在神華準(zhǔn)能黑岱溝露天礦臺(tái)階爆破作業(yè)中減小鉆孔偏差的措施

賈海鵬，張?jiān)朴ⅲx海鵬，陶華鳴，范曉曉，張海濤

（1.河南迅達(dá)爆破有限公司，河南焦作454000；2.山西潞安礦業(yè)<集團(tuán)>有限責(zé)任公司王莊煤礦，山西長(zhǎng)治046031；3.登封市宏昌水泥有限公司，河南登封452470；4.河南省公安廳治安總隊(duì)二支隊(duì)，河南鄭州450003）

在神華準(zhǔn)能黑岱溝露天礦臺(tái)階爆破作業(yè)中減小鉆孔偏差的措施

賈海鵬*1，張?jiān)朴?，謝海鵬3，陶華鳴4，范曉曉1，張海濤1

（1.河南迅達(dá)爆破有限公司，河南焦作454000；2.山西潞安礦業(yè)<集團(tuán)>有限責(zé)任公司王莊煤礦，山西長(zhǎng)治046031；3.登封市宏昌水泥有限公司，河南登封452470；4.河南省公安廳治安總隊(duì)二支隊(duì)，河南鄭州450003）

在露天臺(tái)階爆破作業(yè)中，保證每一次爆破后新形成的臺(tái)階面的平整度不僅可以節(jié)約清運(yùn)渣石時(shí)的運(yùn)輸成本，還可以從技術(shù)上提高鉆孔的成孔質(zhì)量，為精細(xì)化爆破提供條件。為了使爆破后形成新的平整臺(tái)階面，就要采取有效措施提高鉆孔精度和減小鉆孔偏差。通過(guò)對(duì)神華準(zhǔn)能公司黑岱溝露天煤礦臺(tái)階爆破的研究，發(fā)現(xiàn)在凹凸不平的臺(tái)階面上鉆孔時(shí)，合理地調(diào)整每個(gè)炮孔的鉆孔深度，可以有效地控制鉆孔偏差；在鉆孔過(guò)程中，鉆頭通過(guò)地層變化的交界面時(shí)，適當(dāng)放緩鉆孔速度變鉆為磨，也可以有效地控制鉆孔偏差。

鉆孔偏差；臺(tái)階平整；成孔質(zhì)量

神華準(zhǔn)能公司黑岱溝露天煤礦位于準(zhǔn)格爾煤田中部，是我國(guó)自行設(shè)計(jì)、自行施工的特大型露天煤礦，井田面積42.36km2，境內(nèi)可采原煤儲(chǔ)量14.98×108t，煤層平均厚度28.8m，是優(yōu)質(zhì)動(dòng)力和化工用煤，被稱(chēng)為“綠色煤炭”。

黑岱溝露天煤礦原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1200×104t/a，1990年開(kāi)工建設(shè)，1996年投入試生產(chǎn)，1999年正式移交生產(chǎn)，2003年以來(lái)經(jīng)過(guò)二次擴(kuò)能改造后，現(xiàn)達(dá)到核定生產(chǎn)能力2500×104t，成為國(guó)內(nèi)單坑產(chǎn)量最大的露天煤礦。

表面巖土層剝離是露天煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)黑岱溝露天煤礦2014年生產(chǎn)計(jì)劃及工程安排，需要外包3402.35×104m3的剝離物。其中，由河南迅達(dá)爆破公司承擔(dān)的爆破剝離方量為1060.69×104m3。

1　工程概況

爆破作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)位于鄂爾多斯高原東北部，東鄰黃河，地形西北高，東南低，黃土、紅土廣布于基巖之上，地面植被稀少，地形支離破碎，沖溝較深，坡度較大。表土層之下是以沉積巖為主的半堅(jiān)硬巖層。

2　存在問(wèn)題

為了配合神華集團(tuán)總公司的生產(chǎn)計(jì)劃，每天需要爆破的方量在12×104m3以上，所需炸藥一般為32t/d，這對(duì)鉆孔工作來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為了控制好鉆孔速度和鉆孔質(zhì)量，要求鉆工打垂直孔，所用鉆機(jī)為潛孔鉆機(jī)。考慮到爆破作業(yè)場(chǎng)地的巖石是以沉積巖為主的半堅(jiān)硬巖石，一層層覆蓋形成相對(duì)穩(wěn)定的巖層結(jié)構(gòu)，不易發(fā)生滑坡危險(xiǎn)。所以設(shè)計(jì)的臺(tái)階形式為寬度為40m、高度為20m的垂直臺(tái)階。

圖1　剝離前地貌圖

圖2　剝離后地貌圖

由于存在鉆孔平臺(tái)的不平整偏差及鉆孔過(guò)程中鉆桿的傾斜偏差，這直接導(dǎo)致了在鉆孔過(guò)程中不同炮孔中的鉆頭不能再同一標(biāo)高的水平面上，最終導(dǎo)致爆破后形成的臺(tái)階面凹凸不平，為后續(xù)的運(yùn)輸車(chē)輛的運(yùn)渣作業(yè)及下一循環(huán)的爆破作業(yè)造成了極大的不方便；有時(shí)候還需要對(duì)已爆臺(tái)階平面進(jìn)行二次爆破修整，這不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，還直接導(dǎo)致整體成本的增加。

圖3　鉆孔作業(yè)平面

3　改進(jìn)措施

由于其生產(chǎn)進(jìn)度的要求及黑岱溝獨(dú)特的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，在神華準(zhǔn)能公司黑岱溝露天煤礦爆破中打垂直炮孔。

