鏡鐵山礦提高Simba 1354臺車中深孔鑿巖精度試驗研究

王小林 陳永祺 程國華

(酒泉鋼鐵(集團)有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100)

1 鏡鐵山概況

鏡鐵山礦為甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份公司主要鐵礦石原料基地，包括樺樹溝礦區和黑溝礦區，其中樺樹溝礦區地質儲量約2.7億t，由7個礦體組成，采用豎井斜坡道聯合開拓，1970年6月，鏡鐵山礦樺樹溝礦區投產，設計能力為500萬t/a。樺樹溝礦區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,進路寬度由12 m改進為18 m。中深孔鑿巖設備采用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動裝藥，非電毫秒導爆管雷管微差起爆，采用4 m3電動鏟運機出礦。

2 中深孔施工及驗收工藝

深孔施工前，測量工程技術人員根據中深孔設計中穿口導線點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定出排面方位角。鑿巖工根據巷道中心線方向擺正鑿巖臺車方位，深孔側傾角根據轉角指示器由Simba 1354鑿巖臺車操作盤手動調節，前傾角根據目測經驗值確定，其孔深由鉆桿累計計算。

Simba 1354鑿巖臺車鉆孔作業時，其鉆鑿炮孔位置會發生一定偏斜，且鉆孔越深，炮孔偏斜越大。鏡鐵山礦中深孔驗收時，用自制的測角工具(見圖1)配合便攜式磁力數顯測角儀測量中深孔傾角，僅測定孔口一定深孔范圍內的傾角，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 樺樹溝礦區采場生產現狀

樺樹溝礦區現行的中深孔孔網參數能夠滿足爆破設計規范要求，如排間距滿足30倍炮孔直徑的要求，在鏡鐵山礦生產實踐中也得到了驗證。目前使用的膨化硝銨炸藥，實測的殉爆距和爆速均達到了膨化硝銨炸藥的行業標準，可滿足孔網參數的爆破需求。但是樺樹溝礦區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需要，采場生產能力隨之下降，這在2016年樺樹溝各礦體的中深孔爆破中得到了充分體現。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，鏡鐵山礦組織進行了提高Simba 1354臺車中深孔鑿巖精度的試驗研究，得出目前施工的中深孔偏斜率達到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，同時實現切割中深孔爆破一次拉槽的任務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側傾角α、前傾角β，鑿巖機采用不同的推進壓力，利用φ76 mm普通釬頭、或配導向鉆桿的φ76 mm導向鉆頭、或配導向鉆桿的φ89 mm導向鉆頭等不同鑿具(見圖3)，選擇能與上水平巷道底板貫通的深孔AB鑿透，進行炮孔鑿巖偏斜率對比測定試驗，確定合適鑿巖臺車參數及配套的鑿具，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，利用矢量關系，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#沿脈進行了中深孔精度試驗測定，統計數據如表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水平導線點進行了校正測量。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。不同鉆進條件下深孔平均精度試驗數據對比見表1。

表1 不同鉆進條件下深孔平均精度試驗數據對比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深孔采用配導向鉆桿的φ76 mm導向鉆頭施工，中深孔平均偏斜率為4.3%。即采用配導向鉆桿的φ76 mm導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。

(2)表1中序號7、8深孔比序號1～4深孔施工的推進壓力小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。這表明Simba 1354鑿巖臺車推進壓力從正常值5 MPa調到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、配導向鉆桿的導向鉆頭施工，推進壓力為3 MPa，中深孔平均偏斜率為1.8%。剔除配導向鉆桿的導向鉆頭可提高深孔精度2.5個百分點、降低推進壓力從4 MPa降到3 MPa可提高深孔精度0.9個百分點的影響，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。

(4)表1中序號1～6深孔的傾角相近、位置相鄰，實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°，偏移方位樣本標準偏差8.8°。這表明受礦石層理的影響，具有相同傾角、在一定區域內施工的中深孔偏移方位相近。

6 結 論

(1)經常檢查釬桿及釬尾螺紋磨損情況，如果較嚴重，應及時報廢更新，以免造成釬桿之間發生彎曲，可降低深孔偏斜率約0.7個百分點。

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

(3)改進鉆桿結構。在相同的鉆進條件下，鉆桿直徑越大，鉆孔精度高。這是因為隨直徑增大，會增加鉆孔時鉆頭的穩定性。改用導向鉆頭后面加導向鉆桿，可以增強鉆頭的穩定性，可將深孔精度提高2.5個百分點。

(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條件，在改變中深孔施工鉆進條件時適當變更深孔設計參數。

(5)通過加強鑿具保養、降低推進壓力、改進鉆桿結構措施，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。在低推進壓力下，采用導向鉆桿和導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。通過系統的中深孔精度對比試驗，總結出提高施工精度的技術措施，對改善中深孔爆破效果，確保切割深孔施工質量具有較強的指導意義。

[1] 柴占彪.Simba H1354 鑿巖鉆車定位及操作方法的優化[J].科技資訊，2012(30)：37.

Chai Zhanbiao.Simba H1354 drilling jumbo positioning and operation method optimization[J].Science & Technology Information，2012(30)：37.

[2] 劉 東,尹健生.深孔鑿巖精度及其測定[J].采礦技術,1993(30):11-13.

Liu Dong,Yin Jiansheng.Precision and determination of deep hole drilling[J].Mining Technology,1993(30):11-13.

[3] 趙昱東．提高液壓鑿巖設備深孔鑿巖精度的途徑[J]．有色設備，1997(3)：17-20．

Zhao Yudong.The method to improve the precision of deep hole drilling for hydraulic drilling equipment[J].Non-Ferrous Metallurgical Equipment ，1997(3)：17-20．

[4] 石延平.深孔鑿巖精度分析及提高精度的措施[J].鑿巖機械氣動工具,1995(3):24-26.

Shi Yanping.Accurate analysis of deep hole drilling and measures to improve precision[J].Rock Drilling Machinery & Pneumatic Tools,1995(3):24-26.