CN113404498B - 一种vcr采矿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用新型爆破方式的VCR采矿方法,涉及采矿的技术领域，包括以下步骤：（1）采场布置、（2）切割工程（3）中深孔爆破（4）VCR法深孔爆破（5）测孔（6）堵孔（7）装药（8）联线（9）出矿，通过上述步骤实现冲击波、地震波不冲击地表，对地表的一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物不造成危害；每次装药的梯段高度和设计的深孔每米崩矿量、单次消耗总药量推算炸药单耗q为0.33kg/t左右；本发明能够提高了生产效率、爆破振动小、减少了二次破碎工作量、炸药单耗低，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及采矿的技术领域，特别涉及一种VCR采矿方法。
背景技术
凿岩巷道布置在矿房顶柱下部，向下钻平行或扇形垂直深孔落矿；钻机集中在一个凿岩水平，凿岩巷道布置简单，移动和操作方便，装药省力；但孔深大，容易产生偏斜，爆破效果差，大块率高，对矿柱的破坏也较大；20世纪70年代，加拿大在阶段凿岩落矿中应用高压气动潜孔钻机和大直径深孔，球形药包、下向漏斗水平分层落矿新技术，叫做垂直深孔下向漏斗水平分层阶段矿房法，简称VCR采矿法。
现有VCR采矿法在爆破后存在矿石大块率高、爆破震动大、存在安全隐患等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种VCR采矿方法，用于解决背景技术中描述的现有技术中VCR采矿法在实际的应用中在爆破后存在矿石大块率高、爆破震动大、存在安全隐患的问题。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种VCR采矿方法，包括以下步骤：
(1)采场布置：当矿体厚<20m时，矿房沿走向布置：矿房长度30m，矿房宽度为矿体厚度；当矿体平均厚>20m时，矿房垂直走向布置：矿房长度为矿体厚度，矿房宽度为15m，阶段高度均为60m；
沿走向布置的矿房：上部大孔凿岩硐室布置：上盘按1#硐室长6.8m，间柱2.4m，2#硐室长9.6m，间柱2.4m，3#硐室长9.8m布置，下盘按1#硐室长9.8m，间柱2.4m，2#硐室长9.6m，间柱2.4m，3#硐室长6.8m布置，间柱交错布置，宽为矿体厚度；底部前期的脉内探矿巷道兼作中深孔凿岩巷道，自矿体的上盘回风巷、下盘运输巷布置出矿进路4m*3.6m与中深孔凿岩巷道4m*3.6m贯通，出矿进路均匀错口布置，以便能最大限度出矿，降低矿石损失；
垂直走向布置的矿房：上部大孔凿岩硐室布置：1#硐室宽6.8m，间柱2.4m，2#硐室宽6.8m，长为矿体厚度；底部在矿房中间布置中深孔凿岩巷道4m*3.6m，自穿脉运输巷3.6m*3.6m布置出矿进路4m*3.6m与中深孔凿岩巷贯通，出矿进路均匀错口布置，以便能最大限度出矿，降低矿石损失；
(2)切割工程：沿走向布置和垂直走向布置的矿房通过上下两中段实测图对照布置切割天井，切割天井为矩形，规格为2m*2m，应用吊罐法施工；
(3)中深孔爆破：拉底层高度为15m，在中深孔凿岩巷道中采用YGZ-90型导轨回转凿岩机穿凿孔径60mm扇形孔（边角为50°～55°）开掘堑沟和拉底；在切割横巷内布置孔距为1m上向垂直孔，以切割天井为自由面，向两侧刷扩，直至形成切割槽，切割槽作为拉底层回采自由面；
