露天深孔臺(tái)階爆破炮孔測(cè)量技術(shù)探討

郝亞飛 周桂松 黎 勇 劉 慶 周 宇

(葛洲壩易普力股份有限公司，重慶 401122)

露天深孔臺(tái)階爆破炮孔測(cè)量技術(shù)探討

郝亞飛 周桂松 黎 勇 劉 慶 周 宇

(葛洲壩易普力股份有限公司，重慶 401122)

在露天深孔臺(tái)階爆破中，炮孔的傾角和深度是保證爆破效果的重要因素，而傳統(tǒng)炮孔測(cè)量方法工作量巨大，成為數(shù)字化爆破施工發(fā)展的短板。針對(duì)上述問題，并基于炮孔測(cè)量試驗(yàn)，分別論述了人工皮尺、聲波、激光3種炮孔測(cè)量方法，包括3種炮孔測(cè)量方法的測(cè)試原理、優(yōu)缺點(diǎn)、適應(yīng)條件及相應(yīng)的改進(jìn)措施。其中基于聲波和激光的炮孔測(cè)量方法具有潛在的改進(jìn)和應(yīng)用空間，可以為露天深孔臺(tái)階爆破數(shù)字測(cè)孔技術(shù)的發(fā)展提供借鑒。

爆破 炮孔 皮尺 聲波 激光

根據(jù)《2006—2020 中國(guó)工程爆破行業(yè)中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》，“數(shù)字化爆破施工綜合技術(shù)的研究”是我國(guó)工程爆破行業(yè)基礎(chǔ)研究的重要課題。而隨著現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥技術(shù)在露天深孔臺(tái)階爆破中的推廣應(yīng)用，爆破規(guī)模隨之?dāng)U大，大型露天礦山單次爆破炮孔個(gè)數(shù)動(dòng)輒幾百個(gè)、甚至上千，爆破效果的好壞直接受炮孔成孔質(zhì)量的影響。但目前露天爆破炮孔成孔質(zhì)量的檢測(cè)仍然采用人工皮尺測(cè)量，導(dǎo)致成孔質(zhì)量檢測(cè)工作量巨大；另外，炮孔裝藥長(zhǎng)度、堵塞長(zhǎng)度同樣采用人工皮尺測(cè)量。故露天深孔臺(tái)階爆破測(cè)孔技術(shù)嚴(yán)重制約數(shù)字化爆破的發(fā)展，亟需一種能夠快速、便捷、準(zhǔn)確的炮孔成孔質(zhì)量測(cè)量方法，同時(shí)兼有裝藥長(zhǎng)度、堵塞長(zhǎng)度的功能。本文將介紹目前常用的幾種炮孔測(cè)量技術(shù)及作者開展的炮孔測(cè)量試驗(yàn)，與大家探討、學(xué)習(xí)。

1 人工皮尺炮孔測(cè)量方法

人工皮尺炮孔測(cè)量是露天礦山目前普遍采用的炮孔測(cè)量方法，在卷尺的端部墜一垂物，將其下放至炮孔內(nèi)，達(dá)到測(cè)量炮孔深度、裝藥長(zhǎng)度及堵塞長(zhǎng)度的目的。該方法同時(shí)可以測(cè)試炮孔內(nèi)是否含水及含水深度，由于水浮力作用，技術(shù)人員上提卷尺時(shí)可感受水面位置，從而確定含水深度。卷尺端部的垂物有一定質(zhì)量(通常在0.5 kg左右)，故該方法耗時(shí)費(fèi)力，效率低下，并且不能測(cè)量炮孔內(nèi)是否傾斜及傾斜角度，但炮孔測(cè)量精度較高。改進(jìn)措施：可以考慮在卷尺內(nèi)部置入彈簧類的伸縮裝置，使其克服上提重物時(shí)的重力，達(dá)到自動(dòng)提升的目的。

2 基于聲波的炮孔測(cè)量方法

基于聲波的炮孔測(cè)量方法基本原理是在孔口發(fā)射聲波信號(hào)，信號(hào)經(jīng)孔底反射后至孔口，根據(jù)聲波在孔內(nèi)的傳播時(shí)間確定炮孔深度。武漢鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)研究所發(fā)明生產(chǎn)了WGL-1中深孔深度傾角測(cè)量?jī)x，包含中深孔深度測(cè)量?jī)x和中深孔傾角測(cè)量?jī)x[1]：深度測(cè)量?jī)x使用聲波測(cè)距的原理，配合智能回波信號(hào)處理算法，測(cè)量炮孔深度；傾角測(cè)量?jī)x適用于直徑為60～120 mm的炮孔，使用重力擺錘傳感器測(cè)量?jī)A角的變化，由精密的光電編碼器給出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。其主要優(yōu)點(diǎn)包括：工作效率高，測(cè)量單個(gè)炮孔用時(shí)1 min，傳統(tǒng)方法則需8～10min；質(zhì)量輕，便于攜帶，只需2人配合操作，工作效率提高；測(cè)量精度滿足測(cè)孔要求。主要缺點(diǎn)是遇到穿孔時(shí)沒有明確提示，只能根據(jù)操作人員經(jīng)驗(yàn)判斷。

