地质岩心钻机发展方向分析(张伟)

地质岩心钻机的世界发展趋势
20世纪二十年代，出现了螺旋给进钻 机。20世纪三四十年代，液压式立轴钻机 进入地质钻探市场。除了液压式立轴钻机 之外，曾经还有手把式钻机和转盘钻机。 这些钻机由于在技术性能和对钻进工艺的 适应性方面不如立轴钻机，而逐渐被淘汰。 在全液压动力头钻机问世之前，液压式立 轴钻机是地质钻机市场的主角。
两种钻机在硬岩中施工时间比较
钻孔 深度 （m ）
500 1000 1500
钻进施工时间（h）
动力头 钻机 510 立轴式 钻机 554
动力头钻机比 立轴式钻机 节省时间
21.7%
1154
1916 2825
1180
1882 2652
13.8%
8.7% 3.3%
2000
动力头钻机不用钻塔，可明显节省 施工时间并降低人工成本，在交通不 便地区尤为突出。动力头钻机搬迁一 般只需要1-2天时间。立轴式钻机搬迁 一次一般需要4-7天。 动力头钻机可节省施工操作人员。
自20世纪六七十年代起，随着液压技 术的发展和液压元件质量的提高，出现了 液压驱动和控制的顶驱式动力头钻机，瑞 典阿特拉斯公司率先推出了泰美克系列钻 机，宣告岩心钻机新时代的到来。全液压 动力头钻机以其所具有的一些独特优点， 自问世以来很快得到地质钻机市场的青睐， 明显地撼动了液压立轴式钻机的王者宝座。
施工效率的对比
液压动力头钻机与立轴钻机的比较
不同钻机1000m钻进施工时间比较(软岩)
液压动力头钻机
给进行程 机械钻速 回次长度 起钻间隔 起下钻速度 钻进总时间 起下钻总时间 (m) (m/h) (m) (m) (m/h) (h) (h) 3 1.8 2.8
立轴钻机
0.6 1.5 2.5
50
我国地质岩心钻机的发展历史
上世纪六十年代研制成功立轴式岩 心钻机。 上世纪70年代-90年代研制过全液压 动力头钻机，并做出了样机。由于当时 我国的液压技术水平低，钻机性能不佳， 加之维修水平低和钻机成本高，没能进 一步推广。
本世纪开始以来，开展了新一轮全液压 动力头钻机研制攻关。2006年，在国家科 技攻关项目和地质大调查项目的联合支持下， 勘探技术研究所与天和众邦勘探技术有限公 司率先在国内推出具有实用水平的YDX-3型 1000m全液压动力头钻机。钻机一经问世， 在市场上受到了广泛的关注和欢迎，至今销 售情况良好，还出口到澳大利亚、俄罗斯和 伊朗等国家。
938.90
43.2% 51.0%
5.2%
YDX-3 立轴式 钻机
5955.51
744.44
636.95
1.86
47.5% 45.9%
1.0%
5.6%
6512.59
930.37
518.10
1.73
41.6% 45.7%
11.2%
1.5%
（马德义等:不同类型岩心钻机在黄山铜镍矿钻探施工 效果对比 ,2008）
黄山镍矿不同钻机施工每米成本分析
钻机
总进尺 柴油成本 综合成本 （m） (￥/m) (￥/m) 3868
5184
XY-5
YDX-3
56
34
362
332
LF-90
5585
46
363
注：综合成本考虑了钻机和钻杆摊销之外 的所有费用
新疆第六地质队马德义提供，2008
立轴式钻机与动力头钻机每米施工成本比较
连云港黄海机械厂 XYDX-5和XYDX-6型钻机
山东省地质探矿机械厂 XDL-5A型履带式 全液压动力头岩心钻机
问题Fra Baidu bibliotek 从长远来看，我国到底
应该是发展立轴式钻机，
还是全液压动力头钻机？
为了回答我国地质岩心发展方向问题， 有必要对两种类型的钻机进行全面的对 比评价。评价的基本要素应包括： --施工效率 --施工质量 --施工成本 --施工安全性 --钻机适应性 --处理事故能力
长年LF90钻机
钻深m
BQ(55.6) 1160 NQ(69.9) 940 HQ(88.9) 640 PQ(114.3) 420 主卷扬 提升力 kg 7258 提升速度 m/min 53 容绳量 mm/m 23 绳索卷扬能力 kg 993 速度 m/min 433 容绳量 mm/m 1890 给进行程 m 1830 推进力 kg 5585 起拔力 kg 7860 钻探角度 º 90-30 发动机功率 kw 149 动力头四档 转速 rpm 122-1250 扭矩 Nm 5322-519 卡盘通孔直径 mm 127 公路配置重量 kg 5656 最大部件重量 kg 917发动机部件
