向 學(xué) 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(yīng)用

向 學(xué) 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(jù)阿特拉斯·科普柯ROC L6露天潛孔鉆機的工作原理、技術(shù)參數(shù)和特點，將其應(yīng)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(jìn)。在鉆進(jìn)過程中，充分發(fā)揮了該鉆機高效、環(huán)保的優(yōu)點，但也發(fā)現(xiàn)該鉆機在鉆進(jìn)傾角較大斜孔時存在的一些問題。通過對鉆進(jìn)配套機具進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，可在類似工程中應(yīng)用。

阿特拉斯；露天潛孔鉆機ROC L6；穿孔；錨索鉆進(jìn)；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(nèi)，邊坡卸礦平臺頂標(biāo)高為+112.1 m，破碎站邊坡底標(biāo)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(shè)備，邊坡服務(wù)年限為3～5 a，屬永久邊坡，安全等級為二級，加固后邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)達(dá)到1.25～1.3。根據(jù)設(shè)計圖紙，項目部對安裝破碎設(shè)備及裝載礦石的自卸車經(jīng)過的邊坡總長約380 m范圍進(jìn)行了加固，加固方式為上部采用預(yù)應(yīng)力錨索(桿)加鋼筋混凝土框格梁組合進(jìn)行加固，將預(yù)應(yīng)力錨索(桿)布置在框格梁節(jié)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(guī)的掛網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行防護(hù)，邊坡中部及下部設(shè)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(shè)計圖紙中的長寬要求。

2 工程地質(zhì)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(jié)理裂隙較為發(fā)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(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)較均勻，具高壓縮性。由于土層較薄且分布不均，力學(xué)性質(zhì)及均勻性差。

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

(3)全風(fēng)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(zhì)較均勻，力學(xué)性質(zhì)中等，為中等壓縮性土，層頂標(biāo)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(fēng)化斑巖：淺灰色、灰白色、褐黃色，少量紫紅色，力學(xué)強度較好，為較軟巖，易軟化，層頂標(biāo)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(wěn)定，承載力高，是較好的樁基礎(chǔ)持力層及下臥層。

(5)弱風(fēng)化斑巖：淺灰、灰色、灰白色，力學(xué)強度較好，為較軟巖，層頂標(biāo)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(wěn)定，承載力高。

3 錨索鉆孔設(shè)備的選擇

根據(jù)鉆孔揭示的地層特性及開挖方式，優(yōu)先選擇鉆孔效率高的履帶式潛孔鉆機成孔，其在國內(nèi)已有成熟的施工案例，可供選擇的設(shè)備亦較多，但考慮到該工程在國外，設(shè)備機具從中國運輸過去時間較長，因此，項目部直接利用業(yè)主提供的礦山爆破鉆機進(jìn)行鉆孔，結(jié)合項目實際情況，在對現(xiàn)場的幾種礦山爆破穿孔鉆機的技術(shù)經(jīng)濟性進(jìn)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(jìn)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(nèi)，適用于開采軟巖及中硬巖石的采石場，主要技術(shù)參數(shù)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(fā)動機，輸出功率可達(dá)287 kW ，最大推進(jìn)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(dá)到295 L/s的風(fēng)量，可以確保在最惡劣的工況條件下也能夠達(dá)到最佳的排渣效果。

(3)靈活性更大。采用具有專利技術(shù)的液壓回轉(zhuǎn)動力驅(qū)動，支持各種角度鉆進(jìn)。

(4)一流的人體工程學(xué)設(shè)計，滿足環(huán)保要求。精心設(shè)計的駕駛室不僅噪音低、振動小，而且視野極佳，高效的通風(fēng)系統(tǒng)和可調(diào)節(jié)座椅提高了駕駛員的舒適度。

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

4 錨索鉆孔的施工

4.1 總體安排

根據(jù)該工程邊坡地質(zhì)特點，結(jié)合現(xiàn)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(hù)完成后再進(jìn)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(yù)應(yīng)力錨索(桿)鉆孔、下索(桿)及注漿，其次進(jìn)行噴混凝土封閉裸露的巖石面，然后進(jìn)行框格梁和錨墩混凝土澆筑，待混凝土達(dá)到設(shè)計強度后進(jìn)行錨索(桿)張拉。

如此循環(huán)，直至邊坡支護(hù)完成。

4.2 鉆孔配套機具組合

該工程布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索和高強度預(yù)應(yīng)力錨桿400余根，深度從18 m至33 m，設(shè)計鉆孔直徑不小于110 mm。因考慮ROC L6鉆機配置的高風(fēng)壓潛孔錘效率的發(fā)揮和現(xiàn)場具備的沖擊器組合，采用阿特拉斯DHD350R高風(fēng)壓潛孔沖擊器配150 mm柱齒鉆頭進(jìn)行鉆孔。

