小議地質勘探中的機電一體化

摘 要:機電一體化技術在地質勘探中起著舉足輕重的作用。在地質勘探領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向地質勘探設備的滲透所形成的機電一體化，使地質勘探發生了巨大變化。本文介紹了我國地質勘探的概況，機電一體化技術的特點，以及機電一體化設備在地質勘探中的應用。

關鍵詞:地質勘探 機電一體化 電磁儀 巖芯鉆機

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

1 引言

地質勘探是通過各種手段、方法對地質進行勘查、探測，確定合適的持力層，根據持力層的地基承載力，確定基礎類型，計算基礎參數的調查研究活動。是在對礦產普查中發現有工業意義的礦床，為查明礦產的質和量，以及開采利用的技術條件，提供礦山建設設計所需要的礦產儲量和地質資料，對一定地區內的巖石、地層、構造、礦產、水文、地貌等地質情況進行調查研究工作。隨著調查研究工作不斷向深部水平發展以及調查研究成果在生產中的運用，對設備控制水平和規模的要求越來越高，從而又加速了機電一體化技術的發展和進步，而采用新的機電一體化技術裝備的地質勘探，能夠獲得更加顯著的成果、經濟和社會效益，這是一個循環促進不斷發展的過程。我國的地質勘探工作開展相對較晚，機電一體化技術相對發達國家的發展也相對緩慢，但經過多年發展， 也日趨復雜和完善。機電一體化設備在地質勘探工作中的應用也越來越廣泛。

2 地質勘探概況

2.1 地質勘探的任務

地質勘探一般在地質測繪的基礎上進行。它可以直接深入地下巖層取得所需的工程地質條件資料，是探明地質情況的可靠的方法。地質勘探的主要方式有地質鉆探、坑探和物探。其主要任務為探明建筑場地的巖性及地質構造;劃分地層并確定其接觸關系;以及基巖的風化程度、劃分風化帶;研究巖層的產狀、裂隙發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構造的空間分布和變化。探明水文地質條件，即含水層、隔水層的分布、埋深、厚度、性質及地下水位。溶巖的規模及發育程度;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。從鉆孔或勘探點去巖土樣或水樣，提供室內試驗、分析、鑒定之用。

2.2 我國地質勘探的發展

新中國成立后，工業落后，國家提出礦業先行的號召。20世紀50年代開始，建立了大量的大型礦產基地，我國的礦業有了很快的發展。上世紀60、70年代，隨著不斷深入地進行地質找礦，近地表礦和露頭礦大多都被查明。尤其是較發達東部地區，地質勘探程度比較高，容易識別的礦愈來愈少，尋找礦的難度亦愈來愈大，逐漸轉向勘查已知礦區的周邊以及深部隱伏礦;在地質勘探程度相對較低中西部地區，一方面持續進行對淺表礦的尋找，另一方面也在采用新技術勘查隱伏礦。上世紀80年代以來，隨著改革開放的不斷深化，與礦產資源勘查的理論和技術有關的國際交流大大增加，特別是引進的新方法和新技術，成為了尋找隱伏礦的主要手段。我國地質工作者，在引進新方法、新技術及消化吸收的過程中，也在自主研發一些適合我國實際需要的新儀器、新方法等。[1]

3 機電一體化技術

現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在地質勘探領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向地質勘探設備的滲透所形成的機電一體化，使地質勘探發生了巨大變化。

機電一體化是指在機械設備的主功能、信息處理功能、動力功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。

機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。其基本特征是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、傳感測控技術、軟件編程技術、微電子技術、信息變換技術、電力電子技術、信息技術、接口技術、計算機技術以及自動控制技術等技術，在高質量、低能耗、多功能、高可靠性的意義上實現特定功能價值，使整個系統最優化的系統工程技術。[2]

機電一體化技術是基于多種技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合與拼湊。機電一體化產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電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。

