摘要
在固体矿产勘查中，因工作区地形复杂给钻探设备搬迁工作带来较大挑战，修建道路或人工搬迁存在工作量大、工期长、环境破坏大和安全风险高等问题。以湖南省安化县谌家仑、江华县麻江沅工作区为例，优选了3款多旋翼无人机，重点对设备拆卸与捆扎、路线规划、飞行吊装等无人机吊运流程及应用效果进行对比分析，应用结果表明，无人机搬迁具有效率高、人工强度低、绿色环保等优势，相比传统搬迁方式，有助于实现绿色勘查。同时，从提升无人机载重、续航能力，完善无人机多控模式，优化钻机模块分配集成等方面提出了建议。多旋翼无人机在在复杂地形条件下的优势和应用效果，可为地形条件复杂地区的钻探设备搬迁提供有益借鉴。
绿色勘查，即以绿色发展理念为引领，以科学管理和先进技术为手段，通过运用先进的勘查手段、方法、设备和工艺，实施勘查全过程环境影响最小化控制，最大限度地减少对生态环境的扰
自然资源部《关于加强新一轮找矿突破战略行动装备建设的指导意见》（2024年4月20日印发）指出，要积极推动绿色勘查工作，解决急需关键的技术装备问题，加快构建统筹生态环境保护与找矿突破的现代化装备体系。目前，国内已有部分单位尝试使用重载无人直升机吊运钻探设
湖南省安化县谌家仑、江华县麻江沅2个工作区钻探工作量为1200 m，设计钻孔5个，设计孔深150~340 m，钻孔倾角75°~90°。为保证钻机既能满足400 m以内斜孔钻探施工能力，又具备较强的地形适应性、满足绿色勘查施工需求，选用MD800型模块化便携式全液压钻机。该钻机由柴油机组、操作台、钻机底座、泥浆泵、卷扬机等组成，采用相对独立化模块设计，全液压驱动、无极调速，所有支架采用铝合金制作而成，质量分配合理，最大模块质量<180 kg。
2个工作区孔位布设的5个钻孔均不同程度的存在搬迁路程远、地形陡峭、通行困难等问题，面临很多搬迁问题。
（1）搬迁难度大。上述5个钻孔均处于深山密林，搬迁距离最小为1.4 km、最大为2.2 km，搬迁路程较远；且所在工作区地形陡峭、沟谷纵横、溪流穿行，搬迁最大高差为240 m，通行条件极差。虽然选用了便于搬迁的模块化便携式钻机，但依然存在极大的搬迁难度。
（2）安全风险高。由于工作区地形切割强烈，即使勉强修筑林间栈道，也无法较好解决道路较窄、一侧临陡坡、道路难行的问题。在这样的通行条件下，无论是使用人力搬迁还是大型挖掘设备修筑道路和吊运设备，都将不可避免的面临较大的安全风险。
（3）工期延误长。按照以往的搬迁经验，在该条件下通常选用人力搬迁模式。人力搬迁具有工人劳动强度大、搬迁效率低的缺点。按该区修路难度、搬迁路程、通行条件等推算，从道路修筑开始到设备进场完毕，单孔搬迁工期将超过10 d。同时，该工作区钻孔大部分为300 m以内的浅孔，频繁的搬迁，将大大降低该区钻探施工效率，从而造成工期延误。
（4）植被破坏严重。在道路修筑、拓宽过程中，需砍伐破坏沿路的植被。该区道路修筑路程远、工程量大，植被破坏范围广，人力修路困难，借助机械设备辅助道路修建，对森林植被的破坏将会更加严重，难以满足绿色勘查施工的要求。
在山区使用无人机开展钻探设备搬迁，受设备物资质量、搬迁距离、地形地貌、地表覆盖物遮挡、天气状况等因素影响，优选无人机时，重点考虑无人机载重能力、续航能力、安全性等方面性
选择无人机时得确保其载重能力要大于钻机解体后的最大单元质量。项目所选用的钻机为MD800型模块化便携式全液压钻
出于搬迁效率考虑，无人机的续航能力越强越好。目前，国内燃油版重载无人直升机续航里程可达200 km，且燃油加注方便，能够较好的满足吊运续航要求。对于电池版多旋翼无人机，使用时一般配套3组以上电池，可实现迅速更换电池复飞。为了确保飞行吊运的连续性，要求单组电池续航里程高、充电效率快，确保单组电池电量消耗至安全电量前剩余的2组电池至少有1组已充至满电。结合2个工作区的孔位情况，单趟吊运往返距离最大为4 km，此次按单组电池额定载重可往返飞行3趟要求，即单组单次续航≮12 km。
根据上述技术要求，考虑到燃油版无人机坠毁后存在一定的火灾风险，同时价格高（约为电池版的3倍），出于安全经济的原则，此次优选电池版无人机。结合当前市场上大型载重无人机的应用情况，此次优选了3款多旋翼无人机参与项目设备搬迁，其性能参数见
| 性能参数 | 联特LTY-460 | 鹰航科技Y-200 | 风行智能Y-240 |
|---|---|---|---|
| 产品尺寸（桨叶折叠，机臂展开）/mm | 3670×3670×1100 | 3737×3737×1455 | 3860×3860×750/1200 |
| 机身结构 | 8轴16旋翼 | ||
| 裸机质量（含电池）/kg | 160 | 180 | 158 |
| 最大载质量/kg | 230 | 200 | 240 |
