一种用于露天矿钻孔的岩粉取样装置研制及应用

任肖肖，徐森民

（洛阳栾川钼业集团股份有限公司，河南 洛阳 471500）

露天矿按照月度生产计划进行穿孔、爆破、铲装、运输等工序作业，其中，矿石品位管理是生产管理的重要工作，在矿石开采前即生产作业计划制定阶段需要掌握计划作业区域矿石品位，在矿石开采过程中应进行以出矿品位、出矿量等为目标的配矿管理，在此阶段需准确掌握铲装作业区每个爆孔的品位，在矿石开采后则要进行以资源量、资源类型、矿石品位等为中心的储量动态管理，总之，出矿品位是矿山开采的重要目标之一，品位管理贯穿生产管理的整个过程。因此，为了保持出矿品位稳定，更好地服务生产，在矿石穿孔阶段即需按照相关规定取样、制样、化验，获取品位信息。

经过大量的检索与分析，针对目前国内金属露天矿没有高效的钻孔岩粉取样装置，通常采用的岩粉取样方式和装备落后，即矿石爆破前在地质人员的指导下由取样人员借助人力取样钩按照“十字刻槽法”对已施工的钻孔岩粉取样化验，该取样方法消耗人力大、效率低、成本高，所取样品代表性不强，取样操作过程中人为因素大，多重因素均会降低取样化验精度。在寒冷的冬季取样人员只能对钻孔的局部岩粉取样，其代表性更差，化验品位精度更低；若岩粉出现冻结、板结时，可能导致多数炮孔或整个爆区无法取样等。最主要的是，由于露天矿作业面积大、机械设备多、部分矿区下部存在空区，安全隐患多，取样人员在现场作业时间越长，安全系数越低等。

本文提出并制作了一种用于露天矿钻孔的岩粉取样装置，本装置所取样品代表性强，化验品位精度高，劳动强度低，工作效率高，现场作业时间短，安全系数高等特点。

1 岩粉取样装置的设计和制作

本文提出的一种用于露天矿钻孔的岩粉取样装置，包括取样钻杆、样品收集器和驱动机构，驱动机构的动力输出端连接取样钻杆上端的连接杆，在连接杆的下端设有向下延伸的杆体，在杆体的外缘面上设有螺旋叶片，在杆体的下端设有向下延伸的钻头，在螺旋叶片的外缘面上套接有样品收集器形成的用于露天矿钻孔的岩粉取样装置。详见图1。

图1 二维与实体取样装置结构示意图

用于露天矿钻孔的岩粉取样装置驱动机构为手持电钻，手持电钻的电压为42V或21V，空载转速为780～960r/min，冲击次数为3780～4260次/min。螺旋叶片上端杆体的外缘面上套接有圆盘挡板。连接杆包括方柄、圆柄和加强柄，加强柄的下端连接杆体的上端，加强柄的上端设有向上延伸的圆柄，在圆柄的上端设有向上延伸的方柄。

露天矿钻孔的岩粉取样装置样品收集器包括样品收集器本体、稳杆套和出料口，样品收集器本体为桶形结构，在样品收集器本体的外缘面设有贯通至中部内孔的出料口，在样品收集器本体桶底的中部设有稳杆套。样品收集器本体的外缘面上设有至少一个手柄。详见图2。

图2 二维与实体样品收集器的结构示意图

露天矿钻孔的岩粉取样装置杆体的长度为400mm～700mm，直径为15mm～35mm。螺旋叶片与杆体的夹角为88°～90°。

本文设计的装置具有较大的创新性。该装置由驱动机构带动取样钻杆钻进岩粉堆，通过杆体上的螺旋叶片将岩粉样品输送至样品收集器，实现岩粉样品取样收集。

2 具体实施方式

该装置包括取样钻杆、样品收集器和驱动机构，驱动机构为手持电钻，手持电钻的电压为42V或21V，空载转速为780～960r/min，冲击次数为3780～4260次/min；驱动机构的动力输出端连接取样钻杆上端的连接杆，连接杆包括方柄、圆柄和加强柄，加强柄的下端连接杆体的上端，加强柄的上端设有向上延伸的圆柄，在圆柄的上端设有向上延伸的方柄。

