一種用于露天礦鉆孔的巖粉取樣裝置研制及應用

任肖肖，徐森民

（洛陽欒川鉬業集團股份有限公司，河南 洛陽 471500）

露天礦按照月度生產計劃進行穿孔、爆破、鏟裝、運輸等工序作業，其中，礦石品位管理是生產管理的重要工作，在礦石開采前即生產作業計劃制定階段需要掌握計劃作業區域礦石品位，在礦石開采過程中應進行以出礦品位、出礦量等為目標的配礦管理，在此階段需準確掌握鏟裝作業區每個爆孔的品位，在礦石開采后則要進行以資源量、資源類型、礦石品位等為中心的儲量動態管理，總之，出礦品位是礦山開采的重要目標之一，品位管理貫穿生產管理的整個過程。因此，為了保持出礦品位穩定，更好地服務生產，在礦石穿孔階段即需按照相關規定取樣、制樣、化驗，獲取品位信息。

經過大量的檢索與分析，針對目前國內金屬露天礦沒有高效的鉆孔巖粉取樣裝置，通常采用的巖粉取樣方式和裝備落后，即礦石爆破前在地質人員的指導下由取樣人員借助人力取樣鉤按照“十字刻槽法”對已施工的鉆孔巖粉取樣化驗，該取樣方法消耗人力大、效率低、成本高，所取樣品代表性不強，取樣操作過程中人為因素大，多重因素均會降低取樣化驗精度。在寒冷的冬季取樣人員只能對鉆孔的局部巖粉取樣，其代表性更差，化驗品位精度更低；若巖粉出現凍結、板結時，可能導致多數炮孔或整個爆區無法取樣等。最主要的是，由于露天礦作業面積大、機械設備多、部分礦區下部存在空區，安全隱患多，取樣人員在現場作業時間越長，安全系數越低等。

本文提出并制作了一種用于露天礦鉆孔的巖粉取樣裝置，本裝置所取樣品代表性強，化驗品位精度高，勞動強度低，工作效率高，現場作業時間短，安全系數高等特點。

1 巖粉取樣裝置的設計和制作

本文提出的一種用于露天礦鉆孔的巖粉取樣裝置，包括取樣鉆桿、樣品收集器和驅動機構，驅動機構的動力輸出端連接取樣鉆桿上端的連接桿，在連接桿的下端設有向下延伸的桿體，在桿體的外緣面上設有螺旋葉片，在桿體的下端設有向下延伸的鉆頭，在螺旋葉片的外緣面上套接有樣品收集器形成的用于露天礦鉆孔的巖粉取樣裝置。詳見圖1。

圖1 二維與實體取樣裝置結構示意圖

用于露天礦鉆孔的巖粉取樣裝置驅動機構為手持電鉆，手持電鉆的電壓為42V或21V，空載轉速為780～960r/min，沖擊次數為3780～4260次/min。螺旋葉片上端桿體的外緣面上套接有圓盤擋板。連接桿包括方柄、圓柄和加強柄，加強柄的下端連接桿體的上端，加強柄的上端設有向上延伸的圓柄，在圓柄的上端設有向上延伸的方柄。

露天礦鉆孔的巖粉取樣裝置樣品收集器包括樣品收集器本體、穩桿套和出料口，樣品收集器本體為桶形結構，在樣品收集器本體的外緣面設有貫通至中部內孔的出料口，在樣品收集器本體桶底的中部設有穩桿套。樣品收集器本體的外緣面上設有至少一個手柄。詳見圖2。

圖2 二維與實體樣品收集器的結構示意圖

露天礦鉆孔的巖粉取樣裝置桿體的長度為400mm～700mm，直徑為15mm～35mm。螺旋葉片與桿體的夾角為88°～90°。

本文設計的裝置具有較大的創新性。該裝置由驅動機構帶動取樣鉆桿鉆進巖粉堆，通過桿體上的螺旋葉片將巖粉樣品輸送至樣品收集器，實現巖粉樣品取樣收集。

2 具體實施方式

該裝置包括取樣鉆桿、樣品收集器和驅動機構，驅動機構為手持電鉆，手持電鉆的電壓為42V或21V，空載轉速為780～960r/min，沖擊次數為3780～4260次/min；驅動機構的動力輸出端連接取樣鉆桿上端的連接桿，連接桿包括方柄、圓柄和加強柄，加強柄的下端連接桿體的上端，加強柄的上端設有向上延伸的圓柄，在圓柄的上端設有向上延伸的方柄。

