中深孔施工方式的改進(jìn)與實(shí)踐

張興龍

(魯中礦業(yè)有限公司小官莊鐵礦， 山東 濟(jì)南 271100)

0 引言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人們對(duì)礦產(chǎn)資源的需求逐漸增加[1]，很多礦山生產(chǎn)能力也在逐漸增加，但隨著開采的逐漸進(jìn)行，有些礦山逐漸進(jìn)入開采的后期，可能會(huì)造成礦山的三級(jí)礦量失衡[2-3]，備采礦量不足對(duì)礦山的可持續(xù)發(fā)展不利，因此，亟需對(duì)礦山的開采工藝進(jìn)行優(yōu)化，以提高礦山的生產(chǎn)效率[4-5]。

小官莊鐵礦為地下開采礦山，經(jīng)過三十多年的開采，其二期工程已逐漸接近尾聲，可開采的礦石儲(chǔ)量也在逐漸減少。隨著開采的逐漸進(jìn)行，進(jìn)入到2016年下半年，小官莊鐵礦二工區(qū)三級(jí)礦量失衡，備采嚴(yán)重不足；大爆破效果一直不佳，大塊率居高不下，二次爆破費(fèi)時(shí)費(fèi)力；大塊堵塞放礦口的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，處理起來既繁瑣又危險(xiǎn)；裝藥結(jié)構(gòu)的不合理造成眉線破壞嚴(yán)重，直接影響后續(xù)大爆破的效果，導(dǎo)致惡性循環(huán)。

針對(duì)上述問題，通過對(duì)國內(nèi)外類似礦山進(jìn)行調(diào)研[6-9]，并對(duì)小官莊鐵礦目前面臨的問題進(jìn)行調(diào)查和分析，引入了高精度中深孔鑿巖臺(tái)車，提出了對(duì)同一排孔選取不同的鑿巖中心施工中深孔的方法，并對(duì)其可行性進(jìn)行分析，然后將其應(yīng)用于現(xiàn)場工程實(shí)踐以提高中深孔鑿巖效率，確保合理的裝藥結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高大爆破效果的目的，從而能夠保證采區(qū)產(chǎn)量的正常銜接。

為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算經(jīng)濟(jì)性，依據(jù)圖紙將整個(gè)推力桿簡化為5個(gè)部分，分別為推力桿主體、兩個(gè)銷軸模型及兩個(gè)橡膠套模型，對(duì)結(jié)構(gòu)做適當(dāng)?shù)暮喕?，圖紙中的圓角等不予考慮。由于推力桿中含有非線性力學(xué)特性的橡膠，為便于計(jì)算分析，根據(jù)推力桿的結(jié)構(gòu)和受力狀況，在建立有限元模型時(shí)，采用1/4模型，如圖3所示。對(duì)橡膠采用C3D8H單元?jiǎng)澐?，?duì)金屬構(gòu)件采用C3D8R單元和C3D4單元?jiǎng)澐帧?/p>

1 礦區(qū)面臨問題分析

1.1 施工機(jī)具精度差

小官莊鐵礦自采用無底柱分段崩落法以來，一直使用YGZ-90中深孔臺(tái)架鉆鑿炮孔[10]。YGZ-90中深孔臺(tái)架結(jié)構(gòu)及操作簡單，作業(yè)人員容易掌握操作方法，而且備件費(fèi)用低，從而被地下礦山廣泛應(yīng)用。但它也有諸多弊端，比如施工精度差，釬頭會(huì)沿著相對(duì)較軟的巖石鉆進(jìn)，超過10 m的孔深位置與設(shè)計(jì)偏差較大；施工過程中劇烈的震動(dòng)容易造成機(jī)具備件損耗，增加成本；同時(shí)作業(yè)環(huán)境差，原本通風(fēng)較差的進(jìn)路加上油水混合霧氣和噪音，易給作業(yè)人員造成職業(yè)傷害。