| 续航时间(载重200 kg，单组电池消耗至安全电量）/min | 10 | 20 | 18~20 |
| 电池充电时间（由安全电量50%充至100%）/min | 30~40 | 25~35 | 30~40 |
|
最大飞行速度/(m· | 20 | 22 | 20 |
| 信号传输 | 无线通信、实时传输 | ||
| 悬停精度（GNSS 信号良好）/m | RTK:水平±0.1；垂直±0.1 | ||
| 抗风等级 | ≤7级 | ≤6级 | ≤7级 |
3款多旋翼无人机均选用高效率的电机，配合大容量、高能量密度的锂电池
无人机的旋翼采用轻质高强度的碳纤
图1 多旋翼无人机机体结构
Fig.1 Body structure of multi-rotor drone
运用先进的飞行控制算法和高精度传感器，实现精准的姿态控制、定位导航和自主飞行功能，确保飞行稳定性与安全
配备可靠的无线通信，能实现远距离、实时的数据传输和指令控制，保障无人机在复杂环境下的通信稳定。高精度的定位和飞行控制技术，使其在物资投放、设备安装等任务中能达到厘米级的精度，提高作业的准确性和成功
无人机拆卸完后，可以整体收纳至一辆4.2 m的蓝牌厢式货车中，针对地质勘查行业多在山区，道路狭窄崎岖，采用了越野底盘，增加其在野外作业的环境适用性和实用性，见
图2 无人机收纳运输保障
Fig.2 Drone transportation guarantee
本项目采用3款多旋翼无人机在2个工作区5个钻孔的设备搬迁中进行了应用实践，无人机吊运设备流程大致包括设备拆卸与捆扎、路线规划、飞行吊装。
模块化便携式全液压钻机机台需搬迁的设备物资包括钻机、发电机、管材、泥浆材料、油料、封孔水泥、岩心（返程）
MD800型模块化便携式全液压钻机动力部分（久保田发动机总成）在散热水箱满液的情况下，其质量可达200 kg左右，为了尽量减小单个模块的质量，对散热水箱、液压马达等进行拆解，拆解后质量控制在150 kg左右；钻机其他部分按照出厂的模块设置各自分解。对于钻杆、油料、水泥、岩心等零散物资，按照100 kg的标准进行打包捆扎牢固。为了确保飞行安全，坚持现场称重（见
图3 吊运单元现场称重
Fig.3 Weighing the lifting unit at the site
飞行路线规划按照安全、高效、可靠、合规原则：
（1）避开机场净空保护区、军事管理区、国家重点机构及人口密集区域等禁飞区与危险区域；
（2）远离高楼、电线杆、树木等障碍物，预留足够的安全距离，与障碍物的水平距离应≮50 m，垂直距离≮20 m；
（3）避免在恶劣天气（如暴雨、大雾、强风、雷电等）下规划飞行路线；
（4）在满足安全要求的前提下，选择距离最短的路线，尽量保持直线飞行，避免不必要的高度变化和频繁的转弯，以减少飞行时间和能耗；
（5）避免经过山谷等信号遮挡严重的区域，确保飞行路线上无人机与操控站之间的通信信号稳定；
（6）严格遵守国家和地区关于无人机飞行的法律法规，申请必要的飞行许可。
基于以上路线规划原则，结合2个工作区实际和无人机性能情况，规划飞行路线如
图4 谌家仑工作区无人机吊装飞行路线
Fig.4 Drone lifting flight route in Chenjialun work area
图5 麻江沅工作区无人机吊装飞行路线
Fig.5 Drone lifting flight route in Majiangyuan work area
无人机抵达起飞点后，飞手和地勤人员设置安全警戒线，组装调试无人机，并根据规划路线进行1~2个航次的航线试飞。试飞过程中，结合吊运区地形实际情况，尽量减少水平飞行距离和爬升高差，标注并远离风险隐患点，进一步优化航线，确保飞行安全高效。由于工作区地形复杂、飞行距离较远，在航线试飞过程中均不同程度存在信号丢失和飞行视距遮挡情况，遂采用双站双控、超视距飞行模式，并合理设计控制权转换点，确保飞行控制可靠。
无人机完成卸货返回起飞点后，检查电池剩余电量情况，当剩余电量<50%时，及时更换电池。起飞点使用柴油发电机供电，用于电池充电。经现场使用验证，在水平飞行距离1 km、垂直高差200 m左右，吊运设备物资质量在100~150 kg，所优选的3款无人机吊运设备往返一趟需要6~7 min，单组电池飞行作业时间20~30 min，在安全电量范围内可连续飞行吊运3~4趟。现场电池充电从安全电量（一般为50%）到100%，所需时间为25~35 min，配备3组电池循环充电即可满足连续作业所需。
出于飞行安全和经济考虑，5个钻孔的吊运均采用单机作业模式。首先，由起飞点飞手控制无人机起飞后，空中悬停，由地勤人员完成物资挂载；飞行至控制权转换点（进入卸货点飞手信号控制和视距范围）后，起飞点飞手将无人机控制全交予卸货点飞手，而后由后者控制无人机飞行；抵达卸货点后，悬停稳定物资状态并缓慢下降，设备触地自动脱扣完成物资卸载。无人机吊运钻探设备物资载重飞行见
