YSZ－50型聲頻振動(dòng)鉆機(jī)在尾礦壩勘察中的應(yīng)用

任曉飛，趙振國，牛軍輝，吳浩，陸衛(wèi)星，李志江，趙曉冬

（1.中國煤炭地質(zhì)總局第二勘探局，河北 涿州 072750；2.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088；3.建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007）

1 工程概述

魯能集團(tuán)山西分公司新建尾礦壩占地面積約為1341畝，用以存儲鋁礦冶煉后的廢渣和廢液。

該壩由黃土分層碾壓堆筑而成，經(jīng)兩次堆筑加高后，壩頂標(biāo)高為860m。堆場原設(shè)計(jì)總庫容約為2100萬m3。隨著產(chǎn)能的增加，廢渣廢液的排量加大，原有庫容難以滿足要求，該公司擬將壩高增加25m。為此需要對壩基土質(zhì)進(jìn)行勘察進(jìn)而對壩體穩(wěn)定性作出評價(jià)，為尾礦壩的擴(kuò)容工程的提供設(shè)計(jì)參數(shù)。圖1為尾礦壩全景示意圖。

圖1 尾礦壩全景示意

勘察單位設(shè)計(jì)垂直于壩軸線布置7條勘探線，在庫區(qū)西北邊赤泥出露區(qū)域平行于壩軸線布置勘探線1條，每條勘探線上布置3～4個(gè)勘探點(diǎn)，共布置了26個(gè)勘探點(diǎn)。

2 取樣要求及勘察鉆機(jī)特點(diǎn)

為了防止泥漿回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)對壩體土樣的污染、影響黃土的濕陷性測試結(jié)果，以及泥漿滲漏對壩體的破壞，同時(shí)由于施工現(xiàn)場偏遠(yuǎn)，水源運(yùn)輸不便，為此要求采用無循環(huán)鉆進(jìn)方式，據(jù)此選用了中國煤炭地質(zhì)總局第二勘探局和中國地質(zhì)大學(xué)（北京）聯(lián)合研制的YSZ－50型聲頻振動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行勘察取樣。

YSZ－50型鉆機(jī)為國內(nèi)首臺振動(dòng)深度達(dá)50m的聲頻振動(dòng)鉆機(jī)，該鉆機(jī)配備最大振動(dòng)頻率200Hz和最大激振力14t的聲頻動(dòng)力頭，可實(shí)現(xiàn)超高頻振動(dòng)、回轉(zhuǎn)、超高頻振動(dòng)＋回轉(zhuǎn)三種鉆進(jìn)方式，鉆進(jìn)速度快，無需泥漿，取樣質(zhì)量好，處理孔內(nèi)事故能力強(qiáng)。可廣泛應(yīng)用于工程勘察、環(huán)境鉆探、物探爆破孔和地源熱泵孔施工等領(lǐng)域，尤其適用于第四紀(jì)地層的勘察取樣。整機(jī)為全液壓驅(qū)動(dòng)、采用負(fù)載敏感控制液壓系統(tǒng)，高效節(jié)能；儀表齊全，便于操控，利于判斷鉆進(jìn)情況。桅桿可滑移落地，提高了鉆機(jī)工作的穩(wěn)定性；給進(jìn)行程3.5m，減少了輔助工作時(shí)間，提高了鉆進(jìn)效率。具有自行走橡膠履帶底盤，爬坡能力強(qiáng)，搬遷移位靈活，見圖2。

圖2 YSZ－50聲頻振動(dòng)鉆機(jī)

3 施工效果

按照設(shè)計(jì)要求，需要對壩頂、壩中、壩基三個(gè)部位，深度分別為35m、20m、15m的6個(gè)鉆孔進(jìn)行勘察取樣，地層以黃土、粘土、卵石層為主，要求每間隔2m取出一段長20～30cm的原狀土樣，并裝入土樣盒。使用YSZ－50型鉆機(jī)、2m長Φ108mm巖心管和Φ112mm取土鉆頭，較好的完成了勘察取樣工作，在施工過程中鉆機(jī)體現(xiàn)出如下突出優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用無循環(huán)鉆進(jìn)、無需泥漿。

該鉆進(jìn)方式最大限度的避免了泥漿對土樣的污染，并對防止壩體的滲漏起到了較好的保護(hù)效果，也解決了水源運(yùn)輸不便難題。

（2）鉆進(jìn)速度快。

從現(xiàn)場錄制的視頻來看，純鉆進(jìn)速度可達(dá)0.2～0.4m／s，機(jī)械鉆速可達(dá)2.8m／min。

（3）樣品長度長、取樣完整，擾動(dòng)小，見圖3。

圖3

（4）對卵、礫石層也有較好的取樣效果，見圖4。

圖4

4 鉆機(jī)的下步改進(jìn)建議

（1）增加卷揚(yáng)，便于輔助提升鉆具和進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。

（2）桅桿滑移背板需加固。

（3）桅桿上增加標(biāo)尺以利于操機(jī)人員控制鉆進(jìn)深度。

（4）設(shè)計(jì)選用半合管鉆具或內(nèi)襯管結(jié)構(gòu)（來獲取粘質(zhì)粉土不擾動(dòng)樣品）。

（5）鉆機(jī)配套高強(qiáng)度切巖鉆頭與取樣鉆頭的設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

YSZ－50型聲頻振動(dòng)鉆機(jī)采用無循環(huán)鉆進(jìn)方式，解決了尾礦壩勘察中樣品污染問題、壩體滲漏破壞問題以及水源運(yùn)輸不便難題，取出的樣品無擾動(dòng)、無污染、樣品長，并且對卵礫石也有較好的取樣效果，鉆進(jìn)速度快、提高了施工效率，值得在類似施工環(huán)境中推廣應(yīng)用。

［1］史海岐，劉寶林.聲頻振動(dòng)鉆機(jī)及其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2007（7）.

［2］葉成明，等.淺析聲波鉆進(jìn)技術(shù)［J］.勘察科學(xué)技術(shù)，2007（5）.

［3］吳光琳.聲波鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2004（3）.

［4］吳浩，等.YSZ－50型聲頻振動(dòng)鉆機(jī)的研制［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2012（1）.