VCR法爆破成井技術(shù)在馬坑鐵礦中的應(yīng)用

陳進(jìn)海

(福建馬坑礦業(yè)股份有限公司， 福建 龍巖市 364000)

VCR法工藝是充分利用爆破漏斗的原理，在上部開鑿硐室，供鑿巖設(shè)備施工垂直下向大直徑深孔，下部為出渣水平，供崩落的巖石從下部運(yùn)出。爆破時(shí)，根據(jù)爆破漏斗試驗(yàn)的最佳埋深確定VCR法藥包的最優(yōu)埋深及孔底堵塞長(zhǎng)度，最終由下往上逐層爆破，每層爆破不大于3 m。實(shí)踐證明，采用VCR法技術(shù)施工天井具有工藝簡(jiǎn)單、作業(yè)條件安全、效率高、便于安全管理等優(yōu)點(diǎn)，目前在馬坑鐵礦成功應(yīng)用，并取得了良好效果。

1 VCR法爆破成井技術(shù)方案

以馬坑鐵礦西區(qū)混合井+18～+90 m 水平回風(fēng)天井為例進(jìn)行VCR法爆破方案設(shè)計(jì)，爆破高程區(qū)間為+28.83～+96.03 m，深孔單孔鑿巖深度為 67.2 m，大直徑下向深孔鑿巖設(shè)備采用T150，孔徑Φ150 mm，設(shè)計(jì)Φ3.8 m的圓形天井，共布置13個(gè)炮孔。

1.1 爆破參數(shù)的確定

此次方案采用密度為1.077 g/cm3的Φ130 mm乳化炸藥，每條長(zhǎng)度為42 cm，重6 kg，炸藥填裝方式為拆裝填充炮孔，藥包裝在Φ150 mm的大孔中的長(zhǎng)度為31.5 cm，單次單孔裝藥量為4節(jié)Φ130 mm乳化炸藥，單次單孔藥包重量為24 kg。

根據(jù)礦山的爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果，該礦山的圍巖藥包最優(yōu)埋深為2.52 m。根據(jù)爆破漏斗理論，以中心炮孔爆破形成的圓錐形自由面進(jìn)行爆破，推算出中間炮孔與四角掏槽孔的間距為0.58L～0.7L（L為藥包最優(yōu)埋深），基于沖擊波拉伸破壞理論，此次設(shè)計(jì)的中間孔作為空孔不裝藥，以天井下部工作面及掏槽孔爆破形成的空腔為自由面進(jìn)行爆破，以增加爆破的成功率。

1.2 爆破布孔設(shè)計(jì)

根據(jù)利文斯頓爆破漏斗理論推算，該礦山合理的中間炮孔與四角掏槽孔的間距為1.46～1.76 m，同時(shí)考慮到大直徑深孔鑿巖時(shí)的偏斜問題及該礦山的中間孔不裝藥的爆破方案，最終確定炮孔布置方式為：周邊孔8個(gè)，裝藥掏槽孔4個(gè)，中孔空孔1個(gè)。具體設(shè)計(jì)炮孔平面布置見圖1。

圖1 90 m水平炮孔平面布置（單位：m）

1.3 爆破方案

1.3.1 裝藥結(jié)構(gòu)

采用柱狀藥包耦合間隔裝藥，Φ130 mm乳化炸藥，拆裝使用，藥卷直徑為130 mm，長(zhǎng)為420 mm，重為6 kg，底部留抵抗線 0.7～1.5 m；每次爆破裝藥時(shí)先要將孔內(nèi)水吹凈，通孔后用16#鐵絲下吊1個(gè)用水泥堵孔塊封堵孔底，再用巖粉填 0.5 m。然后用吊繩吊下Ф130 mm乳化炸藥，裝藥高度為1.26 m，裝藥系數(shù)為50%。由于爆破后會(huì)造成同一圈孔深淺不同，需按實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)配，使各孔的藥面基本保持在同一高度。最后填塞細(xì)砂 1.5 m。爆破至5.1 m左右時(shí)，將一次性對(duì)天井進(jìn)行破頂爆破。正常爆破單孔裝藥結(jié)構(gòu)見圖2，破頂爆破時(shí)單孔裝藥結(jié)構(gòu)見圖3。

圖2 正常爆破單孔裝藥結(jié)構(gòu)

圖3 破頂爆破時(shí)單孔裝藥結(jié)構(gòu)

