全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)與立軸式鉆機(jī)的應(yīng)用效果分析

    在國(guó)務(wù)院“關(guān)于加強(qiáng)地質(zhì)工作的決定”引導(dǎo)下，地質(zhì)勘查工作逐步復(fù)蘇，探礦工程工作旦也逐年增加且勢(shì)頭迅猛。地質(zhì)巖心鉆探市場(chǎng)也日趨活躍。然而，在地質(zhì)巖心鉆探施工中.立軸式巖心鉆機(jī)以其價(jià)格低廉、維修方便的優(yōu)勢(shì)一枝獨(dú)秀，而代表我國(guó)乃至國(guó)際鉆探裝備先進(jìn)水平的全液壓動(dòng)力頭巖心鉆機(jī)由于價(jià)格高昂卻一片空白。直到2008年末，在政府扶持資金的支待下.廣西第一地質(zhì)工程公司率先購(gòu)置了一臺(tái)瑞典阿特拉斯·科普柯CS14型全液壓巖心鉆機(jī)及其配套繩索取心鉆桿、鉆具。經(jīng)過(guò)短期培訓(xùn)，該鉆機(jī)先后在扶綏縣中東鎮(zhèn)百城銀鉛鋅多金屬礦普查(以下簡(jiǎn)稱(chēng)百域普查)鉆探及大新縣下雷鎮(zhèn)佰所錳礦詳查(以下簡(jiǎn)稱(chēng)曬所詳查)鉆探中進(jìn)行野外應(yīng)用。為更好地了解該鉆機(jī)的實(shí)際使用效果，探討全液壓鉆機(jī)與傳統(tǒng)立軸式鉆機(jī)的優(yōu)劣，為今后鉆探設(shè)備的更新提供依據(jù).現(xiàn)將其與國(guó)產(chǎn)立軸式巖心鉆機(jī)在同一礦區(qū)對(duì)比使用。通過(guò)二者的主要性能參數(shù)(見(jiàn)表I)和鉆探技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（見(jiàn)表2)的分析對(duì)照可知.全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)將成為廣西巖心鉆探裝備的發(fā)展方向。

全液壓鉆機(jī)與立軸式鉆機(jī)的主要性能對(duì)比

    CS14全液壓鉆機(jī)和XY-4立軸式鉆機(jī)上要性能參數(shù)見(jiàn)表I。從鉆進(jìn)深度、扭拒、提拔力、給進(jìn)行程、鉆孔角度和卷?yè)P(yáng)能力等幾個(gè)方面來(lái)看,CS14型鉆機(jī)明顯優(yōu)于XY-4鉆機(jī).尤其是給進(jìn)行程長(zhǎng)和鉆孔角度范圍大，是XY-4型鉆機(jī)難以比擬的。
全液壓鉆機(jī)與立軸式鉆機(jī)的使用效果對(duì)比
    從施工效率、質(zhì)量、優(yōu)越性、成本等方面進(jìn)行對(duì)比分析。
    施工效率
    在百域普在鉆探中CS14型鉆機(jī)臺(tái)月效率達(dá)1184.9m/臺(tái)月。比立軸式鉆機(jī)提高109.3%;小時(shí)效率達(dá)3.67m/h.提高，95.2%:平均回次進(jìn)尺達(dá)2.39m/回次.提高51.3%,在咟所詳查鉆探中，CSI4型鉆機(jī)最高臺(tái)月效率達(dá)1528.5m/臺(tái)月，平均臺(tái)月效率達(dá)1159.1m/臺(tái)月，平均臺(tái)月效率比立軸式鉆機(jī)提高46.3%;最高小時(shí)效率達(dá)3.91 m/h，平均小時(shí)效率達(dá)3.38m/h,平均提高66.5%;平均回次進(jìn)尺為2.28m/回次.平均提高8.1%。
    回次進(jìn)尺和小時(shí)效率提高得益于以下幾個(gè)因素：
①給進(jìn)行程長(zhǎng).3.5m以?xún)?nèi)的回次進(jìn)尺可以不用倒桿，節(jié)省了倒桿時(shí)間.增加了實(shí)際的純鉆時(shí)間;
②由于減少倒桿次數(shù)或不用倒桿.使鉆速、鉆壓連續(xù)恒定.免去了因倒桿后重新鉆進(jìn)過(guò)程中引起鉆速減慢和巖心堵塞的現(xiàn)象;
③動(dòng)力頭沿桅桿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng).鉆具不易擺動(dòng)，使鉆具平穩(wěn)鉆進(jìn)，巖心不易堵塞.利于連續(xù)鉆進(jìn)。
    由于是首次使用，對(duì)CS14型鉆機(jī)的使用還不夠熟練，且只使用1套內(nèi)管總成鉆其施工，單套鉆具取心作業(yè)占據(jù)了較多的時(shí)間。若使用2套內(nèi)管總成鉆具連續(xù)施工，可增加純鉆時(shí)間和提高臺(tái)月效率。以咟所詳查鉆探為例，假設(shè)每次取心平均節(jié)約10min.共1082個(gè)回次，可增加純鉆時(shí)間10820min(即180.3小時(shí));平均小時(shí)效率為3.38m/h.能增加進(jìn)尺609.53m;在鉆探總臺(tái)月時(shí)間不變的情況下.平均臺(tái)月效書(shū)能增加到1445.53m/臺(tái)月。如果用2套內(nèi)管總成鉆具連續(xù)施工，臺(tái)月效率將比使用1套內(nèi)骨總成鉆具施工提高24.7%.
