2000 m地質(zhì)巖心鉆探關(guān)鍵技術(shù)與裝備

張金昌，劉凡柏，冉恒謙，孫建華，孟義泉

（中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北廊坊 065000）

2000 m地質(zhì)巖心鉆探關(guān)鍵技術(shù)與裝備

張金昌，劉凡柏，冉恒謙，孫建華，孟義泉

（中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北廊坊 065000）

經(jīng)過4年的攻關(guān)，國家“863”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“2000 m地質(zhì)巖心鉆探關(guān)鍵技術(shù)與裝備”研制取得了多項(xiàng)創(chuàng)新成果，主要包括:完成了地面鉆探設(shè)備及孔內(nèi)鉆探取心器具集成配套，形成了深部巖心鉆探施工和示范能力;完成了山東金青頂?shù)V區(qū)危礦專項(xiàng)ZK43-1鉆孔施工，終孔深度2212.80 m。全孔平均鉆進(jìn)時(shí)效為1.65 m，巖心采取率為98.6%，鉆孔質(zhì)量優(yōu)良;創(chuàng)造了3項(xiàng)鉆深和套管下入深度全國記錄;在大項(xiàng)目運(yùn)作機(jī)制、產(chǎn)學(xué)研合作模式及鉆探技術(shù)示范方式等方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)。詳細(xì)介紹了項(xiàng)目的研制情況及取得的主要成果。

全液壓巖心鉆機(jī);泥漿泵;鉆進(jìn)參數(shù)監(jiān)測;繩索取心鉆桿;繩索取心液動(dòng)錘;長壽命金剛石鉆頭

1 概述

“2000 m地質(zhì)巖心鉆探關(guān)鍵技術(shù)與裝備”是2007年立項(xiàng)的“十一五”國家“863”計(jì)劃重點(diǎn)科技項(xiàng)目。其總體目標(biāo)任務(wù)有5項(xiàng):（1）開展優(yōu)質(zhì)、高效深孔鉆進(jìn)工藝研究以及2000 m全液壓巖心鉆機(jī)及配套設(shè)備的研制;（2）鉆進(jìn)工藝器具性能指標(biāo)顯著提高;（3）先進(jìn)、高效鉆探技術(shù)的應(yīng)用水平大幅度提高;（4）2000 m全液壓巖心鉆機(jī)及配套設(shè)備達(dá)到實(shí)用化程度，形成先進(jìn)的深部礦產(chǎn)資源鉆探技術(shù)體系;（5）獲得4～6項(xiàng)創(chuàng)新性的技術(shù)成果、2～3項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國家專利。主要研究內(nèi)容包括:（1）深孔全液壓巖心鉆機(jī)及配套關(guān)鍵設(shè)備的研制;（2）優(yōu)質(zhì)、高效深孔鉆進(jìn)工藝技術(shù)及關(guān)鍵器具的研究;（3）2000 m巖心鉆探設(shè)備、工藝及器具配套集成研究等3個(gè)方面，細(xì)分為9個(gè)子課題。項(xiàng)目批準(zhǔn)立項(xiàng)后，經(jīng)過3年多時(shí)間，至2010年底完成了全部研究任務(wù)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，本文就研制情況和取得的主要成果進(jìn)行簡要總結(jié)。

2 2000 m全液壓巖心鉆機(jī)（YDX-5型）

YDX-5型全液壓巖心鉆機(jī)是我國自主研發(fā)的新一代全液壓深孔巖心鉆機(jī)（見圖1），主要技術(shù)參數(shù)見表1。在示范工程試驗(yàn)中，展示了優(yōu)良的性能，其整體設(shè)計(jì)布局合理、對各種鉆探工藝適應(yīng)性強(qiáng)、適合斜孔鉆進(jìn)施工，是我國地質(zhì)找礦新一代深孔用巖心鉆探設(shè)備。其主要特點(diǎn)如下:

（1）全液壓驅(qū)動(dòng)，操作簡單方便;

（2）模塊化設(shè)計(jì)，便于組裝分解及系列產(chǎn)品衍生;

