XD800型全液壓便攜式鉆機在礦區勘查中的應用效果分析

李興兵

（甘肅省地質礦產勘查開發局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

1 礦區概況

1.1 自然地理條件

當金山礦區位于甘肅省阿克塞縣博羅轉井鎮長草溝內，距阿克塞縣城163°方向31km，屬典型的大陸性氣候，日溫差較大，年平均氣溫為9.4℃，礦區海拔在3180～3480m之間，年平均降水量為150mm±，年降雨量少，蒸發量大。這里四季分明，春、冬兩季多風，風向東、北東，風力一般3～4級，最大可達7級，夏季酷暑炎熱，秋季涼爽，冬季寒冷。區內屬阿爾金山北坡，山勢陡峭，地形復雜，屬低高山區，地勢一般南部較高，向北地形逐漸變低，相對高度60～300m，山脈走向近40°，地貌類型單一，微地貌類型主要為沖溝，礦體出露地貌類型為山脊。

1.2 地質概況

1.2.1 地層

礦區地層屬華北地層大區—秦祁昆地層區—祁連北秦嶺地層分區—中祁連地層小區及南祁連地層小區，出露地層有古元古代北大河巖群（Pt1B）、長城紀熬油溝組（Cha）、樺樹溝組（Chh）、奧陶紀吾力溝群（OWL）、志留紀巴龍貢噶爾組（Sbl）、古近紀白楊河組（Eb）及第四紀地層。黃褐色石英砂巖分布于礦層底部，厚度在30～218m，局部夾石灰巖透鏡體。地表黃褐色，深部淺灰色，細粒砂狀結構，塊狀構造。巖石主要由石英（≥90%）及少量斜長石及黃鐵礦組成。

1.2.2 構造

礦區位于柴達木地塊的北緣的阿爾金走滑斷裂帶上盤，構造以斷層為主，褶皺不發育，斷層對地層的破壞作用比較明顯。

1.2.3 侵入巖

礦區出露的侵入巖主要為加里東晚期的花崗閃長巖，分布于礦區北部，呈巖株狀產出，北東東—南西西向展布。

2 XD800型鉆機的技術性能

鉆機主要由液壓操作臺、柴油發動機、液壓動力頭、繩索卷揚機、泥漿泵、機架及儲漿罐等構成。鉆機主要性能見表1所示[1]。

表1 鉆機主要性能表

表2 XD800型全液壓便攜式鉆機與XY-4立軸式鉆機施工應用效果對比表

表3 便攜式鉆機與立軸式鉆機年成本及收益對比表

3 XD800型鉆機應用效果分析

該礦區2017年度設計鉆孔5個，鉆探工作量1100m，使用XY-4立軸式鉆機，采用普通φ75mm金剛石繩索取心鉆具，自2017年7月12日-11月2日完成鉆孔5個，完成工作量1124.24 m，臺月效率1102.52～1238.54 m，平均小時效率2.09～2.47m。

2018年度設計鉆孔6個，鉆探工作量1200m，使用XD800型全液壓便攜式鉆機，采用NQ型金剛石繩索取心鉆具，自2018年9月22日-11月2日完成鉆孔6個，完成工作量1243.02m，臺月效1784.62～2321.06m，平均小時效率3.14～4.53m。XD800型全液壓便攜式鉆機與立軸式XY-4型鉆機施工效果對比見表2[2]。

從表2可以看出，XD800型全液壓便攜式鉆機的臺月效率及平均小時效率是XY-4立軸式鉆機的1.5～2倍，其在42天的施工時間中，正常鉆進只有20天左右，搬遷、安裝計12天左右，等待布置鉆孔10天，而立軸式鉆機在49天的施工時間中，正常鉆進29天左右，搬遷、安裝計20天左右。從各類數據情況看，便攜式鉆機的鉆進時效、鉆進輔助時間較立軸式鉆機有明顯的優勢，在今后的施工中，減少停待時間將會大大的提高該鉆機的效率，在正常情況下，XD800型鉆機單月完成800 m鉆探工作量是完全可以做到的。

4 XD800型鉆機成本及收益分析

4.1 鉆機投入分析

4.1.1 鉆機成本

XD800型全液壓鉆機的購置費用約120萬（含鉆機附件及鉆具），其中鉆機購置費用為88萬，購置具有同等能力的國產立軸式鉆機約50萬（含鉆機附件及鉆具），其中鉆機購置費用為28萬。顯然，便攜式全液壓鉆機其購置費用遠高于立軸式鉆機。

