露天深孔台阶爆破炮孔测量技术探讨

郝亚飞 周桂松 黎 勇 刘 庆 周 宇

(葛洲坝易普力股份有限公司，重庆 401122)

露天深孔台阶爆破炮孔测量技术探讨

郝亚飞 周桂松 黎 勇 刘 庆 周 宇

(葛洲坝易普力股份有限公司，重庆 401122)

在露天深孔台阶爆破中，炮孔的倾角和深度是保证爆破效果的重要因素，而传统炮孔测量方法工作量巨大，成为数字化爆破施工发展的短板。针对上述问题，并基于炮孔测量试验，分别论述了人工皮尺、声波、激光3种炮孔测量方法，包括3种炮孔测量方法的测试原理、优缺点、适应条件及相应的改进措施。其中基于声波和激光的炮孔测量方法具有潜在的改进和应用空间，可以为露天深孔台阶爆破数字测孔技术的发展提供借鉴。

爆破 炮孔 皮尺 声波 激光

根据《2006—2020 中国工程爆破行业中长期科学和技术发展规划》，“数字化爆破施工综合技术的研究”是我国工程爆破行业基础研究的重要课题。而随着现场混装炸药技术在露天深孔台阶爆破中的推广应用，爆破规模随之扩大，大型露天矿山单次爆破炮孔个数动辄几百个、甚至上千，爆破效果的好坏直接受炮孔成孔质量的影响。但目前露天爆破炮孔成孔质量的检测仍然采用人工皮尺测量，导致成孔质量检测工作量巨大；另外，炮孔装药长度、堵塞长度同样采用人工皮尺测量。故露天深孔台阶爆破测孔技术严重制约数字化爆破的发展，亟需一种能够快速、便捷、准确的炮孔成孔质量测量方法，同时兼有装药长度、堵塞长度的功能。本文将介绍目前常用的几种炮孔测量技术及作者开展的炮孔测量试验，与大家探讨、学习。

1 人工皮尺炮孔测量方法

人工皮尺炮孔测量是露天矿山目前普遍采用的炮孔测量方法，在卷尺的端部坠一垂物，将其下放至炮孔内，达到测量炮孔深度、装药长度及堵塞长度的目的。该方法同时可以测试炮孔内是否含水及含水深度，由于水浮力作用，技术人员上提卷尺时可感受水面位置，从而确定含水深度。卷尺端部的垂物有一定质量(通常在0.5 kg左右)，故该方法耗时费力，效率低下，并且不能测量炮孔内是否倾斜及倾斜角度，但炮孔测量精度较高。改进措施：可以考虑在卷尺内部置入弹簧类的伸缩装置，使其克服上提重物时的重力，达到自动提升的目的。

2 基于声波的炮孔测量方法

基于声波的炮孔测量方法基本原理是在孔口发射声波信号，信号经孔底反射后至孔口，根据声波在孔内的传播时间确定炮孔深度。武汉钢铁集团矿业有限责任公司设计研究所发明生产了WGL-1中深孔深度倾角测量仪，包含中深孔深度测量仪和中深孔倾角测量仪[1]：深度测量仪使用声波测距的原理，配合智能回波信号处理算法，测量炮孔深度；倾角测量仪适用于直径为60～120 mm的炮孔，使用重力摆锤传感器测量倾角的变化，由精密的光电编码器给出准确的测量结果。其主要优点包括：工作效率高，测量单个炮孔用时1 min，传统方法则需8～10min；质量轻，便于携带，只需2人配合操作，工作效率提高；测量精度满足测孔要求。主要缺点是遇到穿孔时没有明确提示，只能根据操作人员经验判断。

CSJ10系列智能炮孔深度和角度测量仪[2]由长沙元宇仪表自动化科技开发有限公司生产，借助测杆将探头置于孔口即可测量炮孔的深度和倾角。其深度测量采用声回波测距原理，倾角和温度测量采用微电子加速度传感器，并以微控制器作为仪器的核心部件，该仪器同时具有温度检测的功能。该仪器对于孔径为60～90 mm、在岩体完整性较好的条件下量程为2～40 m，误差±0.3 m；倾角量程0～90°，误差±1°；温度量程0～50 ℃，误差±2 ℃。

