臺車中深孔采礦中的測量方法研究

曲冠政

(山東黃金礦業(萊州)有限公司三山島金礦，山東 萊州 261400)

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臺車中深孔采礦中的測量方法研究

曲冠政

(山東黃金礦業(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進行中深孔采礦時，通常使用傳統的測量方法。這種測量方法比較粗糙，炮孔定位和施工精度較低，會造成爆破孔分布不均或定位不準確，無法嚴格按照設計施工，容易導致爆破后出現超挖、欠挖、采場輪廓不規則等情況，甚至揭露F1冒落。本文針對臺車中深孔采礦作業特點，提出了一整套創新的測量技術方案，在三山島金礦中深孔采礦方法的試驗中成功進行了應用，大大提高了現場作業的精度、效率和安全性，保證了中深孔采礦整體的施工質量和安全質量，并在后期爆破中取得了良好的爆破效果，在同行業其他礦山的生產中具有推廣和借鑒意義。

中深孔；臺車；測量方法；上向扇形孔

為了確保中深孔采礦按設計施工及達到預期的爆破效果，需要嚴格控制施工精度，比普通的光爆效果要求更高。這就要求測量技術人員嚴格管控現場測量質量，并及時對測量精度進行評價，對不合格的點位需要重測、重新鉆孔，才能保證中深孔采礦整體的施工質量和安全質量。

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，勢必造成爆破孔分布不均或定位不準確，無法嚴格按照設計施工，容易導致爆破后出現超挖、欠挖、采場輪廓不規則，甚至揭露F1冒落危險等。爆破孔精度的衡量參數主要包括爆破孔在鑿巖幫壁接觸處的位置、鉆孔進入巖石后的角度、鉆孔深度、鉆孔孔徑平直度等。

1　中深孔測量的任務

中深孔測量的任務在于按設計炮孔的位置和方向，在現場標定鉆機中心和炮眼方向，交鑿巖工人進行接桿鑿巖。當工人完成所有炮孔鑿巖后，進行中深孔實測平、剖面圖的繪制，再交采礦工程技術人員進行裝藥與爆破設計，計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算采礦一次損失。

中深孔驗收測量是中深孔標定工作的逆過程。測定中深孔方向與傾角，一般用專用的測斜器或羅盤儀測量。孔深測量應該采用硬質膠皮管伸到孔底，取出后再丈量其長度。有些礦山在鑿巖過程中由鑿巖工人的實踐經驗自行掌握中深孔方向，孔深也只是根據鑿巖的釬桿長度來計算。

2　傳統中深孔作業測量方法及不足

2.1傳統中深孔作業測量方法

目前，國內通用的中深孔采礦方法選用的設備普遍為雙人操作型鉆機，如YGZ-90、YQ-100等。設計主要采用豎向扇形中深孔，中深孔鑿巖爆破經驗參數為：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°。

作業方法如下：①采用全站儀放樣出每排扇形孔的中心點A在頂板上的垂直投影點A’；②在每排A’正下方，采用羅盤儀，按照設計方位角在頂板及幫壁上用紅鉛油標繪出排線P(即扇形孔與頂板及幫壁的交線)；③在幫壁上標繪出腰線Z；④作業人員現場擺放鑿巖機，使鑿巖機中心與A點重合；⑤擺動鑿巖機，使鉆桿擺動平面與P重合；⑥開始鑿巖鉆孔，每個角度按設計用坡度規現場量出；⑦中深孔采用接桿的方式作業，按照設計孔深，計算接桿的數量，從而控制鉆孔深度；⑧作業完成后，采用插入比孔徑略小的硬膠管的方式測量孔深，并用坡度規驗收孔眼的角度，不符合要求的需要重新施工。

2.2傳統中深孔作業測量方法的不足

這種測量及作業方法雖然符合雙人操作型鉆機操作流程，但很多細節上的不足卻給孔的質量打了折扣，拋開鑿巖工人個人技術因素除外，仍存在一些直接導致鉆孔質量偏差的系統誤差問題。