(4)VCR法深孔爆破:炮孔布置参数：排距3m、孔口距3m，孔底距3～3.5m，边孔除外；采矿技术人员根据炮孔布置参数设计采场深孔布置图，测量技术人员放线确定炮孔位置，采用T-150型环形潜孔钻机施工下向深孔，孔径165mm，偏斜率不超过1%，倾斜矿体在保证最小抵抗线情况下，布置倾斜孔；深孔施工完成后即可开始回采爆破作业，回采作业依次为小断面掏槽、倒梯段侧向崩矿、边排孔爆破及破顶爆破；在此期间底部适量出矿配合回采工作，每次爆破后出矿量应控制在落矿量的40%左右;
(5)测孔:每次爆破前认真测孔，收集资料包括孔深、孔底表面形状及底部补偿空间;测孔采用测绳或皮尺，测绳端部系上铁块及自制铁丝抓，将其下放于孔内至孔底后，读出数据测出孔底高度、爆堆高度，检查多分层药包和填砂高度，仔细对比分析并详细记录在案；
(6)堵孔:堵孔作业时，铁丝绑扎Φ=150mm混凝土塞中心处吊环，下放混凝土塞至孔底以上0.2～0.4m区间处进行上部孔口固定，随后向孔内填河砂或岩粉0.8～1.2m厚；
(7)装药：人工装药，将导爆索绑扎在起爆药包的中上部，挂于吊绳上吊装至孔内，其余药包依次吊装，药包直径140mm，药卷长度0.5m/条，药包单重9kg/条；
VCR小断面装药结构：采用MRB岩石乳化药包爆破，单孔药量为72～90kg,孔数4～6个，掏槽面积15～20㎡，分层爆破高度8～14m；掏槽区设在切割天井四周区域，最大单响药量控制在126kg以内；药包下部采用河砂或岩粉堵塞，堵塞长度0.8～1.2m，上部采用细粒岩粉、河砂联合堵塞，堵塞长度1.2～1.5m；
倒梯段侧向崩矿装药结构：倒梯段采用大抵抗线小孔距布孔方式，每次区域爆破炮孔2～3排，崩矿步距6～9m；侧向崩矿分段高度8～14m，最大单响药量控制在126kg以内，装药结构采用多层乳化药包竹竿间隔装药，分层装药量为9kg，下部用岩粉堵塞，堵塞长度0.8～1.2m,层间竹竿间隔长度0.6m，最上层药包填塞料为岩粉或河砂，堵塞长度1.5m左右；
边排孔爆破、破顶爆破装药结构：为控制矿房回采边界和避免矿柱片帮垮落，边排孔在中间孔回采结束后单独爆破，采用乳化药包竹竿间隔装药，分段起爆，分层装药量9kg，竹竿间隔0.6m；破顶层高度为6～8m，破顶爆破自切割槽向上、下盘方向进行破顶爆破作业，上、下盘每次破顶爆破排数在3排以内，装药结构与侧向倒梯段崩矿相同；
(8)联线：采场爆破起爆系统是将孔内单根导爆索与孔口非电毫秒延时导爆管雷管依次联结起来；
VCR小断面掏槽爆破周边孔采用分段延时，以菱形对角方式依次起爆，周边孔间微差间隔25～50ms；
倒梯段侧向崩矿、破顶爆破为采场切割天井周边孔先爆，呈“V”字形依次起爆，边排孔滞后，每孔一个段次，段间微差间隔25～50ms；
起爆：爆破冲击波、地震波安全距离计算：
一、冲击波安全距离：
R冲=25×Q1/3
式中R冲——空气冲击波对掩体内人员的最小安全距离，m；
25—掩体内冲击波对人员的安全等级系数；
Q—一次爆破的总药量，毫秒延期爆破；
爆破冲击波安全距离计算R冲=25×（126）1/3=125m；
二、地震波安全距离；
R地=（K/V）1/a×Qm
式中R——爆破地震安全距离，m；
K——与地形地质相关系数，取200；
V——地震波安全速度，取15；
a——地震波衰减系数，取1.6；
Q——炸药量kg，每次单响最大炸药量126kg；
m——药量指数，取1/3；
爆破地震波安全距离计算R地（200/15）1/1.6×1261/3=25.31m；
(9)出矿:采场爆破完成后，采用2 m3柴油铲运机配CA-8型8 t坑内卡车从矿房两侧进路集中连续出矿，运至1#措施井提升到地表，出矿结束后及时进行尾砂混凝土胶结充填。
