新型直推式取样钻机与传统回转钻机的试验对比研究

2021-01-04熊甘霖朱新伟李小聪

中国金属通报 2020年13期

熊甘霖，朱新伟，李小聪，2，徐单，2

（1. 江西省核工业地质局机械研究所，江西南昌 330006 ；2. 江西省核工业地质局二六一大队，江西鹰潭 335000）

近年来，随着城市化水平的提高及城市经济结构调整进程的不断推进，工业场地污染对人类生存环境的影响日趋凸显[1]，土壤环境问题越来越受到人们的关注。依据《关于保障工业企业场地再开发利用环境安全的通知》（环发[2012]140 号）、《土壤污染防治行动计划》（国发[2016]31 号）等文件的要求，关停并转、破产或搬迁工业企业原场地采取出让方式重新供地的，应当在土地出让前完成场地环境调查和风险评估工作。因此为确定污染场地的污染物种类、污染程度及边界情况，这就需要对污染场地土壤进行取样分析[2]。取样钻探是获取浅层土壤样品最有效的手段。

1 项目概况

传统机械XY-30、XY-100 等型号机械钻机，该钻机以机械为动力，以回旋钻进，岩芯管及薄壁采样器采样的方式进行钻探采样，该方式钻进深度大，穿透力强，适用于多种地层的钻探和采集完整土样[3]。但该设备体积大多较大，拆卸搬运耗时较长，安全性能较差，采样时存在扰动破坏土壤样品、噪音较大、效率低下等缺点。

新型直推式（Geoprbe）取样钻机包括推钻、锤击或振动推进钻头3 种。工作原理是在钻进过程中，遇阻力较小的时候给进油缸产生静压力推动变速箱沿导轨向下运动，带动取样装置无回转地进入地层中；阻力较大或者无法静压进尺的时候，振动冲击器产生冲击力，配合静压入土的方式快速钻进成孔并取样[4]。钻机主要特点为：①可进行声频钻进、声频和回转组合钻进，地层的适应性强；②可进行非扰动取样，取样质量高，钻进效率高；③样品无污染，样品原状性好；④可在粘土层、砂土层、含砾石地层钻进取样，适用范围广；⑤钻机装载于履带底盘上，行走方便[5]。

本次课题在污染场地调查中采用新型直推式取样钻机与传统回转钻机进行采样试验，从土壤取样扰动性和工作效率进行对比研究。

2 实验工艺流程

GPS确定定位：使用经校对合格的GPS高精度掌机按设计要求的经纬度坐标确定孔位，并在确定的点位上插入红旗做标记。

图1 工艺流程图

平整场地：在标记的点位处平整出5m×5m 左右的施钻场地，场地应平整稳固，另需在施钻场地较宽敞的一侧，平整出存放土壤样品的场地，铺上塑料布，以避免土样污染。

固定钻机：把钻机搬运到孔位标记点处，在钻机底盘处铺上木板，使机架周正平稳，下放钻具使钻机中心与孔位标记点重合，并用GPS 高精度掌机检查孔位标记点的准确度和对孔精度，同时检查钻探设备安装是否安全稳固，以及钻机及相关配套设施是否完好。

施工钻进、取样后试验测试：在钻进过程中，根据取样深度要求定点定位取样，同时利用便携式X 荧光土壤重金属分析仪（XRF）、VOC 直读仪（PID）对直推式取样钻机与传统回转钻机所取土壤样品进行测试，同时在记录表中记录相关实验数据。

恢复场地：钻孔达到设计深度，并完成所有取样任务以及其他相关工作后，由采样人员出具钻孔合格确认单，将钻机及其附属设施搬离施工场地，在孔口用专用标记桩标记孔号，以备查验。最后恢复场地地坪，使其无明显坑沟后，进入下一试验点施工。

3 试验结果分析

3.1 工作效率对比

本课题对同一实验场地实施了7 天的现场取样工作，钻机钻进过程中，在第一个钻孔开钻前要进行设备清洗；进行连续多次钻孔的钻探设备应进行清洗；同一钻机在不同深度采样时，应对钻探设备、取样装置进行清洗；与土壤接触的其他采样工具重复利用时也应清洗。在钻孔达到所需深度后，获取原状土样，按从上到下的顺序摆放于岩芯箱内。

表1 XRF 测试结果一览表

根据实验结果统计，新型直推式取样钻机共施工土壤采样点52 个，传统回转钻机共施工土壤采样点32 个，通过对比，新型直推式取样钻机的取样效率明显优于传统回转钻机。

3.2 土壤取样扰动性对比

分别在孔深20、100、200、300、400cm 处利用便携式X 荧光土壤重金属分析仪（XRF）、VOC 直读仪（PID）对新型直推式取样钻机与传统回转钻机所取土壤样品进行测试，并记录。根据测出的数据识别和判断土壤取样的扰动性，本次共测土壤点5 个，样品数共计50 个，PID 检测数值均较低，绝大部分样品检测数据为0，XRF 现场检测数据结果见表1。土壤取样点中Pb 和Cd的散点图见图2。