按設(shè)計(jì)裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥時(shí)，首先檢查炮孔是通孔還是盲孔，如果是通孔，孔底需要堵塞，用鐵絲將水泥堵塞塊下放至孔底，將鐵絲綁扎在長(zhǎng)度大于300 mm，直徑大于20 mm的竹筒上橫向置于孔口，確保水泥塊不掉落于孔外，再按設(shè)計(jì)進(jìn)行孔底干砂充填。充填完畢后測(cè)量孔深，符合要求后開始裝藥，將導(dǎo)爆索牢固纏繞藥包二道后緩慢下放至孔內(nèi)，裝藥后要測(cè)量裝藥高度是否符合設(shè)計(jì)要求，確認(rèn)無誤后按設(shè)計(jì)進(jìn)行填塞工作。填塞材料為干砂，以防堵孔。

1.3.2 起爆網(wǎng)絡(luò)

采用導(dǎo)爆管雷管-導(dǎo)爆索混合起爆網(wǎng)路，孔內(nèi)采用導(dǎo)爆索起爆各層炸藥，孔外用1～10段毫秒導(dǎo)爆管雷管起爆導(dǎo)爆索，再將各孔導(dǎo)爆管雷管與孔外主導(dǎo)爆索連接，形成導(dǎo)爆管雷管-導(dǎo)爆索混合起爆網(wǎng)路。

起爆網(wǎng)路敷設(shè)順序由最里孔開始，依次向?qū)П髦鞲删€方向敷設(shè)。首先，將各孔的毫秒導(dǎo)爆管雷管按已確定的微差段數(shù)與起爆體相連，然后，逐個(gè)并聯(lián)到主導(dǎo)爆索上，用膠布捆扎好。導(dǎo)爆索網(wǎng)路連接采用搭接法，搭接長(zhǎng)度為20～30 cm，用膠布捆扎好。網(wǎng)路上各分支導(dǎo)爆索與主網(wǎng)路連接方向必須順著傳爆方向且與傳爆方向夾角不大于 90°，形成魚翅狀。引爆導(dǎo)爆索的電雷管距孔口20～25 cm，雷管聚能穴要與傳爆方向一致。導(dǎo)爆索網(wǎng)路中不允許繞成環(huán)狀或線扣，以防拒爆，主導(dǎo)爆索為雙股導(dǎo)爆索，并每隔1～1.5 m用膠布捆扎在一起，增加傳爆性。網(wǎng)路起爆順序：爆區(qū)溜井中間孔先行起爆，接著外圈起爆。

起爆采用導(dǎo)爆管—導(dǎo)爆索—導(dǎo)爆管—導(dǎo)爆索的起爆方式,起爆網(wǎng)路為起爆器→引爆非電導(dǎo)爆管→毫秒雷管→引爆主導(dǎo)爆索→起爆各孔非電導(dǎo)爆管→起爆各孔非電雷管→起爆深孔導(dǎo)爆索→起爆孔中炸藥，實(shí)現(xiàn)孔底起爆。爆破連接網(wǎng)路見圖4。

圖4 爆破連接網(wǎng)路及雷管起爆順序

1.3.3 爆破成井順序

根據(jù)以上裝藥結(jié)構(gòu)，每次爆破藥面高度為1.96 m（孔底堵塞0.7 m+裝藥長(zhǎng)度1.26 m），考慮到爆破對(duì)圍巖的破壞，且炮孔布置較多，破壞范圍將較大，故每次實(shí)際爆破進(jìn)尺會(huì)大于裝藥深度，破壞區(qū)范圍取17%，每次實(shí)際爆破深度取2.3 m。按此計(jì)算，該天井將進(jìn)行27次的正常爆破+1次破頂爆破，破頂爆破深度為5.1 m。VCR成井爆破順序見圖5。

圖5 單次VCR成井爆破順序

2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

在采用 T150鑿巖設(shè)備施工過程中，不可避免會(huì)出現(xiàn)孔偏斜的問題。此次實(shí)際平均孔偏斜率為1.66%。具體的各孔鑿巖情況見表1。

表1 各孔鑿巖情況

該設(shè)計(jì)方案爆破28次成井，每次平均爆破進(jìn)尺2.4 m，實(shí)際爆破次數(shù)24次，每次爆破平均進(jìn)尺2.8 m。爆破質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。單次爆破實(shí)際技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2，設(shè)計(jì)與實(shí)際的指標(biāo)對(duì)比見表3。

