潜孔钻机前沿技术与国内现状

周志鸿，耿晓光，刘玉超

(北京科技大学机械学院，北京 100083)

1 钻机的定义

钻机是一个外延非常广泛的名词。一切在岩土上钻孔、钻进的机械都可以称为钻机。

钻机（Drillrig）的种类很多。钻机可按用途分类，如岩芯钻机、石油钻机、水文地质调查与水井钻机、地热钻机、水平定向钻机和岩石钻孔钻机等。

本文只讨论岩石钻孔钻机，岩石钻孔钻机主要指在岩石上钻孔或钻进的机械。岩石钻孔钻机按照钻孔破岩方式可以分为冲击式 （冲击旋转式）、碾压式（旋转冲击式），切削式（旋转式）三种。

2 冲击式（冲击旋转式）钻机

冲击式钻机是以对岩石的冲击作用为主，旋转作用为辅，同时施加一定轴压力破碎岩石的钻机。冲击式钻机也常常称为凿岩钻机。按照冲击动作的位置，又分为潜孔式和顶锤式两种。

2.1 潜孔式钻机

潜孔式钻机的冲击器（冲击锤）在钻杆底部，冲击器内的冲击活塞直接冲击钻头，同时施加一定轴压力破碎岩石，见图1左1。

2.2 顶锤式钻机

顶锤式钻机的冲击器（冲击锤）在钻杆顶部，冲击器内的活塞冲击钻杆，冲击波通过钻杆传递到钻头，同时施加一定轴压力破碎岩石，见图1左2。

气腿式凿岩机，气动顶锤式钻机，支腿式液压凿岩机，井下液压凿岩台车，隧道液压凿岩台车都属于顶锤式钻机。

3 碾压式（旋转冲击式）钻机

碾压式钻机是以旋转作用为主，冲击作用为辅，同时施加较大轴压力，破碎岩石的钻机，如图1左3所示。矿用牙轮钻机和石油钻机都是碾压式钻机。

4 切削式钻机

切削式钻机是以旋转切削作用，同时施加较小轴压力，破碎岩石的钻机，如图1左4所示。旋挖钻机，地质取芯钻机属于切削式钻机。

图1 四种凿岩钻孔方式

5 潜孔钻机的分类

5.1 气动潜孔钻机

以压缩空气为驱动力，进行冲击作用的潜孔钻机称为气动潜孔钻机。气动潜孔钻机按照空压机的配置位置可分为分体式潜孔钻机、整体式潜孔钻机。

空压机与钻机不在一处，分开布置，空压机与钻机用高压气管连接的潜孔钻机叫分体式潜孔钻机。

空压机安装在钻机上成为一个整体的潜孔钻机，叫整体式潜孔钻机。

按照作业地点又分为露天潜孔钻机和井下潜孔钻机。

5.2 水压潜孔钻机

以高压水为驱动力，进行冲击作用的潜孔钻机称为水压潜孔钻机。

这些例子揭示了许多有关人们使用技能方式的问题，人力资本理论从经济学角度做了详细的描述。可是，传统上这些是教育学研究的领域。通过考察人们如何从经济学角度思考、学习和使用技能，表明经济学在这些问题上作出了贡献。

高压水泵与潜孔钻机分开布置，不是安装在一起，称为分体式潜孔钻机，见图2。

高压水泵安装在钻机上，成为一体，称为整体的潜孔钻机，见图3。

水压潜孔钻机也可分为露天水压潜孔钻机和井下水压潜孔钻机。

6 潜孔钻机发展方向与技术前沿

6.1 环保健康发展方向

潜孔钻机应强化集尘效果，对集尘系统各个部分精心设计。回收所有作业中的粉尘，在整个凿岩过程中实现无尘化。

图2 分体式水压潜孔钻机的组成

图3 整体式水压潜孔钻机的组成

潜孔钻机应安装司机室，司机室应具有隔音、隔振、隔尘效果，安装冷暖空调，为司机提供一个舒适、健康的工作环境。

6.2 前沿技术

除了集尘器和司机室两项技术之外，潜孔钻机还有5项前沿技术，见表1。

国内潜孔钻机厂家应注重这5项技术，逐步提高自己产品的技术水平。

表1 潜孔钻机的前沿技术

7 冲击式钻机从气动向液压的发展

7.1 顶锤式钻机从气压向液压的发展

图4 1873年使用的支腿式气动凿岩机

图5 1973年开始使用的液压凿岩机

7.2 潜孔钻机从气压向液压的发展

潜孔钻机的使用，从气动潜孔钻机（1950，见图6），到水压潜孔钻机（1995，见图7），经历了 45年时间。潜孔冲击器的动力由气压改为水压，是潜孔钻机最大的技术进步。水压潜孔钻机在瑞典卢基矿业公司（LKAB）的使用，已经超过20年。智利、挪威和加拿大等国家的矿山，也采用水压潜孔钻机。但是在世界范围还没有得到广泛使用，在中国，目前只看到浙江海聚公司零星使用报道，远没有推广。

