礦山地質(zhì)工程的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

許興龍

（甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020）

當(dāng)前地質(zhì)勘查主業(yè)建設(shè)得到了全面的發(fā)展，為礦山地質(zhì)工程勘查設(shè)備也提供了良好的契機(jī)，其中鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)的發(fā)展最為突出?？v觀鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)的整個(gè)發(fā)展過程，充分體現(xiàn)了人們?cè)诘V山地質(zhì)工程勘查中所運(yùn)用的科技的進(jìn)步，同時(shí)在最大程度上降低了繁重的人力勞動(dòng)，并取得了更高的作業(yè)效率[1]。但目前礦山地質(zhì)工程的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)在各地的發(fā)展水平并不均勻，存在某些礦山開采企業(yè)的鉆探設(shè)備較為領(lǐng)先，但在其實(shí)際工程施工中無法發(fā)揮出鉆探機(jī)械設(shè)備的實(shí)際性能，從而造成了資產(chǎn)閑置的現(xiàn)象發(fā)生。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)的鉆探機(jī)械設(shè)備采購(gòu)而言，近幾年來用于對(duì)新設(shè)備的資金投入較少，同時(shí)由于礦山開采企業(yè)利潤(rùn)附加值相對(duì)較小，因此更新先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)程相對(duì)落后，舊設(shè)備得不到相應(yīng)的支持。再?gòu)漠?dāng)前現(xiàn)有的鉆探機(jī)械設(shè)備及資金總量來看，存在礦山開采企業(yè)的專業(yè)特征不突出，鉆探機(jī)械設(shè)備現(xiàn)存狀態(tài)與其實(shí)際地位不相符，相應(yīng)提升裝備的資金較少，發(fā)展后勁不足，定位不明確等問題。針對(duì)上述問題，本文開展對(duì)礦山地質(zhì)工程的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的研究。

1 礦山地質(zhì)工程的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1.1 鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)的多方法融合趨勢(shì)

在礦山地質(zhì)工程中，將多種鉆探方式充分融合的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)是一個(gè)全新的發(fā)展方向。多方法融合的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)是指將一個(gè)獨(dú)立的采礦區(qū)域、工程作業(yè)區(qū)域或單個(gè)鉆孔根據(jù)礦山開采企業(yè)的實(shí)際需要以及該地區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)，在現(xiàn)有施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過將多種不同的鉆探方法融合的形式，對(duì)其進(jìn)行鉆探施工，從而求得與單一鉆探方法更高的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效果[2]。將多方法融合的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)看作是一種全新的技術(shù)體系，是礦山企業(yè)礦山地質(zhì)工程施工中鉆探技術(shù)的主要發(fā)展路徑。

以實(shí)際礦山地質(zhì)工程鉆探作業(yè)為例，結(jié)合多種方法融合的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)，在找礦勘查的過程中，首先在礦山開采的大范圍區(qū)域內(nèi)，利用螺旋鉆對(duì)礦區(qū)記性化學(xué)鉆探取樣；其次在需要重點(diǎn)勘查的區(qū)域利用潛孔沖擊鉆，對(duì)礦區(qū)基巖進(jìn)行鉆探；最后在比較預(yù)測(cè)到的礦產(chǎn)資源賦存位置上進(jìn)行布孔作業(yè)，采用金剛石巖心鉆設(shè)備最終完成對(duì)該區(qū)域的勘探。將螺旋鉆、潛孔沖擊鉆與金剛石巖心鉆結(jié)合的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的勘探效果，同時(shí)節(jié)省了大量的勘探時(shí)間，為下一步采礦提供充足條件。同時(shí)多方法融合的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)在實(shí)際礦山開采企業(yè)中已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，通過后期的推廣可以使礦山開采領(lǐng)域整體開采效率進(jìn)一步提高。