在連接桿的下端設有向下延伸的桿體，在桿體的外緣面上設有螺旋葉片，螺旋葉片上端桿體的外緣面上套接有圓盤擋板，桿體的長度為400mm～700mm，直徑為15mm～35mm，螺旋葉片與桿體的夾角為88°～90°。

在桿體的下端設有向下延伸的鉆頭，在螺旋葉片的外緣面上套接有樣品收集器，樣品收集器包括樣品收集器本體、穩桿套和出料口，樣品收集器本體為桶形結構，在樣品收集器本體的外緣面設有貫通至中部內孔的出料口，在樣品收集器本體桶底的中部設有穩桿套。樣品收集器本體的外緣面上或上端面上設有至少一個手柄形成的用于露天礦鉆孔的巖粉取樣裝置。

3 技術參數

本裝置在具體實施過程中，技術參數如下：

（1）驅動機構的基本參數為：電壓21V或42V，空載轉速780～960r/min，沖擊次數3780～4260次/min。

（2）取樣鉆桿包括連接桿、桿體、螺旋葉片、圓盤擋板和鉆頭，連接桿由方柄、圓柄、加強柄組成，方柄長40mm；圓柄長20mm、直徑24mm，加強柄長45mm、直徑30mm。

桿體的長度為400mm～700mm、直徑24mm；螺旋葉片的外徑為40mm～70mm、厚度2mm、間距50mm～70mm、螺旋葉片與桿體的夾角為88°～90°；圓盤擋板的外徑為40mm～70mm、厚度1mm；鉆頭的長度為60mm～100mm、直徑6mm～12mm。

（3）樣品收集器包括手柄、樣品收集器本體、穩桿套和出料口，樣品收集器本體的直徑為300mm～500mm、高100mm、厚2mm；出料口的內口寬93mm、高100mm，外口寬50mm、高30mm。

穩桿套由不銹鋼鋼管和不銹鋼圓環組成，不銹鋼鋼管的內徑為45mm～75mm、外徑49mm～79mm、高20mm～40mm；不銹鋼圓環的內徑為45mm～75mm、外徑120mm、厚2mm。

本裝置的具體實施例如下：

（1）驅動機構的電壓選用42V，空載轉速960r/min，沖擊次數4260次/min。

（2）取樣鉆桿上的方柄長40mm；圓柄長20mm、直徑24mm，加強柄長45mm、直徑30mm。

桿體長度645mm、直徑24mm；螺旋葉片外徑64mm、厚度2mm、間距65mm、螺旋葉片與桿體的夾角為89.9°；圓盤擋板的外徑為60mm、厚度1mm；鉆頭長度81mm、直徑7mm。

（3）樣品收集器上樣品收集器本體的圓盤直徑為400mm、高100mm、厚2mm；出料口8-4的內口寬93mm、高100mm，外口寬50mm、高30mm。

穩桿套上不銹鋼鋼管的內徑為75mm、外徑79mm、高35mm；不銹鋼圓環的內徑為79mm、外徑120mm、厚2mm。

4 試驗結果

見表1。

表1 取樣器與挖勺取樣對比分析表

5 結論

（1）爆孔巖粉在冬雨季易凍結或板結，人力取樣鉤按照“十字刻槽法”無法正常取樣，本裝置具有功率大、扭矩高等優點，取樣鉆桿在驅動機構的驅動下能夠鉆進凍結或板結巖粉堆，完成特殊條件下取樣工作。

（2）露天礦作業面積大、機械設備多、部分礦區下部存在空區，安全隱患多，本裝置取樣效率高，現場作業時間短，安全系數高等特點。

（3）與人力取樣鉤取樣方法相比，本裝置具有取樣時間短、勞動強度低、勞動效率高等優點。

（4）與人力取樣鉤取樣方法相比，本裝置取樣受人為因素影響小，其樣品代表性強，化驗品位精度高；可推廣應用至需要取巖粉樣的礦山類企業及其他企業。