关于岩心钻机的现状及发展趋势的分析与思考

马 骥

（陕西核昌机电装备有限公司，陕西 咸阳712000）

关于岩心钻机的现状及发展趋势的分析与思考

马 骥

（陕西核昌机电装备有限公司，陕西 咸阳712000）

本文作者通过多方位对比目前国内使用率较高的两种不同类型的钻机（立轴式钻机与全液压动力头式钻机）的原理及技术经济指标。结果表明，在不同工矿情况下，两种钻机各有优势，应根据不同情况具体选择。

地质岩心钻机；立轴式；动力头式；性能对比；效率分析

1 引言

岩心钻探是我国矿产资源勘探中不可或缺的技术手段，其中核心设备就是岩心钻机，通过向地层钻进不同深度、角度的孔，取出岩心进行化验、分析、研究，从而为固体矿产资源的开发和利用提供科学依据。

传统的立轴式岩心钻机（图1）经过近百年的发展，经受住了实际工况使用情况的考验，目前基本形成了立轴回转、卡盘夹持并转动钻杆、液压给进油缸；利用游星齿轮绞车进行升降；动力源通过离合器、变速箱、分动箱驱动钻进，成为现在国内外岩心钻机通用、也是经典的一种机型。经过多年的施工检验，证明这种原理的机型是比较完善的，基本上可以很好地满足目前我国对于钻探工艺的要求。

图1 HXY－2000C钻机传动装置图（陕西核昌机电装备公司）

另外一种目前市场上比较多见的岩心钻机为全液压动力头式钻机（图2），这类钻机主要采用柴油机（电动机）通过齿轮油泵将机械能转化为液压能，再通过液压马达将液压能转换为机械能。驱动钻杆进行回转钻进，给进行程达到3～4m。目前大部分全液压钻机把动力机驱动的高压油泵和操纵元件组成一个独立的机组，用液压胶管连接主机，便于拆卸，有利搬迁。

图2 履带式全液压动力头钻机

2 立轴式钻机与全液压动力头式钻机的主要性能对比

2.1 机械立轴式钻机的优点

（1）制造成本较低

目前我国的机械加工水平较低，精密的机械产品受限于加工精度，高技术人才相对较少，这就造成了精密机械制造成本高昂，普通技术工人成本相对较低。而机械立轴式钻机由于对加工精度要求不高，所以恰恰弥补了目前这个短板。

（2）对操作技能要求不高，维修较方便

我国目前的高技能操作工人较少，精通液压原理的工人更少，这就造就了高技能操作工人就意味着高成本。而机械立轴式钻机操作，维修都较容易。

（3）可靠性较高，损耗少，传动效率高

机械传动比液压传动可靠性高是无可争议的事实，而液压传动的效率在70%左右，远远落后于机械传动的效率。

（4）起下钻速度块，处理事故能力强

由于使用钻塔，立轴式钻机可以实现长立根（12～18m）起下钻，速度要比全液压动力头钻机（立根长度一般为6m）。在实际工况施工中，起下钻是一种经常的作业，对于较复杂地层，起下钻的次数更是频繁。立轴式钻机的施工效率就优势较明显。

2.2 机械立轴式钻机的缺点

（1）一般需要使用主动钻杆，实现机上加钻杆较困难；

（2）由于采用钻塔，搬迁、运移方面工作量较大；（3）不易实现较大角度的斜孔钻进；

（4）给进行程较短，转速不能实现无级变速。

目前国内岩心钻机的主导产品仍然是机械立轴式钻机，占据了90%以上的份额。表1给出了国内比较典型的三个厂家2000m机械立轴式钻机（见图3）的参数对比。

表1 钻机型号

图3 典型的三家公司2000米机械立轴式钻机

2.3 全液压动力头式钻机的优点

（1）工作较平稳，给进行程长，钻进工艺适应性较好

采用液压驱动，较之传统的齿轮传动在钻进过程中更容易实现工作台的平稳。可实现无极变速，对复杂多变的地层来说，可以实现有效的变速钻进，工艺适应性较好。

（2）可以进行大角度的斜孔钻进，取心较完整

目前45°乃至更大的倾角的斜孔钻进需求日益加大，全液压动力头钻机可以满足大角度斜孔钻进的要求。

（3）搬迁方便，运移速度快

全液压钻机一般可用1～2天搬迁完毕，进入工作状态。而传统的立轴式钻机则需4～5天的搬迁工作。

2.4 全液压动力头钻机的缺点

（1）目前造价较高，是同样钻深的机械立轴式钻机的5倍以上。

（2）动力消耗大，传动效率较低。

（3）保养维修技能要求高、备件价格高昂。野外施工一般条件非常艰苦，油液很容易因密封不严而受污染。

（4）提下钻辅助时间长，处理事故能力较差。

目前全液压动力头式钻机在我国应用比较广泛，特别是有些山区工地，羊肠小道，只能靠工人扛机器，这时候就显示出某些小型全液压钻机的优势，便于搬迁。下面为两种比较典型的全液压动力头式钻机。