（3）配備4擋手動(dòng)變速箱和液比例變量液壓馬達(dá)，轉(zhuǎn)速在0～1200 r/min之間可無級調(diào)速，速度范圍寬、扭矩大，有利于以金剛石鉆進(jìn)為主體的多種鉆探工藝的選擇;

圖1 YDX-5型全液壓巖心鉆機(jī)

表1 YDX-5型全液壓巖心鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

（4）卡盤為氮?dú)鈴椈蓨A緊、液壓松開式，通孔直徑大、軸向行程短、徑向行程長、夾緊力大，補(bǔ)償性能好，變換卡瓦可用于國內(nèi)外不同孔徑的鉆探施工;卡瓦采用硬質(zhì)合金鑲焊式結(jié)構(gòu)，工作可靠，壽命長，更換簡單方便;

（5）鉆塔一次可提升9 m長立根，給進(jìn)行程長，機(jī)械化程度高，有利于提高鉆進(jìn)效率，減少輔助時(shí)間和巖心堵塞等孔內(nèi)事故;

（6）給進(jìn)控制有加壓鉆進(jìn)、減壓鉆進(jìn)、自重鉆進(jìn)、稱重、快速給進(jìn)提升等工作狀態(tài)，可滿足不同鉆探施工工藝的需要;

（7）鉸接式上、下桅桿方便運(yùn)輸，鉆塔可滑移直接支撐地面，大大增強(qiáng)了鉆機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定性;桅桿由油缸升降，角度可調(diào)，可鉆進(jìn)45°～90°的斜孔;

（8）可變速履帶行走系統(tǒng)極大地方便了設(shè)備移動(dòng)，配有液壓剎車與停車制動(dòng)器，在斜坡上停止時(shí)安全可靠，配備的有線（或無線）控制行走手柄大大增加了操作人員的安全性;

（9）繩索取心絞車具有自動(dòng)排繩功能，減少了鋼絲繩的損耗;配備的平衡閥及靜態(tài)制動(dòng)器使下放重物及停車時(shí)更加安全可靠;

（10）大量選用標(biāo)準(zhǔn)件、通用零部件，如卷揚(yáng)機(jī)、液壓系統(tǒng)元件、過濾器、各種彈簧等，鉆機(jī)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度高;

（11）鉆機(jī)電、液儀表齊全，便于實(shí)時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行情況，并具有自動(dòng)報(bào)警功能;

（12）可隨機(jī)配備液壓孔口夾持器、液壓驅(qū)動(dòng)泥漿泵和液壓驅(qū)動(dòng)泥漿攪拌器等附屬設(shè)備，通過液壓快換接頭相連，拆裝使用十分方便，鉆探過程中不再需要其它輔助動(dòng)力。

3 YWB-360/300/250型泥漿泵

YWB-360/300/250型泥漿泵（見圖2）是2000 m全液壓巖心鉆機(jī)的配套關(guān)鍵設(shè)備之一，采用了變量泵定量馬達(dá)液壓無級驅(qū)動(dòng)，解決了2000 m地質(zhì)巖心鉆進(jìn)過程中，不同鉆進(jìn)方法、不同口徑對泥漿流量及壓力的要求，達(dá)到為不同孔底動(dòng)力鉆具提供有效的泥漿動(dòng)力的目的。通過示范工程試驗(yàn)，驗(yàn)證了該泥漿泵的先進(jìn)性、適用性、經(jīng)濟(jì)性三者并重，采用大缸徑、長行程、低沖次的設(shè)計(jì)理念增加了易損件的使用壽命。該泥漿泵具有以下主要特點(diǎn):

圖2 YWB-360/300/250型泥漿泵

（1）泥漿泵流量為95～360 L/min、壓力45～15 MPa，能夠滿足深孔多工藝鉆進(jìn)的需要;

（2）柱塞外圓面熱噴涂Ni60+20%碳化鎢并經(jīng)磨削拋光，使用壽命增長;

（3）柱塞盤根選用“壓不垮”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由丁腈橡膠與純芳綸編織密封材料制作并相間排列組合;

（4）泥漿泵鉆進(jìn)時(shí)沖次低，壓力小，大大提高了易損件的使用壽命;

（5）連桿小頭軸瓦選用銅鋁鐵合金表面滲硅特殊硬化處理;