具體分析如下所述：①排線位置精度差。采用羅盤儀標繪排線，即使在操作沒問題的情況下，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操作人員現場根據A’點和腰線，目測出A點位置，然后架設鑿巖機，鑿巖機中心與A點在空間三個軸方向上都存在偏差，而且在鑿巖過程中，隨著設備震動，人扶著設備也具有大幅位置偏移。③同理，測量各個孔位角度時，由于中心點并沒有照準，所以孔眼的位置也存在偏差，這就導致打出的扇形孔并不是沿著A點發出的射線，甚至所有孔位的中心點都不重合。④在接桿作業的時候，直接按照設計的孔深進行施工，沒有考慮中心點到孔位的距離。要知道任何一個巷道的幫壁即使打了光爆也不是完全平滑的，而在設計時為了方便起見，巷道幫壁都是按照平滑的拱形來設計的，這就導致實際的孔深和設計的孔深存在偏差，誤差甚至會有幾十厘米。

3　臺車中深孔作業特點

三山島金礦最新引入中深孔臺車DL330-5實施中深孔鑿巖作業，具有自動化、作業快、人員安全等優勢。

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

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

4　臺車中深孔作業測量方法

傳統采用雙人操作型鉆機實施中深孔作業的方式和臺車作業的方式在原理上相似，在實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題，本文在綜合分析了傳統作業方法特點和臺車作業特點的基礎上，將這些困難逐一克服，并總結出了一套完全適合臺車作業的方法體系，根據施工順序分別進行闡述。

4.1施工前測量準備工作

采用全站儀放樣出每排扇形孔的中心點A在頂板上的垂直投影點A’。

放樣后將所有A’點坐標測出。

放樣排線P。在A’點下架設全站儀，根據排線與A’后視控制點直線的夾角，放樣出排線P。理論上，過排線P的平面與垂直巷道底板的平面有一個傾角。設計中，扇形孔所在平面為垂直于底板的平面，所以取過P垂直于巷道底板的平面為排面S。

找出A點。A點標高為設計標高，A’點標高可由第二步計算得出，設兩點間高度差為H，現場在A’點下用激光測距儀量出H距離即為A點空間位置。這里涉及到一個A’點下對中的問題，因為接下來測量孔位角度需要將測距儀準確、平穩地放在A點上操作，所以采用的解決辦法是在A’點掛設線繩，尾端系上垂球，將一根兩米左右的直桿底部立于A’點下的底板，桿身與垂線相重合，一人扶穩直桿(類似于水準測量中的立尺)，這樣，根據A’點下精確測距，可在直桿上準確找到A點。

標繪孔位K。在A點上放穩坡度規，坡度規所在平面與排面S近似重合，要求左右偏移不超過2°，用坡度規按照設計孔位角度擺好，然后用激光測距儀沿著坡度規直線方向將激光點射在頂板或幫壁上，一人用紅鉛油在激光點上標繪一條水平線L，水平線L與排線P的交點即為孔位K。考慮到標繪點位到鑿巖施工有一段時間，為了便于保存和修復，水平線L不應太短，50cm左右為宜。

測量開口距Dk。開口距Dk即為A點至K點的直線距離，在A點用激光測距儀測出并記錄。鑿巖過程中需要用到鑿巖孔深d，d等于A點至孔底距離Ds(設計已知)減去開口距Dk。

放樣點A’測量上圖。施工剖面圖見圖1。施工平面圖見圖2。按照第二步測得的數據將A’點展在設計圖上，并查看水平方向偏差，偏差小于2cm的為合格放樣點，不合格的點需要重新放樣。

以1號扇形孔為例，其各參數含義如下：S-剖面；P-排線；A-扇形孔中心點；A’-A在頂板上的垂直投影點；K-孔位；H-A’點到A點的高差；Dk-開口距；d-孔深圖1　施工剖面圖