造成孔底凹凸不平的因素有很多，查閱相關(guān)資料總結(jié)為以下幾種：

（1）地形凹凸不平；

（2）鉆孔平臺(tái)不平整；

（3）鉆孔定位不精確；

（4）鉆桿質(zhì)量問(wèn)題；

（5）鉆頭受力不均；

（6）地層性質(zhì)的變化。

圖4　鉆孔偏差示意圖

鉆孔平臺(tái)不平整引起的鉆孔偏差問(wèn)題可以在修筑鉆孔平臺(tái)時(shí)配合使用水平儀克服，使鉆機(jī)在平整的工作平臺(tái)上作業(yè)。

鉆桿質(zhì)量及鉆頭受力不均引起的鉆孔偏差問(wèn)題可以通過(guò)更換高質(zhì)量的鉆桿和鉆頭解決。

在鉆孔過(guò)程中使鉆頭均勻受力并使鉆桿一直保持在平直狀態(tài)，不發(fā)生彎曲變形。

鉆孔定位不精確引起的鉆孔偏差可以通過(guò)加強(qiáng)定位解決，常用方法是使用全站儀或者GPS進(jìn)行高精度定位。

本論文是在鉆桿和鉆頭質(zhì)量滿(mǎn)足要求，所打炮孔為直孔，不考慮開(kāi)口位置偏移的影響，保證鉆孔平臺(tái)平整的前提下。主要對(duì)地面凹凸不平及地層性質(zhì)變化因素對(duì)鉆孔質(zhì)量的影響進(jìn)行分析并提出改進(jìn)措施。

3.1加強(qiáng)孔位高程測(cè)量

要想形成平整的臺(tái)階面，需要控制的爆破參數(shù)有很多，其中比較重要的措施之一是使炮孔底部落在同一平面上。在凹凸不平的臺(tái)階面上打孔，每個(gè)孔位的孔口標(biāo)高是不同的，為了使爆破后形成新的平整的臺(tái)階面，在布完孔后，需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整每個(gè)孔位的鉆孔深度，使炮孔孔底都能落在同一平面上。這就要求工程技術(shù)人員在鉆孔作業(yè)之前對(duì)每個(gè)孔位進(jìn)行高程測(cè)量，清楚不同炮孔之間的相對(duì)高差，在鉆孔作業(yè)時(shí)及時(shí)調(diào)整鉆桿長(zhǎng)度，使孔底坐標(biāo)相等。如圖5所示。

圖5　地形對(duì)鉆孔作業(yè)的影像圖

由于鉆孔平臺(tái)不平整的影響，前一次爆破后形成的臺(tái)階頂面凹凸不平（形狀如曲面ABC），為了使爆破后臺(tái)階頂面變得平整，在本次爆破中需要相應(yīng)調(diào)整每個(gè)炮孔的鉆孔深度（不考慮鉆孔偏差）。

以B孔所在的平面位基準(zhǔn)面，B孔處需要打的鉆孔深度位h；

則A孔處的鉆孔深度為h+▽1（▽1為A、B兩孔位的相對(duì)高差）；

C孔處的鉆孔深度為h+▽2（▽2為B、C兩孔位的相對(duì)高差）。

3.2減小鉆孔偏差角

地層性質(zhì)改變時(shí)會(huì)使鉆頭受力不均，使鉆頭有向受力小的方向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，往往會(huì)產(chǎn)生孔位偏差。

圖6　鉆孔角度偏差示意圖

如圖6所示：設(shè)計(jì)要求在A點(diǎn)打垂直炮孔，炮孔深度為H設(shè)計(jì)。由于鉆孔偏差的存在，在實(shí)際鉆孔過(guò)程中存在鉆孔角度偏差α，實(shí)際的炮孔深度為H實(shí)際。如果還按照設(shè)計(jì)炮孔深度打孔，則炮孔的孔底位置要高于設(shè)計(jì)的炮孔底平面。

實(shí)際鉆孔深度H實(shí)際=H設(shè)計(jì)/cosα；

豎直方向偏移量▽=H設(shè)計(jì)—H實(shí)際cosα；

水平方向偏移量L=H實(shí)際sinα。

實(shí)際打孔作業(yè)中，鉆孔角度偏差α是不可避免的，只是存在大小的差異，有經(jīng)驗(yàn)的鉆工在打孔過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)地層變化時(shí)，可以放緩打孔速度，變鉆為磨，可以有效地控制鉆孔角度偏差的發(fā)展。也可以邊打孔邊用鉛錘法測(cè)量鉆桿的垂直度，盡可能地減小鉆孔角度偏差，有效地控制其豎直方向的偏移量，就可以保證炮孔孔底的平整度。

4　結(jié)論

在神華準(zhǔn)能公司黑岱溝露天煤礦露天臺(tái)階爆破中，使臺(tái)階面保持平整的有效辦法是提高鉆孔質(zhì)量，減小鉆孔偏差，使炮孔底面保持在同一平面上。具體措施如下：

在凹凸不平的面上打孔，要根據(jù)具體情況調(diào)整每個(gè)炮孔的打孔深度。

在打垂直孔過(guò)程中，要采取措施減小鉆孔偏斜角，比如：

（1）在打孔過(guò)程中發(fā)現(xiàn)地層變化時(shí)，要適當(dāng)放慢打孔速度，變打?yàn)槟ァ?/p>

（2）在打孔過(guò)程中，變打孔邊用鉛錘法測(cè)量鉆桿及炮孔的垂直度。在打孔過(guò)程中控制鉆孔偏差。

［1］王毅.鉆孔偏斜的分析與控制［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，1993（z1）：45-52.

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TU74

B

1004-5716（2016）06-0188-03

2015-06-02

賈海鵬（1988-），男（漢族），河南洛陽(yáng)人，助理工程師，現(xiàn)從事爆破作業(yè)施工技術(shù)工作。