（6）連桿大頭采用自制的帶內(nèi)外瓦并附有保持架的滾針軸承，以滾動(dòng)軸承代替滑動(dòng)軸承，溫升較低;

（7）采用雙馬達(dá)串并聯(lián)驅(qū)動(dòng)泥漿泵，有效降低了功率損耗。

YWB-360/300/250型泥漿泵主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 泥漿泵的主要技術(shù)參數(shù)

4 泥漿制備與固控系統(tǒng)

泥漿制備與固控系統(tǒng)由北京探礦工程研究所研制，設(shè)備包括:2個(gè)循環(huán)泥漿罐、一個(gè)沉砂罐、配漿漏斗、離心機(jī)、旋流除砂器和相應(yīng)的泥漿攪拌機(jī)（見圖3），主要技術(shù)參數(shù):總?cè)莘e31.5 m3，有效容積19.5 m3，最大處理量60.0 m3/h，功率43.6 kW。在山東乳山ZK43-1示范鉆孔試驗(yàn)中，采用了固控系統(tǒng)的離心機(jī)維護(hù)泥漿性能，效果良好。

圖3 泥漿循環(huán)系統(tǒng)現(xiàn)場

（1）根據(jù)需要及時(shí)開動(dòng)，對泥漿的凈化效果好，對防止鉆桿結(jié)泥皮起到了很重要的作用。在開離心機(jī)前，泥皮厚度達(dá)到了3 mm，開啟離心機(jī)并降低鉆機(jī)轉(zhuǎn)速后，固相顆粒的峰值從5～80 μm降到10 μm以下，平均粒徑從22 μm降到5 μm，結(jié)泥皮的情況大有好轉(zhuǎn);

（2）施工中可及時(shí)清除有害固相，保持泥漿流變性能穩(wěn)定，減少了泥漿排放。

5 CUG-2鉆進(jìn)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)

鉆進(jìn)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)是現(xiàn)代深孔鉆探工程不可或缺的先進(jìn)配套技術(shù)。中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）研制的CUG-2鉆探參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)（見圖4），可實(shí)時(shí)監(jiān)測鉆機(jī)模塊的6個(gè)參數(shù)和泥漿系統(tǒng)模塊的5個(gè)參數(shù)。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)無線傳輸，方便后方基地對現(xiàn)場的遠(yuǎn)程管理;同時(shí)，為建設(shè)鉆場信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“數(shù)字鉆探”提供了技術(shù)儲(chǔ)備。該系統(tǒng)在ZK43-1孔示范工程試驗(yàn)現(xiàn)場經(jīng)受了長時(shí)間惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，獲得了大量實(shí)鉆數(shù)據(jù)。其應(yīng)用可明顯降低鉆孔事故率，確保深孔鉆進(jìn)施工安全。系統(tǒng)主要功能如下:

圖4 CUG-2鉆參儀各測量模塊及信號(hào)無線傳輸功能的組成

（1）通過13個(gè)傳感器及系統(tǒng)軟硬件，實(shí)時(shí)采集和顯示孔深、鉆壓、轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、鉆速、泵量、泵壓、出口泥漿溫度、出口泥漿流量及泥漿池液面高度共計(jì)11個(gè)參數(shù);鉆機(jī)模塊參數(shù)測試范圍及精度指標(biāo)見表3，泥漿系統(tǒng)模塊參數(shù)測試范圍及精度指標(biāo)見表4;

表3 鉆機(jī)模塊參數(shù)測試范圍及精度指標(biāo)

表4 泥漿系統(tǒng)模塊參數(shù)測試范圍及精度指標(biāo)

（2）通過時(shí)間序列和小波分析等數(shù)學(xué)方法對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，識(shí)別鉆探過程孔內(nèi)典型工況，如燒鉆、卡鉆、斷鉆具、鉆具刺穿、埋鉆、孔漏和孔溢，并進(jìn)行聲光報(bào)警;

（3）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)當(dāng)日和歷史鉆進(jìn)參數(shù)的存貯、回放和打印;

（4）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面的近距離和遠(yuǎn)距離無線傳輸。近距離傳輸范圍為3 km左右，遠(yuǎn)距離傳輸可在全國各地接收。