采用以上技术方案的有益效果是：
爆破冲击波的最大安全距离为125m，而且爆破均在采场内进行，冲击波遇直角弯衰减非常快，因此冲击波、地震波不会冲击地表，对地表的一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物不造成危害；每次装药的梯段高度和设计的深孔每米崩矿量、单次消耗总药量推算炸药单耗q为0.33kg/t左右，炸药单耗低，降低了成本；爆破后采场检查，崩落的矿石块度均匀，大块较少，减少了二次破碎工作量，提高了生产效率；爆破振动小，为矿山和周边村庄和谐发展，提供了良好的基础。
附图说明
图1是本发明装药结构示意图。
图2是本发明小断面掏槽段位布置示意图。
图3是本发明倒梯段侧向崩矿段位布置示意图。
图4是本发明边排孔段位布置示意图。
实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
实施例
一种VCR采矿方法，
采场布置形式及参数：
大直径深孔凿岩阶段空场嗣后充填（VCR）采矿法的矿块布置形式分两种，一种是矿体厚<20m时，矿房沿走向布置：矿房长度30m，矿房宽度为矿体厚度；另一种是矿体平均厚>20m时，矿房垂直走向布置：矿房长度为矿体厚度，矿房宽度为15m，阶段高度均为60m。
根据地质部门提供的矿体界线及测量人员提供的探矿巷道实测图，在矿体上、下盘不小于15m处布置上盘回风巷、下盘运输巷（巷道断面为4m*3.8m）。
沿走向布置的矿房：上部大孔凿岩硐室布置：上盘按1#硐室长6.8m，间柱2.4m，2#硐室长9.6m，间柱2.4m，3#硐室长9.8m布置，下盘按1#硐室长9.8m，间柱2.4m，2#硐室长9.6m，间柱2.4m，3#硐室长6.8m布置，间柱交错布置，宽为矿体厚度。底部前期的脉内探矿巷道兼作中深孔凿岩巷道，自矿体的上盘回风巷、下盘运输巷布置出矿进路（4m*3.6m）与中深孔凿岩巷道（4m*3.6m）贯通，出矿进路均匀错口布置，以便能最大限度出矿，降低矿石损失。
垂直走向布置的矿房：上部大孔凿岩硐室布置：1#硐室宽6.8m，间柱2.4m，2#硐室宽6.8m，长为矿体厚度。 底部在矿房中间布置中深孔凿岩巷道（4m*3.6m），自穿脉运输巷（3.6m*3.6m）布置出矿进路（4m*3.6m）与中深孔凿岩巷贯通，出矿进路均匀错口布置，以便能最大限度出矿，降低矿石损失。
切割工程：
沿走向布置和垂直走向布置的矿房通过上下两中段实测图对照布置切割天井，切割天井为矩形，规格为2m*2m，应用吊罐法施工，切割天井要确保达到设计要求，以保证中深孔拉槽效果。切割横巷（4m*3.6m）尽量布置在矿房中部，确保中深孔拉底效果。
中深孔爆破：
拉底层高度为15m，在中深孔凿岩巷道中采用YGZ-90型导轨回转凿岩机穿凿孔径60mm扇形孔（边角为50°～55°）开掘堑沟和拉底。在切割横巷内布置孔距为1m上向垂直孔，以切割天井为自由面，向两侧刷扩，直至形成切割槽，切割槽作为拉底层回采自由面。
VCR法深孔爆破：
中深孔拉底形成底部出矿堑沟及补偿空间、上部深孔钻凿结束后，以利文斯顿爆破漏斗原理为基础，充分利用球形药包爆破特点，采用小断面掏槽与倒梯段侧向崩矿相结合的爆破回采工艺：VCR法爆破形成竖向切割槽，以切割槽形成的侧向自由面及中深孔拉槽形成的下向自由面，进行分段崩矿，通过控制侧向崩矿的分段段高和崩矿步距来控制爆破规模，将采场爆成沿采场宽度和长度方向略呈倒阶梯形。同时矿房底部适量出矿，以满足下次爆破所需空间和底部结构安全，以此确保采场稳定性，保护底部结构。
