在神華準能黑岱溝露天礦臺階爆破作業中減小鉆孔偏差的措施

賈海鵬，張云英，謝海鵬，陶華鳴，范曉曉，張海濤

（1.河南迅達爆破有限公司，河南焦作454000；2.山西潞安礦業<集團>有限責任公司王莊煤礦，山西長治046031；3.登封市宏昌水泥有限公司，河南登封452470；4.河南省公安廳治安總隊二支隊，河南鄭州450003）

在神華準能黑岱溝露天礦臺階爆破作業中減小鉆孔偏差的措施

賈海鵬*1，張云英2，謝海鵬3，陶華鳴4，范曉曉1，張海濤1

（1.河南迅達爆破有限公司，河南焦作454000；2.山西潞安礦業<集團>有限責任公司王莊煤礦，山西長治046031；3.登封市宏昌水泥有限公司，河南登封452470；4.河南省公安廳治安總隊二支隊，河南鄭州450003）

在露天臺階爆破作業中，保證每一次爆破后新形成的臺階面的平整度不僅可以節約清運渣石時的運輸成本，還可以從技術上提高鉆孔的成孔質量，為精細化爆破提供條件。為了使爆破后形成新的平整臺階面，就要采取有效措施提高鉆孔精度和減小鉆孔偏差。通過對神華準能公司黑岱溝露天煤礦臺階爆破的研究，發現在凹凸不平的臺階面上鉆孔時，合理地調整每個炮孔的鉆孔深度，可以有效地控制鉆孔偏差；在鉆孔過程中，鉆頭通過地層變化的交界面時，適當放緩鉆孔速度變鉆為磨，也可以有效地控制鉆孔偏差。

鉆孔偏差；臺階平整；成孔質量

神華準能公司黑岱溝露天煤礦位于準格爾煤田中部，是我國自行設計、自行施工的特大型露天煤礦，井田面積42.36km2，境內可采原煤儲量14.98×108t，煤層平均厚度28.8m，是優質動力和化工用煤，被稱為“綠色煤炭”。

黑岱溝露天煤礦原設計生產能力1200×104t/a，1990年開工建設，1996年投入試生產，1999年正式移交生產，2003年以來經過二次擴能改造后，現達到核定生產能力2500×104t，成為國內單坑產量最大的露天煤礦。

表面巖土層剝離是露天煤礦生產的重要環節，根據黑岱溝露天煤礦2014年生產計劃及工程安排，需要外包3402.35×104m3的剝離物。其中，由河南迅達爆破公司承擔的爆破剝離方量為1060.69×104m3。

1　工程概況

爆破作業現場位于鄂爾多斯高原東北部，東鄰黃河，地形西北高，東南低，黃土、紅土廣布于基巖之上，地面植被稀少，地形支離破碎，沖溝較深，坡度較大。表土層之下是以沉積巖為主的半堅硬巖層。

2　存在問題

為了配合神華集團總公司的生產計劃，每天需要爆破的方量在12×104m3以上，所需炸藥一般為32t/d，這對鉆孔工作來說是一個巨大的挑戰。為了控制好鉆孔速度和鉆孔質量，要求鉆工打垂直孔，所用鉆機為潛孔鉆機。考慮到爆破作業場地的巖石是以沉積巖為主的半堅硬巖石，一層層覆蓋形成相對穩定的巖層結構，不易發生滑坡危險。所以設計的臺階形式為寬度為40m、高度為20m的垂直臺階。

圖1　剝離前地貌圖

圖2　剝離后地貌圖

由于存在鉆孔平臺的不平整偏差及鉆孔過程中鉆桿的傾斜偏差，這直接導致了在鉆孔過程中不同炮孔中的鉆頭不能再同一標高的水平面上，最終導致爆破后形成的臺階面凹凸不平，為后續的運輸車輛的運渣作業及下一循環的爆破作業造成了極大的不方便；有時候還需要對已爆臺階平面進行二次爆破修整，這不僅費工費時，還直接導致整體成本的增加。

圖3　鉆孔作業平面

3　改進措施

由于其生產進度的要求及黑岱溝獨特的地質結構，在神華準能公司黑岱溝露天煤礦爆破中打垂直炮孔。

造成孔底凹凸不平的因素有很多，查閱相關資料總結為以下幾種：

（1）地形凹凸不平；

（2）鉆孔平臺不平整；

（3）鉆孔定位不精確；

（4）鉆桿質量問題；

（5）鉆頭受力不均；

（6）地層性質的變化。

圖4　鉆孔偏差示意圖

鉆孔平臺不平整引起的鉆孔偏差問題可以在修筑鉆孔平臺時配合使用水平儀克服，使鉆機在平整的工作平臺上作業。

鉆桿質量及鉆頭受力不均引起的鉆孔偏差問題可以通過更換高質量的鉆桿和鉆頭解決。

在鉆孔過程中使鉆頭均勻受力并使鉆桿一直保持在平直狀態，不發生彎曲變形。

鉆孔定位不精確引起的鉆孔偏差可以通過加強定位解決，常用方法是使用全站儀或者GPS進行高精度定位。

本論文是在鉆桿和鉆頭質量滿足要求，所打炮孔為直孔，不考慮開口位置偏移的影響，保證鉆孔平臺平整的前提下。主要對地面凹凸不平及地層性質變化因素對鉆孔質量的影響進行分析并提出改進措施。

