在新疆新冶能源露天石灰石矿山深孔台阶爆破作业中减小钻孔偏差的措施

在新疆新冶能源露天石灰石矿山深孔台阶爆破作业中减小钻孔偏差的措施

梁鹏程

新疆永上爆破工程有限公司

摘  要：在露天深孔台阶爆破作业中，保证每一次爆破后新形成的台阶面的平整度不仅可以节约清运渣石时的运输成本，还可以从技术上提高钻孔的成孔质量，为精细化爆破提供条件。为了使爆破后形成新的平整台阶面，就要采取有效措施提高钻孔精度和减小钻孔偏差。通过对新疆中泰集团新冶矿业公司托克逊阔什铁热克石灰石矿山深孔台阶爆破的研究，发现在凹凸不平的台阶面上钻孔时，合理地调整每个炮孔的钻孔深度，可以有效地控制钻孔偏差；在钻孔过程中，钻头通过地层变化的交界面时，适当放缓钻孔速度变钻为磨，也可以有效地控制钻孔偏差。

关键词：钻孔偏差；台阶平整；成孔质量

1工程概况

新疆中泰集团新冶矿业公司托克逊阔什铁热克石灰石矿位于托克逊县城200°方位，直线距离55km处，行政区划隶属托克逊县管辖，托克逊县城至矿区运距约75km，井田面积9.36km2，开采标高：1914～1615m，生产规模600万t/a。矿山生产的石灰岩矿石主要销售给本公司电石厂，水泥用灰岩销售给吐鲁番地区的水泥生产企业。新疆永上爆破工程有限公司作为该矿山的施工总承包单位负责该矿山的爆破设计及施工工作。

2存在问题

为了配合集团总公司的生产计划，平均每四天需要爆破一次，每次爆破方量约为在4000m3 以上，所需炸药一般为10t/次，钻孔工作量较大。为了控制好钻孔速度和钻孔质量，要求钻工打垂直孔，现场采用钻机为潜孔钻机。考虑到爆破作业场地的岩石是以沉积岩为主的半坚硬岩石，一层层覆盖形成相对稳定的岩层结构，不易发生滑坡危险。根据业主单位委托专业设计单位提供的平台设计参数，采用台阶形式为宽度为 18m、高度为15m 的垂直台阶。

由于存在钻孔平台的不平整偏差及钻孔过程中钻杆的倾斜偏差，直接导致了在钻孔过程中不同炮孔中的钻头不能再同一标高的水平面上，最终导致爆破后形成的台阶面凹凸不平，为后续的运输车辆的运渣作业及下一循环的爆破作业造成了极大的不方便；有时候还需要对已爆台阶平面进行二次爆破修整，这不仅费工费时，还直接导致整体成本的增加。

图1 钻孔作业平面

3改进措施

由于其生产进度的要求及托克逊地区特有的地质结构，在中泰集团新冶矿业公司托克逊阔什铁热克石灰石矿爆破中采用打垂直炮孔的方式。造成孔底凹凸不平的因素有很多，查阅相关资料总结为以下几种：

（1）地形凹凸不平；

（2）钻孔平台不平整；

（3）钻孔定位不精确；

（4）钻杆质量问题；

（5）钻头受力不均；

（6）地层性质的变化。

图2钻孔偏差示意图

钻孔平台不平整引起的钻孔偏差问题可以在修筑钻孔平台时配合使用水平仪克服，使钻机在平整的工作平台上作业。

钻杆质量及钻头受力不均引起的钻孔偏差问题可以通过更换高质量的钻杆和钻头解决。

在钻孔过程中使钻头均匀受力并使钻杆一直保持在平直状态，不发生弯曲变形。

钻孔定位不精确引起的钻孔偏差可以通过加强定位解决，常用方法是使用全站仪或者GPS 进行高精度定位。

本论文是在钻杆和钻头质量满足要求，所打炮孔为直孔，不考虑开口位置偏移的影响，保证钻孔平台平整的前提下。主要对地面凹凸不平及地层性质变化因素对钻孔质量的影响进行分析并提出改进措施。

3.1加强孔位高程测量

要想形成平整的台阶面，需要控制的爆破参数有很多，其中比较重要的措施之一是使炮孔底部落在同一平面上。在凹凸不平的台阶面上打孔，每个孔位的孔口标高是不同的，为了使爆破后形成新的平整的台阶面，在布设完成炮孔位置后，需要根据实际情况调整每个孔位的钻孔深度，使炮孔孔底都能落在同一平面上。这就要求工程技术人员在钻孔作业之前对每个孔位进行高程测量，清楚不同炮孔之间的相对高差，在钻孔作业时及时调整钻杆长度，使炮孔孔底坐标相等。如图3所示。

图3地形对钻孔作业的影像图

由于钻孔平台不平整的影响，前一次爆破后形成的台阶顶面凹凸不平（形状如曲面ABC），为了使爆破后台阶顶面变得平整，在本次爆破中需要相应调整每个炮孔的钻孔深度(不考虑钻孔偏差）。

3.2减小钻孔偏差角

地层性质改变时会使钻头受力不均，使钻头有向受力小的方向运动的趋势，往往会产生孔位偏差。

图4  钻孔角度偏差示意图

如图4 所示：设计要求在A 点打垂直炮孔，炮孔深度为H 设计。由于钻孔偏差的存在，在实际钻孔过程中存在钻孔角度偏差α，实际的炮孔深度为H 实际。如果还按照设计炮孔深度打孔，则炮孔的孔底位置要高于设计的炮孔底平面。

实际钻孔深度H 实际=H 设计/cosα；

竖直方向偏移量▽=H设计—H实际cosα；水平方向偏移量L=H实际sinα。

实际打孔作业中，钻孔角度偏差α是不可避免的，只是存在大小的差异，有经验的钻工在打孔过程中，发现地层变化时，可以放缓打孔速度，变钻为磨，可以有效地控制钻孔角度偏差的发展。也可以边打孔边用铅锤法测量钻杆的垂直度，尽可能地减小钻孔角度偏差，有效地控制其竖直方向的偏移量，就可以保证炮孔孔底的平整度。

4结论

在新疆中泰集团新冶矿业公司托克逊阔什铁热克石灰石矿露天台阶爆破中，使台阶面保持平整的有效办法是提高钻孔质量，减小钻孔偏差，使炮孔底面保持在同一平面上。具体措施如下：

在凹凸不平的面上打孔，要根据具体情况调整每个炮孔的打孔深度。

在打垂直孔过程中，要采取措施减小钻孔偏斜角，比如：

（1）在打孔过程中发现地层变化时，要适当放慢打孔速度，变打为磨。

（2）在打孔过程中，变打孔边用铅锤法测量钻杆及炮孔的垂直度。在打孔过程中控制钻孔偏差。

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