臺(tái)車中深孔采礦中的測(cè)量方法研究

曲冠政

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦，山東 萊州 261400)

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臺(tái)車中深孔采礦中的測(cè)量方法研究

曲冠政

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦，山東 萊州 261400)

普通雙人操作型鉆機(jī)進(jìn)行中深孔采礦時(shí)，通常使用傳統(tǒng)的測(cè)量方法。這種測(cè)量方法比較粗糙，炮孔定位和施工精度較低，會(huì)造成爆破孔分布不均或定位不準(zhǔn)確，無(wú)法嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工，容易導(dǎo)致爆破后出現(xiàn)超挖、欠挖、采場(chǎng)輪廓不規(guī)則等情況，甚至揭露F1冒落。本文針對(duì)臺(tái)車中深孔采礦作業(yè)特點(diǎn)，提出了一整套創(chuàng)新的測(cè)量技術(shù)方案，在三山島金礦中深孔采礦方法的試驗(yàn)中成功進(jìn)行了應(yīng)用，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的精度、效率和安全性，保證了中深孔采礦整體的施工質(zhì)量和安全質(zhì)量，并在后期爆破中取得了良好的爆破效果，在同行業(yè)其他礦山的生產(chǎn)中具有推廣和借鑒意義。

中深孔；臺(tái)車；測(cè)量方法；上向扇形孔

為了確保中深孔采礦按設(shè)計(jì)施工及達(dá)到預(yù)期的爆破效果，需要嚴(yán)格控制施工精度，比普通的光爆效果要求更高。這就要求測(cè)量技術(shù)人員嚴(yán)格管控現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量質(zhì)量，并及時(shí)對(duì)測(cè)量精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)不合格的點(diǎn)位需要重測(cè)、重新鉆孔，才能保證中深孔采礦整體的施工質(zhì)量和安全質(zhì)量。

鉆鑿爆破孔的精度直接影響爆破效果，如果鉆鑿爆破孔的精度太低，勢(shì)必造成爆破孔分布不均或定位不準(zhǔn)確，無(wú)法嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工，容易導(dǎo)致爆破后出現(xiàn)超挖、欠挖、采場(chǎng)輪廓不規(guī)則，甚至揭露F1冒落危險(xiǎn)等。爆破孔精度的衡量參數(shù)主要包括爆破孔在鑿巖幫壁接觸處的位置、鉆孔進(jìn)入巖石后的角度、鉆孔深度、鉆孔孔徑平直度等。

1　中深孔測(cè)量的任務(wù)

中深孔測(cè)量的任務(wù)在于按設(shè)計(jì)炮孔的位置和方向，在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定鉆機(jī)中心和炮眼方向，交鑿巖工人進(jìn)行接桿鑿巖。當(dāng)工人完成所有炮孔鑿巖后，進(jìn)行中深孔實(shí)測(cè)平、剖面圖的繪制，再交采礦工程技術(shù)人員進(jìn)行裝藥與爆破設(shè)計(jì)，計(jì)算單位炸藥消耗量和每米孔爆破礦石量，圈定礦體爆破范圍及計(jì)算采礦一次損失。

中深孔驗(yàn)收測(cè)量是中深孔標(biāo)定工作的逆過(guò)程。測(cè)定中深孔方向與傾角，一般用專用的測(cè)斜器或羅盤儀測(cè)量?？咨顪y(cè)量應(yīng)該采用硬質(zhì)膠皮管伸到孔底，取出后再丈量其長(zhǎng)度。有些礦山在鑿巖過(guò)程中由鑿巖工人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)自行掌握中深孔方向，孔深也只是根據(jù)鑿巖的釬桿長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算。

2　傳統(tǒng)中深孔作業(yè)測(cè)量方法及不足

2.1傳統(tǒng)中深孔作業(yè)測(cè)量方法

目前，國(guó)內(nèi)通用的中深孔采礦方法選用的設(shè)備普遍為雙人操作型鉆機(jī)，如YGZ-90、YQ-100等。設(shè)計(jì)主要采用豎向扇形中深孔，中深孔鑿巖爆破經(jīng)驗(yàn)參數(shù)為：拉槽排排距1.0～1.4m，正常排排距1.2～1.6m，孔底距1.6～2.2m，中深孔直徑15mm，孔深5～15m，角度5～175°。