2.2.2 黏性炸藥效益

1.2 炮孔設(shè)計(jì)不合理

對(duì)于責(zé)任的兩種不同含義的解讀，尤其是對(duì)實(shí)質(zhì)責(zé)任的強(qiáng)調(diào)，表明約納斯實(shí)際上擴(kuò)展了一般意義上的責(zé)任觀。在比較了形式責(zé)任與實(shí)質(zhì)責(zé)任之后，約納斯指出，技術(shù)時(shí)代的道德事實(shí)，需要的正是這種實(shí)質(zhì)責(zé)任和責(zé)任感，而非每一行動(dòng)者對(duì)其行為負(fù)責(zé)的空洞的形式責(zé)任。[34]在這個(gè)意義上，約納斯區(qū)分的實(shí)質(zhì)責(zé)任正是“未來責(zé)任”。

DL210中深孔鑿巖臺(tái)車采用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)、無軌輪胎式行走方式，具有機(jī)動(dòng)靈活、移動(dòng)方便的特點(diǎn)，所以對(duì)于采用3個(gè)鑿巖中心施工中深孔的設(shè)計(jì)方案完全可以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)小官莊鐵礦邊孔角經(jīng)驗(yàn)值，采用49°的邊孔角設(shè)計(jì)。根據(jù)采準(zhǔn)進(jìn)路寬度3.5 m的設(shè)計(jì)施工參數(shù)，并考慮DL210中深孔鑿巖臺(tái)車車體寬度，以及臺(tái)車施工邊孔角時(shí)擺臂距離進(jìn)路兩幫和拱角的距離，設(shè)計(jì)選用第二、三個(gè)鑿巖中心距離巷道中心40 cm，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工過程中的測量，驗(yàn)證了該方案可行。

在此基礎(chǔ)上給予統(tǒng)治者思維和行為上的引導(dǎo)，也就是“處下” “居后”，以此來達(dá)到規(guī)避或消解危機(jī)的理想狀態(tài)。 例如：

圖1 中深孔布孔方式

1.3 操作效率及生產(chǎn)效率低下

YGZ-90中深孔臺(tái)架易操作，但是要達(dá)到完全熟練掌握操作要領(lǐng)的程度，則需要豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)積累，比如“卡釬”，沒有兩三年工作經(jīng)驗(yàn)的作業(yè)人員很難正確快速處理，加之新舊機(jī)具的操作方式差別，造成作業(yè)人員施工水平參差不齊，以致中深孔質(zhì)量問題頻發(fā)。如果這一道工序沒有做好，對(duì)后續(xù)裝藥、放炮、出礦等將造成極大影響。

YGZ-90中深孔臺(tái)架采用高壓風(fēng)驅(qū)動(dòng)，釬頭沖擊礦巖動(dòng)能不高，而且在軟巖中鑿巖容易“卡鉗”，硬巖中容易造成釬頭“停滯不前”。這種原因直接造成了中深孔臺(tái)架施工效率低，尤其是當(dāng)前工區(qū)面臨備采礦量嚴(yán)重不足的情況下，給工區(qū)生產(chǎn)造成很大影響。

2 中深孔施工方案優(yōu)化及可行性分析

2.1 中深孔施工方案優(yōu)化

通過總結(jié)現(xiàn)行中深孔施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，提出采用進(jìn)口的 DL210中深孔鑿巖臺(tái)車選取不同鑿巖中心施工中深孔的方案。以往YGZ-90中深孔臺(tái)架施工中深孔是以巷道中心為鑿巖中線、沿進(jìn)路走向布置中深孔臺(tái)架，鑿巖中心高度為1.2 m，施工一排呈放射狀的扇形中深孔。采用進(jìn)口DL210中深孔臺(tái)車之后，以采場進(jìn)路巷道中線為中心，分別左右各偏移40 cm，另外選取2個(gè)不同的位置布置中深孔鑿巖中心，以3個(gè)中心施工呈放射狀的類似扇形的中深孔，鑿巖中心高度為 1.5 m。由于使用臺(tái)車以后，鑿巖中心高度有所改變，鑿巖中心高度的變化勢(shì)必會(huì)造成放礦口寬度減小。根據(jù)小官莊鐵礦經(jīng)驗(yàn)邊孔角度，以及能夠保證礦石自流的要求，設(shè)置邊孔角度為49°，見表1。