4.3 施工準(zhǔn)備

鉆孔前，先根據(jù)每排預(yù)應(yīng)力錨索(桿)的高程位置，結(jié)合該鉆機高度和可調(diào)整范圍計算出開挖深度，按此鉆孔爆破至確定的標(biāo)高后，由測量人員放樣確定出錨索(桿)孔的準(zhǔn)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(jìn)行調(diào)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(jìn)行自動調(diào)節(jié)，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(jìn)過程中，孔斜及方向利用鉆機自動控制系統(tǒng)進(jìn)行測量和調(diào)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(shè)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(tǒng)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(jìn)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(jīng)驗，為保證錨索鉆孔順利，先用該鉆機進(jìn)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(jié)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(jìn)效率差不多，但在換接鉆桿過程中發(fā)現(xiàn)對鉆桿的消耗卻是垂直鉆孔的2倍以上，主要表現(xiàn)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(jù)試驗總結(jié)的參數(shù)及發(fā)現(xiàn)的問題，對鉆桿進(jìn)行了局部改進(jìn)。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(huán)，以保證深孔鉆進(jìn)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(fēng)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(nèi)，實際鉆孔工效可達(dá)30～35 m/h,該工效也超過了國內(nèi)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(yōu)缺點

與傳統(tǒng)錨索施工鉆孔設(shè)備相比較，阿特拉斯ROC L6露天潛孔鉆機用于邊坡錨索鉆進(jìn)具有以下幾方面優(yōu)點：

(1)可以大幅度提高錨索鉆孔效率。通過上述數(shù)據(jù)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(chǎn)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(fēng)壓空壓機，破碎巖石效率高，排渣速度快，孔底干凈，無重復(fù)破碎現(xiàn)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(jìn)行測量，一旦超過允許范圍，就能自動啟動糾偏裝置，確?？仔痹谠试S范圍內(nèi)，這也是傳統(tǒng)鉆孔設(shè)備所不具備的。傳統(tǒng)鉆孔設(shè)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(jìn)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(jìn)并將所有鉆桿及鉆具拔出后方可測量，既耽誤鉆進(jìn)時間，也影響總體鉆進(jìn)效率。

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

但是，由于該鉆機的設(shè)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(yīng)用于邊坡錨索鉆孔施工時也發(fā)現(xiàn)其具有以下不足之處：在鉆進(jìn)傾斜角度較大的孔時，因鉆機動力頭本身設(shè)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(dǎo)致鉆桿、鉆具磨損加劇。根據(jù)該工程的應(yīng)用統(tǒng)計，斜孔鉆進(jìn)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(yīng)增加；還有，在鉆進(jìn)斜孔時，由于夾持器主要適用于垂直孔，因而出現(xiàn)加鉆時鉆桿因夾持不穩(wěn)而脫落，斜孔加鉆時往往需要人工輔助才能順利加桿。

6 結(jié) 語

預(yù)應(yīng)力錨索施工設(shè)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(chǎn)品的誕生就是一次飛躍。進(jìn)入21世紀(jì)后，國內(nèi)外在這方面施工的設(shè)備機具發(fā)展和更新速度更快，已經(jīng)廣泛將其應(yīng)用到礦山、采石、水文水井、地質(zhì)勘探等施工和勘察領(lǐng)域，但國產(chǎn)的履帶式潛孔鉆機無論在設(shè)計還是使用功能特點方面與進(jìn)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(huán)保、適合在各鐘硬度的巖石及復(fù)雜地層中鉆進(jìn)等優(yōu)點。該工程錨索鉆孔采用該設(shè)備，期間與破碎站基坑巖石鉆爆穿插進(jìn)行，因其施工效率高、安全環(huán)保、操作簡單、人員配置少，與傳統(tǒng)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(jīng)濟效益和社會效益，受到業(yè)主、監(jiān)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(jìn)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(yīng)用中也反映出該鉆機進(jìn)行傾斜孔鉆進(jìn)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(shè)備的多樣性和專一性，即在選擇設(shè)備時應(yīng)充分考慮設(shè)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(shè)備。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-08-15

TD4;[TD41];TD8

B

1001-2184(2016)05-0012-03

向?qū)W忠(1970-)，男，重慶豐都人，基礎(chǔ)工程分局分局長，高級工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作;

鄧樹密(1971-)，男，四川廣安人，基礎(chǔ)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(shù)與管理工作；

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