全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)存在的問題分析及改進(jìn)建議

全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)存在的問題分析及改進(jìn)建議【摘要】全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)被普遍的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。本文從全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)的概述、全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)在施工中出現(xiàn)的問題及改進(jìn)建議等幾個(gè)方面進(jìn)行了分析?！娟P(guān)鍵詞】全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)；問題；改進(jìn)建議一、前言全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)出現(xiàn)問題，勢(shì)必會(huì)給工程帶來不必要的麻煩。所以，加強(qiáng)全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)存在的問題分析及改進(jìn)建議，對(duì)全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)的發(fā)展有著重要意義。二、全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)的概述近年來，隨著國(guó)家對(duì)地質(zhì)資源勘探力度小斷加大，鉆探作為地質(zhì)找礦的主要手段，其工作量越來越大。而目前我國(guó)大部分勘探隊(duì)的巖芯鉆探設(shè)備主要還是機(jī)械立軸式巖心鉆機(jī)，采用該類鉆機(jī)多應(yīng)用于鋼粒鉆進(jìn)、硬質(zhì)介金鉆進(jìn)和金剛石鉆進(jìn)，雖然多年來該類鉆機(jī)不斷地進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，但仍不能完全滿足目前金剛石繩索取芯鉆進(jìn)的工藝要求，制約了我國(guó)地質(zhì)巖芯鉆探水平的進(jìn)一步提高，拉大了與國(guó)外先進(jìn)巖心鉆探技術(shù)裝備的差距。國(guó)外廣泛使用的全液壓動(dòng)力頭式巖芯鉆機(jī)是為適應(yīng)金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝而研制和發(fā)展起來的第三代巖心鉆機(jī)。20世紀(jì)七八十年代我國(guó)部分科研院所也曾進(jìn)行過全液壓巖芯鉆機(jī)的設(shè)計(jì)，并制造出樣機(jī)，但由于當(dāng)時(shí)的工業(yè)制造基礎(chǔ)較差，液壓元件質(zhì)量性能不過關(guān)，導(dǎo)致鉆機(jī)性能不穩(wěn)，滲油漏油現(xiàn)象嚴(yán)重，故障率高，維修困難，全液壓巖芯鉆機(jī)最終沒有得到全面推廣使用。時(shí)至今日，隨著改革開放，在國(guó)家提高地質(zhì)裝備水平政策的引導(dǎo)下，在各地地質(zhì)裝備專項(xiàng)資金的扶持下，經(jīng)過近幾年的蓬勃快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)的技術(shù)越來越成熟，性能越來越穩(wěn)定，功能越來越齊全。此外，隨著地勘單位經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，工程技術(shù)人員對(duì)鉆探技術(shù)設(shè)備認(rèn)識(shí)的加強(qiáng)，全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)越來越受到用戶的關(guān)注和認(rèn)可。因此，全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)勢(shì)必是發(fā)展的方向和趨勢(shì)。三、全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)給進(jìn)行程長(zhǎng),鉆進(jìn)過程平穩(wěn),無級(jí)調(diào)速,能機(jī)上加桿,利于保護(hù)孔壁,施工效率高,質(zhì)量好；鉆塔折疊、液壓起落,泥漿泵、主副卷?yè)P(yáng)、夾持器、泥漿攪拌機(jī)等各部件集中在整機(jī)上,布局合理,結(jié)構(gòu)緊湊；履帶行走系統(tǒng)方便了設(shè)備移動(dòng),大大降低了鉆機(jī)的搬遷、安裝時(shí)間和成本,只要主機(jī)到位,鉆探地表設(shè)備全部到位；鉆機(jī)操作簡(jiǎn)單,儀表集中、齊全,便于實(shí)時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行以及判斷孔內(nèi)情況；鉆機(jī)設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)器通孔直徑較大,有利于以金剛石鉆進(jìn)為主體的多種鉆探工藝對(duì)轉(zhuǎn)速的選擇；斜孔施工更加方便。四、全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)在施工中出現(xiàn)的問題1、深孔且較復(fù)雜地層中鉆進(jìn)效率不高。