表2 單次爆破實(shí)際技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表3 設(shè)計(jì)與實(shí)際的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

3 爆破控制措施

（1）炮孔偏斜過大導(dǎo)致拒爆或沖孔。炮孔發(fā)生偏孔過大時(shí)，將造成孔底間距的變化，甚至間距超過最大可爆距離或者串孔，這將會(huì)對(duì)裝藥結(jié)構(gòu)及爆破自由面產(chǎn)生影響，從而影響爆破效果，甚至產(chǎn)生拒爆及沖孔而使炮孔堵塞。

解決措施：深孔鑿巖施工前，須清理場(chǎng)地至硬地；施工完后，須對(duì)炮孔的孔底及孔口進(jìn)行實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)兩孔的間距過大時(shí)，須進(jìn)行補(bǔ)孔。

（2）裝藥結(jié)構(gòu)不合理。因?yàn)樵谘b藥前及裝藥后測(cè)孔深度不準(zhǔn)確，導(dǎo)致裝藥結(jié)構(gòu)不合理，并極易造成以下幾種情況：孔底堵塞長(zhǎng)度過長(zhǎng)，使藥包埋深超過最優(yōu)埋深，從而產(chǎn)生孔底喇叭口，影響下次爆破裝藥時(shí)孔底堵塞過高而超過藥包允許最大埋深，導(dǎo)致孔內(nèi)起爆致使炮孔破壞擠死；藥面上部填砂高度過高，在爆破時(shí)填砂會(huì)迅速上沖，而在孔內(nèi)迅速聚集，容易導(dǎo)致堵孔；藥面上部填砂高度過短，在爆破時(shí)會(huì)造成爆破能量從上部孔口泄漏，導(dǎo)致沖孔，對(duì)孔口造成破壞，甚至孔口整個(gè)掀翻。

解決措施：在裝藥過程中，應(yīng)對(duì)爆破前孔深、底部填充深度、裝藥高度、上部填充高度進(jìn)行測(cè)量并控制好其高度。一般孔底堵塞長(zhǎng)度為0.5～1.2 m，根據(jù)各孔深不同，裝藥時(shí)孔底堵塞砂面應(yīng)在同一平面上，同時(shí)在裝藥后藥面也應(yīng)在同一個(gè)水平面上，藥面以上的填砂高度一般為1～2 m。

（3）人工操作問題。在VCR法爆破過程中經(jīng)常會(huì)因?yàn)椴僮魇炀毘潭鹊膯栴}或測(cè)孔的誤差導(dǎo)致爆破的炮孔堵塞，需要進(jìn)行通孔，或者炮孔變窄，使得孔堵塞水泥預(yù)制塊無法下發(fā)至孔底。

解決措施：在個(gè)別孔堵住，且其他孔的孔間距還在允許可爆間距內(nèi)，或堵孔長(zhǎng)度不超過原孔底封堵的最大允許深度時(shí)（設(shè)計(jì)方案為1.5 m），可不進(jìn)行通孔，而進(jìn)行裝藥爆破；在個(gè)別孔通孔，且堵孔長(zhǎng)度不長(zhǎng)的情況下可用高壓風(fēng)+水進(jìn)行通孔；在堵孔太長(zhǎng)的情況下，須采用原鑿巖設(shè)備按原來的炮孔參數(shù)重新鉆孔。

4 結(jié)論

（1）隨著機(jī)械化大型設(shè)備的推廣，大直徑垂直下向深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V方法將逐漸在中、大型礦山中推廣應(yīng)用，該采礦方法的天井、溜井如果采用普通法施工，作業(yè)條件差，效率低、作業(yè)安全無法保證，而 VCR法爆破成井技術(shù)能有效解決高位天井、溜井難以施工、安全管理難度大的問題。

（2）VCR法爆破成井的關(guān)鍵技術(shù)在于測(cè)孔的準(zhǔn)確性，只有確保測(cè)孔的準(zhǔn)確，才能保證每個(gè)裝藥布置嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，如測(cè)孔不準(zhǔn)確，將會(huì)使孔底產(chǎn)生喇叭口，這將導(dǎo)致下次裝藥爆破的藥包極易超過允許最深埋置深度而造成炮孔堵塞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致炮孔報(bào)廢，爆破作業(yè)無法進(jìn)。測(cè)孔可采用測(cè)桿技術(shù)(測(cè)桿長(zhǎng)0.5～1 m）提高測(cè)孔準(zhǔn)確性。