便携式全液压钻机在地质勘查的作用

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摘要：为推进绿色勘查、绿色发展，做到“既要绿水青山又要金山银山”，我院引进便携式全液压钻机在豫西地区各矿区进行钻探施工。对便携式全液压钻机概况、优势及实际应用进行总结，并对其应用效果进行分析、总结，同时提出了便携式全液压钻机的改进建议。

关键词：绳索取芯；便携式全液压钻机；绿色勘查；岩芯钻探

党的报告中提到“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”，提出了“推进绿色发展”，如何做到“既要绿水青山又要金山银山”，这对钻探生产工作提出了新的要求。因XY系列钻机在施工过程中不能实现绿色勘查，我院为满足绿色勘查的要求而引进两台便携式全液压钻机，先后在瓦川、栗树沟、蔡家沟—南阳山、红土岭、观音峪矿区开展钻探施工工作，各矿区钻孔设计孔深在130~410m之间，平均设计孔深在240m左右。

1便携式全液压钻机概况

便携式全液压钻机是以“轻便、快捷、可靠”为设计理念；以“去任何您需要去的地方”为设计目标；以模块化、轻量化、集成化为设计工艺；以高效率、低扭阻、长寿命思路整合钻具；以达到在难进入区域、陡切割地形和零散初探项目中实现快速钻探，通过整合综合资源，优化钻探装备，从而打造出高效率、高可靠性、高性价比的钻机。1.1便携式全液压钻机主要特点（1）轻便灵活：模块化、轻便化设计，机架材料采用航空铝材，机身轻便，最重模块4个人即可完成搬运；桅杆式钻架，无需钻塔，可实现45°~90°任意角钻进。（2）移位快、进尺快、台效高：对施工基础工程要求低，钻机进场只需修1m左右宽道路即可，所需场地4.5m×4.5m即可，占地较小，大大减少了基础工程的投入；使用液压快速接头插接，易于快速拆卸、搬运、安装，钻机从终孔到再次开钻仅需1d时间即可；进尺快，台月效率高于立轴式钻机，降低了工期风险和人力成本。（3）适用性好，安全性强：钻机主要部件为国外进口，国内组装，稳定可靠；钻进效率高，事故少；高集成液压系统，稳定可靠。（4）成本降低：钻机采用模块化，钻机“低成本、高台效、易搬迁”，能够做到“降本增效”。（5）技术含量高，采取率高：钻机使用高强度、高精密薄壁钻杆、钻具系统，能在破碎地层、基岩风化层和土层中具有同样的高采取率，钻进时冲洗液不循环重复利用，能够提高冲洗液携带岩屑、维护孔壁稳定的作用，且不受钻孔漏失的影响。1.2便携式全液压钻机主要性能参数便携式全液压钻机由四部分组成，分别为：钻机主要部件、冲洗液循环系统、薄壁钻具、辅助材料，钻机主要由操作台、液压油箱、柴油机（三台）、柴油箱、钻机底座、钻架、泥浆泵、卷扬机组成。便携式全液压钻机施工能力及钻机其他性能参数见表1。

