ROC L6露天潛孔鉆機在緬甸萊比塘銅礦半移動破碎站邊坡錨索鉆孔中的應用

向 學 忠， 鄧 樹 密， 楊 平

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

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ROC L6露天潛孔鉆機在緬甸萊比塘銅礦半移動破碎站邊坡錨索鉆孔中的應用

向 學 忠， 鄧 樹 密， 楊 平

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

根據阿特拉斯·科普柯ROC L6露天潛孔鉆機的工作原理、技術參數和特點，將其應用于緬甸萊比塘銅礦半移動破碎站基坑錨索邊坡下傾15°的錨索孔鉆進。在鉆進過程中，充分發揮了該鉆機高效、環保的優點，但也發現該鉆機在鉆進傾角較大斜孔時存在的一些問題。通過對鉆進配套機具進行適當改進，可在類似工程中應用。

阿特拉斯；露天潛孔鉆機ROC L6；穿孔；錨索鉆進；緬甸萊比塘銅礦

1 工程概況

緬甸萊比塘銅礦半移動破碎站位于露天采礦場地范圍內，邊坡卸礦平臺頂標高為+112.1 m，破碎站邊坡底標高為+90 m，邊坡高度為22.1 m，坡面角從68°漸變至80°，安裝兩套破碎設備，邊坡服務年限為3～5 a，屬永久邊坡，安全等級為二級，加固后邊坡穩定安全系數應達到1.25～1.3。根據設計圖紙，項目部對安裝破碎設備及裝載礦石的自卸車經過的邊坡總長約380 m范圍進行了加固，加固方式為上部采用預應力錨索(桿)加鋼筋混凝土框格梁組合進行加固，將預應力錨索(桿)布置在框格梁節點上，錨索長度為23～33 m，下傾15°，張拉力為60～100 t；下部采用常規的掛網噴混凝土進行防護，邊坡中部及下部設置深層排水孔，具體情況見圖1。邊坡加固采用逆作法，按照“開挖一級、加固一級”的施工順序、自上而下分級施工。施工完畢，基坑底部尺寸必須滿足設計圖紙中的長寬要求。

2 工程地質條件

半移動破碎站位于礦山兩山包之間的山坡坡腳、山前平緩地段，場地平整，地形變化不大，坡度小于5°，高程為103.29～117.39 m，平均為110.25 m，高差14.1 m。山地巖體多為斑巖、火山碎屑巖分布且節理裂隙較為發育，工程勘察揭示的地層巖性如下：

(1)素填土：褐色，淺褐紅色，分布于地表，層厚0.88～3.6 m，平均為2.18 m，結構松散，土質較均勻，具高壓縮性。由于土層較薄且分布不均，力學性質及均勻性差。

(2)混角礫、碎石粉質黏土：淺褐、褐紅色、灰褐色，顏色較雜，中密為主，部分稍密，土質不均，動探修正擊數為15擊，力學性質中等，為中等壓縮性土，層頂標高為112.25～116.31 m，平均厚度為3.63 m，分布不均勻。

(3)全風化斑巖：淺灰、灰黃、灰白色，呈散體狀，部分硬塑含礫粘性土狀，土質較均勻，力學性質中等，為中等壓縮性土，層頂標高為102.06～116.12 m，平均埋深1.64 m，平均厚度5.44 m，大部分鉆孔揭露其分布均勻，局部地段缺失。

(4)強風化斑巖：淺灰色、灰白色、褐黃色，少量紫紅色，力學強度較好，為較軟巖，易軟化，層頂標高95.14～116.01 m，平均埋深4.24 m，平均厚度為4.75 m，整塊場地均有分布，局部地段未揭穿；層厚大、穩定，承載力高，是較好的樁基礎持力層及下臥層。

(5)弱風化斑巖：淺灰、灰色、灰白色，力學強度較好，為較軟巖，層頂標高為78.94～103.67 m，平均埋深17.48 m，揭露平均厚度為15.73 m，整塊場地均有分布，未揭穿；層厚大、穩定，承載力高。

3 錨索鉆孔設備的選擇

根據鉆孔揭示的地層特性及開挖方式，優先選擇鉆孔效率高的履帶式潛孔鉆機成孔，其在國內已有成熟的施工案例，可供選擇的設備亦較多，但考慮到該工程在國外，設備機具從中國運輸過去時間較長，因此，項目部直接利用業主提供的礦山爆破鉆機進行鉆孔，結合項目實際情況，在對現場的幾種礦山爆破穿孔鉆機的技術經濟性進行比較分析后最終選擇了阿特拉斯·科普柯ROC L6露天潛孔鉆機(圖1)并進行了錨索鉆孔試驗，該鉆機是一款履帶式全液壓露天潛孔鉆機，其孔徑在92～152 mm范圍內，適用于開采軟巖及中硬巖石的采石場，主要技術參數見表1。其具有以下幾方面特點：