作業(yè)方法如下：①采用全站儀放樣出每排扇形孔的中心點(diǎn)A在頂板上的垂直投影點(diǎn)A’；②在每排A’正下方，采用羅盤儀，按照設(shè)計(jì)方位角在頂板及幫壁上用紅鉛油標(biāo)繪出排線P(即扇形孔與頂板及幫壁的交線)；③在幫壁上標(biāo)繪出腰線Z；④作業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)擺放鑿巖機(jī)，使鑿巖機(jī)中心與A點(diǎn)重合；⑤擺動(dòng)鑿巖機(jī)，使鉆桿擺動(dòng)平面與P重合；⑥開(kāi)始鑿巖鉆孔，每個(gè)角度按設(shè)計(jì)用坡度規(guī)現(xiàn)場(chǎng)量出；⑦中深孔采用接桿的方式作業(yè)，按照設(shè)計(jì)孔深，計(jì)算接桿的數(shù)量，從而控制鉆孔深度；⑧作業(yè)完成后，采用插入比孔徑略小的硬膠管的方式測(cè)量孔深，并用坡度規(guī)驗(yàn)收孔眼的角度，不符合要求的需要重新施工。

2.2傳統(tǒng)中深孔作業(yè)測(cè)量方法的不足

這種測(cè)量及作業(yè)方法雖然符合雙人操作型鉆機(jī)操作流程，但很多細(xì)節(jié)上的不足卻給孔的質(zhì)量打了折扣，拋開(kāi)鑿巖工人個(gè)人技術(shù)因素除外，仍存在一些直接導(dǎo)致鉆孔質(zhì)量偏差的系統(tǒng)誤差問(wèn)題。

具體分析如下所述：①排線位置精度差。采用羅盤儀標(biāo)繪排線，即使在操作沒(méi)問(wèn)題的情況下，偏差也有2°左右，如果再考慮到某些地方磁影響，偏差至少有3°。②操作人員現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)A’點(diǎn)和腰線，目測(cè)出A點(diǎn)位置，然后架設(shè)鑿巖機(jī)，鑿巖機(jī)中心與A點(diǎn)在空間三個(gè)軸方向上都存在偏差，而且在鑿巖過(guò)程中，隨著設(shè)備震動(dòng)，人扶著設(shè)備也具有大幅位置偏移。③同理，測(cè)量各個(gè)孔位角度時(shí)，由于中心點(diǎn)并沒(méi)有照準(zhǔn)，所以孔眼的位置也存在偏差，這就導(dǎo)致打出的扇形孔并不是沿著A點(diǎn)發(fā)出的射線，甚至所有孔位的中心點(diǎn)都不重合。④在接桿作業(yè)的時(shí)候，直接按照設(shè)計(jì)的孔深進(jìn)行施工，沒(méi)有考慮中心點(diǎn)到孔位的距離。要知道任何一個(gè)巷道的幫壁即使打了光爆也不是完全平滑的，而在設(shè)計(jì)時(shí)為了方便起見(jiàn)，巷道幫壁都是按照平滑的拱形來(lái)設(shè)計(jì)的，這就導(dǎo)致實(shí)際的孔深和設(shè)計(jì)的孔深存在偏差，誤差甚至?xí)袔资迕住?/p>

3　臺(tái)車中深孔作業(yè)特點(diǎn)

三山島金礦最新引入中深孔臺(tái)車DL330-5實(shí)施中深孔鑿巖作業(yè)，具有自動(dòng)化、作業(yè)快、人員安全等優(yōu)勢(shì)。

DL330-5臺(tái)車可用于采礦、準(zhǔn)備工作和隧道掘進(jìn)。它是一種獨(dú)立工作的液壓臺(tái)車，能鉆鑿垂直孔、傾斜孔和水平孔。此臺(tái)車一次定位能在5.5m的寬度范圍內(nèi)鉆鑿幾排平行孔、上向和下向孔，孔深最大可達(dá)23m，可適用斷面高度為3.3～4.3m。伸縮式大臂可帶動(dòng)推進(jìn)梁360°翻轉(zhuǎn)，使其適合各種鉆孔條件。單根釬桿長(zhǎng)度為1525mm，采用接桿方式進(jìn)行中深孔鑿巖。

