ROC L6露天潜孔钻机在缅甸莱比塘铜矿半移动破碎站边坡锚索钻孔中的应用

向 学 忠， 邓 树 密， 杨 平

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)



ROC L6露天潜孔钻机在缅甸莱比塘铜矿半移动破碎站边坡锚索钻孔中的应用

向 学 忠， 邓 树 密， 杨 平

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

根据阿特拉斯·科普柯ROC L6露天潜孔钻机的工作原理、技术参数和特点，将其应用于缅甸莱比塘铜矿半移动破碎站基坑锚索边坡下倾15°的锚索孔钻进。在钻进过程中，充分发挥了该钻机高效、环保的优点，但也发现该钻机在钻进倾角较大斜孔时存在的一些问题。通过对钻进配套机具进行适当改进，可在类似工程中应用。

阿特拉斯；露天潜孔钻机ROC L6；穿孔；锚索钻进；缅甸莱比塘铜矿

1 工程概况

缅甸莱比塘铜矿半移动破碎站位于露天采矿场地范围内，边坡卸矿平台顶标高为+112.1 m，破碎站边坡底标高为+90 m，边坡高度为22.1 m，坡面角从68°渐变至80°，安装两套破碎设备，边坡服务年限为3～5 a，属永久边坡，安全等级为二级，加固后边坡稳定安全系数应达到1.25～1.3。根据设计图纸，项目部对安装破碎设备及装载矿石的自卸车经过的边坡总长约380 m范围进行了加固，加固方式为上部采用预应力锚索(杆)加钢筋混凝土框格梁组合进行加固，将预应力锚索(杆)布置在框格梁节点上，锚索长度为23～33 m，下倾15°，张拉力为60～100 t；下部采用常规的挂网喷混凝土进行防护，边坡中部及下部设置深层排水孔，具体情况见图1。边坡加固采用逆作法，按照“开挖一级、加固一级”的施工顺序、自上而下分级施工。施工完毕，基坑底部尺寸必须满足设计图纸中的长宽要求。

2 工程地质条件

半移动破碎站位于矿山两山包之间的山坡坡脚、山前平缓地段，场地平整，地形变化不大，坡度小于5°，高程为103.29～117.39 m，平均为110.25 m，高差14.1 m。山地岩体多为斑岩、火山碎屑岩分布且节理裂隙较为发育，工程勘察揭示的地层岩性如下：

(1)素填土：褐色，浅褐红色，分布于地表，层厚0.88～3.6 m，平均为2.18 m，结构松散，土质较均匀，具高压缩性。由于土层较薄且分布不均，力学性质及均匀性差。

(2)混角砾、碎石粉质黏土：浅褐、褐红色、灰褐色，颜色较杂，中密为主，部分稍密，土质不均，动探修正击数为15击，力学性质中等，为中等压缩性土，层顶标高为112.25～116.31 m，平均厚度为3.63 m，分布不均匀。

(3)全风化斑岩：浅灰、灰黄、灰白色，呈散体状，部分硬塑含砾粘性土状，土质较均匀，力学性质中等，为中等压缩性土，层顶标高为102.06～116.12 m，平均埋深1.64 m，平均厚度5.44 m，大部分钻孔揭露其分布均匀，局部地段缺失。

(4)强风化斑岩：浅灰色、灰白色、褐黄色，少量紫红色，力学强度较好，为较软岩，易软化，层顶标高95.14～116.01 m，平均埋深4.24 m，平均厚度为4.75 m，整块场地均有分布，局部地段未揭穿；层厚大、稳定，承载力高，是较好的桩基础持力层及下卧层。

(5)弱风化斑岩：浅灰、灰色、灰白色，力学强度较好，为较软岩，层顶标高为78.94～103.67 m，平均埋深17.48 m，揭露平均厚度为15.73 m，整块场地均有分布，未揭穿；层厚大、稳定，承载力高。

3 锚索钻孔设备的选择

根据钻孔揭示的地层特性及开挖方式，优先选择钻孔效率高的履带式潜孔钻机成孔，其在国内已有成熟的施工案例，可供选择的设备亦较多，但考虑到该工程在国外，设备机具从中国运输过去时间较长，因此，项目部直接利用业主提供的矿山爆破钻机进行钻孔，结合项目实际情况，在对现场的几种矿山爆破穿孔钻机的技术经济性进行比较分析后最终选择了阿特拉斯·科普柯ROC L6露天潜孔钻机(图1)并进行了锚索钻孔试验，该钻机是一款履带式全液压露天潜孔钻机，其孔径在92～152 mm范围内，适用于开采软岩及中硬岩石的采石场，主要技术参数见表1。其具有以下几方面特点：

