小議地質(zhì)勘探中的機(jī)電一體化

摘 要:機(jī)電一體化技術(shù)在地質(zhì)勘探中起著舉足輕重的作用。在地質(zhì)勘探領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向地質(zhì)勘探設(shè)備的滲透所形成的機(jī)電一體化，使地質(zhì)勘探發(fā)生了巨大變化。本文介紹了我國地質(zhì)勘探的概況，機(jī)電一體化技術(shù)的特點(diǎn)，以及機(jī)電一體化設(shè)備在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:地質(zhì)勘探 機(jī)電一體化 電磁儀 巖芯鉆機(jī)

中圖分類號:TU74文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0094-02

1 引言

地質(zhì)勘探是通過各種手段、方法對地質(zhì)進(jìn)行勘查、探測，確定合適的持力層，根據(jù)持力層的地基承載力，確定基礎(chǔ)類型，計算基礎(chǔ)參數(shù)的調(diào)查研究活動。是在對礦產(chǎn)普查中發(fā)現(xiàn)有工業(yè)意義的礦床，為查明礦產(chǎn)的質(zhì)和量，以及開采利用的技術(shù)條件，提供礦山建設(shè)設(shè)計所需要的礦產(chǎn)儲量和地質(zhì)資料，對一定地區(qū)內(nèi)的巖石、地層、構(gòu)造、礦產(chǎn)、水文、地貌等地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查研究工作。隨著調(diào)查研究工作不斷向深部水平發(fā)展以及調(diào)查研究成果在生產(chǎn)中的運(yùn)用，對設(shè)備控制水平和規(guī)模的要求越來越高，從而又加速了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，而采用新的機(jī)電一體化技術(shù)裝備的地質(zhì)勘探，能夠獲得更加顯著的成果、經(jīng)濟(jì)和社會效益，這是一個循環(huán)促進(jìn)不斷發(fā)展的過程。我國的地質(zhì)勘探工作開展相對較晚，機(jī)電一體化技術(shù)相對發(fā)達(dá)國家的發(fā)展也相對緩慢，但經(jīng)過多年發(fā)展， 也日趨復(fù)雜和完善。機(jī)電一體化設(shè)備在地質(zhì)勘探工作中的應(yīng)用也越來越廣泛。

2 地質(zhì)勘探概況

2.1 地質(zhì)勘探的任務(wù)

地質(zhì)勘探一般在地質(zhì)測繪的基礎(chǔ)上進(jìn)行。它可以直接深入地下巖層取得所需的工程地質(zhì)條件資料，是探明地質(zhì)情況的可靠的方法。地質(zhì)勘探的主要方式有地質(zhì)鉆探、坑探和物探。其主要任務(wù)為探明建筑場地的巖性及地質(zhì)構(gòu)造;劃分地層并確定其接觸關(guān)系;以及基巖的風(fēng)化程度、劃分風(fēng)化帶;研究巖層的產(chǎn)狀、裂隙發(fā)育程度及其隨深度的變化;研究褶皺、斷裂、破碎帶以及其他地質(zhì)構(gòu)造的空間分布和變化。探明水文地質(zhì)條件，即含水層、隔水層的分布、埋深、厚度、性質(zhì)及地下水位。溶巖的規(guī)模及發(fā)育程度;滑坡及泥石流的分布、范圍、特性等。提取巖土樣及水樣，提供野外試驗條件。從鉆孔或勘探點(diǎn)去巖土樣或水樣，提供室內(nèi)試驗、分析、鑒定之用。