對(duì)于不同礦山礦地質(zhì)工程面臨的不同巖石及施工條件，采用多方法融合的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)可以制定出具有更高針對(duì)性的高效率鉆探方式。例如，針對(duì)取心鉆進(jìn)作業(yè)、定向作業(yè)、坑道內(nèi)步作業(yè)以及深孔堅(jiān)硬地層作業(yè)等特殊位置作業(yè)條件，可采用金剛石鉆的方法對(duì)其進(jìn)行鉆探；針對(duì)礦區(qū)中硬和堅(jiān)硬地層等位置鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)鉆進(jìn)垂直方向巖孔較短的問題時(shí)，可采用沖擊回轉(zhuǎn)式機(jī)械鉆孔方法；針對(duì)礦區(qū)軟土層位置可采用螺旋鉆、機(jī)械功靜電成孔鉆探等施工技術(shù)，以此將不通鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)與對(duì)其對(duì)應(yīng)的鉆探條件匹配，從而進(jìn)一步提高鉆探效果。

1.2 鉆探機(jī)械設(shè)備元件制造工藝逐漸成熟

隨著工藝制造領(lǐng)域中各項(xiàng)研制方法的不斷創(chuàng)新，礦山地質(zhì)工程的鉆探機(jī)械設(shè)備中的各重要元件的制造工藝水平逐漸成熟。圖1為礦山地質(zhì)工程勘探中常用的繩索取心鉆探機(jī)械設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)。

圖1中編號(hào)1～7分別表示為：鉆探外管接頭、單動(dòng)軸承、巖心容納管、外巖心管、穩(wěn)定器、擴(kuò)孔器、巖心卡簧座以及鉆頭。當(dāng)前鉆頭、鉆具等重要元件的研制工藝水平呈現(xiàn)出持續(xù)的上升趨勢(shì)。在制作鉆探機(jī)械設(shè)備各個(gè)組成元件時(shí)結(jié)合了先進(jìn)的聚晶金剛石材料、高強(qiáng)度輕質(zhì)合金材料等融入，研制出了全新的高壽命聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭、高強(qiáng)度鉆桿、繩索取心鉆桿、多級(jí)伸縮式鉆桿等結(jié)構(gòu)。不同類型的高性能鉆探機(jī)械設(shè)備可適用于更多的礦山地質(zhì)環(huán)境，同時(shí)根據(jù)不同環(huán)境條件選擇不同的鉆探機(jī)械設(shè)備可實(shí)現(xiàn)更加高效的勘探效果，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高鉆進(jìn)的質(zhì)量，增加施工可靠性[3]。尤其是針對(duì)規(guī)模較大以及海洋區(qū)域、凍土區(qū)域等特殊性勘探位置在進(jìn)行鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)的應(yīng)用時(shí)，將設(shè)備的開發(fā)與施工工藝結(jié)合的更加緊密。

1.3 強(qiáng)化鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)預(yù)知維修能力

在礦山地質(zhì)工程的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)不斷發(fā)展中，其預(yù)知維修能力得到了不斷地提高。預(yù)知維修能力可在鉆探機(jī)械設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重事故前，根據(jù)故障的發(fā)展情況，精準(zhǔn)的判斷故障的具體位置及原因，以此減少設(shè)備備用元件的損耗，并降低維修人員的作業(yè)難度。預(yù)知維修的強(qiáng)化不僅可以促進(jìn)保養(yǎng)能力的提高，同時(shí)更加注重對(duì)保養(yǎng)機(jī)制水準(zhǔn)的提升，并發(fā)揮出制度化的權(quán)威作用，從而提高對(duì)鉆探機(jī)械設(shè)備的保養(yǎng)效率。預(yù)知維修能力的強(qiáng)化可從兩個(gè)方面體現(xiàn)，第一種是加強(qiáng)了定期的設(shè)備養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)格按照“兼修并重，預(yù)防為主”的原則執(zhí)行，并不斷加強(qiáng)對(duì)維修人員的培養(yǎng)，從而使其對(duì)鉆探機(jī)械設(shè)備的維修與保養(yǎng)的主觀認(rèn)識(shí)及思想得到提高，增加其對(duì)設(shè)備維修與保養(yǎng)的主動(dòng)性和積極性；另一方面，在養(yǎng)護(hù)過程中有效控制了成本的投入，作業(yè)人員通過設(shè)備的實(shí)際作業(yè)量即可完成對(duì)設(shè)備養(yǎng)護(hù)方案的設(shè)計(jì)，從而提高鉆探機(jī)械設(shè)備的養(yǎng)護(hù)價(jià)值，提高設(shè)備的利用率。同時(shí)為了更加準(zhǔn)確、及時(shí)的找出鉆探機(jī)械設(shè)備的故障位置，還結(jié)合了高精度的概率統(tǒng)計(jì)方法以及經(jīng)濟(jì)分析方法對(duì)鉆探機(jī)械設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行判定。