在连接杆的下端设有向下延伸的杆体，在杆体的外缘面上设有螺旋叶片，螺旋叶片上端杆体的外缘面上套接有圆盘挡板，杆体的长度为400mm～700mm，直径为15mm～35mm，螺旋叶片与杆体的夹角为88°～90°。

在杆体的下端设有向下延伸的钻头，在螺旋叶片的外缘面上套接有样品收集器，样品收集器包括样品收集器本体、稳杆套和出料口，样品收集器本体为桶形结构，在样品收集器本体的外缘面设有贯通至中部内孔的出料口，在样品收集器本体桶底的中部设有稳杆套。样品收集器本体的外缘面上或上端面上设有至少一个手柄形成的用于露天矿钻孔的岩粉取样装置。

3 技术参数

本装置在具体实施过程中，技术参数如下：

（1）驱动机构的基本参数为：电压21V或42V，空载转速780～960r/min，冲击次数3780～4260次/min。

（2）取样钻杆包括连接杆、杆体、螺旋叶片、圆盘挡板和钻头，连接杆由方柄、圆柄、加强柄组成，方柄长40mm；圆柄长20mm、直径24mm，加强柄长45mm、直径30mm。

杆体的长度为400mm～700mm、直径24mm；螺旋叶片的外径为40mm～70mm、厚度2mm、间距50mm～70mm、螺旋叶片与杆体的夹角为88°～90°；圆盘挡板的外径为40mm～70mm、厚度1mm；钻头的长度为60mm～100mm、直径6mm～12mm。

（3）样品收集器包括手柄、样品收集器本体、稳杆套和出料口，样品收集器本体的直径为300mm～500mm、高100mm、厚2mm；出料口的内口宽93mm、高100mm，外口宽50mm、高30mm。

稳杆套由不锈钢钢管和不锈钢圆环组成，不锈钢钢管的内径为45mm～75mm、外径49mm～79mm、高20mm～40mm；不锈钢圆环的内径为45mm～75mm、外径120mm、厚2mm。

本装置的具体实施例如下：

（1）驱动机构的电压选用42V，空载转速960r/min，冲击次数4260次/min。

（2）取样钻杆上的方柄长40mm；圆柄长20mm、直径24mm，加强柄长45mm、直径30mm。

杆体长度645mm、直径24mm；螺旋叶片外径64mm、厚度2mm、间距65mm、螺旋叶片与杆体的夹角为89.9°；圆盘挡板的外径为60mm、厚度1mm；钻头长度81mm、直径7mm。

（3）样品收集器上样品收集器本体的圆盘直径为400mm、高100mm、厚2mm；出料口8-4的内口宽93mm、高100mm，外口宽50mm、高30mm。

稳杆套上不锈钢钢管的内径为75mm、外径79mm、高35mm；不锈钢圆环的内径为79mm、外径120mm、厚2mm。

4 试验结果

见表1。

表1 取样器与挖勺取样对比分析表

5 结论

（1）爆孔岩粉在冬雨季易冻结或板结，人力取样钩按照“十字刻槽法”无法正常取样，本装置具有功率大、扭矩高等优点，取样钻杆在驱动机构的驱动下能够钻进冻结或板结岩粉堆，完成特殊条件下取样工作。

（2）露天矿作业面积大、机械设备多、部分矿区下部存在空区，安全隐患多，本装置取样效率高，现场作业时间短，安全系数高等特点。

（3）与人力取样钩取样方法相比，本装置具有取样时间短、劳动强度低、劳动效率高等优点。

（4）与人力取样钩取样方法相比，本装置取样受人为因素影响小，其样品代表性强，化验品位精度高；可推广应用至需要取岩粉样的矿山类企业及其他企业。