CSJ10系列智能炮孔深度和角度測(cè)量?jī)x[2]由長(zhǎng)沙元宇儀表自動(dòng)化科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)，借助測(cè)桿將探頭置于孔口即可測(cè)量炮孔的深度和傾角。其深度測(cè)量采用聲回波測(cè)距原理，傾角和溫度測(cè)量采用微電子加速度傳感器，并以微控制器作為儀器的核心部件，該儀器同時(shí)具有溫度檢測(cè)的功能。該儀器對(duì)于孔徑為60～90 mm、在巖體完整性較好的條件下量程為2～40 m，誤差±0.3 m；傾角量程0～90°，誤差±1°；溫度量程0～50 ℃，誤差±2 ℃。

上述2款聲波測(cè)孔儀均僅適用于地下礦山向上炮孔深度和傾角的測(cè)量，且炮孔孔徑一般小于100 mm。而露天深孔臺(tái)階爆破的孔徑一般大于100 mm，聲波測(cè)孔儀應(yīng)用于大孔徑炮孔測(cè)量時(shí)，其聲波信號(hào)散射嚴(yán)重，導(dǎo)致測(cè)量誤差較大，且當(dāng)孔內(nèi)含水時(shí)，測(cè)量的結(jié)果實(shí)際為孔內(nèi)水面至孔口的距離。改進(jìn)措施：增大聲波信號(hào)發(fā)射功率和接受裝置靈敏度，當(dāng)所測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)結(jié)果相差較大時(shí)，可配合人工皮尺炮孔測(cè)量方法。

3 基于激光的炮孔測(cè)量方法

基于激光的炮孔測(cè)量方法基本原理類似于聲波測(cè)孔法，同樣是在孔口發(fā)射激光信號(hào)，信號(hào)經(jīng)孔底反射后至孔口，根據(jù)激光在孔內(nèi)的傳播時(shí)間確定炮孔深度。

3.1 激光測(cè)距儀固定裝置

葛洲壩易普力股份有限公司發(fā)明了一種激光測(cè)距儀固定裝置[3]，該裝置可將激光測(cè)距儀固定在炮孔的頂部，使激光測(cè)距儀的發(fā)射端和接收端與炮孔的軸線重合，從而達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量炮孔深度的目的。如圖1所示，該裝置包括主體圓柱體環(huán)結(jié)構(gòu)，支撐桿用于連接主體圓柱體環(huán)和連桿，最后一環(huán)的支撐桿還與滑塊相連，可以實(shí)現(xiàn)裝置的伸展和收縮，激光測(cè)距儀固定在主體圓柱體環(huán)右邊，彈簧位于主體圓柱體環(huán)和副圓柱體環(huán)之間，緊鎖桿可以固定滑塊。此固定裝置開始處于收縮狀態(tài)，彈簧處于拉伸狀態(tài)，隨著裝置放在炮孔中，受彈簧的拉力作用，該裝置也隨之伸展，之后由炮孔直徑大小限制，可以讓裝置穩(wěn)定固定于炮孔，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同直徑炮孔的深度準(zhǔn)確測(cè)量。緊鎖桿可以拉伸緊鎖彈簧，使整套裝置可以從炮孔移出。

圖1 激光測(cè)距儀固定裝置

3.2 測(cè)孔試驗(yàn)

應(yīng)用激光測(cè)距儀固定裝置在豐都縣東方希望石灰石礦山進(jìn)行了測(cè)孔試驗(yàn)。該礦山采用的炮孔直徑為150 mm、孔距6 m、排拒4 m，臺(tái)階高度分為12、15 m兩種，超深2 m，故炮孔設(shè)計(jì)深度包含14、17 m兩種類型。分別采用了激光測(cè)距儀及人工皮尺測(cè)試了2種類型的炮孔，測(cè)試結(jié)果見表1、表2，炮孔測(cè)試過程如圖2所示。

