炮孔測斜對二步驟采場爆破參數優化的重要性探討

張凡

（新疆哈巴河阿舍勒銅業股份有限公司哈巴河 836700）

1 引言

新疆哈巴河阿舍勒銅業股份有限公司是集采、選為一體的大型礦山企業，位于新疆哈巴河縣境內。阿舍勒銅礦礦體總體特征具有走向長度短、埋藏深、水平厚度大、儲量大等特點。礦山于2002年4月全面開工建設，2004年9月正式投產，設計采用地下開采，分三期進行開采：一期開采+400m中段以上礦體，設計生產能力4000t/d，二期開采+400～0m 中段礦體，設計生產能力6000t/d，三期開采0～-600m中段礦體。

經過十多年的開采，一期開采可采礦產資源量逐漸減少，目前礦山已轉入二期開采，二期工程（深部）作為一期開采的深部延續，目前已形成350m、300m、250m、200m、150m、100m、50m、0m 八個中段，采用大直徑深孔空場嗣后充填法和分段空場嗣后充填法開采，深部一步驟采場正在大規模開采，逐步將進行二步驟采場開采工作。

2 測量設備簡介和測試方法

2.1 炮孔測試儀器設備

Rodded Boretrak 桿式抗磁炮孔測斜儀可以準確檢測鉆孔深度、方位角和傾斜度。可用于深度達到300m 的鉆孔或深度達50m 的上向鉆孔的測量，系統簡單易用、便于攜帶，可在現場快速安裝，無需專門的工具。系統不使用磁傳感器，因此在有磁性的礦山也可以正常使用。

系統構成包括以下幾個部分：

（1）控制顯示單元。控制顯示單元（CDU）的功能是記錄每個探頭進行測量的時間，并記錄數據、定向桿間距、端面編號、鉆孔編號和定向桿的位置。控制顯示單元（CDU）還用作探頭和計算機之間的接口，用來從探頭下載記錄的測量值（內置電源）。

（2）傳感器探頭。傳感器探頭含有一個準確的傾斜計（傾斜滾動傳感器），該測量信息由探頭存儲單元存儲，容量為128k。探頭還含有一個實時時鐘，該時鐘用于對記錄的數據做時間標識。傳感器運行的范圍是90°±45°，在此范圍內，可將探頭向上或向下布置；如果超過90°±45°，該探頭會將讀數歸“零”。探頭自供電，電池裝在一個可移動的鼻錐體中，而鼻錐體旋于探頭末端，通過手壓即可將鼻錐體旋在主探頭上。

（3）CDU 電池充電器。CDU 電池充電器的電源電壓輸入范圍適合100-240V 交流系統，包含4 個國際插塞式接合器：美式扁平兩腳插塞、英式三腳插塞、歐式兩腳插塞和澳式角狀扁平兩腳插塞。

（4）CDU-PC電纜。RS232電纜的作用是將CDU上帶有計算機標志的端口連接至計算機或其他遠程下載設備，數據會從CDU-通過CDU從探頭下載至計算機串行端口。

（5）定向桿。鉸接式定向桿的作用在于向下布置探頭，或向上推動探頭進行上向鉆孔測量。定向桿最大的作用在于防止探頭沿著自身軸旋轉，以確保探頭方位角的準確。

2.2 測孔軌跡測量方法

（1）定位測量

系統對測量位置和方向有要求，包括：鉆孔孔口的位置和定向桿架的方向。

（2）設置定向桿架

挑選鉆孔口附近最平整的區域，清除上面的巖石或其他障礙物。確保定向桿架與鉆孔口之間有足夠的距離，以享有一個舒適的工作空間。設置好后，在測量期間無須移動定向桿架。每一定向桿架須保持垂直直立，以確保定向桿不會在基準方位上出現扭曲。

（3）數據采集

首先進行基礎參數設置，完成后進行數據采集。

（4）數據下載

在測量期間，探頭和CDU 之間無連接。在設置的時候，CDU和探頭中的時鐘是同步的。隨后，探頭會記錄來自其傾斜和滾動傳感器的數據。每三秒鐘讀一次數，探頭每次都會發出“嗶嗶”聲。此數據記錄在探頭的內存中。每次讀數都有時間戳。

