鏡鐵山礦提高Simba 1354臺車中深孔鑿巖精度試驗(yàn)研究

王小林 陳永祺 程國華

(酒泉鋼鐵(集團(tuán))有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

1 鏡鐵山概況

鏡鐵山礦為甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份公司主要鐵礦石原料基地，包括樺樹溝礦區(qū)和黑溝礦區(qū)，其中樺樹溝礦區(qū)地質(zhì)儲量約2.7億t，由7個礦體組成，采用豎井斜坡道聯(lián)合開拓，1970年6月，鏡鐵山礦樺樹溝礦區(qū)投產(chǎn)，設(shè)計能力為500萬t/a。樺樹溝礦區(qū)礦體屬于急傾斜的厚礦體,礦石堅硬難磨，為鏡鐵礦—菱鐵礦型混合礦石,普式系數(shù)平均為14。礦床采用無底柱分段崩落法開采,分段高度為15 m,進(jìn)路寬度由12 m改進(jìn)為18 m。中深孔鑿巖設(shè)備采用Simba 1354鑿巖臺車鑿上向扇形深孔，中深孔排面前傾角為85°～90°，孔徑φ76 mm、孔深5～25 m、角度55°～125°，孔底距為2.2～2.4 m，排間距為2～2.2 m。爆破采用膨化硝銨炸藥人工風(fēng)動裝藥，非電毫秒導(dǎo)爆管雷管微差起爆，采用4 m3電動鏟運(yùn)機(jī)出礦。

2 中深孔施工及驗(yàn)收工藝

深孔施工前，測量工程技術(shù)人員根據(jù)中深孔設(shè)計中穿口導(dǎo)線點(diǎn)與中深孔排面的距離給出中深孔排面位置，再用羅盤儀在巷道兩幫標(biāo)定出排面方位角。鑿巖工根據(jù)巷道中心線方向擺正鑿巖臺車方位，深孔側(cè)傾角根據(jù)轉(zhuǎn)角指示器由Simba 1354鑿巖臺車操作盤手動調(diào)節(jié)，前傾角根據(jù)目測經(jīng)驗(yàn)值確定，其孔深由鉆桿累計計算。

Simba 1354鑿巖臺車鉆孔作業(yè)時，其鉆鑿炮孔位置會發(fā)生一定偏斜，且鉆孔越深，炮孔偏斜越大。鏡鐵山礦中深孔驗(yàn)收時，用自制的測角工具(見圖1)配合便攜式磁力數(shù)顯測角儀測量中深孔傾角，僅測定孔口一定深孔范圍內(nèi)的傾角，未考慮深孔孔底跑偏的問題。

圖1 中深孔傾角測量工具示意Fig.1 Sketch map of middle-deep holeinclination measuring tool

3 樺樹溝礦區(qū)采場生產(chǎn)現(xiàn)狀

樺樹溝礦區(qū)現(xiàn)行的中深孔孔網(wǎng)參數(shù)能夠滿足爆破設(shè)計規(guī)范要求，如排間距滿足30倍炮孔直徑的要求，在鏡鐵山礦生產(chǎn)實(shí)踐中也得到了驗(yàn)證。目前使用的膨化硝銨炸藥，實(shí)測的殉爆距和爆速均達(dá)到了膨化硝銨炸藥的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可滿足孔網(wǎng)參數(shù)的爆破需求。但是樺樹溝礦區(qū)采場目前的推排率和懸頂率及大塊率分別為10%、5%、17%，爆破效果不能滿足生產(chǎn)需要，采場生產(chǎn)能力隨之下降，這在2016年樺樹溝各礦體的中深孔爆破中得到了充分體現(xiàn)。為了查找分析中深孔爆破效果差的原因，同時也為了滿足中深孔一次爆破形成切割槽的需要，鏡鐵山礦組織進(jìn)行了提高Simba 1354臺車中深孔鑿巖精度的試驗(yàn)研究，得出目前施工的中深孔偏斜率達(dá)到6.8%，造成孔底距極不均勻，是中深孔爆破效果差的原因之一。

4 中深孔偏斜率測量原理

要解決中深孔落礦爆破效果差的問題，同時實(shí)現(xiàn)切割中深孔爆破一次拉槽的任務(wù)之一是測定中深孔鑿巖精度，以便采取措施降低中深孔偏斜率，以提高爆破效果。

中深孔孔底偏斜量除以對應(yīng)位置的孔深的絕對值，即為深孔偏斜率。深孔偏斜率測定的原理如圖2所示，在正常施工中深孔時，用電子測角儀測量鑿巖機(jī)側(cè)傾角α、前傾角β，鑿巖機(jī)采用不同的推進(jìn)壓力，利用φ76 mm普通釬頭、或配導(dǎo)向鉆桿的φ76 mm導(dǎo)向鉆頭、或配導(dǎo)向鉆桿的φ89 mm導(dǎo)向鉆頭等不同鑿具(見圖3)，選擇能與上水平巷道底板貫通的深孔AB鑿?fù)福M(jìn)行炮孔鑿巖偏斜率對比測定試驗(yàn)，確定合適鑿巖臺車參數(shù)及配套的鑿具，以降低深孔偏斜率。采用全站儀測量開孔位置A(xA,yA,zA)、透孔位置B(xB,yB,zB)的坐標(biāo)，利用矢量關(guān)系，求得中深孔偏斜率。

