YSZ－50型声频振动钻机在尾矿坝勘察中的应用

任晓飞，赵振国，牛军辉，吴浩，陆卫星，李志江，赵晓冬

（1.中国煤炭地质总局第二勘探局，河北 涿州 072750；2.中交公路规划设计院有限公司，北京 100088；3.建设综合勘察研究设计院有限公司，北京 100007）

1 工程概述

鲁能集团山西分公司新建尾矿坝占地面积约为1341亩，用以存储铝矿冶炼后的废渣和废液。

该坝由黄土分层碾压堆筑而成，经两次堆筑加高后，坝顶标高为860m。堆场原设计总库容约为2100万m3。随着产能的增加，废渣废液的排量加大，原有库容难以满足要求，该公司拟将坝高增加25m。为此需要对坝基土质进行勘察进而对坝体稳定性作出评价，为尾矿坝的扩容工程的提供设计参数。图1为尾矿坝全景示意图。

图1 尾矿坝全景示意

勘察单位设计垂直于坝轴线布置7条勘探线，在库区西北边赤泥出露区域平行于坝轴线布置勘探线1条，每条勘探线上布置3～4个勘探点，共布置了26个勘探点。

2 取样要求及勘察钻机特点

为了防止泥浆回转钻进对坝体土样的污染、影响黄土的湿陷性测试结果，以及泥浆渗漏对坝体的破坏，同时由于施工现场偏远，水源运输不便，为此要求采用无循环钻进方式，据此选用了中国煤炭地质总局第二勘探局和中国地质大学（北京）联合研制的YSZ－50型声频振动钻机进行勘察取样。

YSZ－50型钻机为国内首台振动深度达50m的声频振动钻机，该钻机配备最大振动频率200Hz和最大激振力14t的声频动力头，可实现超高频振动、回转、超高频振动＋回转三种钻进方式，钻进速度快，无需泥浆，取样质量好，处理孔内事故能力强。可广泛应用于工程勘察、环境钻探、物探爆破孔和地源热泵孔施工等领域，尤其适用于第四纪地层的勘察取样。整机为全液压驱动、采用负载敏感控制液压系统，高效节能；仪表齐全，便于操控，利于判断钻进情况。桅杆可滑移落地，提高了钻机工作的稳定性；给进行程3.5m，减少了辅助工作时间，提高了钻进效率。具有自行走橡胶履带底盘，爬坡能力强，搬迁移位灵活，见图2。

图2 YSZ－50声频振动钻机

3 施工效果

按照设计要求，需要对坝顶、坝中、坝基三个部位，深度分别为35m、20m、15m的6个钻孔进行勘察取样，地层以黄土、粘土、卵石层为主，要求每间隔2m取出一段长20～30cm的原状土样，并装入土样盒。使用YSZ－50型钻机、2m长Φ108mm岩心管和Φ112mm取土钻头，较好的完成了勘察取样工作，在施工过程中钻机体现出如下突出优点：

（1）采用无循环钻进、无需泥浆。

该钻进方式最大限度的避免了泥浆对土样的污染，并对防止坝体的渗漏起到了较好的保护效果，也解决了水源运输不便难题。

（2）钻进速度快。

从现场录制的视频来看，纯钻进速度可达0.2～0.4m／s，机械钻速可达2.8m／min。

（3）样品长度长、取样完整，扰动小，见图3。

图3

（4）对卵、砾石层也有较好的取样效果，见图4。

图4

4 钻机的下步改进建议

（1）增加卷扬，便于辅助提升钻具和进行标准贯入试验。

（2）桅杆滑移背板需加固。

（3）桅杆上增加标尺以利于操机人员控制钻进深度。

（4）设计选用半合管钻具或内衬管结构（来获取粘质粉土不扰动样品）。

（5）钻机配套高强度切岩钻头与取样钻头的设计。

5 结论

YSZ－50型声频振动钻机采用无循环钻进方式，解决了尾矿坝勘察中样品污染问题、坝体渗漏破坏问题以及水源运输不便难题，取出的样品无扰动、无污染、样品长，并且对卵砾石也有较好的取样效果，钻进速度快、提高了施工效率，值得在类似施工环境中推广应用。

［1］史海岐，刘宝林.声频振动钻机及其液压系统的设计［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2007（7）.

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［3］吴光琳.声波钻进技术的发展及其应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2004（3）.

［4］吴浩，等.YSZ－50型声频振动钻机的研制［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2012（1）.