圖1 阿特拉斯ROC L6露天潛孔鉆機

(1)動力更強勁。配置CAT C11電噴水冷柴油發動機，輸出功率可達287 kW ，最大推進力為40 kN，最大拉拔力為50 kN 。

(2)性能更佳。所配置的兩級螺桿式空壓機在25 bar工作壓力下可以達到295 L/s的風量，可以確保在最惡劣的工況條件下也能夠達到最佳的排渣效果。

(3)靈活性更大。采用具有專利技術的液壓回轉動力驅動，支持各種角度鉆進。

(4)一流的人體工程學設計，滿足環保要求。精心設計的駕駛室不僅噪音低、振動小，而且視野極佳，高效的通風系統和可調節座椅提高了駕駛員的舒適度。

(5)操作維護更加簡單方便。采用類似游戲手柄的操作系統，使得駕駛員可以非常輕松、靈活地操作機器作業。

4 錨索鉆孔的施工

4.1 總體安排

根據該工程邊坡地質特點，結合現場總體安排部署，邊坡采用自上而下分層開挖的方式，開挖一層、支護完成后再進行下一層的開挖，巖石開挖爆破和錨索均采用同一種鉆機鉆孔，每一層先施工預應力錨索(桿)鉆孔、下索(桿)及注漿，其次進行噴混凝土封閉裸露的巖石面，然后進行框格梁和錨墩混凝土澆筑，待混凝土達到設計強度后進行錨索(桿)張拉。

如此循環，直至邊坡支護完成。

4.2 鉆孔配套機具組合

該工程布設預應力錨索和高強度預應力錨桿400余根，深度從18 m至33 m，設計鉆孔直徑不小于110 mm。因考慮ROC L6鉆機配置的高風壓潛孔錘效率的發揮和現場具備的沖擊器組合，采用阿特拉斯DHD350R高風壓潛孔沖擊器配150 mm柱齒鉆頭進行鉆孔。

4.3 施工準備

鉆孔前，先根據每排預應力錨索(桿)的高程位置，結合該鉆機高度和可調整范圍計算出開挖深度，按此鉆孔爆破至確定的標高后，由測量人員放樣確定出錨索(桿)孔的準確位置。錨索(桿)孔位置確定后，由ROC L6全液壓履帶式潛孔鉆機造孔，鉆機就位后，人工對鉆機進行調試，初步定位后，利用鉆機自動定位功能對鉆孔傾角和方向進行自動調節，以確保錨索(桿)孔的方向和傾角，對位后開動鉆機一次性成孔。鉆進過程中，孔斜及方向利用鉆機自動控制系統進行測量和調整。

4.4 人員配置

該鉆機自動化程度高，操作簡單，因此，每臺設備原則上只配備鉆機操作手1人。考慮到錨索(桿)鉆孔為斜孔，添加鉆桿與傳統的垂直孔相比存在一些困難，因此，另外配備了兩個輔助工，主要目的是指揮鉆機移位及加減鉆桿時相互配合。

4.5 鉆孔工效

該項目引進該鉆機的目的主要是用于采礦深度梯度爆破鉆孔，孔深15 m，鉆孔為垂直孔。由于沒有該種鉆機鉆斜向下傾孔的經驗，為保證錨索鉆孔順利，先用該鉆機進行了穿孔試驗，巖層與錨索孔穿過的地層基本一致，鉆孔傾角分別按照水平、水平下傾10°、水平下傾20°鉆了3個孔。試驗結果為：水平孔最深可以打6根桿，即30 m。第一根鉆桿用時8 min，第二根鉆桿用時6 min，第三、四、五、六根鉆桿基本每根用時都在8 min左右，全部退完6根鉆桿用時約5 min左右，總體耗時45 min～1 h。與鉆垂直孔相比，正常鉆進效率差不多，但在換接鉆桿過程中發現對鉆桿的消耗卻是垂直鉆孔的2倍以上，主要表現在送接桿時鉆桿磨損、絲扣磨損加劇。水平下傾10°和水平下傾20°鉆孔在正常鉆孔期間工效與水平孔基本上沒有差別，稍有一點不同就是越向下傾斜、加接鉆桿就越困難，所用時間也要多一些。

根據試驗總結的參數及發現的問題，對鉆桿進行了局部改進。為防止鉆桿在重力作用下自動下墜加劇對鉆桿及鉆具的磨損，在每根鉆桿接頭位置加裝了一個扶正環，以保證深孔鉆進時鉆桿始終位于鉆孔中心。正式施工時共投入1臺ROC L6全液壓履帶式潛孔鉆機，配DHD350R高風壓潛孔沖擊器鉆孔，孔徑150 mm，鉆機自帶干式除塵機，除塵效果非常好。采用該鉆機鉆錨索(桿)孔純鉆孔工效平均為1 m/min，加上加桿和退鉆等輔助時間在內，實際鉆孔工效可達30～35 m/h,該工效也超過了國內普通的錨固工程鉆機和履帶式跟套管鉆機的成孔速度。