表1 中深孔設(shè)計(jì)參數(shù)的對(duì)比

（1）液壓驅(qū)動(dòng)釬頭的動(dòng)能及釬桿扭矩大，鑿巖沖擊力較臺(tái)架更大；

圖2為中深孔設(shè)計(jì)參數(shù)改進(jìn)前后的對(duì)比圖，圖3為開孔位置對(duì)比圖，由圖2和圖3可以看出，除鑿巖中心高度改變之外，放礦口寬度也有所改變，且在中深孔設(shè)計(jì)參數(shù)改進(jìn)后，3號(hào)孔和4號(hào)孔之間的孔口間距明顯變大。

圖2 設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比

圖3 開孔位置對(duì)比

2.2 直接效益對(duì)比分析

由表1可知，中深孔爆破參數(shù)改進(jìn)后，每排孔的總深度有所減少，按照每100 m進(jìn)路計(jì)算直接效益，且直接效益分為鑿巖效益和黏性炸藥效益兩部分來進(jìn)行計(jì)算。

2.2.1 鑿巖效益

按照崩礦步距 1.6 m、礦山與外包施工隊(duì)結(jié)算的單價(jià)15元/m計(jì)算。

鑿巖長度減少量為：100 m/1.6 m×1.8 m=112.5 m。

鑿巖直接效益為：112.5 m×15元/m=1687.5元。

“鹽垛斗虎”動(dòng)作粗獷、幅度大，具有晃胯、扭腰、踢腿等動(dòng)作，表演中的轉(zhuǎn)身、走步、躍虎等動(dòng)作均有一定的技巧性，伴奏采用民間打擊樂，參與者動(dòng)作要合上鼓點(diǎn)的節(jié)奏，具有較高的民族民間舞蹈研究價(jià)值。

（2）臺(tái)車鑿巖相比臺(tái)架施工精度更高，可以數(shù)字化控制施工角度和傾角；

節(jié)約黏性炸藥重量為：1 kg/dm3×（3.14×0.64 dm×0.64 dm）/4×1125 dm=361.7 kg。

7) 2—3狀態(tài)轉(zhuǎn)換。2—3狀態(tài)轉(zhuǎn)換是在0—2轉(zhuǎn)換的前提下，由于0狀態(tài)轉(zhuǎn)換到2狀態(tài)是FDU，因此2—3狀態(tài)轉(zhuǎn)換的概率為λS，λS出現(xiàn)的原因是該回路不容忍安全失效。

黏性炸藥直接效益為：361.7 kg×6.5元/kg=2351元。

2.3 可行性分析

選取2015年3月—2016年3月2012、2013級(jí)護(hù)理學(xué)院護(hù)理本科生500人作為研究對(duì)象。每年級(jí)均為2個(gè)大班、10個(gè)小班。其中，2015年設(shè)為對(duì)照組（230人），2016年設(shè)為研究組（270人）。對(duì)照組學(xué)生中，男生24人，女生206人；年齡18～20歲，平均年齡為（19.4±0.4）歲，全日制本科200人，專升本30人；研究組學(xué)生中，男性32人，女性238人，年齡18～21歲，平均年齡（19.2±0.5）歲，全日制本科234人，專升本36人，兩組學(xué)生的一般資料對(duì)比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

3 改進(jìn)后效果分析

3.1 臺(tái)車的使用效果

DL210中深孔鑿巖臺(tái)車采用液壓驅(qū)動(dòng)鑿巖轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方式，大大優(yōu)于YGZ-90中深孔臺(tái)架高壓風(fēng)驅(qū)動(dòng)方式。

從表1中可以看出，通過對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，原方案每排需要施工炮孔深度為 119.8 m，改進(jìn)后每排需施工炮孔深度為 118.0 m，因此，改進(jìn)后的每排中深孔施工總深度有所減少。