3.1加強孔位高程測量

要想形成平整的臺階面，需要控制的爆破參數有很多，其中比較重要的措施之一是使炮孔底部落在同一平面上。在凹凸不平的臺階面上打孔，每個孔位的孔口標高是不同的，為了使爆破后形成新的平整的臺階面，在布完孔后，需要根據實際情況調整每個孔位的鉆孔深度，使炮孔孔底都能落在同一平面上。這就要求工程技術人員在鉆孔作業之前對每個孔位進行高程測量，清楚不同炮孔之間的相對高差，在鉆孔作業時及時調整鉆桿長度，使孔底坐標相等。如圖5所示。

圖5　地形對鉆孔作業的影像圖

由于鉆孔平臺不平整的影響，前一次爆破后形成的臺階頂面凹凸不平（形狀如曲面ABC），為了使爆破后臺階頂面變得平整，在本次爆破中需要相應調整每個炮孔的鉆孔深度（不考慮鉆孔偏差）。

以B孔所在的平面位基準面，B孔處需要打的鉆孔深度位h；

則A孔處的鉆孔深度為h+▽1（▽1為A、B兩孔位的相對高差）；

C孔處的鉆孔深度為h+▽2（▽2為B、C兩孔位的相對高差）。

3.2減小鉆孔偏差角

地層性質改變時會使鉆頭受力不均，使鉆頭有向受力小的方向運動的趨勢，往往會產生孔位偏差。

圖6　鉆孔角度偏差示意圖

如圖6所示：設計要求在A點打垂直炮孔，炮孔深度為H設計。由于鉆孔偏差的存在，在實際鉆孔過程中存在鉆孔角度偏差α，實際的炮孔深度為H實際。如果還按照設計炮孔深度打孔，則炮孔的孔底位置要高于設計的炮孔底平面。

實際鉆孔深度H實際=H設計/cosα；

豎直方向偏移量▽=H設計—H實際cosα；

水平方向偏移量L=H實際sinα。

實際打孔作業中，鉆孔角度偏差α是不可避免的，只是存在大小的差異，有經驗的鉆工在打孔過程中，發現地層變化時，可以放緩打孔速度，變鉆為磨，可以有效地控制鉆孔角度偏差的發展。也可以邊打孔邊用鉛錘法測量鉆桿的垂直度，盡可能地減小鉆孔角度偏差，有效地控制其豎直方向的偏移量，就可以保證炮孔孔底的平整度。

4　結論

在神華準能公司黑岱溝露天煤礦露天臺階爆破中，使臺階面保持平整的有效辦法是提高鉆孔質量，減小鉆孔偏差，使炮孔底面保持在同一平面上。具體措施如下：

在凹凸不平的面上打孔，要根據具體情況調整每個炮孔的打孔深度。

在打垂直孔過程中，要采取措施減小鉆孔偏斜角，比如：

（1）在打孔過程中發現地層變化時，要適當放慢打孔速度，變打為磨。

（2）在打孔過程中，變打孔邊用鉛錘法測量鉆桿及炮孔的垂直度。在打孔過程中控制鉆孔偏差。

［1］王毅.鉆孔偏斜的分析與控制［J］.礦業研究與開發，1993（z1）：45-52.

［2］吳萬榮.地下大直徑潛孔鉆機液壓控制系統及鑿巖技術研究［D］.長沙中南工業大學，1999.

［3］徐鎖庚.綜掘工作面機載式錨桿鉆裝機的設計研究［J］.煤礦機械，2007（9）：5-7.

［4］申福生.鑿巖臺車構造與維修［M］.北京：國防工業出版社，2001.

［5］楊國平.新型液壓破碎錘的研究［J］.建筑機械化，2001（4）：22-25.

［6］張咸恭，王思敬，張倬元，等.中國工程地質學［M］.北京：科學出版社，2000.

TU74

B

1004-5716（2016）06-0188-03

2015-06-02

賈海鵬（1988-），男（漢族），河南洛陽人，助理工程師，現從事爆破作業施工技術工作。