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近日，在天津舉行的中國國際礦業(yè)大會(huì)上，中國煤炭地質(zhì)總局正式發(fā)布了T138柔性自適應(yīng)雙動(dòng)力頭車載鉆機(jī)。這款由該局聯(lián)合山河智能裝備股份有限公司共同研發(fā)的新型裝備，是我國首臺(tái)采用雙發(fā)動(dòng)機(jī)、雙動(dòng)力源、雙動(dòng)力頭、內(nèi)外雙循環(huán)及專業(yè)工程越野全驅(qū)底盤的智能化車載鉆機(jī)。它既能在極端復(fù)雜地層中高效作業(yè)，也能在礦山救援中快速打通生命通道。它憑借獨(dú)特的柔性自適應(yīng)能力被譽(yù)為多面手“巨無霸”。

攻關(guān)深地勘探與救援設(shè)備

“沒有裝備的自主可控，就沒有資源開發(fā)的主動(dòng)權(quán)，也沒有礦山生命救援的保障線?！敝袊禾康刭|(zhì)總局地勘礦業(yè)部部長林中湘在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說。

我國煤層氣資源儲(chǔ)量位居全球第三，2000米以深的煤層氣資源因地層復(fù)雜一度被視為勘探禁區(qū)。隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)向深部推進(jìn)，巖性復(fù)雜、構(gòu)造發(fā)育、應(yīng)力變化、地溫升高、地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問題成為發(fā)展瓶頸。

“傳統(tǒng)鉆機(jī)在這些極端條件下往往無法有效作業(yè)，導(dǎo)致孔壁坍塌、卡鉆埋鉆事故頻發(fā)，甚至鉆孔報(bào)廢。”山河智能研究院院長徐喜建說。

技術(shù)瓶頸在應(yīng)急救援領(lǐng)域表現(xiàn)得更為嚴(yán)峻。中國煤炭地質(zhì)總局國家礦山應(yīng)急救援大地特勘隊(duì)救援專家肖明國介紹：“在事故救援過程中，我們不得不依賴進(jìn)口車載鉆機(jī)，設(shè)備與服務(wù)費(fèi)用高達(dá)數(shù)千萬元，且響應(yīng)遲緩，暴露了我國在高端救援裝備上的困境?！?/p>

面對(duì)這一嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，中國煤炭地質(zhì)總局與山河智能展開深度協(xié)同，雙方確立了目標(biāo)：研發(fā)具備國際一流水平的SWPDT系列深井套管車載鉆機(jī)、SWPDC系列履帶式鉆機(jī)及大噸位模塊式鉆機(jī)，攻克“鉆護(hù)一體同心跟管鉆進(jìn)”核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從80噸到180噸及以上的全系列化型譜，徹底扭轉(zhuǎn)高端鉆探裝備受制于人的局面。

鉆進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化

作為全球最大噸位車載式深井鉆機(jī)之一，T138柔性自適應(yīng)雙動(dòng)力頭車載鉆機(jī)在細(xì)分領(lǐng)域已躋身全球技術(shù)領(lǐng)先行列。它圍繞“鉆護(hù)一體”理念，形成了工藝、控制、平臺(tái)三大創(chuàng)新。

在工藝創(chuàng)新方面，T138柔性自適應(yīng)雙動(dòng)力頭車載鉆機(jī)可配備水、泥漿、空氣、泡沫四種循環(huán)介質(zhì)，可在正壓正循環(huán)與氣舉反循環(huán)間快速切換?！斑@就像給鉆機(jī)配備了一個(gè)全能工具箱?！鄙胶又悄芄I(yè)技術(shù)研究院總經(jīng)理林宏武解釋道：“它能根據(jù)地層特性智能選擇最優(yōu)工藝組合，實(shí)現(xiàn)從松軟土層到堅(jiān)硬巖層的全地層覆蓋?！?/p>

設(shè)備可在內(nèi)側(cè)動(dòng)力頭單獨(dú)鉆進(jìn)與雙動(dòng)力頭同心跟管鉆進(jìn)等多種模式間無縫切換，極大提升了復(fù)雜地層中的排渣效率與孔壁穩(wěn)定性，有效解決超復(fù)雜地層排渣和護(hù)壁難題，為深地勘查和救援提供了高效可靠的解決方案。

在控制創(chuàng)新方面，研發(fā)團(tuán)隊(duì)建立了雙回轉(zhuǎn)電液伺服系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并基于此開發(fā)智能閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能跟管鉆進(jìn)。

徐喜建介紹說：“雙動(dòng)力頭協(xié)同技術(shù)使套管能緊隨鉆頭同步鉆進(jìn)，達(dá)到即時(shí)護(hù)壁、救生孔‘一次成型’的效果。這對(duì)礦山救援至關(guān)重要，意味著救生孔可以一次成型完成，不需要反復(fù)修孔?！?/p>

系統(tǒng)還結(jié)合巖石大數(shù)據(jù)庫進(jìn)行回轉(zhuǎn)自適應(yīng)控制，能基于巖石特性自適應(yīng)調(diào)節(jié)鉆進(jìn)參數(shù)，預(yù)設(shè)安全圍欄，提前預(yù)判并避免卡鉆、埋鉆等事故，將解卡提升力增大至180噸，將安全保障方式從“依賴人工經(jīng)驗(yàn)”提升至“智能主動(dòng)保障”。

“綠色鉆機(jī)”顯著降低油耗

T138柔性自適應(yīng)雙動(dòng)力頭車載鉆機(jī)還采用了綠色高效的多動(dòng)力源集成系統(tǒng)，首創(chuàng)“柴油+市電”雙動(dòng)力及混動(dòng)模式，并配合智能能量管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多種動(dòng)力源優(yōu)化管理與互為備用。

通過研發(fā)雙發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)和能量回收再利用系統(tǒng)，裝備在保持大噸位作業(yè)能力的同時(shí)，管柱提升速度提升25%，能耗顯著降低，是名副其實(shí)的“綠色鉆機(jī)”。這種綠色混動(dòng)技術(shù)，不僅符合全球節(jié)能趨勢，也為礦業(yè)裝備的可持續(xù)發(fā)展提供了中國方案。

如今，山河智能開發(fā)的SWPDT系列車載式鉆機(jī)、SWPDC系列履帶式鉆機(jī)及模塊化系列鉆機(jī)已在全國多個(gè)領(lǐng)域投入使用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的完全自主可控。

在能源資源勘探領(lǐng)域，該系列裝備適用于煤層氣、頁巖氣、石油天然氣等能源開發(fā)，滿足深部資源勘探需求。在陜西彬州、貴州盤州等煤層氣開發(fā)現(xiàn)場，裝備多次高效完成深度超1500米水平井作業(yè)；其中，在陜西彬州煤層氣開發(fā)項(xiàng)目中，裝備僅用19天就完成了1153米水平井鉆探，比原計(jì)劃提前11天，刷新了國產(chǎn)鉆機(jī)施工紀(jì)錄。目前該系列鉆機(jī)累計(jì)完成鉆井總進(jìn)尺已突破十萬米。

“相比國外雪姆鉆機(jī)平均油耗約40升/小時(shí)，我們的鉆機(jī)平均油耗僅為20升/小時(shí)，單機(jī)單井節(jié)約油料成本近10萬元，為客戶單井節(jié)約成本達(dá)20萬元以上?！绷趾晡浣榻B，“這讓國產(chǎn)高端鉆機(jī)從用不起、等不起變成了更劃算、更高效?！?/p>