面向月球深部采矿的绳系式自掘进钻取方案及试验研究
高明忠1
李加华2
郝海春2
谢晶3
李元如2
周浪2
高政2
吴岩4
季冰2
王智鹏2
周雪敏2
1.深圳大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,广东 深圳 518060;深圳大学深地科学与绿色能源研究院,广东 深圳 518060;四川大学水利水电学院,四川成都 6100652.深圳大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,广东 深圳 518060;深圳大学深地科学与绿色能源研究院,广东 深圳 5180603.四川大学水利水电学院,四川成都 6100654.深圳大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,广东 深圳 518060;深圳大学深地科学与绿色能源研究院,广东 深圳 518060;中国科学院广州能源研究所,广东 广州 510640
摘要：月球矿产资源开发利用是化解地球能源危机的重要突破口.钻进取芯作为月基剖面样品采集的有效手段,是精准探明月球资源禀赋特征的关键前提.受月球极端环境、钻采能源动力、地层剖面复杂等限制,当前月基钻取仍存在"钻不深"的技术瓶颈.为突破低功耗条件下月基大深度样品采集难点,团队提出了绳系式自掘进钻进取芯方案,基于团队自主研制的绳系式自掘进钻进取芯机器人,开展了 5 m深度拟实月壤钻进取芯试验,揭示了拟实月壤自掘进钻取过程中的取芯、排屑运移规律,验证了钻进方案的可行性.针对月基苛刻工况,本文探明了不同钻头构型钻进力载演化规律,优选了适配的取芯钻头构型与钻进规程参数.试验结果表明:①拟实月壤绳系式自掘进钻进取芯过程中,转矩在4N·m范围内,钻杆排屑良好,能够有效获取壤芯样品;钻孔窥视显示,孔壁稳定性好,未随时间推移产生明显变化;②针对孤石、探头石钻进工况,复合片钻头相较于金刚石钻头,钻进力载显著降低,而钻进速度明显提升,展现出更优异的钻取综合性能.③针对拟实月壤,转速增加可有效降低钻进力载,而取芯率随转速增加呈先降后升趋势;相同进转比条件下,进尺速度与转速越大,其钻进力载与取芯率显著增加,这意味着钻进参数选取时需要兼顾取芯率与钻进力载的平衡.本研究可为我国未来月球无人深钻采样探测提供参考.
关键词：月球采样钻头选型钻进规程钻进力载取芯率
分类号：TD231(矿山设计与建设)
资助基金：国家自然科学基金(52434004)深圳大学计划资助项目(2035A;2023A002)深圳大学科研团队培育资助项目(2023JCT001)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 118-129 )
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