台车中深孔采矿中的测量方法研究

曲冠政

(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿，山东 莱州 261400)



台车中深孔采矿中的测量方法研究

曲冠政

(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿，山东 莱州 261400)

普通双人操作型钻机进行中深孔采矿时，通常使用传统的测量方法。这种测量方法比较粗糙，炮孔定位和施工精度较低，会造成爆破孔分布不均或定位不准确，无法严格按照设计施工，容易导致爆破后出现超挖、欠挖、采场轮廓不规则等情况，甚至揭露F1冒落。本文针对台车中深孔采矿作业特点，提出了一整套创新的测量技术方案，在三山岛金矿中深孔采矿方法的试验中成功进行了应用，大大提高了现场作业的精度、效率和安全性，保证了中深孔采矿整体的施工质量和安全质量，并在后期爆破中取得了良好的爆破效果，在同行业其他矿山的生产中具有推广和借鉴意义。

中深孔；台车；测量方法；上向扇形孔

为了确保中深孔采矿按设计施工及达到预期的爆破效果，需要严格控制施工精度，比普通的光爆效果要求更高。这就要求测量技术人员严格管控现场测量质量，并及时对测量精度进行评价，对不合格的点位需要重测、重新钻孔，才能保证中深孔采矿整体的施工质量和安全质量。

钻凿爆破孔的精度直接影响爆破效果，如果钻凿爆破孔的精度太低，势必造成爆破孔分布不均或定位不准确，无法严格按照设计施工，容易导致爆破后出现超挖、欠挖、采场轮廓不规则，甚至揭露F1冒落危险等。爆破孔精度的衡量参数主要包括爆破孔在凿岩帮壁接触处的位置、钻孔进入岩石后的角度、钻孔深度、钻孔孔径平直度等。

1　中深孔测量的任务

中深孔测量的任务在于按设计炮孔的位置和方向，在现场标定钻机中心和炮眼方向，交凿岩工人进行接杆凿岩。当工人完成所有炮孔凿岩后，进行中深孔实测平、剖面图的绘制，再交采矿工程技术人员进行装药与爆破设计，计算单位炸药消耗量和每米孔爆破矿石量，圈定矿体爆破范围及计算采矿一次损失。

中深孔验收测量是中深孔标定工作的逆过程。测定中深孔方向与倾角，一般用专用的测斜器或罗盘仪测量。孔深测量应该采用硬质胶皮管伸到孔底，取出后再丈量其长度。有些矿山在凿岩过程中由凿岩工人的实践经验自行掌握中深孔方向，孔深也只是根据凿岩的钎杆长度来计算。

2　传统中深孔作业测量方法及不足

2.1传统中深孔作业测量方法

目前，国内通用的中深孔采矿方法选用的设备普遍为双人操作型钻机，如YGZ-90、YQ-100等。设计主要采用竖向扇形中深孔，中深孔凿岩爆破经验参数为：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，中深孔直径15mm，孔深5～15m，角度5～175°。

作业方法如下：①采用全站仪放样出每排扇形孔的中心点A在顶板上的垂直投影点A’；②在每排A’正下方，采用罗盘仪，按照设计方位角在顶板及帮壁上用红铅油标绘出排线P(即扇形孔与顶板及帮壁的交线)；③在帮壁上标绘出腰线Z；④作业人员现场摆放凿岩机，使凿岩机中心与A点重合；⑤摆动凿岩机，使钻杆摆动平面与P重合；⑥开始凿岩钻孔，每个角度按设计用坡度规现场量出；⑦中深孔采用接杆的方式作业，按照设计孔深，计算接杆的数量，从而控制钻孔深度；⑧作业完成后，采用插入比孔径略小的硬胶管的方式测量孔深，并用坡度规验收孔眼的角度，不符合要求的需要重新施工。

2.2传统中深孔作业测量方法的不足

这种测量及作业方法虽然符合双人操作型钻机操作流程，但很多细节上的不足却给孔的质量打了折扣，抛开凿岩工人个人技术因素除外，仍存在一些直接导致钻孔质量偏差的系统误差问题。

