摘要
CSD1800ZD型自动化岩心钻机配置了钻进参数自动检测和控制系统，以及自动移摆管系统等，实现了钻进过程自动化和信息化，提高了钻进效率。该钻机2019年下半年在山东省平度市山旺-上马台矿区进行了施工应用，作为自动化岩心钻机其在钻进性能、使用便捷、自动化等方面表现出了很多优势。本文并就施工应用的数据和现场反馈情况进行了分析总结。
钻探工程是矿产勘查的重要技术方法之一，是能够直接从地下岩层获取实物样品的唯一手段，只有拿到实物样品才能验证矿藏的存在。实现地质找矿突破战略，不仅要在找矿理论上有所突破，钻探工艺方法及钻探技术装备的突破更是关
CSD1800ZD型自动化岩心钻机开发了电控自动化系统，包括采用“机电液一体化”技
CSD1800ZD型自动化岩心钻机（
图1 CSD1800ZD型钻机结构示意
Fig.1 Structure of CSD1800ZD drill
（1）移动便捷，就位准
（2）多种合理的功能配置，在液压控制系统的支持下，保证了钻进效
（3）采用电液混合控制形式，液压控制形式保证了设备的使用可靠性，电气控制实现了参数化、自动化钻进和自动提下钻模式；
（4）全面多项安全防护措施设计，施工安全性高；
（5）人性化设计，劳动强度
工程位于山东省平度市云山镇的山旺-上马台矿区，勘查区地层为古元古界荆山群和新生界第四系。荆山群沿招平断裂带及平度断裂带的上盘展布，构成区内地层主体，岩性为一套含石墨岩系的透辉变粒岩、黑云变粒岩、浅粒岩及大理岩透镜体、长石石英岩，以及含石墨的石榴矽线黑云斜长片麻岩等。新生界第四系分布于矿区的东南部，岩性为山前堆积的残坡积物，冲积平原相沉积物，河床河漫滩相冲积物。地层情况为：0~61 m为表土、腐殖土、砂等；61~164 m为黑云斜长变粒岩、绢英岩化变粒岩、绢英岩化花岗质碎裂岩；164~420 m为绢英岩化花岗岩和二长花岗岩。岩石可钻性7~10级，局部研磨性强，该区局部构造破碎带尤为发育。
施工孔设计孔深420 m，倾角77°，方位角315°，由山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队进行施工。
钻机现场就位后，经地质单位进行孔位及方位角测量确认，开始施工作业。开孔采用Ø114 mm钻杆，配置Ø152 mm复合片钻头，钻机采用主动加压钻进，该孔段土质疏松，含矿量大，采用重密度泥浆护壁，钻深60.7 m到达岩层，下入Ø146 mm套管。
二开仍采用Ø114 mm钻杆，更换Ø122 mm金刚石绳索取心钻头，进行高转速钻进，配合6 m钻杆提升能力的液压主绞车完成提下钻作业，10个台班钻深至126.86 m，下入Ø108 mm套管。此孔段破碎层较多，泥浆漏失严重，不过仍保持了较高的取心率。
三开更换Ø91 mm钻杆和Ø95.5 mm绳索取心钻头，钻深至420 m，地质单位测井后2次进行加深，顺利终孔459.16 m。该孔段多含石英类高硬度岩层，钻机主要以高转速大扭矩合理控制钻压钻进，保持了较高的钻速，最高钻速达到8.28 m/h。此外在此孔段，多台班应用电控参数化钻进和自动移摆管提下钻作业，并进行泥浆配比、新工艺钻具等多项科研试验应用。
全孔共计施工53个台班，纯钻时间约131 h，综合钻机台月效率761 m。施工概况如
CSD1800ZD型自动化岩心钻机是一种电控全液压驱动的钻机，分别设计有液压控制系统和电控控制系统，具有全液压动力头钻机的优
CSD1800ZD型自动化岩心钻机完成了从就位开孔到终孔整个孔的施工，具体施工应用情况从如下几个方面分别介绍。
