地質(zhì)巖心鉆探裝備淺談

　　本文簡(jiǎn)單的回顧了我國(guó)地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)的發(fā)展歷程，并介紹了我國(guó)和國(guó)際上的地質(zhì)巖心鉆探裝備技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。同時(shí)還對(duì)深孔地質(zhì)巖心鉆探裝備技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上針對(duì)我國(guó)的地質(zhì)巖心鉆探裝備技術(shù)的發(fā)展工作提出了幾點(diǎn)建議。

　　《地質(zhì)找礦論叢》要報(bào)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(jiǎng)情況：美國(guó)《化學(xué)文摘》(CA)收錄期刊、中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊、《中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)》來(lái)源期刊。

　　引言:

　　礦產(chǎn)資源勘探生產(chǎn)需求是促進(jìn)地質(zhì)鉆探裝備及技術(shù)進(jìn)步的原動(dòng)力，相關(guān)基礎(chǔ)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展是促進(jìn)鉆探裝備技術(shù)進(jìn)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(duì)鉆探裝備技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)也最大。在《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)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(qiáng)非能源重要礦產(chǎn)勘查\"是兩項(xiàng)首要任務(wù)，國(guó)家給予了大力的支持。而作為唯一能從地下取出實(shí)物巖礦樣品的勘探技術(shù)方法，一直以來(lái)，人們從沒(méi)有停止過(guò)鉆探裝備技術(shù)的研究。隨著我國(guó)資源戰(zhàn)略攻深找盲的不斷推進(jìn)，固體礦產(chǎn)勘探和開采深度逐步加大，對(duì)地質(zhì)巖心鉆探設(shè)備、機(jī)具、技術(shù)提出了更高要求，需要我們不斷在實(shí)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(shí)際勘探中的應(yīng)用等多個(gè)方面對(duì)地質(zhì)巖心鉆探裝備技術(shù)進(jìn)行了綜合探討。

　　1. 地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

　　18世紀(jì)中葉出現(xiàn)人力驅(qū)動(dòng)的巖心鉆機(jī)和天然金剛石鉆頭至今的100多年中，巖心鉆機(jī)由早期的機(jī)械傳動(dòng)手把給進(jìn)到機(jī)械傳動(dòng)液壓給進(jìn)立軸鉆機(jī)發(fā)展到今天的全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)以及自動(dòng)化、智能化地質(zhì)巖心鉆機(jī)。與此同時(shí)，孔底動(dòng)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(wèn)世;1899年發(fā)明了鐵砂(鋼粒)鉆進(jìn);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(shí)代，鐵砂、鋼粒和硬質(zhì)合金鉆探時(shí)代，人造金剛石孕鑲鉆頭鉆探時(shí)代至今到了人造復(fù)合超硬材料鉆探時(shí)代。20世紀(jì)末至21世紀(jì)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(jī)

　　我國(guó)地質(zhì)巖心鉆機(jī)早期完全引進(jìn)國(guó)外產(chǎn)品，數(shù)量極少，地質(zhì)鉆探施工能力有限。建國(guó)后國(guó)家為適應(yīng)鉆探工作需要，從蘇聯(lián)、瑞典等國(guó)家引進(jìn)了一批巖心鉆機(jī)，并專門組織力量進(jìn)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(jī)，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(hào)，直到現(xiàn)在仍然是我國(guó)地質(zhì)巖心鉆探的主力軍。

　　本世紀(jì)以前，國(guó)內(nèi)立軸式巖心鉆機(jī)主要以千米以淺為主，代表機(jī)型有XY-2、XY-4、XB1000等機(jī)種及雷同或衍生型號(hào)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(xiàng)目及攻深找盲戰(zhàn)略的縱深推進(jìn)，鉆探裝備制造企業(yè)在成熟的XY系列鉆機(jī)基礎(chǔ)上，放大鉆機(jī)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(shí)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(jī)。

　　1.2多功能鉆機(jī)

　　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(gè)鉆孔中使用的鉆進(jìn)工藝)的普遍應(yīng)用，適用于該復(fù)合鉆進(jìn)工藝的多功能鉆機(jī)得到快速發(fā)展。加拿大國(guó)際鉆探設(shè)備公司的CSR系列鉆機(jī)，主要用于300—1000m孔深進(jìn)行反循環(huán)中心取樣(CSR)作業(yè)，在美國(guó)、加拿大廣泛用于金、鈾和鐵等地質(zhì)礦產(chǎn)勘查。美國(guó)薩姆公司的T系列鉆機(jī)，用于水井和煤層氣井;英格索蘭公司的RD系列鉆機(jī)，用于水文水井鉆探;美國(guó)長(zhǎng)年公司的HD-600型鉆機(jī)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(dòng)力頭式鉆機(jī)，當(dāng)用CHD101繩索取心鉆進(jìn)時(shí)為3100m。此類鉆機(jī)大多整機(jī)體積大且笨重，為深孔重型鉆機(jī)。國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域剛處于起步階段，因不是本文論述重點(diǎn)，這里不再累述。

　　1.3全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)

　　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(jī)上，開創(chuàng)了巖心鉆機(jī)新時(shí)代。隨著液壓驅(qū)動(dòng)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(dòng)力頭式巖心鉆機(jī)所獨(dú)有的特點(diǎn)，在國(guó)外地質(zhì)巖心鉆機(jī)市場(chǎng)格外受到青睞。目前在發(fā)達(dá)國(guó)家，已幾乎看不到立軸式巖心鉆機(jī)的影子，立軸式巖心鉆機(jī)已完全被美國(guó)寶長(zhǎng)年、瑞典阿特拉斯、山特維克等跨國(guó)大企業(yè)的全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)所取代。

　　全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)引領(lǐng)著地質(zhì)巖心鉆探設(shè)備發(fā)展方向，自動(dòng)化鉆機(jī)達(dá)到實(shí)用化程度。例如阿特拉斯·科普柯公司的全液壓巖心鉆機(jī)已經(jīng)形成完整系列。CS系列全液壓鉆機(jī)，P4、P6、U6、CS10、CS14、CS3001、CS4001鉆深能力從淺至深，具有長(zhǎng)行程給進(jìn)、無(wú)級(jí)調(diào)速、自動(dòng)擰卸鉆桿、鉆壓監(jiān)測(cè)等自動(dòng)化程度高、配套器具齊全、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。其中淺孔鉆機(jī)分解性強(qiáng)、分解后的部件比較輕，適合難進(jìn)人地區(qū)使用。輕便型鉆機(jī)可用直升機(jī)吊運(yùn)，拆開后的部件不超過(guò)25kg，若干部件用輕合金制作，總體重量輕。其設(shè)計(jì)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(zhǎng)年LF70、LF90、LF230，山特維克DE740、DE840、DE880等型號(hào)。