1.4 鉆探設(shè)備機(jī)械化水平提高

在鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中，為了能夠更加適應(yīng)當(dāng)前礦山地質(zhì)工程中勘探任務(wù)的高效率作業(yè)需要，對(duì)鉆探技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新和研發(fā)，并積極加強(qiáng)針對(duì)鉆探設(shè)備的高新技術(shù)、信息化技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)，從而促進(jìn)了鉆探設(shè)備機(jī)械化水平的提高。

在提高鉆探設(shè)備機(jī)械化水平的過程中，首先提升了鉆探設(shè)備的機(jī)械化應(yīng)用水平，以此促進(jìn)鉆探設(shè)備本身的可操作性，從而為鉆探機(jī)械技術(shù)的高水平奠定良好的基礎(chǔ)。其次，更加注重了對(duì)鉆探機(jī)械設(shè)備自身的創(chuàng)造性，使得礦山地質(zhì)工程中的勘探工作可充分應(yīng)用于河流密集區(qū)、山地、高原等地形更加復(fù)雜的礦山開采區(qū)域，并有效解決了在勘探過程中出現(xiàn)的問題，進(jìn)一步提高了勘探效率。同時(shí)，在提升設(shè)備機(jī)械化水平時(shí)還充分利用了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，將其與鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)結(jié)合，提高設(shè)備的技術(shù)含量。通過動(dòng)態(tài)分析以及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方式，及時(shí)找出在工作狀態(tài)下的鉆探機(jī)械設(shè)備可能存在的問題或故障，并根據(jù)具體問題具體分析，給出相應(yīng)的解決措施，在提高鉆探機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率同時(shí)，減少設(shè)備維修和購(gòu)入的資金成本。

在提升鉆探機(jī)械設(shè)備自身的技術(shù)含量基礎(chǔ)上，將其鉆掘能力進(jìn)一步提升，并逐漸突顯出高新技術(shù)的作用。同時(shí)在對(duì)鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)還將其本土化技術(shù)不斷強(qiáng)化，在鉆探機(jī)械設(shè)備可在具體實(shí)踐中，根據(jù)礦山地質(zhì)工程鉆掘作業(yè)遇到的問題，對(duì)技術(shù)的實(shí)用性進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，從而為鉆探任務(wù)的高效率提供條件。

2 結(jié)語(yǔ)

通過本文對(duì)礦山地質(zhì)工程的鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)的研究得出其發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)還將在地質(zhì)鉆探、沿途鉆掘以及海洋開發(fā)等方面做出更大的成就對(duì)于陸地固體礦產(chǎn)資源的開發(fā)，尤其是稀缺的石油、核能以及地?zé)岬荣Y源，隨著生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展都將需求量都將不斷增加，尤其是對(duì)于勘探程度相對(duì)較低、開采環(huán)境較差的偏遠(yuǎn)地區(qū)都有待進(jìn)行更加深入的挖掘。同時(shí)，大西部的開發(fā)常見的極地、高山以及冰川等惡劣地質(zhì)條件也為鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)的發(fā)展帶來了全新的考驗(yàn)。因此，面對(duì)鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，還需要相關(guān)研究人員的深入研究，并借鑒其他國(guó)家先進(jìn)的挖掘技術(shù)，從而使鉆探機(jī)械設(shè)備技術(shù)更好的投入到礦山地質(zhì)工程中。