圖上示意的是三排炮孔，其各參數含義如下：P-排線；S-剖面；A-扇形孔中心點；A’-A在頂板上的垂直投影點；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施工中測量工作

臺車定位和定向。當鉆頭頂在提前測設的孔口位置時，調整車臂和推進梁的三個角度(類似飛機的俯仰、偏航、滾轉三種姿態)，使其符合設計角度要求，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，不必再考慮鑿巖機中心是否在設計扇形中心上，此時鑿巖機中心在通過設計扇形中心的直線上，此直線由上述三個傾角唯一確定。

控制孔深。每排鉆孔分布為由中心點位按照設計角度發散形成的中心投影，由于幫壁的不平整，每個具體孔位在平面圖上的位置是不確定的，每個孔的孔深也不可能按照設計直接得到。但既然是中心投影，中心點到孔底的距離已知(按設計)，那么只要現場量出中心點延排切面方向到幫壁的距離，上面的問題也就迎刃而解。根據釬桿長度及推進梁前頂頭伸出長度計算出釬桿進入巖石長度，并進而確定每個炮孔需要的釬桿數量，不足整根的需要鋼尺丈量其長度。

4.3施工后測量工作

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

制作炮孔實收圖。實收炮孔圖見圖3。裝藥爆破圖見圖4。實收圖展現的內容涵蓋了設計角度、孔深和實際角度、孔深、開口距，根據開口距將孔位擬合成一條平滑曲線，用于后續裝藥量的計算。

數字1～8代表從扇形孔中心鉆鑿的一排炮孔，每個炮孔都有淺灰、中灰、黑色三種顏色表示，其中：淺灰代表每個炮孔的設計角度位置；黑色代表每個炮孔的實收角度位置；中灰代表每個炮孔的實收開口距位置圖3　實收炮孔圖

5　應用情況

本臺車中深孔測量方法于2014年10月正式應用于三山島金礦-780m中深孔采礦項目中，截止到2015年9月，已在1#采場南北翼及2#采場南翼成功使用，并達到了預期的爆破效果。相比未采用新測量方法前，大塊率由7%降為4.5%，炸藥單耗由0.6kg/t降為0.4kg/t，共節約二次破碎成本17.54萬元，炸藥消耗成本16.83萬元，運輸和鏟運費用82.16萬元，采場爆破一次成型，得到了更好的爆破輪廓，大大提高了后期采礦的安全性。

改進臺車作業測量方法與傳統中深孔作業測量方法的比較(表1)。

數字1～8代表從扇形孔中心鉆鑿的一排炮孔，粗線代表裝藥長度，細線代表填充炮泥長度圖4　裝藥爆破圖

表1　改進測量方法與傳統測量方法比較

指標排線放樣偏差/°炮孔放樣偏差/cm炮孔傾角偏差/°實測孔深偏差/cm改進測量方法±0.2±2±0.3±2～4傳統測量方法±2～3±10～20±2～4±15～25

總體來說，改進測量方法適用各種臺車進行中深孔作業，炮孔放樣精度高，爆破效果好，對鑿巖人員技術要求低，解決了臺車中深孔作業中的測量技術難題。

6　結　論

中深孔采礦方法憑借單次出礦量大、周期短、成本低等優勢，在很多礦山的傾斜礦體開采中被廣泛采用。而臺車進行中深孔采礦作業相較傳統人工作業，又具有自動化程度高、安全性高、效率高等特點，正逐步在各個礦山中進行推廣應用。此套臺車中深孔采礦作業測量方法適用于各種臺車，具有測量精度高、周期短、可修復性強等特點，是臺車作業中深孔項目測量方法的一次全面改進，達到同行業中的領先水平，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年畢業于中國礦業大學測繪工程專業，主要從事礦山測量方面的研究工作。E-mail：quguanzheng246@126.com。

TD175

A

1004-4051(2016)10-0124-04