4.1.2 使用成本

（1）設備折舊：按設備年折舊率15%計算，便攜式全液壓鉆機和立軸式鉆機的年折舊費分別為13.20萬、4.20萬，這部分費用是固定的，隨年施工工作量的增加，單位折舊費用也會相應下降。

（2）鉆具消耗：在該礦區施工中，便攜式鉆機配置NTW鉆桿300m、NTW鉆具3套，按NTW鉆桿223元/m，NTW雙管鉆具2550元/套，計算總共需費用74550元，假設其使用壽命為8000m，則單位成本為9.30元/m，鉆頭和擴孔器消耗量分別按1個/60m計算，其價格為880元，單位成本為14.67元/m，則鉆具單位成本為23.97元/m。

立軸式鉆機配置S75鉆桿300m、3套S75鉆具，按鉆桿130元/m，鉆具3500元/套，計算總共需費用49500元，假設其使用壽命為8000m，則單位成本為6.20元/m，鉆頭和擴孔器消耗量分別按1個/60m計算，其價格為620元，單位成本為10.33元/m，則鉆具單位成本為16.53元/m。

（3）燃料消耗：XD800全液壓便攜式鉆機動力為3臺33kw柴油發動機，XY-4型立軸式鉆機動力為100kw柴油發電機組。通過該礦區鉆探施工統計，XD800便攜式鉆機和XY-4立軸式鉆機的單位進尺燃油消耗量分別為8kg/m、6kg/m，造成全液壓鉆機燃油消耗比立軸式鉆機大的原因是液壓傳動效率低、消耗功率大所致。

4.2 收益分析

依據上述的分析，參照鉆探施工平均臺月效率，做如下假設：年工作量充足，正常施工9個月，按現行市場鉆探費用450元/m，燃油8.5元/kg計算，則可計算出兩型號鉆機的工作量、成本及收益（見表3），XD800鉆機要比XY-4鉆機多近84萬，經濟效益十分顯著。

通過表3的經濟核算可以看出，雖然便攜式鉆機的購置費較立軸式鉆機高，但同樣鉆進效率比立軸式鉆機高，XD800型便攜式鉆機正常施工可創出極高的鉆探經濟效益，短期內就可以收回成本[3]。

5 XD800便攜式鉆機的優缺點

5.1 鉆機優點

（1）適用施工小傾角的鉆孔，傾角范圍45°～90°；

（2）采用薄壁鉆桿、鉆具、鉆頭切削截面小，鉆進效率遠遠高于普通繩索取心鉆具；

（3）與立軸式鉆機相比，由于給進行程長，降低了巖心斷裂、堵塞的概率，特別是在破碎地層中鉆進可實現快速通過；

（4）鉆機只配備支架，無需上塔操作，減少了高空作業的安全風險；

（5）鉆機操作系統采用儀表化設計，操作簡單方便[4]；

（6）鉆機采用模塊化設計，質量最大的部件（柴油機模塊）只有180kg，方便運輸和安裝，大大地節約了搬遷和安裝時間，在交通不便的山區施工尤為突出；

（7）在山區或在林區施工，不需要修建臨時運輸道路，減少了對植被和環境的破壞，同時降低了對臨時用地的賠償金額。

5.2 鉆機缺點

（1）相較于立軸式鉆機，由于其動力為液壓驅動，再無其它輔助動力，其抗拔能力、處理孔內事故的能力較弱；

（2）正常鉆進時沖洗液不能循環利用，相對增加了施工成本，水源較遠及缺水工區其適用性較差；

（3）復雜地層鉆進時，為保證孔內沖洗液的性能，需另外增加清水循環系統來冷卻液壓油；

（4）鉆機液壓手把操作靈敏，在頻繁操作下容易產生誤操作引發安全事故；

（5）相較立軸式鉆機，鉆機配件價格高，造成施工成本提高[5]。

6 結語

通過XD800型便攜式鉆機在當金山礦區的施工實踐，該鉆機施工效率高，尤其在山區施工中，搬遷、安裝、鉆進效率優勢明顯。

但也存在以下兩方面的問題：一是鉆機處理事故的能力較弱，對于較復雜的地層，其發生事故的風險較大；二是由于該鉆機鉆進用沖洗液同時要對鉆機液壓油進行冷卻，導致鉆進沖洗液不能重復利用，若要重復利用，必須改裝液壓油冷卻系統，增加使用成本。