圖2 中深孔精度測量示意Fig.2 Sketch map of middle-deephole precision measurement

圖3 鉆桿連接示意Fig.3 Diagram of connection of drilling rod

5 中深孔偏斜率分析

2016年，鏡鐵山礦分別在Ⅱ礦體2 655 m水平21穿及2#沿脈進(jìn)行了中深孔精度試驗(yàn)測定，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示。為了避免上下水平測量誤差，對Ⅱ礦體2 655 m水平和2 670 m水平導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行了校正測量。編號39-2～39-7的中深孔全部采用新釬桿及新釬尾鑿巖，其他中深孔采用已磨損的釬桿及釬尾鑿巖。不同鉆進(jìn)條件下深孔平均精度試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 不同鉆進(jìn)條件下深孔平均精度試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比Table 1 Comparison table of test data for average precision of deep hole under different drilling

(1)表1中序號1～4深孔采用φ76 mm普通鉆頭施工，中深孔平均偏斜率為6.8%；序號5～6深孔采用配導(dǎo)向鉆桿的φ76 mm導(dǎo)向鉆頭施工，中深孔平均偏斜率為4.3%。即采用配導(dǎo)向鉆桿的φ76 mm導(dǎo)向鉆頭施工的中深孔精度比φ76 mm普通鉆頭施工的中深孔精度提高2.5個百分點(diǎn)。

(2)表1中序號7、8深孔比序號1～4深孔施工的推進(jìn)壓力小1 MPa，鑿具新舊程度相似、都采用φ76 mm普通鉆頭鑿巖，序號7、8深孔的平均精度卻比序號1～4深孔偏斜率小0.9個百分點(diǎn)。這表明Simba 1354鑿巖臺車推進(jìn)壓力從正常值5 MPa調(diào)到4 MPa，施工的中深孔精度可得到提高。

(3)表1中序號7、8深孔采用磨損的釬桿及釬尾鑿巖、φ76 mm普通鉆頭施工，推進(jìn)壓力為4 MPa，中深孔平均偏斜率為5.9%；序號9～14深孔全部采用新釬桿及新釬尾鑿巖、配導(dǎo)向鉆桿的導(dǎo)向鉆頭施工，推進(jìn)壓力為3 MPa，中深孔平均偏斜率為1.8%。剔除配導(dǎo)向鉆桿的導(dǎo)向鉆頭可提高深孔精度2.5個百分點(diǎn)、降低推進(jìn)壓力從4 MPa降到3 MPa可提高深孔精度0.9個百分點(diǎn)的影響，采用未磨損的釬桿及釬尾施工的中深孔精度可提高0.7個百分點(diǎn)。

(4)表1中序號1～6深孔的傾角相近、位置相鄰，實(shí)際透孔與計劃深孔的偏移方位相近，偏移方位樣本方差為南偏西77.7°，偏移方位樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差8.8°。這表明受礦石層理的影響，具有相同傾角、在一定區(qū)域內(nèi)施工的中深孔偏移方位相近。

6 結(jié) 論

(1)經(jīng)常檢查釬桿及釬尾螺紋磨損情況，如果較嚴(yán)重，應(yīng)及時報廢更新，以免造成釬桿之間發(fā)生彎曲，可降低深孔偏斜率約0.7個百分點(diǎn)。

(2)Simba 1354鑿巖臺車推進(jìn)壓力從5 MPa降到3 MPa可降低深孔偏斜率約1.8個百分點(diǎn)。

(3)改進(jìn)鉆桿結(jié)構(gòu)。在相同的鉆進(jìn)條件下，鉆桿直徑越大，鉆孔精度高。這是因?yàn)殡S直徑增大，會增加鉆孔時鉆頭的穩(wěn)定性。改用導(dǎo)向鉆頭后面加導(dǎo)向鉆桿，可以增強(qiáng)鉆頭的穩(wěn)定性，可將深孔精度提高2.5個百分點(diǎn)。

(4)分析表1中的偏移方位可知，排與排之間深孔的偏移方位由于礦石層理的影響相近，中深孔偏移方位相近部分抵消了中深孔偏斜率的影響。因此中深孔施工過程中要保證相同的鉆進(jìn)條件，在改變中深孔施工鉆進(jìn)條件時適當(dāng)變更深孔設(shè)計參數(shù)。

(5)通過加強(qiáng)鑿具保養(yǎng)、降低推進(jìn)壓力、改進(jìn)鉆桿結(jié)構(gòu)措施，Simba 1354中深孔鑿巖臺車偏斜率可從6.8%減小至1.8%，可以明顯提高中深孔鉆鑿的精度。在中深孔偏移方位相近的有利條件下，Simba 1354臺車中深孔精度能滿足中深孔落礦要求。在低推進(jìn)壓力下，采用導(dǎo)向鉆桿和導(dǎo)向鉆頭施工切割深孔時，能夠滿足切割中深孔爆破一次拉槽的要求。通過系統(tǒng)的中深孔精度對比試驗(yàn)，總結(jié)出提高施工精度的技術(shù)措施，對改善中深孔爆破效果，確保切割深孔施工質(zhì)量具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

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