(1)鉆機系統設計
1)采用重型K型鉆機，承重1350kN，導軌行程25m，實現18m立鉆。
2)頂部驅動鉆井系統直接驅動井架上部的鉆柱，沿井架內的導軌上下移動。通過交流變頻絞車實現減壓鉆井功能，完成旋轉鉆井、鉆井液循環、接單根、卸扣、倒劃眼等作業。
3)采用AC-VFD-AC變頻方式驅動鉆機主要執行部件(絞車、頂驅、繩絞車、轉盤)的電機。實現了頂驅、絞車等部件全程無級調速，取消了機械換擋，傳動簡單可靠。
4)利用全數字交流變頻控制技術和電傳系統PLC、觸摸屏和氣、電、液、儀參數壹體化設計，實現頂驅、絞車、繩絞車、轉盤等部件的智能控制，並可遠程監控鉆井參數。
(二)鉆機的主要結構
鉆機主要結構部件包括K135鉆機、2.0鉆井平臺、電驅動頂驅系統、電驅動主絞車(含盤式剎車)、電驅動繩絞車(含盤式剎車)、電控系統、司鉆房、井口自動化裝置、泥漿泵、固控裝置。
1.鉆機和平臺
采用k型鉆機，凈空高度31m，最大鉤載1，350kn (5× 6遊車繩系)，平臺高度2.0m，立根箱容量4000m。鉆機結構如圖2-14所示。
圖2-14K鉆井塔結構圖
2.頂部驅動系統
作為核心部件(圖2-15)，直驅電驅高速頂驅具有旋轉、泥漿循環、增加單根、升降立根、卸扣等功能。頂驅獲國家發明專利，專利號ZL201310367876.4。機械部分包括以下三個部分:
圖2-15頂驅結構
1)支架-滑輪組件，由支架和多組滾輪組成。確保頂驅沿導軌高速移動或低速進給，並具有運動限制和抗扭功能。
2)電機-水龍頭組件，由變頻電機組件和水龍頭組件組成。
3)自動擺管裝置，由升降側擺機構和背鉗擰松機構組成。側擺機構負責從平臺上提起單根鉆桿或從二層臺抓取立根；背鉗擰松機構負責擰松單根鉆桿或鉆桿立根與頂驅主軸之間的螺紋。
3.主絞車
主絞車采用300kW交流變頻電機，通過減速器和滾筒離合器向滾筒輸出扭矩和速度，再通過天車和遊車提升和下放頂驅。主卷筒通過電機編碼器和制動單元實現能耗制動和零速懸停，通過液壓盤式制動器實現安全制動；滾筒編碼器可以準確確定頂驅系統在鉆機間隙中的運行位置；卷筒可通過過卷和井架的防碰撞安全制動。主絞車結構如圖2-16所示。
圖2-16主絞車結構示意圖
進鉆裝置包括進鉆變頻電機、大速比進鉆減速器、進鉆離合器、減速器和滾筒離合器，向主絞車滾筒輸出扭矩和轉速。
主絞車具有以下特點:
1)傳動方式:交流變頻電驅動，充氣輪胎離合器。
2)控制方式:閉環控制，可以實現零懸停。
3)安全模式:過卷防撞、井架鋼絲繩防撞、電子防撞。
4)制動方式:主制動器為液壓盤式制動器，輔助制動器耗能。
5)制動形式:停車制動、工作制動和緊急制動(停電)。
6)進鉆控制:小功率變頻電機可實現自動進鉆，調壓精度可達3000N。
7)控制顯示:氣源、潤滑油壓力、遊車位置、遊車速度顯示和報警。
8)聯鎖功能:主電機和進鉆電機開始聯鎖。
4.繩索取芯絞車
繩索取心絞車最大拉力(圖2-17):25000n；最大繩速:200米/分鐘；鋼絲繩直徑:8mm繩索容量:4000米。該絞車已獲得國家發明專利，專利號為ZL201310368723.2，其設計特點和功能優勢如下。
圖2-17繩索取芯絞車
(1)設計特點
1)傳動方式:交流變頻電傳動，電磁離合器；
2)控制方式:閉環控制，可實現零懸停；
3)制動方式:主制動器為液壓盤式制動器，輔助制動器為能耗式制動器；
4)排列方式:自動排繩，自動換向；
5)控制顯示:可檢測繩長、繩速和張力。
(2)功能優勢
1)有電磁離合器，可以實現無動力自由下降；
2)采用液壓盤式制動器，可實現安全制動；
3)配備排繩、張力、繩長等裝置，提高打撈成功率。
5.電子控制系統(交流變頻交流)
電氣控制系統由三部分組成:電源部分、變頻驅動部分和各執行單元。動力裝置為電網變壓器或柴油發電機組；變頻驅動裝置為VFD室(變頻驅動)，包括頂驅電機、絞車電機、繩絞車電機、轉盤電機變頻器和綜合控制裝置(包括可編程控制器PLC)；執行單元包括變頻電機、傳感器、編碼器、電源電纜和控制電纜。控制系統的布局如圖2-18所示。
6.鉆機操作室
鉆機操作室是整個鉆井現場的“指揮部”，如圖2-19所示。主要部件是電氣控制部分和數字控制接口。此外，還包括現場多點視頻監控、獨立檢測系統、現場通訊設備等。
手術室實現了集中、智能、舒適、安全的手術功能。電氣控制部分(元件面板)完成轉速、升降速度和扭矩的設定，加桿、擰松、制動的起停和操作流程；數字接口包括觸摸屏、顯示屏等。其功能是在各人機界面顯示工藝參數和設備運行參數並進行設置。
7.工作室
除操作室內的人機界面外，還配有遠程監控工作室和鉆井參數工控機，可實時監控鉆機各部分的運行狀態和主要鉆井工藝參數，包括鉆井界面、網絡布局、設備布局、趨勢圖、操作記錄、數據記錄等。，不僅可以記錄設備運行參數、工藝參數、運行記錄等。而且可以存儲、備份和遠程傳輸。
圖2-18電氣控制系統布置圖
圖2-19鉆機操作室
8.輔助設備
為配合頂驅取心鉆井技術和單吊卡作業的完整流程，配備了液壓吊卡、動力大鉗、氣動卡盤三種機械化井口作業專用輔助裝置，提高作業效率，降低勞動強度。
1)液壓吊卡(圖2-20):用於提升大直徑繩索取心鉆桿，加壹節立壹根，輔助起下鉆作業，可實現自動開閉、自動閉鎖、自動鎖定。電梯獲國家發明專利，專利號ZL 201310367854.9；
2)動力鉗:自動擰松大直徑、高扭矩繩索鉆桿的動力裝置；
3)氣動卡盤:在孔口自動夾緊大噸位大直徑繩索鉆桿的裝置(圖2-21)。
圖2-20液壓升降機
圖2-21氣動卡盤
(三)鉆機主要技術參數
KZ30DB和XD-35DB電動頂驅鉆機的主要技術參數見表2-8。
表2-8 KZ 30db和XD-35DB電動頂驅鉆機主要技術參數
繼續的
(4)鉆機應用實例
XD35DB鉆機於2012年8月至20122 mm在江西崇仁象山大型鈾礦田為“中國首次鈾礦地質科學深部鉆探”提供裝備支持，實現了全孔連續取芯，最終井徑ф122mm；創造了S114大直徑繩索取心深度的國內紀錄。
自2065438+2002年7月，KZ30DB鉆機在四川綿陽汶川科學鉆探4號孔(WFSD-4)施工中使用，設計孔深3350m，采用電動轉盤鉆井技術。