6 新型高強(qiáng)度繩索取心鉆桿

我所與無錫鉆探工具廠聯(lián)合研制了雙密封不對稱梯形螺紋副繩索取心鉆桿。鉆桿采用了項(xiàng)目研究成果XJY-850新型高性能繩索取心鉆桿專用管材。在2000 m全液壓巖心鉆機(jī)鉆探裝備示范工程中，自孔深238.2 m開始，至孔深1461.9 m，試驗(yàn)使用H規(guī)格繩索取心高強(qiáng)度鉆桿。鉆進(jìn)時(shí)間151天，累計(jì)深度1223.7 m，創(chuàng)造國內(nèi)同規(guī)格繩索取心鉆桿應(yīng)用孔深記錄。自孔深1461.9 m開始，至孔深2212.80 m，試驗(yàn)使用N規(guī)格繩索取心高強(qiáng)度鉆桿，試驗(yàn)時(shí)間82天，累計(jì)進(jìn)尺750.9 m。試驗(yàn)表明，研制的鉆桿強(qiáng)度高，耐磨性、密封性明顯改善，鉆桿卸扣扭矩較低;鉆桿桿體、接頭從未發(fā)生斷裂、脫扣等情況。兩種規(guī)格繩索取心鉆桿主要技術(shù)參數(shù)見表5。

表5 繩索取心鉆桿主要技術(shù)參數(shù)

7 深孔繩索取心液動(dòng)錘

在2000 m全液壓巖心鉆機(jī)鉆探裝備示范工程中，由我所研制的大深度繩索取心液動(dòng)錘進(jìn)尺700.3 m，使用壽命大于40 h。繩索取心液動(dòng)錘在ZK43-1鉆孔1464.8～2211.4 m孔深，累計(jì)進(jìn)尺746.6 m，使用壽命大于42 h。深孔應(yīng)用繩索取心液動(dòng)錘提高了機(jī)械鉆速，增加了回次進(jìn)尺。同時(shí)，有利于判斷內(nèi)管總成到位情況，減少了停待時(shí)間。兩種規(guī)格繩索取心液動(dòng)錘見圖5，主要技術(shù)參數(shù)見表6。

圖5 繩索取心液動(dòng)潛孔錘鉆具

表6 繩索取心液動(dòng)錘主要技術(shù)參數(shù)

8 長壽命金剛石鉆頭

隨著繩索取心鉆進(jìn)深度的增加，鉆頭壽命對鉆探成本及臺(tái)月效率的影響越來越大。為降低鉆探成本，提高臺(tái)月效率，作為項(xiàng)目研究內(nèi)容之一，由北京探礦工程研究所研制成功超高胎體二次鑲焊長壽命金剛石鉆頭（圖6）。在2000 m全液壓巖心鉆機(jī)鉆探裝備示范工程中，H規(guī)格長壽命鉆頭最大進(jìn)尺59.9 m，平均進(jìn)尺39.1 m，比普通金剛石鉆頭提高32.9%;N規(guī)格長壽命鉆頭最大進(jìn)尺117.9 m，平均進(jìn)尺87 m，提高68.3%。同時(shí)由吉林大學(xué)探索研究了仿生金剛石鉆頭（圖7），經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證亦取得較好效果。

圖6 超高胎體二次鑲焊金剛石鉆頭

圖7 仿生金剛石鉆頭

9 不提鉆換鉆頭取心鉆具

中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所研制的N規(guī)格不提鉆換鉆頭取心鉆具是一種集繩索取心、繩索打撈更換鉆頭的孔內(nèi)鉆進(jìn)新器具。鉆具結(jié)構(gòu)類型為楔頂擴(kuò)孔翼伸縮式，采用兩級破巖成孔，設(shè)置有先導(dǎo)鉆頭（主鉆頭）和擴(kuò)孔鉆頭（副鉆頭）。在ZK43-1孔深2010 m后，鉆具下孔到位張開后進(jìn)行掃孔，然后打撈鉆具。由于泥漿粘度較高，掃孔時(shí)間長，鉆頭架內(nèi)沉滿了巖粉，影響鉆具不能充分收斂，打撈失敗。鉆具改進(jìn)后在孔深2081.50和2211.4 m時(shí)進(jìn)行了2回次的實(shí)鉆試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了基本功能和動(dòng)作。研制的不提鉆換鉆頭鉆具見圖8，主要技術(shù)參數(shù)見表7。