上述2款声波测孔仪均仅适用于地下矿山向上炮孔深度和倾角的测量，且炮孔孔径一般小于100 mm。而露天深孔台阶爆破的孔径一般大于100 mm，声波测孔仪应用于大孔径炮孔测量时，其声波信号散射严重，导致测量误差较大，且当孔内含水时，测量的结果实际为孔内水面至孔口的距离。改进措施：增大声波信号发射功率和接受装置灵敏度，当所测结果与设计结果相差较大时，可配合人工皮尺炮孔测量方法。

3 基于激光的炮孔测量方法

基于激光的炮孔测量方法基本原理类似于声波测孔法，同样是在孔口发射激光信号，信号经孔底反射后至孔口，根据激光在孔内的传播时间确定炮孔深度。

3.1 激光测距仪固定装置

葛洲坝易普力股份有限公司发明了一种激光测距仪固定装置[3]，该装置可将激光测距仪固定在炮孔的顶部，使激光测距仪的发射端和接收端与炮孔的轴线重合，从而达到准确测量炮孔深度的目的。如图1所示，该装置包括主体圆柱体环结构，支撑杆用于连接主体圆柱体环和连杆，最后一环的支撑杆还与滑块相连，可以实现装置的伸展和收缩，激光测距仪固定在主体圆柱体环右边，弹簧位于主体圆柱体环和副圆柱体环之间，紧锁杆可以固定滑块。此固定装置开始处于收缩状态，弹簧处于拉伸状态，随着装置放在炮孔中，受弹簧的拉力作用，该装置也随之伸展，之后由炮孔直径大小限制，可以让装置稳定固定于炮孔，从而实现对不同直径炮孔的深度准确测量。紧锁杆可以拉伸紧锁弹簧，使整套装置可以从炮孔移出。

图1 激光测距仪固定装置

3.2 测孔试验

应用激光测距仪固定装置在丰都县东方希望石灰石矿山进行了测孔试验。该矿山采用的炮孔直径为150 mm、孔距6 m、排拒4 m，台阶高度分为12、15 m两种，超深2 m，故炮孔设计深度包含14、17 m两种类型。分别采用了激光测距仪及人工皮尺测试了2种类型的炮孔，测试结果见表1、表2，炮孔测试过程如图2所示。

表1 炮孔设计深度17 m测试结果

表2 炮孔设计深度14 m测试结果

图2 测孔过程

潜孔钻机在钻孔过程中需要多次添加钻杆，在添加钻杆过程中，在钻杆连接处会出现炮孔局部倾斜的情况，倾斜程度取决于钻机操作工的操作水平，且炮孔越深、添加次数越多、误差越大。由表1、2测试结果可知：当炮孔深度为17 m时，测量误差在12%以上，误差较大，其主要原因是炮孔较深导致炮孔倾斜；当炮孔深度为14 m时，测量误差基本在1%以内，误差较小，其7号炮孔误差为48.2%，原因是炮孔内含水，且水深为6.7 m，激光可穿透一定高度的水，对比6、7号炮孔知可初步确定水深在5 m范围内，激光测距仪可获得较好的测距效果。

由以上分析知，钻孔的倾斜程度直接影响到激光测距仪的测距效果，保证钻孔的垂直度是获得较好测距的基本前提；炮孔的含水高度也是影响测距效果的另一重要因素，本次试验初步确定激光可穿透水深的临界值为5 m，具体深度需进一步试验确定。另外，可进一步对激光测距仪固定装置进行改进，比如激光仪探头设置为可旋转式，实现对炮孔的360°扫描，可降低对钻孔倾斜程度的要求。

4 结 语

根据露天深孔台阶爆破炮孔测量技术的国内外发展现状，并结合炮孔测量试验，分别论述了3种露天深孔台阶爆破炮孔测量方法，指出了各种方法的测试原理、优缺点、适应条件及相应的改进措施，其中基于声波和激光的炮孔测量方法具有潜在的改进和应用空间，具有数字存储、传输功能，可作为数字化爆破施工综合技术测孔分支的发展方向。

[1] 马 彬，雷 斌，谭学军．WGL-1型中深孔深度倾角测量仪的应用和评价[J] ．黄金科学技术，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测量仪说明书[M]．长沙：长沙元宇仪表自动化科技开发有限公司，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，刘 庆，等．一种激光测距仪固定装置:中国,104034304[P].2014-05-26． Li Yong，Zhou Guisong，Liu Qing，et al.A laser rangefinder fixture:China,104034304[P].2014-05-26.

(责任编辑 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

郝亚飞(1983—)，男，工程师，博士研究生。

TD178

A

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