā)展。加拿大國際鉆探設(shè)備公司的CSR系列鉆機，主要用于300—1000m孔深進行反循環(huán)中心取樣(CSR)作業(yè)，在美國、加拿大廣泛用于金、鈾和鐵等地質(zhì)礦產(chǎn)勘查。美國薩姆公司的T系列鉆機，用于水井和煤層氣井;英格索蘭公司的RD系列鉆機，用于水文水井鉆探;美國長年公司的HD-600型鉆機用于油氣、地?zé)岷偷V產(chǎn)勘探。鉆深能力從1000m至3000m不等.澳大利亞U.D.R公司的Universal5000型深尺全液壓動力頭式鉆機，當(dāng)用CHD101繩索取心鉆進時為3100m。此類鉆機大多整機體積大且笨重，為深孔重型鉆機。國內(nèi)這一領(lǐng)域剛處于起步階段，因不是本文論述重點，這里不再累述。

　　1.3全液壓動力頭式鉆機

　　隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，瑞典阿特拉斯公司率先將這一技術(shù)應(yīng)用到巖心鉆機上，開創(chuàng)了巖心鉆機新時代。隨著液壓驅(qū)動及控制技術(shù)的逐步完善，液壓元件質(zhì)量的不斷提高，及全液壓動力頭式巖心鉆機所獨有的特點，在國外地質(zhì)巖心鉆機市場格外受到青睞。目前在發(fā)達國家，已幾乎看不到立軸式巖心鉆機的影子，立軸式巖心鉆機已完全被美國寶長年、瑞典阿特拉斯、山特維克等跨國大企業(yè)的全液壓動力頭鉆機所取代。

　　全液壓動力頭鉆機引領(lǐng)著地質(zhì)巖心鉆探設(shè)備發(fā)展方向，自動化鉆機達到實用化程度。例如阿特拉斯·科普柯公司的全液壓巖心鉆機已經(jīng)形成完整系列。CS系列全液壓鉆機，P4、P6、U6、CS10、CS14、CS3001、CS4001鉆深能力從淺至深，具有長行程給進、無級調(diào)速、自動擰卸鉆桿、鉆壓監(jiān)測等自動化程度高、配套器具齊全、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。其中淺孔鉆機分解性強、分解后的部件比較輕，適合難進人地區(qū)使用。輕便型鉆機可用直升機吊運，拆開后的部件不超過25kg，若干部件用輕合金制作，總體重量輕。其設(shè)計為模塊化、全液壓、輕便、多功能，代表了最新的發(fā)展潮流。其它代表產(chǎn)品還有寶長年LF70、LF90、LF230，山特維克DE740、DE840、DE880等型號。