1998年以前 1998年
1 1 1
1500 3000
2002年
2003年 2004年 2005年 2006年 合计 13台套 1 1 2 3 1 1 1
5000
17000 36000 40000 60000
（张林霞：国内地质钻探市场和地质钻探技术应用现状研究）
问题：
--为什么在发达国家立轴 式钻机被全液压动力头钻机 所取代？ --为什么华锋这样的专业 钻探公司要用动力头钻机， 而不用立轴式钻机？
170 556 124 177 0 857
45
510 667 49 197 133 1046
捞岩心总时间
额外倒杆总时间 钻进施工总时间
(h)
(h) (h)
液压动力头钻机比立轴钻机节省钻进施工时间22.1%
注：只考虑钻进、起下钻和打捞岩心时间
不同钻机1000m钻进施工时间比较(硬岩)
液压动力头钻机
给进行程 机械钻速 回次长度 起钻间隔 起下钻速度 钻进总时间 起下钻总时间 捞岩心总时间 额外倒杆总时间 (m) (m/h) (m) (m) (m/h) (h) (h) (h) (h) 3 1.3 2.8
从钻探工作的大市场来看，顶驱式动力 头钻机的产量和市场占有率呈明显增长的趋 势仍在继续，可以说它将主宰地质钻机制造 业的未来;但另一方面又必须看到，在固体 矿产钻探这一重要领域，不仅目前市场占有 的主要机型仍为立轴式钻机，而且从西方一 些公司生产的不同类型钻机更新年限的统计 资料看，国外学者认为立轴式钻机在该领域 内的有效使用至少仍要保持15一20年。
总成本 (￥/m) 413 402
40
52
455
注：⒈YDX-3比XY-5 台月效率高25%，LF-90比XY-5 台月效率高45%。
⒉钻机费用摊销按8年算，每年按钻进8个台月算。
动力头钻机的经济性优于立轴式钻机的判别准则
L (P C ) L (P C )
8 yd ht d 8 yl ht l
UDR 300D型钻机
类型: 深孔金刚石取芯钻机 钻深: PQ 1153 m HQ 1582 m NQ 2325 m BQ 3023 m 运载方式: 车式, 履带式，滑撬式 重量: 4000kg 特征: UDR300D型钻机是UDR系 列取芯钻机的最新成员。这是 一种动力强大、设计紧凑的深 孔钻机。 这种钻机配有钻杆自动处理器， 无需人工搬运钻杆，提高了生 产率，改善了安全状况。
动力头钻机能够取代立轴钻机的原因
问题：与立轴钻机相比，动力头钻机成本
高、装机功率高，哪么动力头钻机何以能取代 立轴钻机？ 答案：动力头钻机施工效率高，它在单位
时间内比立轴钻机多打进尺获得的费用足以支
付比立轴钻机多支出的设备摊销费和燃料费， 因此施工成本比立轴钻机要低。
钻机适应性的对比
与立轴式钻机相比，动力头钻机的转 速范围宽，能够进行无级调速，能更好地 满足不同钻进工艺方法如金刚石取心钻进、 反循环连续取心（取样）钻进、定向钻进 等的要求。 动力头钻机需要的钻进场地更小；能 更方便地施工不同倾角的钻孔；更加容易 地实现钻进参数监测和控制。
立轴钻机
0.6 1.1 2.5
30
170 769 198 175 0 1142
27
510 909 74 196 133 1312
钻进施工总时间
(h)
液压动力头钻机比立轴钻机节省钻进施工时间14.9% 注：只考虑钻进、起下钻和打捞岩心时间
两种钻机在软岩中施工时间比较
钻孔 深度 （m ） 500 1000 1500 2000 钻进施工时间（h） 动力头钻机比 立轴式钻机 动力头 立轴式 节省时间 钻机 钻机 382 492 28.7% 856 1046 22.2% 1421 1657 16.6% 2079 2326 11.9%
台月效 率(m/ 台月) 500 625 725
钻机 XY-5 YDX-3 LF-90
8年进 尺(m)
32000 40000 46400
设备价 格 (￥ )