在精確鉆孔鑿巖的過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制的主要部件有大臂和推進(jìn)梁，其中對(duì)大臂的控制包括大臂的上下舉、左右擺、伸出縮回等，由大臂從帶的推進(jìn)梁動(dòng)作包括推進(jìn)梁的上下舉、左右擺、伸出縮回、左右翻轉(zhuǎn)、左右角度和左右傾斜；對(duì)推進(jìn)梁的控制包括推進(jìn)梁前后頂頭的伸出縮回、鉆桿機(jī)械手夾抓、鉆桿架旋轉(zhuǎn)、夾桿器/鉆桿機(jī)械手伸縮。

4　臺(tái)車中深孔作業(yè)測(cè)量方法

傳統(tǒng)采用雙人操作型鉆機(jī)實(shí)施中深孔作業(yè)的方式和臺(tái)車作業(yè)的方式在原理上相似，在實(shí)際操作中卻有很多不同的地方，也碰到了很多困難和棘手的問(wèn)題，本文在綜合分析了傳統(tǒng)作業(yè)方法特點(diǎn)和臺(tái)車作業(yè)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將這些困難逐一克服，并總結(jié)出了一套完全適合臺(tái)車作業(yè)的方法體系，根據(jù)施工順序分別進(jìn)行闡述。

4.1施工前測(cè)量準(zhǔn)備工作

采用全站儀放樣出每排扇形孔的中心點(diǎn)A在頂板上的垂直投影點(diǎn)A’。

放樣后將所有A’點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)出。

放樣排線P。在A’點(diǎn)下架設(shè)全站儀，根據(jù)排線與A’后視控制點(diǎn)直線的夾角，放樣出排線P。理論上，過(guò)排線P的平面與垂直巷道底板的平面有一個(gè)傾角。設(shè)計(jì)中，扇形孔所在平面為垂直于底板的平面，所以取過(guò)P垂直于巷道底板的平面為排面S。

找出A點(diǎn)。A點(diǎn)標(biāo)高為設(shè)計(jì)標(biāo)高，A’點(diǎn)標(biāo)高可由第二步計(jì)算得出，設(shè)兩點(diǎn)間高度差為H，現(xiàn)場(chǎng)在A’點(diǎn)下用激光測(cè)距儀量出H距離即為A點(diǎn)空間位置。這里涉及到一個(gè)A’點(diǎn)下對(duì)中的問(wèn)題，因?yàn)榻酉聛?lái)測(cè)量孔位角度需要將測(cè)距儀準(zhǔn)確、平穩(wěn)地放在A點(diǎn)上操作，所以采用的解決辦法是在A’點(diǎn)掛設(shè)線繩，尾端系上垂球，將一根兩米左右的直桿底部立于A’點(diǎn)下的底板，桿身與垂線相重合，一人扶穩(wěn)直桿(類似于水準(zhǔn)測(cè)量中的立尺)，這樣，根據(jù)A’點(diǎn)下精確測(cè)距，可在直桿上準(zhǔn)確找到A點(diǎn)。

標(biāo)繪孔位K。在A點(diǎn)上放穩(wěn)坡度規(guī)，坡度規(guī)所在平面與排面S近似重合，要求左右偏移不超過(guò)2°，用坡度規(guī)按照設(shè)計(jì)孔位角度擺好，然后用激光測(cè)距儀沿著坡度規(guī)直線方向?qū)⒓す恻c(diǎn)射在頂板或幫壁上，一人用紅鉛油在激光點(diǎn)上標(biāo)繪一條水平線L，水平線L與排線P的交點(diǎn)即為孔位K。考慮到標(biāo)繪點(diǎn)位到鑿巖施工有一段時(shí)間，為了便于保存和修復(fù)，水平線L不應(yīng)太短，50cm左右為宜。