2便携式全液压钻机应用

2.1瓦川矿区应用情况。2.1.1地理位置及地层情况。瓦川矿区位于河南省洛宁县，矿区东邻洛宁县至三门峡省级公路，县城和各乡镇之间均有公路相通，且连接成网，交通便利。施工钻孔钻遇地层主要岩性为安山岩、安山玢岩。2.1.2钻孔结构、钻进方法、钻进技术参数钻孔结构：直接采用NTW（⌀75mm）系列金刚石绳索取芯钻具开孔，施工至完整基岩后无需起出NTW钻杆，直接使用HQ（⌀89mm）系列套管靴+⌀89mm钻杆扩孔至完整基岩，⌀89mm钻杆直接充当套管使用，如钻孔下部出现较严重的坍塌、掉块，可直接续接⌀89mm钻杆扩孔至完整地层位置，随后使用NTW系列钻具施工至终孔。所有施工钻孔结构均为⌀91mm~⌀75mm两级结构。钻进方法：金刚石绳索取芯钻进技术。钻进技术参数：便携式全液压钻机在钻进参数选取方面与立轴式钻机及普通全液压钻机有所不同，主要区别有：①无钻压调节阀，只有加压、减压、浮动三个档位，通过控制钻进速度来调节钻压。②泵量调节为无极变速调节，可根据钻进需要泵量随时进行调节，在一定程度上节约了钻井冲洗液，并可减少对孔壁的冲刷。③转速调节通过选用不同转速马达以及调整柴油机转速来控制转速，从而达到调节转速的效果。钻进技术参数选取见表2。因便携式全液压钻机水泵精度较高，无法泵送固相冲洗液，在冲洗液选取方面受到一定限制，只能选用无固相或低固相冲洗液，且冲洗液无法循环利用，从孔内返出后直接排掉。2.1.3应用情况。2号钻机自2017年3月5日~5月31日在瓦川矿区进行施工，施工钻孔6个，钻探工作量1060.65m，平均台月效率为953.55m/台•月，平均小时效率为2.62m/h，施工钻孔效率详见表3。2.2蔡家沟—南阳山矿区应用情况。2.2.1地理位置及地层情况。蔡家沟—南阳山矿区位于河南省卢氏县，矿区邻近卢氏县至洛南县省级公路，县城和各乡镇之间均有公路相通，交通情况良好。施工钻孔钻遇地层主要岩性为片岩、片麻岩、大理岩、伟晶岩、角闪岩、矽卡岩等。2.2.2应用情况。自2017年8月22日~12月9日，1号钻机、2号钻机同时在蔡家沟—南阳山矿区进行施工，共完成钻孔11个，钻探工作量2818.11m，平均台月效率为994.54m/台•月，平均小时效率为2.27m/h。自2017年10月22日~12月26日，蔡家沟—南阳山矿区有5台XY系列钻机施工，共完成钻孔11个，钻探工作量2909.02m，施工钻孔平均台月效率为724.82m/台•月，平均小时效率为1.79m/h。施工钻孔效率详见表4。2.3应用效果分析。2.3.1便携式全液压钻机优点。（1）对两台便携式全液压钻机所施工的34个钻孔、8230余米钻探工作量进行分析、总结，我院应用便携式全液压钻机平均台月效率达到938.72m/台•月，平均小时效率达到2.38m/h，应用效果良好。（2）便携式全液压钻机部件模块化、重量轻、搬迁方便，搬迁及安装时间只需1d；对搬迁道路要求低，钻机场地仅为4.5m×4.5m，搬迁道路及机场的修建依靠人工即可完成；搬迁、安装、施工过程安全风险小，减少了劳动强度；减少了对环境的破坏，增强对钻孔的适应性。（3）便携式全液压钻机非常适合在钻孔较浅、搬迁频繁、修路修机场困难的矿区施工，相较于立轴式钻机生产成本降低，且生产效率较高。通过钻月效率对比能够直观体现出便携式全液压钻机搬迁安装方便、生产效率高的优点。钻机钻月效率对比见表5。通过钻机钻月效率数据的对比可看出，两台便携式全液压钻机平均钻月效率相较于立轴式钻机钻月效率高出199.5m/台•月。2.3.2台月效率与孔深的关系。将所有施工钻孔按照终孔孔深划分，对比分析可得出，便携式全液压钻机采用NTW口径终孔钻孔效率最高区域为150~175m，钻孔孔深超过250m时，钻孔效率会出现明显下降，台月效率下降272.47m/台•月，同比下降26%，小时效率下降0.73m/h，同比下降27%。钻孔效率出现降低的原因主要有以下几个方面：①钻孔孔深超过200m时，随着钻杆重量的增加、孔内阻力的增大，转速逐渐降低，导致小时效率降低。②随着钻孔孔深的增加，辅助时间增长，导致台月效率降低。2.3.3存在问题（1）便携式全液压钻机所采用的泥浆泵只能泵送无固相或低固相泥浆，且泥浆无法循环使用，在遇到复杂地层及在缺水地区施工时，钻机适应性降低。（2）受夹持器最大加持直径限制，1号钻机能够通过⌀108mm套管，但无法夹持，2号钻机无法通过⌀108mm套管，限制了钻孔结构，且在需要使用⌀108mm套管扩孔起出⌀89mm套管时带来不便。

3结论与建议

（1）便携式全液压钻机具有效率高、搬迁快、对地层适应性强、对环境破坏小等特点，是对施工环境适应能力很强的钻机，非常适合在钻孔较浅、搬迁频繁、修路困难的矿区施工。（2）从钻探钻孔施工延伸至地质坑槽、探槽作业，使用微小型便携式钻机施工几米至几十米的钻孔能够达到“以钻代槽”的效果，在减少环境破坏的同时达到地质工作目的。（3）从环境保护方面及进一步拓宽施工领域，建议对便携式全液压钻机增加电动机，从而能满足坑内钻探需要，增强便携式全液压钻机对不同施工地点的适应能力，真正实现绿色钻探。（4）建议对泥浆泵进行改进，使泥浆泵能泵送固相泥浆，实现冲洗液循环利用，增强对地层及施工地区的适应性。

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作者:孔二伟 张锋 李大鹏 李金朋  单位:1.河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院 2.河南省小口径钻探工程技术研究中心