圖8 不提鉆換鉆頭鉆具

表7 不提鉆換鉆頭鉆具主要技術(shù)參數(shù)

10 2000 m巖心鉆探設(shè)備、器具配套集成研究

根據(jù)全國危機(jī)礦山接替資源找礦工作深部鉆探技術(shù)需求，經(jīng)危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目辦公室同意，我所確定承接國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目重大科技成果，依托危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目開展深部地質(zhì)巖心鉆探工程示范工作?！?000 m全液壓巖心鉆探裝備示范工程”被批準(zhǔn)為2008年度全國危機(jī)礦山接替資源勘查項(xiàng)目，該項(xiàng)目以山東省乳山市金青頂三甲金礦接替資源勘查礦區(qū)為示范區(qū)域，施工鉆孔編號(hào)為 ZK43-1，鉆孔設(shè)計(jì)深度2200 m，設(shè)計(jì)頂角10°，施工現(xiàn)場見圖9。試驗(yàn)示范鉆探工程采用的裝備主要為我所聯(lián)合國內(nèi)高校、科研院所及企業(yè)共同研制的“863”重點(diǎn)項(xiàng)目成果“2000 m全液壓巖心鉆機(jī)及配套設(shè)備”，其中包括YDX-5型全液壓巖心鉆機(jī)、YWB-360/300/250型泥漿泵、泥漿固控及制備系統(tǒng)、CUG-2高精度鉆探參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)以及高強(qiáng)度雙密封不對稱梯形扣繩索取心鉆桿、大深度繩索取心液動(dòng)錘、超高胎體二次鑲焊金剛石鉆頭、新系列高強(qiáng)度套管等先進(jìn)器具等。試驗(yàn)示范目的是全面檢查驗(yàn)證整套裝備的可靠性和性能指標(biāo)，并使之達(dá)到使用要求。

圖9 冬季施工場景

鉆進(jìn)方法上，示范鉆孔開孔采用大直徑金剛石取心鉆探，示范鉆孔主要孔段鉆進(jìn)方法以N規(guī)格金剛石繩索取心鉆探為主，采用項(xiàng)目組開發(fā)的鉆具。金剛石繩索取心鉆頭采用項(xiàng)目研制的超高胎體二次鑲焊和仿生非光滑表面金剛石鉆頭。同時(shí)，試驗(yàn)應(yīng)用不提鉆換鉆頭技術(shù)。根據(jù)國家“863”項(xiàng)目試驗(yàn)要求和2000 m全液壓鉆機(jī)設(shè)計(jì)能力，結(jié)合危機(jī)礦山地質(zhì)勘查需要，示范鉆孔終孔口徑確定采用加強(qiáng)型N規(guī)格繩索取心鉆探。

整個(gè)生產(chǎn)示范孔從2009年8月1日開鉆，2010年4月11日終孔，總共用5101個(gè)臺(tái)時(shí)，其中，純鉆進(jìn)時(shí)間占26.31%，取心時(shí)間占16.73%，合計(jì)鉆進(jìn)時(shí)間占總時(shí)的43.04%。鉆機(jī)故障修理與保養(yǎng)時(shí)間占8.52%，堵漏與事故處理占8.67%，起下鉆時(shí)間占16.45%，泥漿泵、固控、鉆具故障修理與調(diào)試維護(hù)占總時(shí)的4.17%，其它輔助時(shí)間占19.15%。提鉆次數(shù)121次，提鉆間隔42.2 h。示范工程總進(jìn)尺2212.8 m，平均時(shí)率1.65 m，最高時(shí)效9 m，臺(tái)月效率312.3 m，最高日進(jìn)尺 37.4 m，巖心采取率98.75%，取得較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。