測量期間，操作員控制CDU。根據CDU 的提示輸入日期、“巖面編號”（實際上就是項目編號）以及“鉆孔編號”。然后按米布置該裝置。如果每個間隔中定向桿都保持穩定，則可看到CDU 上的讀數。每次完成后，錄入CDU的是時間戳。完成測量后，必須下載來自探頭的所有傳感器信息和CDU中的配置和時間戳信息。處理軟件會提取從探頭下載的所有記錄：與CDU 時間戳匹配的探頭中記錄的特定觀察結果。

2.3 采場炮孔測量

鑒于00m 中段北1#采場作為試驗，前期由于生產任務比較緊張，先施工好槽區，就開始對槽區進行爆破，導致槽區炮孔不具備測量條件，因此主體測量是對后續側崩孔，從2019 年4 月16 日至8 月10 日前后進行了9 次測孔，完成了北1#采場具備測量條件的炮孔49個。

測量數據我們通過系統導出CAD軟件能夠支持的DXF文件，形成三維炮孔軌跡線，將其與采場布孔設計復合，即可對比出大孔的偏斜情況，再將軌跡線數據導入礦山常用的三維地質建模軟件Surpac 中，可以從三維空間更加真切查看炮孔的偏斜情況。

2.4 炮孔測量結果分析與應用

00北1#采場前期由于生產任務緊張，導致鑿巖、爆破、測孔和補孔同步進行，在整個過程中，從設備、人員管理和操作、礦巖條件等方面，提出以下幾點問題，這些問題均為影響炮孔偏斜的直接影響因素。

（1）炮孔存在部分測量放點錯誤。

從現場放點記錄發現C8、2-4 和C10 未放點，從炮孔實測結果同樣可以看出C8、2-4 和C10 確實沒打孔。

（2）工人操作鉆機開孔時，隨意性較大，嚴謹性較差。

通過跟班對2-5-b1、2-5-b2、2-6-b1 和2-6-b2進行現場施工，發現工人在進行炮孔開孔時，對開孔位置隨意性較大，存在放點和實際開口位置偏移較大，90%以上的孔口位置出現偏移，同時在開孔方位角和傾角控制方面不嚴謹，導致實測孔出現方位角和傾角誤差較大。

（3）二步驟采場穩定性較差，經過兩側一步驟采場爆破振動，采場內節理發育，同時采場內含凝灰巖，鑿巖時鉆桿很容易順著節理方向偏斜。

（4）T150 鉆機設備打孔質量不如阿特拉斯Sim?ba-261 鉆機，炮孔偏斜整體在孔口下約22m 開始出現較大的偏斜，偏斜較為明顯，而Simba-261 鉆機在60m孔深的1.5%偏斜基本上大于85%。

3 探討

為了提高打孔質量，減小采場貧化和損失，從打孔施工和爆破回采提出以下幾點想法。

（1）加強鉆孔開孔時的質量管理，嚴格按照設計參數要求進行開孔；開孔位置可通過頂板放點放置鉛垂線定點，防止開口位置偏移。

（2）提高工人操作素質，建立大孔考核制度；

（3）提高對測量放點的準確性；

（4）一步驟采場邊排孔進行光面爆破，以減小對二步驟采場的振動破壞，減小節理裂隙的擴展。

（5）進一步開展采場炮孔測量工作，分析和評價炮孔偏斜規律和參數，總結炮孔偏斜原因，提高炮孔施工質量。

（6）利用炮孔測斜儀進行采場大孔驗收，根據測斜結果，對孔底距大于5m 區域進行補孔設計，動態調整單層裝藥量，控制采場大塊率。

（7）所有采場回采結束都進行三維激光掃描，為采場回采效果分析和評價以及二步驟采場補孔設計提供準確依據。

4 結論

采用Rodded Boretrak 桿式抗磁炮孔測斜儀，精確測量了試驗采場的大孔炮孔軌跡線，并能夠生成CAD、Surpac軟件支持的文件格式，為鉆孔驗收、鉆孔質量評價、補孔設計、采場裝藥結構優化調整提供了科學依據。