图4 陕西核昌机电装备公司HQY－500型全液压钻机

图5 连云港黄海机械股份公司的履带式全液压钻机

3 机械立轴式钻机与全液压动力头式钻机的成本对比

成本核算对于这两种钻机来说是比较复杂的，不同工况，不同地层情况，不同施工人员水平等等，都可能造成成本的变化。但是，我公司经过多年的实践，基本得出以下结论：

（1）浅孔钻进（500m以内）：全液压钻机的成本明显要高于机械立轴式钻机。某些立轴式钻机进不去的山区除外，有高昂的搬迁成本，如修路等。

（2）中深孔钻进（500～1500m）：全液压钻机有一定优势，在人员成本、油耗等方面要优于机械立轴式钻机。

（3）深孔钻进（1500m）以上：目前国内的全液压钻机由于起下钻时间过长，造价高，而导致其优势进一步的缩小，基本上2000m以上成本就要高于传统的机械立轴式钻机。

4 钻机适应性对比与施工安全性对比

不同的钻进工艺方法对转速有不同的要求，最理想的情况当然是钻机可以满足尽量多的钻探工艺。这点动力头钻机有优势，它在一定范围内可以实现无级变速，转速范围宽。

在破碎地层，由于动力头钻机是长行程给进，不用倒杆，可有效减少孔内事故发生的概率。还可以减少设备安装的的机械事故，尤其是大角度斜孔施工。

这两点全液压动力头钻机全面优于机械立轴式钻机。

5 处理事故的能力对比

同样深度的全液压动力头钻机的起拔力要比立轴式钻机小，因此立轴式钻机在处理事故能力方面要高于全液压动力头钻机。

6 结论

在当前形势下的岩心钻机市场，传统的机械立轴式岩心钻机与全液压动力头式钻机应该在以后很长的一个时间内共存。在不同的工况情况下，选择不同的钻机，应具体情况具体分析。但就总体市场份额来说，受限于我国目前的机械加工水平、技术研发能力等等因素，目前很难解决全液压动力头钻机整体造价、维修成本，液压元件等价格比较高昂的问题。短期内全液压动力头式钻机很难撼动传统机械立轴式钻机的主流地位。因此笔者认为，以后岩心钻机发展的方向应该是一种新型的钻机，这种钻机既有全液压动力头钻机的大行程，易搬迁等优势，同时借鉴了机械立轴式钻机的成熟可靠的基础元件，如卡盘、卷扬机等；成本得到控制，造价进一步下降；并且维修方便，保养成本得到降低的一种新型的岩心钻机。

［1］ 李世忠 .岩心钻机改进的一些设想［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2000（5）.

［2］ 刘跃进，岩心钻探设备的现状与发展［J］.探矿工程（岩土钻掘工程）.2007（1）.

［3］ 王亚萍，何宗长，宋海燕 .对岩心钻机研发的几点思考［J］.地质装备，2009（4）.

Analysis on the Current Status and Development Trends of Core Drills

MA Ji（Shanxi Hechang Mechanical and Electrical Equipmenr Co.Ltd.，Xianyang，Shanxi 712000，P R China）

A comprehensive analysis and comparison between spindle core drill and hydraulic top－drive core drill is made in this article.Special concern is focused on the technical economics in the drilling operation of these two types of core drills.The result shows that we should choose core drills according to various requirements and their advantages in different drilling conditions.

geological core drill；spindle core drill；hydraulic top－drive core drill；performance comparison；efficiency analy sis

P634.31

A

1009－282X（2013）02－0011－04

2012－11－06

马骥（1980－），男（汉族），陕西榆林人，机械工程及自动化本科，陕西核昌机电装备有限公司技术质量部助理工程师，从事岩心钻机、工程钻机等设计，Tel：13572161616，E－mail：19111925＠qq.com。