測(cè)量開(kāi)口距Dk。開(kāi)口距Dk即為A點(diǎn)至K點(diǎn)的直線距離，在A點(diǎn)用激光測(cè)距儀測(cè)出并記錄。鑿巖過(guò)程中需要用到鑿巖孔深d，d等于A點(diǎn)至孔底距離Ds(設(shè)計(jì)已知)減去開(kāi)口距Dk。

放樣點(diǎn)A’測(cè)量上圖。施工剖面圖見(jiàn)圖1。施工平面圖見(jiàn)圖2。按照第二步測(cè)得的數(shù)據(jù)將A’點(diǎn)展在設(shè)計(jì)圖上，并查看水平方向偏差，偏差小于2cm的為合格放樣點(diǎn)，不合格的點(diǎn)需要重新放樣。

以1號(hào)扇形孔為例，其各參數(shù)含義如下：S-剖面；P-排線；A-扇形孔中心點(diǎn)；A’-A在頂板上的垂直投影點(diǎn)；K-孔位；H-A’點(diǎn)到A點(diǎn)的高差；Dk-開(kāi)口距；d-孔深圖1　施工剖面圖

圖上示意的是三排炮孔，其各參數(shù)含義如下：P-排線；S-剖面；A-扇形孔中心點(diǎn)；A’-A在頂板上的垂直投影點(diǎn)；K-孔位；L-定位K的水平線，L⊥P且L⊥S；其中，平面圖上P與S重合，A與A’重合圖2　施工平面圖

4.2施工中測(cè)量工作

臺(tái)車定位和定向。當(dāng)鉆頭頂在提前測(cè)設(shè)的孔口位置時(shí)，調(diào)整車臂和推進(jìn)梁的三個(gè)角度(類似飛機(jī)的俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)三種姿態(tài))，使其符合設(shè)計(jì)角度要求，包括排面方位角、排面傾角、炮孔傾角，則鑿巖炮孔位置、方向唯一確定，不必再考慮鑿巖機(jī)中心是否在設(shè)計(jì)扇形中心上，此時(shí)鑿巖機(jī)中心在通過(guò)設(shè)計(jì)扇形中心的直線上，此直線由上述三個(gè)傾角唯一確定。

控制孔深。每排鉆孔分布為由中心點(diǎn)位按照設(shè)計(jì)角度發(fā)散形成的中心投影，由于幫壁的不平整，每個(gè)具體孔位在平面圖上的位置是不確定的，每個(gè)孔的孔深也不可能按照設(shè)計(jì)直接得到。但既然是中心投影，中心點(diǎn)到孔底的距離已知(按設(shè)計(jì))，那么只要現(xiàn)場(chǎng)量出中心點(diǎn)延排切面方向到幫壁的距離，上面的問(wèn)題也就迎刃而解。根據(jù)釬桿長(zhǎng)度及推進(jìn)梁前頂頭伸出長(zhǎng)度計(jì)算出釬桿進(jìn)入巖石長(zhǎng)度，并進(jìn)而確定每個(gè)炮孔需要的釬桿數(shù)量，不足整根的需要鋼尺丈量其長(zhǎng)度。

4.3施工后測(cè)量工作

測(cè)量炮孔角度、深度。作業(yè)完成后，采用插入比孔徑略小的硬膠管的方式測(cè)量孔深，并用坡度規(guī)驗(yàn)收孔眼的角度，不符合要求的需要重新施工。

制作炮孔實(shí)收?qǐng)D。實(shí)收炮孔圖見(jiàn)圖3。裝藥爆破圖見(jiàn)圖4。實(shí)收?qǐng)D展現(xiàn)的內(nèi)容涵蓋了設(shè)計(jì)角度、孔深和實(shí)際角度、孔深、開(kāi)口距，根據(jù)開(kāi)口距將孔位擬合成一條平滑曲線，用于后續(xù)裝藥量的計(jì)算。

數(shù)字1～8代表從扇形孔中心鉆鑿的一排炮孔，每個(gè)炮孔都有淺灰、中灰、黑色三種顏色表示，其中：淺灰代表每個(gè)炮孔的設(shè)計(jì)角度位置；黑色代表每個(gè)炮孔的實(shí)收角度位置；中灰代表每個(gè)炮孔的實(shí)收開(kāi)口距位置圖3　實(shí)收炮孔圖