機電一體化是多學科的交叉融合，包括傳感器、機械、控制微、電子、信息處理、計算機等，其發展程度依賴于相關技術的進步，它正朝著智能化、模塊化、網絡化、微型化、數字化、綠色化、人性化、帶源化和集成化的方向發展。

4 機電一體化設備在地質勘探中的應用

在地質勘探中，機電一體化系統是根據地質勘探的需要，圍繞微處理器，把、工控機、儀表、數據通訊及傳感器等技術有機的結合起來制成的一種設備。機電一體化技術在地質勘探中應用廣泛。下面介紹一下常用的兩種設備。

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，是地質勘探中應用普通，效果最佳的儀器之一。廣泛應用于地質勘探領域，包括石油勘探，地下水勘探，地熱能勘探，工程勘探和選址，礦產資源勘探，活斷層勘探，地殼上地幔構造研究，管線探測，地質填圖，地下埋藏物，地震安全評價，地下污染范圍界定以及環境勘探等。

最近幾年來瞬變電磁法在國內發展很快。目前國產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，西安強源EMRS-ZB等。國外生產的瞬變電磁有加拿大Geonics公司的PROTEM系統，鳳凰公司的V8，美國Zonge公司的GDP-32。其中Geonics公司是專門研發和生產時間域電磁儀器的專業公司，有PROTEM瞬變電磁儀，時間域金屬探測儀，大地電導率儀，井中瞬變電磁儀等。

近5～6年電磁法和電法儀器設備和軟件有了長足發展和巨大變化，新一代儀器設備的最大優點是，噪音低，分辨率高，頻帶寬，動態范圍大，多功能，靈活輕便，低功耗，硬件和軟件的完善結合。當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合，以達到高分辨率，高信噪比;寬頻帶，大動態范圍;高集成，多功能，低功耗;操作簡單，輕便靈活，現場施時顯示結果。

4.2 全液壓巖芯鉆機

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

全液壓巖芯鉆機集多種功能與一身，在地質勘探中廣泛應用的機電產品之一。能適應平原、丘陵地帶、高溫、嚴寒等惡劣環境下工作，適用于金屬非金屬固體礦床勘探、煤層氣、天然氣、水文水井、地熱井、礦山坑道、通風排水孔及工程搶險施工，是廣泛應用于地質、煤炭、冶金、有色、石油、水文、工程等行業，以金剛石和硬質合金鉆進為主，滿足繩索取芯、頂驅鉆進等多功能鉆探要求的性能卓越的鉆探設備之一。

它的特點是全液壓驅動，鋼履帶行走，組合式桅桿，動力機、主、副卷揚機、泥漿泵等一體布置，結構緊湊，集中操控靈活方便;液壓系統采用先導控制，負載傳感，電、液比例聯合集中操作控制;動力頭給進與提升采用油缸鏈條倍速結構，提升力，給進力均較大;動力頭主軸回轉采用雙馬達驅動，輔以三檔機械變速箱，并有效地滿足了高轉速大扭矩的高效施工要求;動力頭采用液壓馬達齒條平移裝置，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、導正器等。這些特點給地質勘探中作者帶來了極大的方便，縮短勘探工期，節省勞動力，降低勞動強度，更方便，更安全。

5 結語

地質勘探中機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。也是地質勘探發展的必然結果。我國自造的地質勘探一體化設備也在朝著智能化、程序化、信息化的特點，以及設備操作簡單、維護方便、保護齊全、性能可靠的方向發展。這些設備在地質勘探中的廣泛應用，不僅減輕了操作人員的勞動強度，而且極大地提高了地質勘探水平和能力，創造了巨大的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]周圣華.礦產勘查中的物化探技術應用與地質效果.地質與勘探，2007.

[2]王偉梁．機電一體化系統設計.價值工程，2010.

[3]左汝強.推進鉆探技術與裝備現代化加快礦產資源勘查開發[J].地質裝備，2008(1):11-14.