表1 炮孔設(shè)計(jì)深度17 m測(cè)試結(jié)果

表2 炮孔設(shè)計(jì)深度14 m測(cè)試結(jié)果

圖2 測(cè)孔過程

潛孔鉆機(jī)在鉆孔過程中需要多次添加鉆桿，在添加鉆桿過程中，在鉆桿連接處會(huì)出現(xiàn)炮孔局部?jī)A斜的情況，傾斜程度取決于鉆機(jī)操作工的操作水平，且炮孔越深、添加次數(shù)越多、誤差越大。由表1、2測(cè)試結(jié)果可知：當(dāng)炮孔深度為17 m時(shí)，測(cè)量誤差在12%以上，誤差較大，其主要原因是炮孔較深導(dǎo)致炮孔傾斜；當(dāng)炮孔深度為14 m時(shí)，測(cè)量誤差基本在1%以內(nèi)，誤差較小，其7號(hào)炮孔誤差為48.2%，原因是炮孔內(nèi)含水，且水深為6.7 m，激光可穿透一定高度的水，對(duì)比6、7號(hào)炮孔知可初步確定水深在5 m范圍內(nèi)，激光測(cè)距儀可獲得較好的測(cè)距效果。

由以上分析知，鉆孔的傾斜程度直接影響到激光測(cè)距儀的測(cè)距效果，保證鉆孔的垂直度是獲得較好測(cè)距的基本前提；炮孔的含水高度也是影響測(cè)距效果的另一重要因素，本次試驗(yàn)初步確定激光可穿透水深的臨界值為5 m，具體深度需進(jìn)一步試驗(yàn)確定。另外，可進(jìn)一步對(duì)激光測(cè)距儀固定裝置進(jìn)行改進(jìn)，比如激光儀探頭設(shè)置為可旋轉(zhuǎn)式，實(shí)現(xiàn)對(duì)炮孔的360°掃描，可降低對(duì)鉆孔傾斜程度的要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)露天深孔臺(tái)階爆破炮孔測(cè)量技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合炮孔測(cè)量試驗(yàn)，分別論述了3種露天深孔臺(tái)階爆破炮孔測(cè)量方法，指出了各種方法的測(cè)試原理、優(yōu)缺點(diǎn)、適應(yīng)條件及相應(yīng)的改進(jìn)措施，其中基于聲波和激光的炮孔測(cè)量方法具有潛在的改進(jìn)和應(yīng)用空間，具有數(shù)字存儲(chǔ)、傳輸功能，可作為數(shù)字化爆破施工綜合技術(shù)測(cè)孔分支的發(fā)展方向。

[1] 馬 彬，雷 斌，譚學(xué)軍．WGL-1型中深孔深度傾角測(cè)量?jī)x的應(yīng)用和評(píng)價(jià)[J] ．黃金科學(xué)技術(shù)，2005，13(1/2)：30-33． Ma Bin，Lei Bin，Tan Xuejun.The application and evaluation of the type WGL-1 medium depth bore obliquity survey meter[J].Gold Science and Technology，2005,13(1/2):30-33.

[2] CSJ10系列智能炮孔深度和角度測(cè)量?jī)x說明書[M]．長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙元宇儀表自動(dòng)化科技開發(fā)有限公司，2011． CSJ10 Series Intelligent Blast Hole Depth and Angle Measuring Instrument Specifications[M].Changsha:Changsha Yuanyu Instrument Automation Technology Development Co.，Ltd.，2011.

[3] 黎 勇，周桂松，劉 慶，等．一種激光測(cè)距儀固定裝置:中國(guó),104034304[P].2014-05-26． Li Yong，Zhou Guisong，Liu Qing，et al.A laser rangefinder fixture:China,104034304[P].2014-05-26.

(責(zé)任編輯 石海林)

Technical Discussion on Borehole Measurement in Surface Deep Hole Bench Blasting

Hao Yafei Zhou Guisong Li Yong Liu Qing Zhou Yu

(GezhoubaExplosiveCo.，Ltd.，Chongqing401122，China)

The inclination and depth of borehole are important factors to ensure blasting effect in the surface deep hole bench blasting.The workload of traditional measurement methods about borehole is extensive，which becomes a short board of digital blasting construction.Aiming at the above problems，the measurement method of artificial tape，sound wave and laser are discussed respectively based on borehole measurement experiment，including test principle，advantages and disadvantages，adapted condition and improvement measures of the three borehole measurement methods.The measurement methods based on sound wave and laser have the potential improvement and application space，and it can provide reference for the development of digital borehole measure in surface deep hole bench blasting.

Blasting，Borehole，Tape，Sound wave，Laser

2015-03-01

郝亞飛(1983—)，男，工程師，博士研究生。

TD178

A

1001-1250(2015)-04-205-03