地质勘查钻探装备存在的问题与展望

　　摘要：地质勘查行业钻探装备发展到现在，已经形成系列化，专业化。发展的比较快。缩短了与国外同行业的差距。就国内地质勘查现在的钻探设备，钻机的功能还比较单一；操作不便；搬运困难；劳动强度大。钻杆、取芯钻具、钻头等虽已系列化，但由于国产材料，材质和加工工艺存在问题，给钻探提高效率、降低成本；以及中深、深孔钻探，造成比较严重的制约；进而影响钻探效率和钻探成本。
　　关键词：多功能钻探设备；组合钻杆钻具钻头；国产材料材质；加工工艺
　　一、地质勘查钻探装备目前存在的问题
　　目前，地质勘查钻探装备存在的问题，尤其是地质勘探钻机，发展到今天，已经系列化，专业化。但是，地质勘探钻机的功能还比较单一；操作不便；搬运困难；劳动强度大。配套装备有机组合性差。例如：我国现有的浅孔取样钻机（钻进深度小于100米）；SH30型取样钻机系列（冲击钻进）；XY型立轴式液压给进取样钻机系列（回转钻进）；车载取样钻机系列（回转钻进）等，它们共同的特点是钻进功能单一。不能满足不同地层的钻进技术要求和地质技术要求。
　　在工程地质勘察钻探中，所钻探的地层大多数为第四系地层（Q4）；粘土层；砂砾层；全风化—强风化软质岩地层，部分硬质岩地层。第四系地层到软质岩，一般可采用冲击钻进。硬质岩地层，采用回转钻进。在实际勘查钻探中，所钻地层第四系、软质岩、硬质岩都有。冲击钻机和回转钻机都得用，无论长途运输，还是钻探施工现场，都要准备多种运载工具。给取样钻探施工带来诸多不便。成本较高，浪费人力物力。
　　在矿产地质钻探中，尤其在固体矿产钻探，钻探设备发展到今天，也存在钻探设备功能单一；不能适应各种地层。钻探设备和运载工具分离，运载钻探装备，费时费力，在台时利用率中，占有比例较高。
　　进入二十一世纪，科学技术的发展，日新月异。特别是我国，与国外同行业的差距在缩小。地质勘探钻机已向多功能、全液压、自动化、相关装备有机组合方向发展。针对地质勘探不同领域的需求，研制出适合不同领域的多功能、全液压、自动化系列地质勘探钻机。
　　二、现有地质勘查钻探装备存在的问题与改进
　　（一）地质钻探钻机功能的改进
　　现有工程地质钻探设备，100米以内浅孔取样钻机，冲击钻进和回转钻进功能是分开的，是两种型号的钻机。如果把这两种钻进功能组合在一种型号钻机上，不但减少设备的投入，还可满足各类地层的需要。取样质量好，满足地质需要；提高钻探效率，降低钻探成本。将SH30—2型钻机的冲击功能，设计组装在XY—1型钻机上；既可冲击，又可回转，可成倍地提高在第四纪(Q4)地层钻进效率和取样质量。因第四纪地层（Q4）是比较复杂的，单一的冲击或者回转，往往钻探效果不理想。钻孔质量低；取样质量差；钻探效率低。成本高。在实际钻探取样中，经常出现孔内事故，同时具备冲击、回转功能，对处理孔内事故效果好；缩短处理事故时间。在某勘查项目中，使用了经过改装的兼有冲击、回转功能的改进型XY—1（G）型取样钻机，第四纪（Q4）地层比较复杂，层厚达78米多。钻进效率较高；取样质量好；降低了钻探成本。同时也减轻了工人的劳动强度。建议生产厂家（目前还没有生产厂家改进生产这种多功能钻机），设计改进XY—1型钻机，满足用户和地质钻探需要。
　　（二）运输工具的改进
　　在钻探施工场地运输，一直采用人力、胶轮拖拉机、履带式拖拉机搬迁；费时费力。有条件的自带。无条件的外雇。多增加了外业施工设备和外业钻探施工成本。可以考虑将XY—1型取样钻机设计装在小型履带机上；改成自走式。既解决了钻探施工场地的运输，又适应各种钻探施工环境场地；提高搬迁效率。XY型系列中、深孔钻机，也可以考虑将其设计装配在自走式中型履带机上。
　　（三）钻塔的改进
　　钻探使用的钻塔，相对于钻机，是分体的。不但安装费时费力，使用、运输也不方便。建议设计改进成塔、机一体；增加液压起落；液压调平钻机钻塔。节省辅助生产时间；减轻劳动强度。
　　（四）如果能将XY型系列钻机，设计改进为具有冲击、回转功能（特别是XY---1型取样钻机）；塔、机一体；钻塔液压起落；钻机钻塔液压调平。履带式自走。将带来一场地质钻探设备的革命；实现钻机、钻塔、运输工具一体化。极大地提高钻探效率，减少辅助时间，减轻劳动强度。