    施工質(zhì)量
    巖心鉆探施工質(zhì)量指標(biāo)主要體現(xiàn)在巖心采取率和鉆孔彎曲度這兩方面。
    巖心采取率
    在咟域普查鉆探中，全液壓鉆機(jī)和立軸式鉆機(jī)的巖心采取率分別為97.6%和86.6%，前者高于后者;在咟所詳查鉆探中，這兩種鉆機(jī)的平均巖心采取率都很高，分別為98.6%和98.2%.但巖心的原生結(jié)構(gòu)和完整度方面.立軸式鉆機(jī)是無(wú)法與全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)相比的。
    鉆孔彎曲度
    在咟所詳查鉆探中，CS14型鉆機(jī)施工90°傾角的鉆孔1個(gè).50°-67°傾角的鉆孔5個(gè)，單孔傾角最大偏差為1.13°/l00m,累計(jì)平均偏差為0.77° /100m;XY-4型鉆機(jī)施工如。傾角的鉆孔2個(gè)，69°-87°傾角的鉆孔4個(gè)，單孔傾角最大偏差為1.62 /100m,累計(jì)平均偏差為0.81° /l00m.
    實(shí)踐表明，在同一礦區(qū)使用動(dòng)力頭鉆機(jī)與立軸式鉆機(jī)施工。巖心采取率和鉆孔彎曲度這兩項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)都達(dá)到了較高的水平，且前者略?xún)?yōu)于后者。
    全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)的優(yōu)越性
    其優(yōu)越性除上述施工效率高、施工質(zhì)量好外，還表現(xiàn)在以下述幾個(gè)方面。
    滿(mǎn)足小傾角鉆孔施工要求
    在巖心鉆探巾，為滿(mǎn)足地質(zhì)要求.通常需要施工斜孔，對(duì)于傾角小于70°的鉆孔，立軸式鉆機(jī)因?qū)蛐圆钋覜](méi)有扶正裝置，施工斜孔就很困難.尤其在擰卸鉆桿上。全液壓鉆機(jī)采用可調(diào)整角度的桅桿式鉆塔.具有導(dǎo)向性且在桅桿上有扶正裝置，完全滿(mǎn)足傾角45°-90°的鉆孔施工，能很好地滿(mǎn)足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。
    安襲方便快捷
    全液壓鉆機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，集鉆機(jī)、主副卷?yè)P(yáng)、動(dòng)力、鉆塔、泥漿泵、攪拌器于一體，對(duì)機(jī)臺(tái)場(chǎng)地面積要求不大。鉆塔為折疊桅桿結(jié)構(gòu)，液壓起落，使搬遷、安裝變得容易。只要主機(jī)到位，鉆探地表設(shè)備就全部到位.只需校正位置和角度便可施工，安裝時(shí)間短，勞動(dòng)強(qiáng)度低;而立軸式鉆機(jī)為散裝結(jié)構(gòu)，鉆機(jī)、泥漿泵、鉆塔、絞車(chē)、攪拌器都是獨(dú)立單元，對(duì)機(jī)臺(tái)場(chǎng)地面積要求大。各獨(dú)立單元到位后還需逐一安裝，安裝時(shí)間較長(zhǎng).勞動(dòng)強(qiáng)度大。據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，在同一礦區(qū)全液壓鉆機(jī)扭遷時(shí)間需要1-2天，而立軸式鉆機(jī)則需要3-5天。
    安全性好
    全液壓鉆機(jī)的鉆塔為折往桅桿結(jié)構(gòu)，液壓起落.各工作單元都是液壓傳動(dòng).因此不用安裝鉆塔，極大地減少了高空作業(yè)時(shí)間，從而有效地減少了高空墜落的機(jī)率和機(jī)械傷害的發(fā)生。而立軸式鉆機(jī)安裝鉆塔時(shí)需要多人高空作業(yè)，高空墜落的機(jī)率較大，同時(shí)各工作單元都為獨(dú)立的動(dòng)力和相應(yīng)的機(jī)械傳動(dòng)裝N，機(jī)械故降和機(jī)械傷害相對(duì)較高。
    操作簡(jiǎn)便
    全液壓鉆機(jī)各T.作單元均采用液壓操作.操作輕便，勞動(dòng)強(qiáng)度低，儀表集中，便于實(shí)時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行和判斷孔內(nèi)情況。而立軸式鉆機(jī)各工作單元分散，需多人分別看管，勞動(dòng)強(qiáng)度大。
    成本及收益分析