深孔布置参数：
炮孔布置参数结合周油坊铁矿成功经验，确定合理的排距3m、孔口距3m，孔底距3～3.5m，边孔除外。采矿技术人员根据炮孔布置参数设计采场深孔布置图，测量技术人员放线确定炮孔位置，采用T-150型环形潜孔钻机施工下向深孔，孔径165mm，偏斜率不超过1%，倾斜矿体在保证最小抵抗线情况下，可适当布置倾斜孔，最大限度回采矿石。
深孔施工完成后即可开始回采爆破作业，回采作业依次为小断面掏槽、倒梯段侧向崩矿、边排孔爆破及破顶爆破。在此期间底部适量出矿配合回采工作，每次爆破后出矿量应控制在落矿量的40%左右，确保爆破补偿空间的同时，减弱采场爆破对矿岩稳定性及底部结构的破坏，从而保证回采过程中采场的稳定。回采爆破施工流程：测孔-堵孔-装药-联线-起爆。
测孔：
深孔爆破所受夹制较大，易产生堵孔、孔底葫芦等现象，所以在每次爆破前认真测孔，收集资料包括孔深、孔底表面形状及底部补偿空间;为后续爆破设计提供有效的基础数据。
测孔采用测绳或皮尺，测绳端部系上铁块及自制铁丝抓，将其下放于孔内至孔底后，读出数据测出孔底高度、爆堆高度，检查多分层药包和填砂高度，仔细对比分析并详细记录在案，可以了解分层崩落的高度，保证爆破过程的可塑性。
堵孔：
堵孔作业时，铁丝绑扎Φ=150mm混凝土塞中心处吊环，下放混凝土塞至孔底以上0.2～0.4m区间处进行上部孔口固定，随后向孔内填河砂或岩粉0.8～1.2m厚。
装药：
人工装药，将导爆索绑扎在起爆药包的中上部，挂于吊绳上吊装至孔内，其余药包依次吊装。药包直径140mm，药卷长度0.5m/条，药包单重9kg/条。
VCR小断面装药结构：采用MRB岩石乳化药包爆破，单孔药量为72～90kg,孔数4～6个，掏槽面积15～20㎡，分层爆破高度8～14m。掏槽区设在切割天井四周区域，最大单响药量控制在126kg以内；药包下部采用河砂或岩粉堵塞，堵塞长度0.8～1.2m，上部采用细粒岩粉、河砂联合堵塞，堵塞长度1.2～1.5m。装药结构见图1。
倒梯段侧向崩矿装药结构：倒梯段采用大抵抗线小孔距布孔方式，每次区域爆破炮孔2～3排，崩矿步距6～9m；侧向崩矿分段高度8～14m，最大单响药量控制在126kg以内，装药结构采用多层乳化药包竹竿间隔装药，分层装药量为9kg，下部用岩粉堵塞，堵塞长度0.8～1.2m,层间竹竿间隔长度0.6m，最上层药包填塞料为岩粉或河砂，堵塞长度1.5m左右。
边排孔爆破、破顶爆破装药结构：为控制矿房回采边界和避免矿柱片帮垮落，边排孔（矿房边界左右两侧孔）在中间孔回采结束后单独爆破，采用乳化药包竹竿间隔装药，分段起爆，分层装药量9kg，竹竿间隔0.6m。
破顶层高度为6～8m，破顶爆破自切割槽向上、下盘方向进行破顶爆破作业，上、下盘每次破顶爆破排数在3排以内，装药结构与侧向倒梯段崩矿相同。
联线
采场爆破起爆系统是将孔内单根导爆索与孔口非电毫秒延时导爆管雷管依次联结起来，起爆顺序如下。
VCR小断面掏槽爆破周边孔采用分段延时，以菱形对角方式依次起爆，周边孔间微差间隔25～50ms。小断面掏槽段位布置示意图2。
倒梯段侧向崩矿、破顶爆破为采场切割天井周边孔先爆，呈“V”字形依次起爆，边排孔滞后，每孔一个段次，段间微差间隔25～50ms。
起爆
爆破冲击波、地震波安全距离计算：
一、冲击波安全距离：
R冲=25×Q1/3
式中R冲——空气冲击波对掩体内人员的最小安全距离，m；
25—掩体内冲击波对人员的安全等级系数；
Q—一次爆破的总药量，毫秒延期爆破。
爆破冲击波安全距离计算R冲=25×（126）1/3=125m。
二、地震波安全距离；