具体分析如下所述：①排线位置精度差。采用罗盘仪标绘排线，即使在操作没问题的情况下，偏差也有2°左右，如果再考虑到某些地方磁影响，偏差至少有3°。②操作人员现场根据A’点和腰线，目测出A点位置，然后架设凿岩机，凿岩机中心与A点在空间三个轴方向上都存在偏差，而且在凿岩过程中，随着设备震动，人扶着设备也具有大幅位置偏移。③同理，测量各个孔位角度时，由于中心点并没有照准，所以孔眼的位置也存在偏差，这就导致打出的扇形孔并不是沿着A点发出的射线，甚至所有孔位的中心点都不重合。④在接杆作业的时候，直接按照设计的孔深进行施工，没有考虑中心点到孔位的距离。要知道任何一个巷道的帮壁即使打了光爆也不是完全平滑的，而在设计时为了方便起见，巷道帮壁都是按照平滑的拱形来设计的，这就导致实际的孔深和设计的孔深存在偏差，误差甚至会有几十厘米。

3　台车中深孔作业特点

三山岛金矿最新引入中深孔台车DL330-5实施中深孔凿岩作业，具有自动化、作业快、人员安全等优势。

DL330-5台车可用于采矿、准备工作和隧道掘进。它是一种独立工作的液压台车，能钻凿垂直孔、倾斜孔和水平孔。此台车一次定位能在5.5m的宽度范围内钻凿几排平行孔、上向和下向孔，孔深最大可达23m，可适用断面高度为3.3～4.3m。伸缩式大臂可带动推进梁360°翻转，使其适合各种钻孔条件。单根钎杆长度为1525mm，采用接杆方式进行中深孔凿岩。

在精确钻孔凿岩的过程中，需要严格控制的主要部件有大臂和推进梁，其中对大臂的控制包括大臂的上下举、左右摆、伸出缩回等，由大臂从带的推进梁动作包括推进梁的上下举、左右摆、伸出缩回、左右翻转、左右角度和左右倾斜；对推进梁的控制包括推进梁前后顶头的伸出缩回、钻杆机械手夹抓、钻杆架旋转、夹杆器/钻杆机械手伸缩。

4　台车中深孔作业测量方法

传统采用双人操作型钻机实施中深孔作业的方式和台车作业的方式在原理上相似，在实际操作中却有很多不同的地方，也碰到了很多困难和棘手的问题，本文在综合分析了传统作业方法特点和台车作业特点的基础上，将这些困难逐一克服，并总结出了一套完全适合台车作业的方法体系，根据施工顺序分别进行阐述。

4.1施工前测量准备工作

采用全站仪放样出每排扇形孔的中心点A在顶板上的垂直投影点A’。

放样后将所有A’点坐标测出。

放样排线P。在A’点下架设全站仪，根据排线与A’后视控制点直线的夹角，放样出排线P。理论上，过排线P的平面与垂直巷道底板的平面有一个倾角。设计中，扇形孔所在平面为垂直于底板的平面，所以取过P垂直于巷道底板的平面为排面S。

找出A点。A点标高为设计标高，A’点标高可由第二步计算得出，设两点间高度差为H，现场在A’点下用激光测距仪量出H距离即为A点空间位置。这里涉及到一个A’点下对中的问题，因为接下来测量孔位角度需要将测距仪准确、平稳地放在A点上操作，所以采用的解决办法是在A’点挂设线绳，尾端系上垂球，将一根两米左右的直杆底部立于A’点下的底板，杆身与垂线相重合，一人扶稳直杆(类似于水准测量中的立尺)，这样，根据A’点下精确测距，可在直杆上准确找到A点。

标绘孔位K。在A点上放稳坡度规，坡度规所在平面与排面S近似重合，要求左右偏移不超过2°，用坡度规按照设计孔位角度摆好，然后用激光测距仪沿着坡度规直线方向将激光点射在顶板或帮壁上，一人用红铅油在激光点上标绘一条水平线L，水平线L与排线P的交点即为孔位K。考虑到标绘点位到凿岩施工有一段时间，为了便于保存和修复，水平线L不应太短，50cm左右为宜。

测量开口距Dk。开口距Dk即为A点至K点的直线距离，在A点用激光测距仪测出并记录。凿岩过程中需要用到凿岩孔深d，d等于A点至孔底距离Ds(设计已知)减去开口距Dk。

放样点A’测量上图。施工剖面图见图1。施工平面图见图2。按照第二步测得的数据将A’点展在设计图上，并查看水平方向偏差，偏差小于2cm的为合格放样点，不合格的点需要重新放样。