試驗(yàn)示范工程的圓滿完成標(biāo)志著我國第一套集地表設(shè)備和孔內(nèi)器具為一體的2000 m深孔地質(zhì)巖心鉆探裝備研制成功。

11 取得的成果和研發(fā)建議

11.1 取得的工作成果

根據(jù)危機(jī)礦山接替資源找礦深部鉆探技術(shù)需求，我所在承接國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目重大科技成果的基礎(chǔ)上，開展了深部地質(zhì)巖心鉆探工程示范工作，取得的成果概括如下:

（1）完成了地面鉆探設(shè)備及孔內(nèi)鉆探取心器具集成配套，形成了深部巖心鉆探施工和示范能力。

（2）承擔(dān)完成了山東省金洲礦業(yè)集團(tuán)金青頂?shù)V區(qū)危礦專項(xiàng)ZK43-1鉆孔施工，終孔深度2212.80 m。全孔平均鉆進(jìn)時(shí)效為1.65 m，巖心采取率為98.6%，鉆孔質(zhì)量優(yōu)良。

（3）2009年12月31日，創(chuàng)造了H規(guī)格鉆具鉆深1461 m及下入H規(guī)格套管1461 m的2項(xiàng)全國記錄。2010年4月11日終孔，創(chuàng)造了采用N規(guī)格鉆具終孔深度達(dá)2212.8 m的全國記錄。整套裝備（鉆機(jī)、泥漿泵、泥漿制備與固控系統(tǒng)、高精度鉆探參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)）在2212.80 m鉆孔施工過程中運(yùn)行平穩(wěn)可靠，沒有出現(xiàn)大的設(shè)備故障，性能技術(shù)參數(shù)滿足2000 m深孔施工要求，證明整套裝備的研制是成功的，達(dá)到了試驗(yàn)示范目的。

（4）北京探礦工程研究所、中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所、中地裝備總公司、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、吉林大學(xué)、山東正元勘查院煙臺(tái)分院等單位參加了項(xiàng)目運(yùn)作，并合作舉辦了深部鉆探技術(shù)培訓(xùn)交流會(huì)和現(xiàn)場觀摩活動(dòng)。通過項(xiàng)目實(shí)施，在大項(xiàng)目運(yùn)作機(jī)制、產(chǎn)學(xué)研合作模式及鉆探技術(shù)示范方式等方面進(jìn)行了有益探索，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，擴(kuò)大了鉆探工程技術(shù)的社會(huì)影響，鍛煉培養(yǎng)了年輕技術(shù)人才。

11.2 今后研發(fā)工作建議

（1）全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，隨著鉆探施工企業(yè)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的壯大和國內(nèi)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的變化，在深孔巖心鉆探施工中的應(yīng)用將逐漸增加，逐步普及。應(yīng)順應(yīng)這一發(fā)展趨勢，不斷研究優(yōu)化、改進(jìn)深孔全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)。同時(shí)研制深孔應(yīng)用的鉆進(jìn)參數(shù)監(jiān)控一體化鉆機(jī)和全液壓自動(dòng)化鉆機(jī)。

（2）深部巖心鉆探，開孔直徑大，鉆孔結(jié)構(gòu)多級。同時(shí)，繩索取心鉆探單回次鉆進(jìn)時(shí)間長，沖洗液循環(huán)壓力損失大，其特殊的鉆探工藝對泥漿泵提出了更加苛刻的技術(shù)要求。未來的深孔泥漿泵應(yīng)從全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)中分離出來，采用單獨(dú)配置動(dòng)力的模式。特深孔（≥3000 m）使用的泥漿泵將逐漸發(fā)展為液壓驅(qū)動(dòng)、程序控制、集中操縱、計(jì)量數(shù)顯、履帶自移、電液一體的高技術(shù)機(jī)電產(chǎn)品。

（3）鉆進(jìn)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)是鉆機(jī)的重要組成部分，這次試驗(yàn)示范工程用的鉆機(jī)、泥漿泵和高精度鉆探參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)是同步分別研制后裝配起來的，今后應(yīng)將其有機(jī)融合在一起。