R地=（K/V）1/a×Qm
式中R——爆破地震安全距离，m；
K——与地形地质相关系数，取200；
V——地震波安全速度，取15；
a——地震波衰减系数，取1.6；
Q——炸药量kg，每次单响最大炸药量126kg；
m——药量指数，取1/3。
爆破地震波安全距离计算R地（200/15）1/1.6×1261/3=25.31m
由此可以看出，爆破冲击波的最大安全距离为125m，而且爆破均在采场内进行，冲击波遇直角弯衰减非常快，因此冲击波、地震波不会冲击地表，对地表的一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物不造成危害。为了安全起见，考虑到井下爆破后会有很多未预料到情况发生，矿安全部一直要求在地表井口起爆，井下所有人员全部撤离至地表。
出矿
采场爆破完成后，采用2 m3柴油铲运机配CA-8型8 t坑内卡车从矿房两侧进路集中连续出矿，运至1#措施井提升到地表，出矿结束后及时进行尾砂混凝土胶结充填，以缩短采场暴露时间。
通过每次装药的梯段高度和设计的深孔每米崩矿量、单次消耗总药量推算炸药单耗q为0.33kg/t左右，炸药单耗低，降低了成本；爆破后采场检查，崩落的矿石块度均匀，大块较少，减少了二次破碎工作量，提高了生产效率；爆破振动小，为矿山和周边村庄和谐发展，提供了良好的基础。实践证明该方法是一种爆破质量好，生产效率高，作业安全，经济效益好的采矿方法。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种VCR采矿方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采场布置：当矿体厚<20m时，矿房沿走向布置：矿房长度30m，矿房宽度为矿体厚度；当矿体平均厚>20m时，矿房垂直走向布置：矿房长度为矿体厚度，矿房宽度为15m，阶段高度均为60m；
沿走向布置的矿房：上部大孔凿岩硐室布置：上盘按1#硐室长6.8m，间柱2.4m，2#硐室长9.6m，间柱2.4m，3#硐室长9.8m布置，下盘按1#硐室长9.8m，间柱2.4m，2#硐室长9.6m，间柱2.4m，3#硐室长6.8m布置，间柱交错布置，宽为矿体厚度；底部前期的脉内探矿巷道兼作中深孔凿岩巷道，自矿体的上盘回风巷、下盘运输巷布置出矿进路4m*3.6m与中深孔凿岩巷道4m*3.6m贯通，出矿进路均匀错口布置，以便能最大限度出矿，降低矿石损失；
垂直走向布置的矿房：上部大孔凿岩硐室布置：1#硐室宽6.8m，间柱2.4m，2#硐室宽6.8m，长为矿体厚度；底部在矿房中间布置中深孔凿岩巷道4m*3.6m，自穿脉运输巷3.6m*3.6m布置出矿进路4m*3.6m与中深孔凿岩巷贯通，出矿进路均匀错口布置，以便能最大限度出矿，降低矿石损失；
(2)切割工程：沿走向布置和垂直走向布置的矿房通过上下两中段实测图对照布置切割天井，切割天井为矩形，规格为2m*2m，应用吊罐法施工；
(3)中深孔爆破：拉底层高度为15m，在中深孔凿岩巷道中采用YGZ-90型导轨回转凿岩机穿凿孔径60mm扇形孔开掘堑沟和拉底，在切割横巷内布置孔距为1m上向垂直孔，以切割天井为自由面，向两侧刷扩，直至形成切割槽，切割槽作为拉底层回采自由面；
(4)VCR法深孔爆破:炮孔布置参数：排距3m、孔口距3m，孔底距3～3.5m，边孔除外；采矿技术人员根据炮孔布置参数设计采场深孔布置图，测量技术人员放线确定炮孔位置，采用T-150型环形潜孔钻机施工下向深孔，孔径165mm，偏斜率不超过1%，倾斜矿体在保证最小抵抗线情况下，布置倾斜孔；深孔施工完成后即可开始回采爆破作业，回采作业依次为小断面掏槽、倒梯段侧向崩矿、边排孔爆破及破顶爆破；在此期间底部适量出矿配合回采工作，每次爆破后出矿量应控制在落矿量的40%左右;