图1 阿特拉斯ROC L6露天潜孔钻机

(1)动力更强劲。配置CAT C11电喷水冷柴油发动机，输出功率可达287 kW ，最大推进力为40 kN，最大拉拔力为50 kN 。

(2)性能更佳。所配置的两级螺杆式空压机在25 bar工作压力下可以达到295 L/s的风量，可以确保在最恶劣的工况条件下也能够达到最佳的排渣效果。

(3)灵活性更大。采用具有专利技术的液压回转动力驱动，支持各种角度钻进。

(4)一流的人体工程学设计，满足环保要求。精心设计的驾驶室不仅噪音低、振动小，而且视野极佳，高效的通风系统和可调节座椅提高了驾驶员的舒适度。

(5)操作维护更加简单方便。采用类似游戏手柄的操作系统，使得驾驶员可以非常轻松、灵活地操作机器作业。

4 锚索钻孔的施工

4.1 总体安排

根据该工程边坡地质特点，结合现场总体安排部署，边坡采用自上而下分层开挖的方式，开挖一层、支护完成后再进行下一层的开挖，岩石开挖爆破和锚索均采用同一种钻机钻孔，每一层先施工预应力锚索(杆)钻孔、下索(杆)及注浆，其次进行喷混凝土封闭裸露的岩石面，然后进行框格梁和锚墩混凝土浇筑，待混凝土达到设计强度后进行锚索(杆)张拉。

如此循环，直至边坡支护完成。

4.2 钻孔配套机具组合

该工程布设预应力锚索和高强度预应力锚杆400余根，深度从18 m至33 m，设计钻孔直径不小于110 mm。因考虑ROC L6钻机配置的高风压潜孔锤效率的发挥和现场具备的冲击器组合，采用阿特拉斯DHD350R高风压潜孔冲击器配150 mm柱齿钻头进行钻孔。

4.3 施工准备

钻孔前，先根据每排预应力锚索(杆)的高程位置，结合该钻机高度和可调整范围计算出开挖深度，按此钻孔爆破至确定的标高后，由测量人员放样确定出锚索(杆)孔的准确位置。锚索(杆)孔位置确定后，由ROC L6全液压履带式潜孔钻机造孔，钻机就位后，人工对钻机进行调试，初步定位后，利用钻机自动定位功能对钻孔倾角和方向进行自动调节，以确保锚索(杆)孔的方向和倾角，对位后开动钻机一次性成孔。钻进过程中，孔斜及方向利用钻机自动控制系统进行测量和调整。

4.4 人员配置

该钻机自动化程度高，操作简单，因此，每台设备原则上只配备钻机操作手1人。考虑到锚索(杆)钻孔为斜孔，添加钻杆与传统的垂直孔相比存在一些困难，因此，另外配备了两个辅助工，主要目的是指挥钻机移位及加减钻杆时相互配合。

4.5 钻孔工效

该项目引进该钻机的目的主要是用于采矿深度梯度爆破钻孔，孔深15 m，钻孔为垂直孔。由于没有该种钻机钻斜向下倾孔的经验，为保证锚索钻孔顺利，先用该钻机进行了穿孔试验，岩层与锚索孔穿过的地层基本一致，钻孔倾角分别按照水平、水平下倾10°、水平下倾20°钻了3个孔。试验结果为：水平孔最深可以打6根杆，即30 m。第一根钻杆用时8 min，第二根钻杆用时6 min，第三、四、五、六根钻杆基本每根用时都在8 min左右，全部退完6根钻杆用时约5 min左右，总体耗时45 min～1 h。与钻垂直孔相比，正常钻进效率差不多，但在换接钻杆过程中发现对钻杆的消耗却是垂直钻孔的2倍以上，主要表现在送接杆时钻杆磨损、丝扣磨损加剧。水平下倾10°和水平下倾20°钻孔在正常钻孔期间工效与水平孔基本上没有差别，稍有一点不同就是越向下倾斜、加接钻杆就越困难，所用时间也要多一些。

根据试验总结的参数及发现的问题，对钻杆进行了局部改进。为防止钻杆在重力作用下自动下坠加剧对钻杆及钻具的磨损，在每根钻杆接头位置加装了一个扶正环，以保证深孔钻进时钻杆始终位于钻孔中心。正式施工时共投入1台ROC L6全液压履带式潜孔钻机，配DHD350R高风压潜孔冲击器钻孔，孔径150 mm，钻机自带干式除尘机，除尘效果非常好。采用该钻机钻锚索(杆)孔纯钻孔工效平均为1 m/min，加上加杆和退钻等辅助时间在内，实际钻孔工效可达30～35 m/h,该工效也超过了国内普通的锚固工程钻机和履带式跟套管钻机的成孔速度。

