地质钻探技术与装备21世纪新进展

21世纪初,我国地质钻探技术处于立轴钻机普遍使用、国产绳索取心钻杆只能满足1000 m以内孔深钻进要求、钻探器具相对落后、硬岩地层钻进效率低、复杂地层取心效果差的落后局面。近10多年来,在多个国家重大科学工程项目、国家科技支撑计划、“863”计划、地质大调查专项等科技项目支持下,通过产学研联合攻关,形成了硬岩深井科学钻探技术体系和2000 m以内地质岩心钻探技术体系,浅层取心（取样）钻探技术、新能源勘探开发钻探技术、地质灾害调查和防治钻探技术、定向钻探技术、基础工程施工钻掘技术等都取得了飞速的发展和进步。本文对21世纪我国地质钻探技术与装备、关键器具新进展进行了阐述,并对经济新常态下的发展方向进行了展望。     

北京冯家峪铁矿坑道水平硬岩钻进技术实践

北京冯家峪铁矿地层坚硬致密、研磨性较弱、构造发育、易造斜、岩性复杂,坑道水平钻进中钻孔倾角变化范围较大（-55°～60°）,上仰孔施工中冲洗液易沿着钻杆流出并对施工人员、钻机设备造成较大危害,硐内安全生产隐患较多,这些都给钻进施工带来了较大困难。对此,选用主机质量轻、所需安装空间小的Z7559型全液压钻机,选取满眼组合钻具,定制软胎体金刚石钻头;合理选用、调整冲洗液性能及泵量,正确调整钻进工艺参数;采取限制回次进尺、合理安装钻机等措施,确保工程质量和施工安全。对坚硬地层大倾角硐内水平钻进施工具有一定的借鉴意义。     

新型卤水补给采集井AK1井施工工艺

AK1井是在土耳其Beypazari天然碱矿老矿区选址并钻进形成的新型卤水补给采集井。该井采用中国地质科学院勘探技术研究所自行研制的SDC-1500型车载钻机钻进施工,并下入带有悬挂器的特殊套管串成井。该井创新性地使用负压抽采模式采取地下卤水。其单井出卤量3倍于生产井,有效缓解了矿加工厂卤水供应量不足的情况,提高了生产效率。     

机械传动多功能坑道钻机的研发及性能分析

为解决普通立轴式岩心钻机和全液压钻机在坑道内钻探施工存在的问题以及满足用户的需求,研制了KDZ-300型多功能坑道钻机。该钻机利用机械传动立轴钻机回转器可以旋转360°,并结合机械传动动力消耗低、便于维修等优点,采用现有GXY-2型机械传动立轴钻机的主要零部件,增加上、下液压卡盘和上、下支撑固定等机构,在坑道内可实现向下、水平和仰孔施工,大大降低了制造、使用和维修成本。厂内调试和初步生产试验证明,钻机性能完全实现了设计的目的。     

TGQ背包式取样钻机的研制

目前在普查踏勘阶段,地质工作者要求随时随地取样,迫切地需要迁移便捷、快速钻进、高效高质的便携式取样钻机。本文介绍了研制的TGQ背包式取样钻机的参数、特点及试验情况。该钻机体积小、质量轻、结构设计合理,具有高、低两挡转速,可以实现金刚石钻进、螺旋钻进工艺,可以进行斜孔钻进取心,可以解决复杂地层的取样问题。钻具采用高强度的材料,钻杆采用插装式快速连接结构,提高了加减钻杆的效率。钻机的研制打破了国外背包式轻便钻机对我国市场的垄断。     

阿舍勒铜矿水敏地层防斜纠斜钻进工艺

新疆阿勒泰地区阿舍勒铜矿地层是以凝灰岩、角闪岩为主的典型蚀变性水敏地层,地层倾角较大,岩石各向异性明显,钻进过程中极易造成钻孔偏斜。该矿区坑道钻探施工中缩径、坍塌、掉块卡钻等钻探事故频发,制约了防斜、纠斜钻进工艺的选取,使该矿区钻探施工很难满足快速、经济的地质找矿要求。通过对已施工钻孔水敏地层防斜、纠斜工艺进行研究,提出了一套水敏地层防斜、纠斜等提高钻孔质量的工艺措施。     

GYL-200型塔架履带一体式钻机的研制

为提高钻机搬迁的方便性,简化竖塔过程,提高施工效率,研制了一种将后移式工勘钻机置于橡胶履带底盘上,并设计了液压起降折叠开放式三角钻塔的塔架履带一体式钻机。同时为不影响钻机原有的斜孔钻进功能,钻机底架设计为旋转支腿结构;为进一步提高钻机的自动化程度,将原手动式卡盘改为液压卡盘。介绍了该塔架履带一体式钻机的结构以及部分参数选择计算。     

基于CAN总线技术的钻机电控系统的设计与应用

电控系统作为钻机的操控核心,其安全性和可靠性是钻机正常运行的重要保障。本文提出了基于CAN总线技术的控制系统方案,重点论述了该系统的结构组成及功能设计。通过在SDC2500型全液压钻机上的应用表明,基于CAN总线技术的控制系统具有布线简洁、远程集成控制、故障预警、提高钻机操控安全性等优势。     

4000 m交流变频电驱岩心钻机的研制及其 在地热井的工程应用

为满足深部找矿、科学钻探以及新能源勘探等对深孔取心钻探装备的需求,开展了4000 m地质岩心成套技术装备研究。4000 m地质岩心钻机回转系统采用顶驱系统,实现高转速下取心钻进;在井架底部设计有转盘回转系统,可进行大扭矩低转速钻进以应对不同的工况需求;钻机塔架和升降系统能进行长立根提下钻,可缩短提下钻作业时间;钻机的电传电控系统采用了目前国际先进的全数字交流变频技术及自动化、智能化控制技术、计算机控制技术、现场总线通讯和程序控制技术等,实现回转系统的无级调速和司钻的智能化控制。研制的4000 m交流变频电驱岩心钻机在天津东丽湖地热调查井（CGSD—01井）中应用,初步验证了其技术性能,具有操作简便、安全性与可靠性高、使用成本低等优点。本文介绍了4000 m交流变频电驱岩心钻机的项目来源、国内外研究现状、总体技术方案、主要结构及特点、主要技术参数、野外生产试验应用等情况。     

ZDY750L底锚钻机在新元矿底板锚固施工中的应用

针对煤矿巷道底板锚固施工布孔密集、钻机搬移频繁等问题,为提高巷道底板锚固孔的施工效率,研制的ZDY750L底锚钻机采用分体履带式结构,宽度窄,施工机动性强;采用摇臂式偏转机构,使钻机实现一次停车完成两个底板锚固孔的施工作业。以新元矿3号煤南区集中胶带大巷工业性试验为例,ZDY750L底锚钻机操作简单,移动灵活,定位精确,对底鼓巷道适应性强,降低了工人劳动强度,改善了工作面作业环境,实现了高效施工底板锚固孔作业的功能,为同类煤矿巷道底板治理提供借鉴及指导。