5 ROC L6履帶式鉆機施工錨索孔具有的優缺點

與傳統錨索施工鉆孔設備相比較，阿特拉斯ROC L6露天潛孔鉆機用于邊坡錨索鉆進具有以下幾方面優點：

(1)可以大幅度提高錨索鉆孔效率。通過上述數據比較，其綜合施工效率是巖芯鉆機(如XY-2B)的10倍，是普通錨固工程鉆機(如MGY-80)的4～5倍，是國產用于覆蓋層跟套管鉆機的履帶式鉆機的2～3倍。其高效的鑿巖效率主要得益于對巖石的體積破碎和自帶的高風壓空壓機，破碎巖石效率高，排渣速度快，孔底干凈，無重復破碎現象，鉆機配有機械手，可自動夾持和加退鉆桿，省去了人工加桿和卸桿速度慢、費時、費力的煩惱，綜合鉆孔效率大大提高。

(2)鉆機裝備有全自動孔斜測量和糾正裝置，可以實時對鉆孔的方位、傾角等進行測量，一旦超過允許范圍，就能自動啟動糾偏裝置，確保孔斜在允許范圍內，這也是傳統鉆孔設備所不具備的。傳統鉆孔設備只能在開孔時采用羅盤或其它測量方法對鉆孔精確定位，鉆孔過程只能依靠其它輔助手段如測斜儀器等進行孔斜校正，采用這些方法測量孔斜精度低，不能實時測量，還必需停止鉆進并將所有鉆桿及鉆具拔出后方可測量，既耽誤鉆進時間，也影響總體鉆進效率。

(3)鉆機自帶的干式除塵機除塵效果非常好，現場看不到粉塵飛揚，利于現場文明施工的控制和解決，其環保性能方面遠遠超過國產巖芯和錨固工程鉆機。

但是，由于該鉆機的設計用途主要是用于礦山開采深孔臺階爆破，最適宜的鉆孔就是垂直孔，而該工程將其應用于邊坡錨索鉆孔施工時也發現其具有以下不足之處：在鉆進傾斜角度較大的孔時，因鉆機動力頭本身設計原因，鉆桿及鉆具在重力作用下極易下傾與孔壁巖石面接觸，孔越深，越明顯，從而導致鉆桿、鉆具磨損加劇。根據該工程的應用統計，斜孔鉆進對鉆桿、鉆具、連接螺紋的磨損是垂直孔的2倍，因此，鉆孔成本也相應增加；還有，在鉆進斜孔時，由于夾持器主要適用于垂直孔，因而出現加鉆時鉆桿因夾持不穩而脫落，斜孔加鉆時往往需要人工輔助才能順利加桿。

6 結 語

預應力錨索施工設備機具很多，從普通的巖芯鉆機到支架式錨固工程鉆機、再到履帶式潛孔鉆機，每一次新產品的誕生就是一次飛躍。進入21世紀后，國內外在這方面施工的設備機具發展和更新速度更快，已經廣泛將其應用到礦山、采石、水文水井、地質勘探等施工和勘察領域，但國產的履帶式潛孔鉆機無論在設計還是使用功能特點方面與進口鉆機相比還存在一定的差距。瑞典阿特拉斯·科普柯ROC L6全液壓履帶式潛孔鉆機具有高效、環保、適合在各鐘硬度的巖石及復雜地層中鉆進等優點。該工程錨索鉆孔采用該設備，期間與破碎站基坑巖石鉆爆穿插進行，因其施工效率高、安全環保、操作簡單、人員配置少，與傳統錨索施工相比大大降低了勞動強度，提高了施工效率，降低了綜合施工成本，保證了工期，取得了較好的經濟效益和社會效益，受到業主、監理等方面的一致好評。

該工程借用露天礦石爆破鉆孔的潛孔鉆機進行錨索成孔，與全液壓錨固工程鉆機成孔原理基本相同，但在實際應用中也反映出該鉆機進行傾斜孔鉆進時具有的不足之處，這也充分說明了阿特拉斯·科普柯礦山及巖石鉆孔設備的多樣性和專一性，即在選擇設備時應充分考慮設備的使用功能和用途。只有了解其用途，才能選擇出最適合的鉆孔設備。

(責任編輯：李燕輝)

2016-08-15

TD4;[TD41];TD8

B

1001-2184(2016)05-0012-03

向學忠(1970-)，男，重慶豐都人，基礎工程分局分局長，高級工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作;

鄧樹密(1971-)，男，四川廣安人，基礎工程分局總工程師，教授級高級工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

楊 平(1973-)，男，重慶萬州人，高級工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.