近幾年，我隊(duì)在深孔施工中使用全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)的施工效率相對(duì)立軸式鉆機(jī)沒有明顯優(yōu)勢(shì)，甚至有低于普通立軸式鉆機(jī)的情況，特別是在復(fù)雜地層情況時(shí)更加明顯。全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)與立軸鉆機(jī)施工情況對(duì)比見表1。2、全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)處理孔內(nèi)事故的能力較差。具體表現(xiàn)為起拔能力較立軸鉆機(jī)小;無法進(jìn)行大扭矩反轉(zhuǎn);無法形成孔內(nèi)沖擊、竄動(dòng)、晃車等機(jī)動(dòng)靈活的處理事故動(dòng)作。施工過程中，簡(jiǎn)單而常規(guī)的處理井內(nèi)事故的操作，極易造成全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)部件的損壞(見表2)。3、全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)油路及油管布置較多，液壓系統(tǒng)較為復(fù)雜。在實(shí)際使用中油路漏油、滲油現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因液壓元件質(zhì)量原因，雖多次更換，但始終未能徹底的解決問題。4、全液壓鉆機(jī)桅桿式的鉆塔設(shè)計(jì)，使得在深孔施工中因不能使用游動(dòng)滑輪，而造成提引鋼絲繩的過早損壞。5、全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)配件價(jià)格較高，維修成本較大，常常出現(xiàn)因某一零部件的損壞而被迫更換整體部件的情況。6、鉆機(jī)上下鉆及取心提內(nèi)管的時(shí)間較立軸鉆機(jī)長(zhǎng)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大。7、外界環(huán)境的變化對(duì)全液壓鉆機(jī)的性能有較大影響，如溫度、濕度、風(fēng)沙、粉塵等;鉆機(jī)的維護(hù)、保養(yǎng)及使用須有較好的施工環(huán)境。五、問題分析及處理建議1、問題分析(1)筆者認(rèn)為，造成全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)在深孔及復(fù)雜地層施工中效率不高的主要原因有2點(diǎn)。一是其上下鉆時(shí)間及提拉巖心內(nèi)管時(shí)間比立軸式巖心鉆機(jī)長(zhǎng)。立軸式鉆機(jī)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)立根提升及將鉆桿立根立靠在鉆塔上，卷?yè)P(yáng)速度可根據(jù)鉆桿的質(zhì)量進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，下鉆或投放內(nèi)管時(shí)用制動(dòng)輪的制動(dòng)手把可控制并實(shí)現(xiàn)自由落體的速度;而全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)只能提拉6m立根(比立軸式鉆機(jī)少拉了3～6m鉆桿)，而且無法立靠鉆塔，只能將鉆桿放倒，上下鉆卷?yè)P(yáng)速度靠液壓閥來控制，其調(diào)速范圍與立軸式鉆機(jī)有較大的差別。二是復(fù)雜地層鉆進(jìn)中，孔內(nèi)坍塌、掉塊、縮徑及巖心堵塞現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，還經(jīng)常出現(xiàn)卡鉆、斷鉆、埋鉆等井內(nèi)事故，全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)無法快速有效的對(duì)這些孔內(nèi)常規(guī)情況進(jìn)行處理;而立軸式鉆機(jī)利用其頓、串、掃、晃、反、頂?shù)纫幌盗袆?dòng)作，可有效地處理好孔內(nèi)的復(fù)雜情況。在相同的施工條件下，全液壓鉆機(jī)輔助時(shí)間較長(zhǎng)，時(shí)間的利用效率與立軸鉆機(jī)相比有一定的差距，以致綜合施工效率不理想。(2)在處理各類孔內(nèi)事故時(shí)，鉆機(jī)的提升載荷和正反扭矩要比正常鉆進(jìn)時(shí)大很多，同時(shí)在處理時(shí)還會(huì)對(duì)鉆機(jī)及鉆桿鉆具產(chǎn)生瞬時(shí)的交變應(yīng)力。對(duì)全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)而言，這種交變應(yīng)力會(huì)對(duì)正向或反向的流體(液壓油)產(chǎn)生反向作用力，這樣，由油泵傳遞動(dòng)力的能量與事故造成的反作用力相互作用，相對(duì)弱的一方必然失敗，對(duì)設(shè)備而言則是液壓元件的損壞，具體表現(xiàn)為全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)油泵、油馬達(dá)、各種操縱閥、油封及油管的損壞，事故處理則為無效處理。(3)國(guó)產(chǎn)液壓元器件的質(zhì)量及性能與國(guó)外進(jìn)口件相比差別很大。