5 ROC L6履带式钻机施工锚索孔具有的优缺点

与传统锚索施工钻孔设备相比较，阿特拉斯ROC L6露天潜孔钻机用于边坡锚索钻进具有以下几方面优点：

(1)可以大幅度提高锚索钻孔效率。通过上述数据比较，其综合施工效率是岩芯钻机(如XY-2B)的10倍，是普通锚固工程钻机(如MGY-80)的4～5倍，是国产用于覆盖层跟套管钻机的履带式钻机的2～3倍。其高效的凿岩效率主要得益于对岩石的体积破碎和自带的高风压空压机，破碎岩石效率高，排渣速度快，孔底干净，无重复破碎现象，钻机配有机械手，可自动夹持和加退钻杆，省去了人工加杆和卸杆速度慢、费时、费力的烦恼，综合钻孔效率大大提高。

(2)钻机装备有全自动孔斜测量和纠正装置，可以实时对钻孔的方位、倾角等进行测量，一旦超过允许范围，就能自动启动纠偏装置，确保孔斜在允许范围内，这也是传统钻孔设备所不具备的。传统钻孔设备只能在开孔时采用罗盘或其它测量方法对钻孔精确定位，钻孔过程只能依靠其它辅助手段如测斜仪器等进行孔斜校正，采用这些方法测量孔斜精度低，不能实时测量，还必需停止钻进并将所有钻杆及钻具拔出后方可测量，既耽误钻进时间，也影响总体钻进效率。

(3)钻机自带的干式除尘机除尘效果非常好，现场看不到粉尘飞扬，利于现场文明施工的控制和解决，其环保性能方面远远超过国产岩芯和锚固工程钻机。

但是，由于该钻机的设计用途主要是用于矿山开采深孔台阶爆破，最适宜的钻孔就是垂直孔，而该工程将其应用于边坡锚索钻孔施工时也发现其具有以下不足之处：在钻进倾斜角度较大的孔时，因钻机动力头本身设计原因，钻杆及钻具在重力作用下极易下倾与孔壁岩石面接触，孔越深，越明显，从而导致钻杆、钻具磨损加剧。根据该工程的应用统计，斜孔钻进对钻杆、钻具、连接螺纹的磨损是垂直孔的2倍，因此，钻孔成本也相应增加；还有，在钻进斜孔时，由于夹持器主要适用于垂直孔，因而出现加钻时钻杆因夹持不稳而脱落，斜孔加钻时往往需要人工辅助才能顺利加杆。

6 结 语

预应力锚索施工设备机具很多，从普通的岩芯钻机到支架式锚固工程钻机、再到履带式潜孔钻机，每一次新产品的诞生就是一次飞跃。进入21世纪后，国内外在这方面施工的设备机具发展和更新速度更快，已经广泛将其应用到矿山、采石、水文水井、地质勘探等施工和勘察领域，但国产的履带式潜孔钻机无论在设计还是使用功能特点方面与进口钻机相比还存在一定的差距。瑞典阿特拉斯·科普柯ROC L6全液压履带式潜孔钻机具有高效、环保、适合在各钟硬度的岩石及复杂地层中钻进等优点。该工程锚索钻孔采用该设备，期间与破碎站基坑岩石钻爆穿插进行，因其施工效率高、安全环保、操作简单、人员配置少，与传统锚索施工相比大大降低了劳动强度，提高了施工效率，降低了综合施工成本，保证了工期，取得了较好的经济效益和社会效益，受到业主、监理等方面的一致好评。

该工程借用露天矿石爆破钻孔的潜孔钻机进行锚索成孔，与全液压锚固工程钻机成孔原理基本相同，但在实际应用中也反映出该钻机进行倾斜孔钻进时具有的不足之处，这也充分说明了阿特拉斯·科普柯矿山及岩石钻孔设备的多样性和专一性，即在选择设备时应充分考虑设备的使用功能和用途。只有了解其用途，才能选择出最适合的钻孔设备。

(责任编辑：李燕辉)

2016-08-15

TD4;[TD41];TD8

B

1001-2184(2016)05-0012-03

向学忠(1970-)，男，重庆丰都人，基础工程分局分局长，高级工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作;

邓树密(1971-)，男，四川广安人，基础工程分局总工程师，教授级高级工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

杨 平(1973-)，男，重庆万州人，高级工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作.