（4）目前，繩索取心鉆探已經(jīng)成為巖心鉆探常規(guī)方法，但國內(nèi)繩索取心鉆桿螺紋型式不一，不具互換性。同時(shí)不同廠家的產(chǎn)品現(xiàn)場使用后肉眼和卡尺測量無法區(qū)別，給鉆探施工帶來極大隱患。因此，應(yīng)創(chuàng)新科研工作機(jī)制，使特深孔鉆具產(chǎn)品開發(fā)與鉆探標(biāo)準(zhǔn)化工作聯(lián)動(dòng)起來。國內(nèi)繩索取心鉆桿主要生產(chǎn)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)應(yīng)聯(lián)合統(tǒng)一制定不對稱梯形、負(fù)角梯形螺紋加強(qiáng)型繩索取心鉆桿產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，盡快面向行業(yè)發(fā)布實(shí)施。同時(shí)，近幾年來，繩索取心鉆桿性能和質(zhì)量不斷提高，深孔和特深孔中繩索取心鉆桿折斷、“喇叭”口及脫扣等問題逐漸減少。但在某些礦區(qū)，繩索取心鉆桿螺紋副粘扣、咬扣，卸扣扭矩過大、擰卸困難，鉆桿桿體不耐磨等問題較為突出。應(yīng)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝和現(xiàn)場使用等多方面入手，逐步減輕和解決出現(xiàn)的新問題。技術(shù)途徑包括螺紋參數(shù)細(xì)節(jié)優(yōu)化、合理公差控制、螺紋表面硬化、仿形刀具的推廣以及新型絲扣油研制、研究鉆桿預(yù)扭矩和過載扭矩控制方法等。

（5）在研發(fā)深孔鉆探技術(shù)裝備以及孔內(nèi)鉆柱、器具的同時(shí)，應(yīng)重視小口徑深孔鉆探工藝的綜合研究和應(yīng)用示范。研究重點(diǎn)主要是深部孔段坍塌漏失地層護(hù)壁工藝、繩索取心鉆孔軌跡控制與防斜減斜工藝對策、高效-優(yōu)質(zhì)-安全鉆探工藝組合與參數(shù)優(yōu)化等方向。

［1］ 張金昌.2000 m地質(zhì)巖心鉆探成套裝備研制工作進(jìn)展［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，36（S1）.

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［4］ 黃玉文，胡繼良，朱迪斯，等.地質(zhì)鉆探用鉆井液固控系統(tǒng)的研制［A］.第十六屆探礦工程（巖土鉆掘工程）技術(shù)學(xué)術(shù)交流年會(huì)論文集［C］.北京:地質(zhì)出版社.91-95.

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Key Technology and Equipment of 2000m Core Drilling

ZHANG Jin-chang，LIU Fan-bai，RAN Heng-qian，SUN Jianhua，MENG Yi-quan（The Institute of Exploration Techniques，CAGS，Langfang Hebei 065000，China）

This paper introduced the main achievements of“key technology and equipment of 2000m core drilling”in the“863”project:integration of drilling equipment and core drilling apparatus has been completed to form the ability of deep core drilling construction and demonstration;the specific project of crisis mine ZK43-1 construction in Jinqingding mine was finished with good borehole quality of termination depth 2212.80m，average drilling efficiency 1.65m/h and core recovery 98.6%;in this borehole construction，3 pieces of record of depth in drilling and casing in China were created;and some experiences were accumulated in large project operating mechanism，industry-university-research cooperation mode and drilling technology demonstration mode.

hydraulic core drill;mud pump;drilling parameter monitoring;wire-line coring rod;wire-line coring hydraulic hammer;diamond bit with long service life

P634

A

1672-7428（2012）01-0003-06

2011-11-29

“863”計(jì)劃“十一五”重點(diǎn)項(xiàng)目“2000 m地質(zhì)巖心鉆探關(guān)鍵技術(shù)與裝備”（2007AA060701）;國家危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目“2000 m全液壓巖心鉆探裝備示范工程”（20089945）

張金昌（1959-），男（漢族），河北保定人，中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所所長、總工程師、教授級高級工程師，中國地質(zhì)學(xué)會(huì)探礦工程專業(yè)委員會(huì)常務(wù)副主任委員，工學(xué)碩士，主要從事固體礦產(chǎn)鉆探、水文水井鉆探及工程施工鉆探設(shè)備設(shè)計(jì)和鉆探工藝研究工作，河北省廊坊市金光道77號(hào)，jinchang@cniet.com。