传统钻机的升级改造

2019-12-23董高林

设备管理与维修 2019年16期

董高林

（甘肃省核地质二一九大队，甘肃天水 741025）

0 引言

随着科技进步和行业发展，钻机技术逐步得到升级和改进，当前市场钻机种类繁多，各种钻机在功能及性能上各有优势。虽然传统钻机也具有相应的功能，使用比较普遍，但在许多方面已经不能满足岩心钻探、地质等行业的需求。通过对传统钻机的升级改造，使钻机技术逐渐完善。

1 传统钻机及其发展过程

1.1 传统钻机

钻机的主要功能在于钻探地下实物，如钻取岩心、矿心等，由此获知地下地质与矿产资源等情况[1]。钻机在生产、科研等方面都有非常重要的作用。钻机分为不同的类型，传统钻机主要包括回转式钻机、冲击式钻机、地表取样钻机等。传统钻机主要利用机械传动，结构相对简单，性能也有很大的欠缺。传统机械钻机在施工应用中，需要大量的人力资源，且主要靠自重钻进地下[2]。此外，传统机械钻机的钻探区域十分有限，无论是搬运、拆装，还是升降，传统机械钻机都不能实现灵活使用。因此整体而言，传统机械钻机的工作效率不高。为提升相关行业的生产效率，传统钻机的升级改造是必然趋势。

1.2 传统钻机发展过程

19 世纪钻机出现并且主要依靠人力驱动，而后利用蒸汽机驱动。传统钻机在社会发展过程中，其技术也有了发展。20 世纪50 年代，传统机械钻机与液压技术结合，70 年代后钻机的液压程度得到提高，钻探效率也相应提高。

2 钻机升级改造及类型分析

由于技术的进步、市场的驱动等各方面的原因，钻机制造企业结合用户的需求，通过创新和研发生产出新型钻机[3]。新型钻机采用的技术各不相同，其中包括自动送钻装置、单轴齿轮绞车等技术。见图1。

2.1 传统钻机的升级改造

由于传统钻机具有明显缺陷，因此众多钻机生产制造企业为扩展市场，致力于钻机的升级改造。传统钻机的升级改造主要通过以下方式：

（1）在一定的技术标准下改进钻机的设计参数，例如调整钻机的钻孔深度、立轴最大压力、钻机系统压力等；设计和布置钻机改造流程，从联轴器、离合器等相关钻机附件入手。

（2）改造的最终方向是将传统钻机转变为新型液压钻机，因此改造时必须对液压系统加以调整和处理，使液压系统能够帮助钻机实现自动起升，主要从升级油缸入手。此外，还需要对塔架进行相应的改造。

（3）在设计和改造的同时，对钻机滑轮组、支撑杆受力进行计算分析，使其与液压钻机功能匹配。

在以上基础上，不断推进传统钻机的升级改造。目前市场上出现了许多新型钻机，以下主要以钻机改造为切入点，分析高移运大模块钻机及便捷式钻机的升级方法。

2.2 升级改造后的钻机类型

2.2.1 高移运大模块钻机

传统钻机升级改造为高移运大模块钻机，主要从3 方面进行：①结合液压起升系统，该系统安装简单，并且可以进行远程控制；（2）采用特殊的安全销连接，不需要专用设备；（3）以液压方式进行井架和底座的起升。该类型钻机同时采用轮式结构，提高安全性和灵活性。高移运大模块钻机的主要特点是可以进行快装，并且能实现方便的移动运输，极大提高了工作效率。

2.2.2 便携式钻机

根据市场调查，便携式钻机正逐渐成为主流产品。便携式钻机便于携带，同样具备安全、高效的优势。便携式钻机主要指以涡轮增压柴油机为动力，采用顶驱全液压动力头钻进的绳索取芯钻机。结构材料主要采用铝合金，因此重量比传统钻机轻许多，单模块不会超过150 kg。在使用的过程中，该钻机不会对环境、植被等造成破坏，并且由于便携式钻机容易搬运和拆装，工作人员的工作量相对减小，使其推广及应用的范围迅速扩大。

图1 新型钻机

该型钻机模块化设计，拆解后最重模块＜150 kg，灵活轻便，只需（0.8～1.2）m 宽的道路便可人工或畜力搬运，可省移运费用，缩短工期。钻杆长1.52 m，壁薄重量轻，可人工或畜力搬运。效率高，每班可钻进60 m 左右，尤其对稀有金属如铌钽、铀等存在于硬岩中的矿种使用率效突出，是传统钻机的十几倍，采心率高达99%。只有4.5 m 高的人字撑杆，紧凑晃动小，方位和夹角基本不跑；没有钻塔且只用12 V 电瓶照明，不但可以全天候施工，而且完全消除了高空作业、高空坠物、触电等安全隐患；各模块间快捷接头软连接，迅捷、高效、方便。井场只需（4.2×4.5）m，不需要另挖泥浆坑，基本上是清水或低固相钻进，不怕孔内漏失，有利于开挖井场和保护环境，少伐树木，降低成本，提高经济效益；钻探角度（45～90）°，可应对各种走向的矿脉。同时，更能满足当前的绿色勘查要求，容易达到安全、环保、健康三体系要求；配套的水泵扬程高达300 m，管线是快捷接头连接的可承压10 kPa 的软管，单人每小时能连接2000 多米。几年的使用经验验证，便携式钻机维修率低且方便高效。