CSD1800ZD型自动化岩心钻机针对俄罗斯“东西伯利亚金属”公司处于远东的矿业资源研发，施工地主要位于布里亚特共和国和后贝加尔边疆区，该矿区气温低、人口稀少、幅员辽阔、地层复杂，道路运输条件相对较好，资源分布范围广，为此，该钻机采用了自主上卸车的车载运输形式并配置有支腿无线遥控器，进行现场布置以及底盘调平与钻塔角度调整等就位操作非常便利，可以提高转场的便利性，适用于远途运输。
该钻机配置有液压锁止和机械锁止双重保护功能（如
图2 钻机液压支腿
Fig.2 Hydraulic legs of the drill
全液压控制的钻机是通过各种指针式压力表对钻进工况进行显示，一般只能提供给进油缸的上下腔压力，折算后间接得到钻压，对钻进位移、速度，动力头扭矩以及泵冲流量等参数，只能通过操作人员的经验进行判
CSD1800ZD型自动化岩心钻机电控系统配置有野外专用多功能显示屏（如
图3 多功能显示屏画面
Fig.3 Multi⁃function display screen
钻进中的钻压、转速、钻速、扭矩、振动、泵压、泵量、孔深可按照每秒两组的频率进行数据存储并可方便下载；其中部分钻进参数可以在屏幕形成数据变化曲线，显示直观而且易于参考判断。
图4 机械钻速与输出功率变化趋势
Fig.4 Change trend of ROP and output power
图5 输出功率与液压油温度变化趋势
Fig.5 Change trend of output power and hydraulic oil temperature
由
出功率为21.7 kW，最高36 kW，可实时监测钻机的工作能力。
由
为保障人员和设备安全，钻机具备多项安全保护技术：慢速给进超速保护，安全护罩打开自动降速，主卷扬提升上限保护，主卷扬下放失速保护，绳索取心卷扬拉力超限报警，燃油和液压油位报警等。其中个别安全设置由于地层或孔深等原因，未遇到设定工况，不曾触发，大部分安全保护措施在施工应用中得到了验证，且反馈良好。全方位的自动安全防护技术可以避免人为因素造成事
CSD1800ZD型自动化岩心钻机最有代表性的特点是其配置的自动化钻进控制系统，也可以称为“参数化”钻进系统，工作原理如
图6 自动化钻进控制系统
Fig.6 Automatic drilling control system
即在作为人机交互界面的多功能显示屏上输入参数化钻进的具体参数设置数值，通过CAN通讯传输到控制
此次施工是该自动化钻进系统第一次进行实际施工应
为实现较高的钻进效率，钻机配置了液压孔口夹持器、液压卸扣器，配备了新研发的动力提引器和中国地质大学（北京）研制的移摆管装
主卷扬提钻模式：实际施工作业中0~126.86 m孔段采用常规主卷扬提钻模式（单次提下6 m钻杆），液压夹持器匹配卸扣器配合工作，不仅降低了人员劳动强度，而且明显提高了工作效率。
自动上杆装置提钻模式：126.86~459.16 m孔段，应用动力提引器和自动移摆管装置（如
图7 自动上杆提钻模式
Fig.7 Automatic drill rod lifting mode
（1）施工应用验证了CSD1800ZD型全液压自动化岩心钻机是一种施工效率高，施工质量好，事故率低，钻机适用性强，轻便，维修性好的岩心钻机。
（2）CSD1800ZD型自动化岩心钻机首次在国内现场施工中实现了自动化钻进，特别是参数化钻进与自动化钻进模式的实际施工中得到应用，电控数字化参数监测、显示、控制和多项安全防护措施等设计，都达到了预期的使用效果，为地质勘探钻机实现数字化、自动化钻进提供了重要数据支撑和宝贵经验。
（3）首次在国内金刚石绳索取心钻探中，实现了6 m钻杆加接和提下钻的自动化现场应用，效果良好。此项技术的取得，减轻了现场操作人员的劳动强度，减少了钻台所需工人数量，提高了生产效率。
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