黏性炸藥密度按 1 kg/dm3計(jì)算，單價(jià)按 6.5元/kg計(jì)算，忽略不裝藥空孔長度。

由于鑿巖機(jī)具的限制，小官莊鐵礦目前使用的是扇形中深孔布孔方式（見圖1），該方案已經(jīng)比較成熟，但也存在一些弊端，比如在孔口位置炮孔過于集中，在鑿巖過程中開孔極易打穿到相鄰孔；孔口位置炮孔密集會(huì)造成此位置巖體破碎，使后續(xù)裝藥困難；孔口如果裝藥過多會(huì)造成眉線破壞嚴(yán)重，裝藥過少則容易造成大塊率高等問題。

（3）臺(tái)車的施工效率比臺(tái)架的施工效率高；

（4）臺(tái)車機(jī)械化程度高，操作人員易掌握施工要領(lǐng)；

（5）臺(tái)車具備移動(dòng)式操作臺(tái)，作業(yè)人員施工更安全。

我能學(xué)有所成登上教書育人的講臺(tái)，是憑共產(chǎn)黨、毛主席才翻身得解放，走到了這一步，也是我的老師們?cè)谖疑砩蟽A注血汗的結(jié)果。我教學(xué)后不久，父親就提醒我去看望了我的小學(xué)啟蒙老師李文治和初中班主任李連旭，去感謝他們對(duì)我的教育教誨。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

隨著工程量的減少，通過對(duì)中深孔施工工藝進(jìn)行改進(jìn)，每施工100 m巷道可節(jié)約鑿巖和黏性炸藥的直接效益為4038.5元。

美國外科腫瘤學(xué)會(huì)(ACOSOG)的Z0011試驗(yàn)[8-9]是一項(xiàng)前瞻性的隨機(jī)對(duì)照研究，結(jié)果表明腫瘤大小≤5 cm、轉(zhuǎn)移的前哨淋巴結(jié)≤2枚，且接受保乳治療及后續(xù)的全乳放療的病人并不能從腋窩淋巴結(jié)清掃中獲益。Z0011試驗(yàn)后續(xù)的10年隨訪結(jié)果顯示，僅行前哨淋巴結(jié)活檢的病人中在5～10年間僅有1例出現(xiàn)局部復(fù)發(fā)，行腋窩淋巴結(jié)清掃組則未出現(xiàn)局部復(fù)發(fā)，但10年無病生存率和10年總生存率并無明顯差異。此結(jié)論仍支持此前符合入組條件的前哨淋巴結(jié)1～2枚陽性的乳腺癌患者可以不行腋窩淋巴結(jié)清掃的觀點(diǎn)。

3.3 增大放礦口寬度及孔口距離

改進(jìn)后設(shè)計(jì)的放礦口寬度增大了約20 cm，對(duì)于減少大塊堵塞放礦口、使礦石提前流下有一定的作用。同時(shí)大的放礦口在保證礦石提前流下、防止廢石提前混入及減少脊部殘留方面有一定的作用。

孔口距離的增大避免了以往因孔口位置炮孔過于密集導(dǎo)致開孔位置易錯(cuò)孔的現(xiàn)象；還可以減少孔口位置炮孔密集造成此位置巖體破碎的情況，減小后續(xù)裝藥作業(yè)的施工難度；同時(shí)隨著孔口孔距增大，裝藥密度減小，造成眉線破壞嚴(yán)重的情況也會(huì)大大減少。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)小官莊鐵礦在開采中存在的問題進(jìn)行分析，小官莊鐵礦目前存在施工機(jī)具精度差、炮孔設(shè)計(jì)不合理、作業(yè)人員操作效率較低和生產(chǎn)效率低等問題。對(duì)中深孔施工方案進(jìn)行了優(yōu)化，引入了高精度中深孔鑿巖臺(tái)車，提出了對(duì)同一排孔選取不同的鑿巖中心進(jìn)行中深孔施工的方法，并對(duì)改進(jìn)方案的可行性進(jìn)行了分析。工程實(shí)踐表明，通過對(duì)中深孔施工工藝及參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)后，現(xiàn)場眉線保護(hù)情況較好，且爆破質(zhì)量得到顯著提高，大塊度明顯減少，大塊堵塞現(xiàn)象也有所減少，對(duì)礦山的安全、高效生產(chǎn)具有重要的作用，也可為其他類似礦山工程提供一定的借鑒。