5　應(yīng)用情況

本臺(tái)車中深孔測(cè)量方法于2014年10月正式應(yīng)用于三山島金礦-780m中深孔采礦項(xiàng)目中，截止到2015年9月，已在1#采場(chǎng)南北翼及2#采場(chǎng)南翼成功使用，并達(dá)到了預(yù)期的爆破效果。相比未采用新測(cè)量方法前，大塊率由7%降為4.5%，炸藥單耗由0.6kg/t降為0.4kg/t，共節(jié)約二次破碎成本17.54萬(wàn)元，炸藥消耗成本16.83萬(wàn)元，運(yùn)輸和鏟運(yùn)費(fèi)用82.16萬(wàn)元，采場(chǎng)爆破一次成型，得到了更好的爆破輪廓，大大提高了后期采礦的安全性。

改進(jìn)臺(tái)車作業(yè)測(cè)量方法與傳統(tǒng)中深孔作業(yè)測(cè)量方法的比較(表1)。

數(shù)字1～8代表從扇形孔中心鉆鑿的一排炮孔，粗線代表裝藥長(zhǎng)度，細(xì)線代表填充炮泥長(zhǎng)度圖4　裝藥爆破圖

表1　改進(jìn)測(cè)量方法與傳統(tǒng)測(cè)量方法比較

指標(biāo)排線放樣偏差/°炮孔放樣偏差/cm炮孔傾角偏差/°實(shí)測(cè)孔深偏差/cm改進(jìn)測(cè)量方法±0.2±2±0.3±2～4傳統(tǒng)測(cè)量方法±2～3±10～20±2～4±15～25

總體來(lái)說(shuō)，改進(jìn)測(cè)量方法適用各種臺(tái)車進(jìn)行中深孔作業(yè)，炮孔放樣精度高，爆破效果好，對(duì)鑿巖人員技術(shù)要求低，解決了臺(tái)車中深孔作業(yè)中的測(cè)量技術(shù)難題。

6　結(jié)　論

中深孔采礦方法憑借單次出礦量大、周期短、成本低等優(yōu)勢(shì)，在很多礦山的傾斜礦體開(kāi)采中被廣泛采用。而臺(tái)車進(jìn)行中深孔采礦作業(yè)相較傳統(tǒng)人工作業(yè)，又具有自動(dòng)化程度高、安全性高、效率高等特點(diǎn)，正逐步在各個(gè)礦山中進(jìn)行推廣應(yīng)用。此套臺(tái)車中深孔采礦作業(yè)測(cè)量方法適用于各種臺(tái)車，具有測(cè)量精度高、周期短、可修復(fù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是臺(tái)車作業(yè)中深孔項(xiàng)目測(cè)量方法的一次全面改進(jìn)，達(dá)到同行業(yè)中的領(lǐng)先水平，具有廣泛的推廣意義。

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Research into the measurement method of medium-length hole mining with rock drilling jumbo

QU Guan-zheng

(Sanshandao Gold Mine，Shandong Gold Mining (Laizhou) Co.，Ltd，Laizhou 261400，China)

In medium-hole mining with drilling rigs operated by two persons，we usually use traditional measurement method.This method is imprecise and influences accuracy of drill hole positioning and construction which will lead to uneven distribution of drill holes and deviation between design and construction.It may also lead to overbreak，underbreak，irregular contour of stopes and exposing F1 faults.This paper presents a set of measurement schemes according to characteristics of rock drilling jumbo which has been successfully applied in medium-hole mining of Sanshandao Gold Mine.Accuracy of field operation，efficiency and security have been greatly improved.It provids guarantee for holistic quality of construction and security.Finally，it obtaines a desired result and can be generalized or used for reference by same industry.

medium-length hole；rock drilling jumbo；measurement method；upward fan-shaped hole

2015-12-07

曲冠政(1987-)，男，碩士，山東萊州人，2012年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)測(cè)繪工程專業(yè)，主要從事礦山測(cè)量方面的研究工作。E-mail：quguanzheng246@126.com。

TD175

A

1004-4051(2016)10-0124-04