　　三、地质勘查钻探装备未来发展方向
　　在我国，现行使用绝大部分地质钻探取样钻机，无论是浅孔钻机，还是中、深孔钻机，基本都是液压立轴式钻机。从上个世纪60年代开始自行研制钻机、并投入生产使用以来，使用了半个世纪。逐步形成了XU,XY等系列地质取样钻机。80年代末到90年代后，对全液压动力头式钻机近行了有益探索。研制的样机，由于受液压技术相对落后的限制，末能推广使用。
　　近些年来，有些国家无论是在新设备研制上，还是在新工艺方法的应用上，都有了长足的发展。目前，国外研发的中、深孔高速动力头地质取样钻机国家有美国、加拿大、澳大利亚等国。其中阿特拉斯公司（CS系列），以及常年公司（LF系列）的地质取样钻机，钻进能力从600m～2000m孔深，均形成了系列。计算机控制只须一个人操作的自动化钻机。
　　进入21世纪，随着液压技术的发展，我国开始研制新一代YDX系列全液压动力头式取样钻机，并不断推广。我国已经有钻进能力1000m的YDX—3型钻机。所以，未来地质钻探设备发展方向，是向全液压动力头式、计算机控制方向发展。配套组合的塔、机、行走一体化；以适应各种环境的钻探施工场地。
　　四、钻杆、钻具和钻头存在的问题
　　我国目前使用的各类管材，基本上国产的。国产管材始终存在着瓶颈，材质不佳，加工工艺及加工质量差。易折断、脱扣、耐磨性和韧性差等一系列问题。一直是涵待解决的难题。
　　金刚石钻头的研制，我国从20世纪60年代开始研制应用，虽经过半个世纪的发展，金刚石钻头研制水平提高不大。在可钻性Ⅷ～Ⅻ级地层钻进，钻头的平均寿命在30m～40m；平均小时效率在1.2m～1.5m/h之间水平；对各类地层适应性较差。
　　建议有关科研和生产部门，在管材材质和加工工艺上，能研制出高强度、耐磨性好、韧性佳；加工质量高的管材。随着地质找矿的深入，钻孔深度向深孔方向发展。从几百米向2000米以上深度钻探。对管材材质和加工工艺提出了更高的要求。金刚石钻头的寿命和小时效率亟待提高；加快研制人造复合超硬材料；以适应中、深孔钻探的要求。复合材料和加工工艺，是制约地质钻探效率和发展的瓶颈。
　　五、组合钻探技术研究与应用
　　我国在钻探工艺上的应用于研究，门类比较齐全，研制的水平也在不断的提高。早在上个世纪80年代，开始了绳索取芯；液动冲击；孔底动力；孔底换钻头方面的研究。近30年来，取得了一定的成果。但是在钻探生产中，在技术上比较成熟、能普及推广应用的，只有绳索取芯。液动冲击技术---液动潜孔锤的研制，受到结构、性能的制约，一直也没有在钻探生产中真正的推广使用。孔底动力和孔底换钻头，还一直处在研制、试验完善中。只有在个别科研钻探孔中应用过；在钻探生产中普及推广应用，还有一段距离。绳索取芯、液动冲击、孔底动力、孔底换钻头，四位一体的组合钻具，一直是地质钻探人的梦想。30多年过去了，还没有定型推广使用。建议有关科研部门联合攻关，科研成果共享；加大科研投入；争取早日应用到钻探生产中。它会大幅度提高钻探效率；降低钻探成本。取得显著的经济效益。
　　六、结论与建议
　　（一）改进XY型系列立轴式液压钻机，具有冲击、回转钻进功能。钻塔、钻机、自动行走一体化。
　　（二）我国YDX系列全液压动力头式钻机已经应用到了生产实践，应在地质钻探中推广使用；使我国钻探设备尽快实现升级换代。
　　（三）国产地质管材材质，研制出高强度，耐磨性好，韧性佳等合金管材。满足地质钻探需要；特别是满足中、深钻孔的需要。
　　（四）研制出符合地质钻探各类岩层的人造超硬复合材料；从而提高钻头的使用寿命和小时效率。
　　（五）在我国自主研制的三合一组合钻具（即：绳索取芯+液动潜孔锤+螺杆马达），已成功应用在中国大陆科学钻探孔中；可应用推广到钻探生产中。加紧研制孔底换钻头，最终实现四位一体组合钻具。会产生显著的钻探效益。
　　参考文献：
　　[1]张金昌地质岩心钻探技术及其在资源勘探中的应用探矿工程2009.（8）
　　[2]王友年等绳索取芯钻探技术新发展----三合一组合钻具探矿工程2007.（9）