    成本主要指購(gòu)置成本和使用成本。收益則指除去上述成本的收益.包括勞動(dòng)報(bào)酬、福利、管理費(fèi)、稅收等在內(nèi)的單位經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)效益。
    成本分析
    購(gòu)置成本
    瑞典阿特拉斯·科普柯CS14型全液壓鉆機(jī)的購(gòu)置費(fèi)用約為260萬(wàn)（不含鉆具，下同)，具有同等深度能力的國(guó)產(chǎn)全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)約需140萬(wàn).而購(gòu)置具有同等深度能力的國(guó)產(chǎn)立軸式鉆機(jī)約需27萬(wàn)。顯然，全液壓鉆機(jī)不管是口還是國(guó)產(chǎn)其購(gòu)置費(fèi)用都遠(yuǎn)高于立軸式鉆機(jī)，正是這過(guò)大的差距制約著全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)在全區(qū)的應(yīng)用。
    使用成本
    使用成本主要指設(shè)備折舊、鉆具消耗和燃料消耗等費(fèi)用。
    ①設(shè)備折舊?，F(xiàn)行設(shè)備年折舊率為10.5%.則進(jìn)口、國(guó)產(chǎn)全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)和立軸式鉆機(jī)的年折舊費(fèi)分別為27.30萬(wàn)、14.70萬(wàn)、2.84萬(wàn)。這是基本固定的，隨年工作量的增加，單位折舊費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)下降。
    ②鉆具消耗。鉆具主要是指鉆桿、鉆頭、擴(kuò)孔器等。在咟所詳查鉆探中，單臺(tái)鉆機(jī)配置600m繩索取心鉆桿和3套雙管即可滿(mǎn)足工作要求。按目前市價(jià)鉆桿133元1m.雙管3800元1套計(jì)算.需91200元。似設(shè)其使用壽命為8000m.則單位成本為11.40元1m。依據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，鉆頭和擴(kuò)孔器消耗量約為各1個(gè)/60m，其價(jià)擠約為65O元，單位成本為10.83元/m，則鉆具單位成本為22.23元/m.
    收益分析
    依據(jù)上述的分析，參照咟所詳查鉆探的平均臺(tái)月效率.作如下假設(shè):
    ①臺(tái)月開(kāi)動(dòng)率全液壓鉆機(jī)為0.75.立軸式鉆機(jī)為0.65;
    ②工作量充足，年正常工作9個(gè)月，按現(xiàn)行市價(jià)進(jìn)尺費(fèi)500元/m,燃油7.3元/kg計(jì)算，則可計(jì)算出各型號(hào)鉆機(jī)的工作量、成本及收益(見(jiàn)表3)?？梢?jiàn)1年的收益.CS14鉆機(jī)要比XY-4鉆機(jī)多96萬(wàn)，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。若國(guó)產(chǎn)全液壓鉆機(jī)性能接近進(jìn)口水平，則購(gòu)置和折舊成本將減少近一半，年收益將增加十余萬(wàn)。若年進(jìn)尺能超過(guò)8000m.年收益還將增加。
    結(jié)語(yǔ)
    根據(jù)全液壓鉆機(jī)和立軸式鉆機(jī)的實(shí)際使用效果，以及通過(guò)對(duì)二者成本和收益的對(duì)比分析.可知全液壓鉆機(jī):
    ①投資大、使用成本高;
    ②效率高、質(zhì)旦好.經(jīng)濟(jì)效益顯著;
    ③適應(yīng)45°-90°預(yù)角的鉆孔;
    ④勞動(dòng)強(qiáng)度低;
    ⑤安全性高。
    全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)盡管價(jià)格較高.但以其高效率.必將會(huì)逐步占領(lǐng)地質(zhì)巖心鉆探市場(chǎng)。隨著年工作旦的增加.其優(yōu)越性會(huì)越來(lái)越明顯，成本也會(huì)大幅度地降低。近幾年全區(qū)巖心鉆探工作量已恢復(fù)到15萬(wàn)二左右.2011年已達(dá)到19.5萬(wàn)m.這是推廣應(yīng)用全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)的大好時(shí)機(jī)。