2.2 我國地質(zhì)勘探的發(fā)展

新中國成立后，工業(yè)落后，國家提出礦業(yè)先行的號召。20世紀(jì)50年代開始，建立了大量的大型礦產(chǎn)基地，我國的礦業(yè)有了很快的發(fā)展。上世紀(jì)60、70年代，隨著不斷深入地進(jìn)行地質(zhì)找礦，近地表礦和露頭礦大多都被查明。尤其是較發(fā)達(dá)東部地區(qū)，地質(zhì)勘探程度比較高，容易識別的礦愈來愈少，尋找礦的難度亦愈來愈大，逐漸轉(zhuǎn)向勘查已知礦區(qū)的周邊以及深部隱伏礦;在地質(zhì)勘探程度相對較低中西部地區(qū)，一方面持續(xù)進(jìn)行對淺表礦的尋找，另一方面也在采用新技術(shù)勘查隱伏礦。上世紀(jì)80年代以來，隨著改革開放的不斷深化，與礦產(chǎn)資源勘查的理論和技術(shù)有關(guān)的國際交流大大增加，特別是引進(jìn)的新方法和新技術(shù)，成為了尋找隱伏礦的主要手段。我國地質(zhì)工作者，在引進(jìn)新方法、新技術(shù)及消化吸收的過程中，也在自主研發(fā)一些適合我國實(shí)際需要的新儀器、新方法等。[1]

3 機(jī)電一體化技術(shù)

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在地質(zhì)勘探領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向地質(zhì)勘探設(shè)備的滲透所形成的機(jī)電一體化，使地質(zhì)勘探發(fā)生了巨大變化。

機(jī)電一體化是指在機(jī)械設(shè)備的主功能、信息處理功能、動力功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。

機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。其基本特征是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、傳感測控技術(shù)、軟件編程技術(shù)、微電子技術(shù)、信息變換技術(shù)、電力電子技術(shù)、信息技術(shù)、接口技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及自動控制技術(shù)等技術(shù)，在高質(zhì)量、低能耗、多功能、高可靠性的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價值，使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。[2]

機(jī)電一體化技術(shù)是基于多種技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合與拼湊。機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

機(jī)電一體化是多學(xué)科的交叉融合，包括傳感器、機(jī)械、控制微、電子、信息處理、計算機(jī)等，其發(fā)展程度依賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，它正朝著智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、數(shù)字化、綠色化、人性化、帶源化和集成化的方向發(fā)展。

4 機(jī)電一體化設(shè)備在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

在地質(zhì)勘探中，機(jī)電一體化系統(tǒng)是根據(jù)地質(zhì)勘探的需要，圍繞微處理器，把、工控機(jī)、儀表、數(shù)據(jù)通訊及傳感器等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來制成的一種設(shè)備。機(jī)電一體化技術(shù)在地質(zhì)勘探中應(yīng)用廣泛。下面介紹一下常用的兩種設(shè)備。

4.1 瞬變電磁儀

瞬變電磁儀是目前利用電磁法、電法種類繁多的儀器中的一種，是地質(zhì)勘探中應(yīng)用普通，效果最佳的儀器之一。廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探領(lǐng)域，包括石油勘探，地下水勘探，地?zé)崮芸碧剑こ炭碧胶瓦x址，礦產(chǎn)資源勘探，活斷層勘探，地殼上地幔構(gòu)造研究，管線探測，地質(zhì)填圖，地下埋藏物，地震安全評價，地下污染范圍界定以及環(huán)境勘探等。

最近幾年來瞬變電磁法在國內(nèi)發(fā)展很快。目前國產(chǎn)瞬變電磁儀有重慶奔騰的WTEM，中國地大(武漢)的CUGTEM－4，長沙白云的MSD-1，西安強(qiáng)源EMRS-ZB等。國外生產(chǎn)的瞬變電磁有加拿大Geonics公司的PROTEM系統(tǒng)，鳳凰公司的V8，美國Zonge公司的GDP-32。其中Geonics公司是專門研發(fā)和生產(chǎn)時間域電磁儀器的專業(yè)公司，有PROTEM瞬變電磁儀，時間域金屬探測儀，大地電導(dǎo)率儀，井中瞬變電磁儀等。