據(jù)我們調(diào)查，國(guó)內(nèi)鉆探施工中使用進(jìn)口阿特拉斯及美國(guó)長(zhǎng)年公司生產(chǎn)的全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)很少出現(xiàn)漏油、滲油及液壓部件過早損壞的狀況，而國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)則普遍存在。另外鉆探施工野外惡劣的工作環(huán)境及施工隊(duì)伍的技術(shù)管理水平以及技術(shù)人員的操作習(xí)慣也是造成全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)事故頻發(fā)的因素之一。2、措施及建議(1)探討改進(jìn)鉆機(jī)卷?yè)P(yáng)及鉆塔的設(shè)計(jì)。可否借鑒立軸式鉆機(jī)的卷?yè)P(yáng)結(jié)構(gòu)使全液壓鉆機(jī)卷?yè)P(yáng)既可實(shí)現(xiàn)液壓驅(qū)動(dòng)，又可實(shí)現(xiàn)機(jī)械式的人工控制調(diào)節(jié)，使之實(shí)現(xiàn)上下鉆大范圍的速度調(diào)節(jié);設(shè)計(jì)并配置可以立靠且能提拉較長(zhǎng)立根的鉆塔，提高上下鉆速度，減少上下鉆的時(shí)間，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。(2)建議在鉆機(jī)液壓系統(tǒng)油路設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，增加溢流閥或油路回路(保護(hù))系統(tǒng)，防止鉆機(jī)在處理孔內(nèi)事故或其他突發(fā)情況出現(xiàn)載荷過大而造成對(duì)液壓元器件的損害。(3)正確使用并維護(hù)液壓系統(tǒng)是保證鉆機(jī)正常工作的重要因素，特別是鉆機(jī)在野外惡劣的工作環(huán)境中，維護(hù)保養(yǎng)工作就顯得尤其重要，各野外現(xiàn)場(chǎng)機(jī)臺(tái)應(yīng)制定全液壓鉆機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)制度并遵照?qǐng)?zhí)行。(4)全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)液壓系統(tǒng)維護(hù)要點(diǎn)。①防止液壓油的污染，嚴(yán)禁液壓油混入泥水、粉塵及其他不溶沉淀物，合理密封油箱，禁止使用不耐油的密封件及膠管;定期清洗油箱、油路并更換液壓油，采購(gòu)使用合乎技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的液壓油。②防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)，否則會(huì)造成液壓系統(tǒng)噪聲和振動(dòng)，油箱中要加入足量液壓油，保證吸油管和回油管始終在油液面以下。③保持冷卻器水量充足，防止油溫過高造成油液變質(zhì)及密封原件的老化。④維護(hù)、清洗、更換液壓元件時(shí)采用專用的清洗容器，保持整個(gè)清洗過程環(huán)境的清潔。⑤加強(qiáng)對(duì)工人液壓技術(shù)相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)教育，制定并完善全液壓鉆機(jī)使用、保養(yǎng)等各項(xiàng)規(guī)程及制度，提高生產(chǎn)機(jī)臺(tái)的管理水平。⑥教育職工增強(qiáng)工作責(zé)任心，預(yù)防或減少各類孔內(nèi)事故的發(fā)生，使鉆機(jī)盡可能減少或避免處理井內(nèi)事故。3、科學(xué)合理地配置應(yīng)用巖芯鉆探裝備，對(duì)于降低鉆探工程的經(jīng)濟(jì)成本、保證鉆孔安全生產(chǎn)、提高鉆探工程的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效率、保持對(duì)市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力意義重大。建議野外生產(chǎn)部門、鉆探設(shè)備研發(fā)和制造單位加強(qiáng)合作，開發(fā)結(jié)構(gòu)合理、工藝適應(yīng)性好、搬遷便利、維護(hù)方便、安全高效、低碳環(huán)保、最重要的是經(jīng)濟(jì)效益好的巖芯鉆探裝備。鉆探設(shè)備研發(fā)和制造單位加強(qiáng)與地勘單位的協(xié)作，及時(shí)了解產(chǎn)品的不足與缺陷，開發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)的鉆探裝備，為安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供必要的物質(zhì)與技術(shù)的支撐。六、結(jié)束語(yǔ)全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)是工程發(fā)展的核心。因此，在各工程的后續(xù)發(fā)展中，要加強(qiáng)全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)存在的問題分析，促確保工程的發(fā)展。參考文獻(xiàn)[1]孫建華，周紅軍.深孔巖心鉆探裝備配置應(yīng)用技術(shù)趨勢(shì)分析[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(5