350000 1200000 2400000
综合 成本 (￥/m) 362 332 363
钻杆 成本 (￥/m) 40 40
钻机 成本 (￥/m) 11 30
（侯庆国：XD-3型全液压动力头式岩心钻机的研 制与应用 ，2007）
新疆黄山铜镍矿区不同钻机施工效率比较
总进尺 (m) 平均孔 深(m) 台月效 率(m/ 台月) 770.35 平均 时效 (m/h) 2.48 纯钻 时间 辅助 时间 孔内事 故时间 设备 维修 时间 0.6%
钻机
LF-90
4694.50
山东探矿机械厂研制的XD-3钻机2006 年在山东省莱西市寺庄矿区进行生产试验。 钻进的地层主要为钾化花岗岩，可钻性7-9 级。主要采用φ75金刚石绳索取心钻具， 钻至668.49m终孔。 获得的技术指标：平均台月效率 770m，平均时效2.45m，分别比同矿区其 他型号钻机提高28.5%和22.5% 。
功率 : 131 KW
澳大利UDR KL100型钻机
类型: 直升机, 多功能 钻深: HQ 225 m NQ 350 m BQ475 m RC60 m x 76 mm钻杆 运载方式: 车式，履带式，滑撬式 重量: 2250 kg 特征:KL100型钻机是一种滑撬安装 式，直升机运动移动的取芯/回转 钻机，模块拆卸后可以由直升机 直接运输。这种紧凑型设计适于 在不易接近地区的钻探作业。
关于我国地质岩心钻机 发展方向的分析
中国地质调查局汶川地震科学钻探工程中心
张
伟
目前以及在可以预见到的将来，在 地质钻探施工中得到应用的岩心钻机主 要有两种，一种是立轴式钻机，另一种 是全液压动力头钻机。目前在我国占主 导地位的是立轴式钻机。动力头进入市 场不久，但已显示出蓬勃发展的势头。 我们面临的问题是：我国的地质岩 心钻机应该朝什么方向发展？
施工质量的对比
动力头钻机是长行程给进，一个回次 钻进过程中工作平稳。而立轴式钻机立轴 式钻机在一个回次中要倒杆4-5次。倒杆时 可能造成岩心断裂，加大岩心堵塞的机率， 岩心采取率会因此受到影响。在破碎地层， 以上因素的影响尤为明显。因此动力头钻 机的岩心采取率和岩心质量要优于立轴式 钻机。
施工成本的对比
* * L 8 yd Cd L8 yl Cl Pht L8 yd L8 yl
P L L C C
—钻探合同价格，￥/m 8 yd —动力头钻机8年总进尺，m 8 yl —立轴式钻机8年总进尺，m —动力头钻机每米总成本，￥/m d l —立轴式钻机每米总成本，￥/m
ht
将不同钻机的每米总成本和8年总 进尺数据带入以上计算公式，可以得出 结论：当钻探合同价格高于358￥/m时， 采用YDX-3型动力头钻机比XY-5型立 轴式钻机经济性要好；当钻探合同价格 高于548￥/m时，采用LF-90型动力头 钻机比XY-5型立轴式钻机经济性要好。
（宋翔雁：浅析地质岩心钻机发展趋势，1992）
目前在发达国家立轴式岩心 钻机已经被全液压动力头钻机 所取代，各大钻机公司的各种 宣传媒介上已经基本上看不见 立轴式岩心钻机的踪影。
阿特拉斯
Atlas Copco Christensen CS1000 P6L
钻进深度： B 规格钻杆 1370 m N 规格钻杆 1070 m H 规格钻杆 730 m P 规格钻杆 400 m
山东探矿机械厂、连云港黄海探矿
机械厂、张家口探矿机械厂、衡阳探矿
机械厂等也纷纷推出了全液压动力头钻
机产品，还有许多单位正在研制具有不
同钻深能力的全液压动力头钻机。
我国多家单位已经完成2000m以内
全液压动力头钻机系列的研发。
YDX-3型 全液压动 力头钻机
（勘探技术研究所提供）
中装集团
XD-5型全液压动力头岩心钻机
加拿大HYDRACORE钻机
钻机动力 200马力 钻进深度 m： BQ 1524 NQ 1067 HQ 457 PQ 457
HYDRACORE 4000
华锋钻探公司设备引进及年钻探工作量增加对比
钻机型号 购置年代 Long XY yer2 -4 8 LF70 CS10 00P6 L CS10 LF00P6 90 B30H CS14 LM75 钻 探 工作量（m）