近5～6年電磁法和電法儀器設(shè)備和軟件有了長足發(fā)展和巨大變化，新一代儀器設(shè)備的最大優(yōu)點(diǎn)是，噪音低，分辨率高，頻帶寬，動態(tài)范圍大，多功能，靈活輕便，低功耗，硬件和軟件的完善結(jié)合。當(dāng)今一流的電磁法和電法儀器必然是高超的硬件和軟件的完美結(jié)合，以達(dá)到高分辨率，高信噪比;寬頻帶，大動態(tài)范圍;高集成，多功能，低功耗;操作簡單，輕便靈活，現(xiàn)場施時顯示結(jié)果。

4.2 全液壓巖芯鉆機(jī)

為滿足地質(zhì)勘查市場新的需求，深度更深、自動化程度更高、能力更強(qiáng)的一系列新型號鉆探設(shè)備研制成功并投入市場。比如機(jī)械傳動巖心鉆機(jī)，全液壓巖心鉆機(jī)等。

全液壓巖芯鉆機(jī)集多種功能與一身，在地質(zhì)勘探中廣泛應(yīng)用的機(jī)電產(chǎn)品之一。能適應(yīng)平原、丘陵地帶、高溫、嚴(yán)寒等惡劣環(huán)境下工作，適用于金屬非金屬固體礦床勘探、煤層氣、天然氣、水文水井、地?zé)峋⒌V山坑道、通風(fēng)排水孔及工程搶險施工，是廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、煤炭、冶金、有色、石油、水文、工程等行業(yè)，以金剛石和硬質(zhì)合金鉆進(jìn)為主，滿足繩索取芯、頂驅(qū)鉆進(jìn)等多功能鉆探要求的性能卓越的鉆探設(shè)備之一。

它的特點(diǎn)是全液壓驅(qū)動，鋼履帶行走，組合式桅桿，動力機(jī)、主、副卷揚(yáng)機(jī)、泥漿泵等一體布置，結(jié)構(gòu)緊湊，集中操控靈活方便;液壓系統(tǒng)采用先導(dǎo)控制，負(fù)載傳感，電、液比例聯(lián)合集中操作控制;動力頭給進(jìn)與提升采用油缸鏈條倍速結(jié)構(gòu)，提升力，給進(jìn)力均較大;動力頭主軸回轉(zhuǎn)采用雙馬達(dá)驅(qū)動，輔以三檔機(jī)械變速箱，并有效地滿足了高轉(zhuǎn)速大扭矩的高效施工要求;動力頭采用液壓馬達(dá)齒條平移裝置，使主軸偏離鉆孔孔口，便于繩索取芯和其他機(jī)具的施工; 桅桿前端配有夾持卸扣器，便于鉆桿的上卸扣操作，減輕了操作者勞動強(qiáng)度和提高工作效率;此外，上下工作臺方便操作者操作需求及帶有孔口液壓夾持器、導(dǎo)正器等。這些特點(diǎn)給地質(zhì)勘探中作者帶來了極大的方便，縮短勘探工期，節(jié)省勞動力，降低勞動強(qiáng)度，更方便，更安全。

5 結(jié)語

地質(zhì)勘探中機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。也是地質(zhì)勘探發(fā)展的必然結(jié)果。我國自造的地質(zhì)勘探一體化設(shè)備也在朝著智能化、程序化、信息化的特點(diǎn)，以及設(shè)備操作簡單、維護(hù)方便、保護(hù)齊全、性能可靠的方向發(fā)展。這些設(shè)備在地質(zhì)勘探中的廣泛應(yīng)用，不僅減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度，而且極大地提高了地質(zhì)勘探水平和能力，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1]周圣華.礦產(chǎn)勘查中的物化探技術(shù)應(yīng)用與地質(zhì)效果.地質(zhì)與勘探，2007.

[2]王偉梁．機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計.價值工程，2010.

[3]左汝強(qiáng).推進(jìn)鉆探技術(shù)與裝備現(xiàn)代化加快礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)[J].地質(zhì)裝備，2008(1):11-14.