以1号扇形孔为例，其各参数含义如下：S-剖面；P-排线；A-扇形孔中心点；A’-A在顶板上的垂直投影点；K-孔位；H-A’点到A点的高差；Dk-开口距；d-孔深图1　施工剖面图

图上示意的是三排炮孔，其各参数含义如下：P-排线；S-剖面；A-扇形孔中心点；A’-A在顶板上的垂直投影点；K-孔位；L-定位K的水平线，L⊥P且L⊥S；其中，平面图上P与S重合，A与A’重合图2　施工平面图

4.2施工中测量工作

台车定位和定向。当钻头顶在提前测设的孔口位置时，调整车臂和推进梁的三个角度(类似飞机的俯仰、偏航、滚转三种姿态)，使其符合设计角度要求，包括排面方位角、排面倾角、炮孔倾角，则凿岩炮孔位置、方向唯一确定，不必再考虑凿岩机中心是否在设计扇形中心上，此时凿岩机中心在通过设计扇形中心的直线上，此直线由上述三个倾角唯一确定。

控制孔深。每排钻孔分布为由中心点位按照设计角度发散形成的中心投影，由于帮壁的不平整，每个具体孔位在平面图上的位置是不确定的，每个孔的孔深也不可能按照设计直接得到。但既然是中心投影，中心点到孔底的距离已知(按设计)，那么只要现场量出中心点延排切面方向到帮壁的距离，上面的问题也就迎刃而解。根据钎杆长度及推进梁前顶头伸出长度计算出钎杆进入岩石长度，并进而确定每个炮孔需要的钎杆数量，不足整根的需要钢尺丈量其长度。

4.3施工后测量工作

测量炮孔角度、深度。作业完成后，采用插入比孔径略小的硬胶管的方式测量孔深，并用坡度规验收孔眼的角度，不符合要求的需要重新施工。

制作炮孔实收图。实收炮孔图见图3。装药爆破图见图4。实收图展现的内容涵盖了设计角度、孔深和实际角度、孔深、开口距，根据开口距将孔位拟合成一条平滑曲线，用于后续装药量的计算。

数字1～8代表从扇形孔中心钻凿的一排炮孔，每个炮孔都有浅灰、中灰、黑色三种颜色表示，其中：浅灰代表每个炮孔的设计角度位置；黑色代表每个炮孔的实收角度位置；中灰代表每个炮孔的实收开口距位置图3　实收炮孔图

5　应用情况

本台车中深孔测量方法于2014年10月正式应用于三山岛金矿-780m中深孔采矿项目中，截止到2015年9月，已在1#采场南北翼及2#采场南翼成功使用，并达到了预期的爆破效果。相比未采用新测量方法前，大块率由7%降为4.5%，炸药单耗由0.6kg/t降为0.4kg/t，共节约二次破碎成本17.54万元，炸药消耗成本16.83万元，运输和铲运费用82.16万元，采场爆破一次成型，得到了更好的爆破轮廓，大大提高了后期采矿的安全性。

改进台车作业测量方法与传统中深孔作业测量方法的比较(表1)。

数字1～8代表从扇形孔中心钻凿的一排炮孔，粗线代表装药长度，细线代表填充炮泥长度图4　装药爆破图

表1　改进测量方法与传统测量方法比较

指标排线放样偏差/°炮孔放样偏差/cm炮孔倾角偏差/°实测孔深偏差/cm改进测量方法±0.2±2±0.3±2～4传统测量方法±2～3±10～20±2～4±15～25

总体来说，改进测量方法适用各种台车进行中深孔作业，炮孔放样精度高，爆破效果好，对凿岩人员技术要求低，解决了台车中深孔作业中的测量技术难题。

6　结　论

中深孔采矿方法凭借单次出矿量大、周期短、成本低等优势，在很多矿山的倾斜矿体开采中被广泛采用。而台车进行中深孔采矿作业相较传统人工作业，又具有自动化程度高、安全性高、效率高等特点，正逐步在各个矿山中进行推广应用。此套台车中深孔采矿作业测量方法适用于各种台车，具有测量精度高、周期短、可修复性强等特点，是台车作业中深孔项目测量方法的一次全面改进，达到同行业中的领先水平，具有广泛的推广意义。

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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，硕士，山东莱州人，2012年毕业于中国矿业大学测绘工程专业，主要从事矿山测量方面的研究工作。E-mail：quguanzheng246@126.com。

TD175

A

1004-4051(2016)10-0124-04