(5)测孔:每次爆破前认真测孔，收集资料包括孔深、孔底表面形状及底部补偿空间;测孔采用测绳或皮尺，测绳端部系上铁块及自制铁丝抓，将其下放于孔内至孔底后，读出数据测出孔底高度、爆堆高度，检查多分层药包和填砂高度，仔细对比分析并详细记录在案;
(6)堵孔:堵孔作业时，铁丝绑扎Φ=150mm混凝土塞中心处吊环，下放混凝土塞至孔底以上0.2～0.4m区间处进行上部孔口固定，随后向孔内填河砂或岩粉0.8～1.2m厚；
(7)装药：人工装药，将导爆索绑扎在起爆药包的中上部，挂于吊绳上吊装至孔内，其余药包依次吊装，药包直径140mm，药卷长度0.5m/条，药包单重9kg/条；
VCR小断面装药结构：采用MRB岩石乳化药包爆破，单孔药量为72～90kg,孔数4～6个，掏槽面积15～20㎡，分层爆破高度8～14m；掏槽区设在切割天井四周区域，最大单响药量控制在126kg以内；药包下部采用河砂或岩粉堵塞，堵塞长度0.8～1.2m，上部采用细粒岩粉、河砂联合堵塞，堵塞长度1.2～1.5m；
倒梯段侧向崩矿装药结构：倒梯段采用大抵抗线小孔距布孔方式，每次区域爆破炮孔2～3排，崩矿步距6～9m；侧向崩矿分段高度8～14m，最大单响药量控制在126kg以内，装药结构采用多层乳化药包竹竿间隔装药，分层装药量为9kg，下部用岩粉堵塞，堵塞长度0.8～1.2m,层间竹竿间隔长度0.6m，最上层药包填塞料为岩粉或河砂，堵塞长度1.5m左右；
边排孔爆破、破顶爆破装药结构：为控制矿房回采边界和避免矿柱片帮垮落，边排孔在中间孔回采结束后单独爆破，采用乳化药包竹竿间隔装药，分段起爆，分层装药量9kg，竹竿间隔0.6m；破顶层高度为6～8m，破顶爆破自切割槽向上、下盘方向进行破顶爆破作业，上、下盘每次破顶爆破排数在3排以内，装药结构与侧向倒梯段崩矿相同；
(8)联线：采场爆破起爆系统是将孔内单根导爆索与孔口非电毫秒延时导爆管雷管依次联结起来；
VCR小断面掏槽爆破周边孔采用分段延时，以菱形对角方式依次起爆，周边孔间微差间隔25～50ms；
倒梯段侧向崩矿、破顶爆破为采场切割天井周边孔先爆，呈“V”字形依次起爆，边排孔滞后，每孔一个段次，段间微差间隔25～50ms；
起爆：爆破冲击波、地震波安全距离计算：
一、冲击波安全距离：
R冲=25×Q1/3
式中R冲——空气冲击波对掩体内人员的最小安全距离，m；
25—掩体内冲击波对人员的安全等级系数；
Q—一次爆破的总药量，毫秒延期爆破；
爆破冲击波安全距离计算R冲=25×（126）1/3=125m；
二、地震波安全距离；
R地=（K/V）1/a×Qm
式中R——爆破地震安全距离，m；
K——与地形地质相关系数，取200；
V——地震波安全速度，取15；
a——地震波衰减系数，取1.6；
Q——炸药量kg，每次单响最大炸药量126kg；
m——药量指数，取1/3；
爆破地震波安全距离计算R地（200/15）1/1.6×1261/3=25.31m；
出矿:采场爆破完成后，采用2 m3柴油铲运机配CA-8型8 t坑内卡车从矿房两侧进路集中连续出矿，运至1#措施井提升到地表，出矿结束后及时进行尾砂混凝土胶结充填。
2.根据权利要求1所述的一种VCR采矿方法，其特征在于，步骤（3）中扇形孔边角为50°～55°。
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