8 水压潜孔冲击器介绍

目前能够查到的水压冲击器只有瑞典卢基瓦萨让公司（LKAB WASSARA）的产品，浙江海聚动力公司是瓦萨让水压冲击器的中国代理商。瓦萨让水压冲击器与钻头外形见图8。瓦萨让水压冲击器内部结构见图9。

图6 1950年使用的气动潜孔钻机

图7 1995年使用的水压潜孔钻机

瓦萨让水压冲击器有7种型号，见图10。瓦萨让水压冲击器的基本技术参数见表2。

9 水压潜孔钻机简介

9.1 露天水压潜孔钻机

露天水压潜孔钻机可以用于地热钻孔（见图11），也可以用于地基旋喷灌浆钻孔，见图12。

图8 瓦萨让水压冲击器外形

图9 瓦萨让水压冲击器内部结构图

图10 瓦萨让水压冲击器型号

表2 瓦萨让水压冲击器基本参数

9.2 井下水压潜孔钻机

井下水压潜孔钻机一般用于中深孔凿岩，井下水压采矿台车作业情况见图13。瑞典阿特拉斯公司的水压潜孔采矿台车见图14。

9.3 水压潜孔钻机的优势

和气动潜孔钻机、顶锤式钻机相比，水压潜孔钻机有4项是环保和健康优势，见表3。

水压潜孔钻机有4项钻孔效率和成本优势，见表4。表4中的数据来自于网络。

10 国内潜孔钻机主要厂家和型号

10.1 浙江志高机械公司

图11 水压潜孔钻机在富水层进行地热钻孔

图12 水压潜孔钻机用于旋喷灌浆钻孔

图13 井下水压潜孔采矿台车

图14 阿特拉斯公司的水压潜孔采矿台车

表3 水压潜孔钻机的环保和健康优势

表4 水压潜孔钻机的钻孔效率和成本优势

10.1.1 志高整体式潜孔钻机

志高公司整体式潜孔钻机型号与技术参数见表5，志高公司ZGYX-421整体式潜孔钻机见图15，志高公司ZGYX-440整体式潜孔钻机见图16志高公司ZGYX-470整体式潜孔钻机见图17。

10.1.2 志高分体式潜孔钻机

志高公司分体式潜孔钻机型号与技术参数见表6，志高公司ZGYX-410E分体式潜孔钻机见图18，志高公司分体式ZGYX-430潜孔钻机见图19。

10.2 浙江开山重工股份有限公司

表5 志高公司整体式潜孔钻机型号与技术参数

图15 志高公司ZGYX-421整体式潜孔钻机

图16 志高公司ZGYX-440整体式潜孔钻机

图17 志高公司ZGYX-470整体式潜孔钻机

表6 志高公司分体式潜孔钻机型号与技术参数

图18 志高公司ZGYX-410E分体式潜孔钻机

10.2.1 开山公司整体式潜孔钻机

开山公司整体式潜孔钻机型号与技术参数见表7，开山公司KY11S整体式潜孔钻机见图20。

10.2.2 开山公司分体式潜孔钻机

图19 志高公司ZGYX-430分体式潜孔钻机

表7 开山公司整体式潜孔钻机型号与技术参数

图20 开山公司KT11S整体式潜孔钻机

开山公司分体式潜孔钻机型号与技术参数见表8，开山公司KY130分体式潜孔钻机见图21。

10.3 生产潜孔钻机的其他厂家

以关键词“潜孔钻机”在阿土伯网上搜索，查到全国有330多家与潜孔钻机有关的企业，河北、山东、广东和浙江企业数量最多，部分厂家名称见表9。

表8 开山公司分体式潜孔钻机型号与技术参数

图21 开山公司KY130分体式潜孔钻机

表9 国内生产潜孔钻机部分厂家名称