图6 无人机吊运钻探设备物资
Fig.6 Drone lifting of drilling equipment and materials
本项目在2个工作区使用3款无人机进行了5个钻孔设备搬迁，吊运货物共计93.9 t，累计飞行926航次，飞行时长146 h，吊运明细详见
| 工作区 | 孔号 | 设计孔深/m | 路 线 | 水平距离/m | 垂直高差/m | 货物质量/t | 吊运次数 | 吊运时长/h | 无人机 型号 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 谌家仑 | ZK20101 | 260 | 起飞点1—ZK20101 | 1400 | 90 | 10.2 | 98 | 18 | LTY-460 |
| ZK20101—起飞点1 | 1400 | 90 | 11.3 | 120 | 16 | LTY-460 | |||
| ZK20301 | 340 | 起飞点2—ZK20301 | 1100 | 240 | 11.2 | 110 | 22 | LTY-460 | |
| ZK20301—起飞点2 | 1100 | 240 | 14.4 | 150 | 35 | LTY-460 | |||
| 麻江沅 | ZK201 | 150 | 起飞点1—ZK201 | 500 | 250 | 8.3 | 82 | 16 | LTY-460 |
| ZK101 | 200 | 起飞点2—ZK201—ZK101—起飞点2 | 2000 | 330 | 9.8 | 96 | 15 | Y-200 | |
| ZK101—起飞点2 | 600 | 330 | 8.4 | 78 | 9 | Y-240 | |||
| ZK501 | 250 | 起飞点3—ZK501 | 180 | 120 | 9.6 | 92 | 7 | Y-240 | |
| ZK501—起飞点3 | 180 | 120 | 10.7 | 100 | 8 | Y-200 | |||
| 合计 | 93.9 | 926 | 146 | ||||||
使用多旋翼无人机在偏远、地形复杂地区开展钻探设备物资相比于传统人力搬迁和机械设备吊装具有人工强度低、搬迁效率高、安全可靠、对环境破坏扰动小等优
| 搬迁模式 | 道路需求（宽度）/m | 单孔道路修筑平均耗时/d | 单孔设备搬迁平均耗时/d | 人工需求数量/(人·d) | 单孔平均搬迁成本/(万元） | 植被破坏面积/ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 人力搬迁 | ≮1.2 | 7 | 8 | 150 | 4.5~6 | 1800 |
| 大型机械（挖掘机）搬迁 | ≮3 | 预计7~8（位于国有林场，不允许大型机器开挖） | 预计4 | 20 | 2.5~3 | 4500 |
| 无人机吊运搬迁 | ≮0.4（人行路宽） | 1 | 2 | 30 | 4.5 | <150 |
注： 植被破坏面积按平均修路1.5公里计。
以麻江沅工作区为例，该工作区2023年布设钻孔2个，均采用人力搬迁设备物资。据统计，单孔修筑人工搬迁栈道耗时7 d，搬迁设备耗时8 d，共需15 d。2024年采用无人机吊运模式，道路通行方面仅需保障个人林间行走，栈道要求低，修筑1 d并可完成，设备搬迁平均耗时2 d，单孔共计耗时3 d。无人机搬迁模式相比于人力搬迁效率提升4倍，可有效缩短工期。
该项目采用无人机吊运单孔价格为4.5万元左右，相对于人力搬迁和大型机械搬迁，价格适中。由于当前采用无人机吊运市场不够成熟，吊运价格未经市场调节，费用偏高；而且该项目为地质调查项目，单个工作区钻孔数量少，吊运工作不连续，相应提高了吊运成本。随着无人机吊运市场的不断成熟，无人机吊运成本将进一步降低。
（1）多旋翼载重无人机具有载重大、航程远、性能稳定等特点，能够较好适应南方丘陵区极端地形钻探设备物资搬迁工作，在钻孔孔位偏远、地形条件复杂地区，采用多旋翼无人机吊运搬迁模式具有搬迁效率高、安全风险低、成本低、绿色环保等优势。
（2）无人机的载重能力、续航时间、安全性能是用于钻探设备搬迁所需考虑的首要参数，所优选的3款无人机在实际应用过程中，均能满足模块化便携式钻机搬迁需求。按照安全、高效、可靠、合规原则规划最优飞行吊运路线，能够有效提升搬迁效率、降低安全风险。
（3）无人机吊运钻探设备市场还不够成熟，单价偏高，合理的安排工作区钻孔设备搬迁进度，增强多个钻孔搬迁的连续性，将能够有效降低单个钻孔搬迁成本。
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