vcr爆破技術(shù)在排山樓金礦的應(yīng)用

vcr爆破技術(shù)在排山樓金礦的應(yīng)用

0vcr法開(kāi)采法20世紀(jì)70年代末，美國(guó)c.w.利率在加拿大的礦坑中進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，并提出了洞穿透性撒布法的原理。在此基礎(chǔ)上，c.c.朗將應(yīng)用于采礦應(yīng)用，介紹了洞穿透性的新概念，并與國(guó)際護(hù)士協(xié)會(huì)（ico）合作，成功應(yīng)用于云石減少法。目前，它已在加拿大、美國(guó)、澳大利亞、西班牙、瑞典和中國(guó)其他采礦和采礦應(yīng)用。VCR法工藝是在采場(chǎng)的上部水平開(kāi)掘供鑿巖作業(yè)的鑿巖硐室鉆鑿下向大直徑深孔，然后自孔的下端開(kāi)始以自下而上的順序用球狀藥包向下部水平已開(kāi)掘好的拉底空間逐層地崩礦，崩落的礦石從出礦巷道運(yùn)出。實(shí)踐證明，VCR法具有礦石破碎質(zhì)量好、效率高、工藝簡(jiǎn)單、作業(yè)條件安全、采準(zhǔn)量小等一系列優(yōu)點(diǎn)。中國(guó)80年代后引進(jìn)此法，北京礦冶研究總院先后與多家礦山合作試驗(yàn)采用VCR法施工斷面2m×2m的采礦通風(fēng)天井，證明是可行的。1球形藥袋的爆炸原理和應(yīng)用1.1地面藥劑藥包段根據(jù)理論研究，各種形狀的藥包，如球狀、圓柱狀和平面藥包在巖體中爆炸產(chǎn)生的球面波、柱面波和平面波對(duì)炮孔壁的作用及其效應(yīng)是不同的。一般認(rèn)為，球狀藥包爆破效果好的原因有如下2個(gè)方面:1)球狀藥包爆炸作用增大。根據(jù)爆轟理論，炮孔中藥包爆炸，在同樣裝藥密度情況下，當(dāng)藥包直徑、形狀和起爆方式等條件不同時(shí)，孔壁受力狀態(tài)和吸收的爆炸能量等有較大的差異。地下VCR法球狀裝藥一般直徑為150mm，構(gòu)成一球狀藥包。當(dāng)裝有雷管的藥包或起爆彈起爆時(shí)，球狀藥包所產(chǎn)生的爆轟壓力正面沖擊孔壁，以同心球狀應(yīng)力波集中向四周巖體作用(見(jiàn)圖1)。這一集中作用的沖擊壓力，導(dǎo)致在礦巖內(nèi)形成以同心球狀向四周巖體作用的強(qiáng)應(yīng)力波，它在自由面、弱面處反射成強(qiáng)拉伸波，對(duì)破碎臨近自由面的礦巖十分有利，可增加破巖效果。2)從臨近起爆孔傳來(lái)比柱狀藥包強(qiáng)的應(yīng)力波、先起爆的炮孔藥包爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)對(duì)后爆礦巖所起的預(yù)應(yīng)力作用，以及破碎礦石在移動(dòng)過(guò)程中相互碰撞、擠壓作用等，都會(huì)使礦石更好的破碎。1.2地方藥包的爆破參數(shù)設(shè)計(jì)VCR法的核心是球狀藥包的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)施工中采用柱狀藥包的模式，不是靠掏槽開(kāi)發(fā)自由面來(lái)崩落礦巖，而是建立一個(gè)球狀裝藥的藥包自身的沖擊波及爆轟產(chǎn)物去破碎巖體的漏斗爆破理論。據(jù)美國(guó)C.W利文斯頓和加拿大L.C．朗等人在理論上的研究與VCR法的實(shí)踐建立了一系列球狀藥包各參量之間的關(guān)系。1)長(zhǎng)度與直徑之比不大于6的短柱狀裝藥，可視為當(dāng)量球狀裝藥。2)要求必須使用高密度、高爆速、高體積威力炸藥，其性能要與爆巖量的物理力學(xué)性質(zhì)適宜地匹配。3)一定的炸藥-巖石匹配關(guān)系藥量和埋深之間的關(guān)系是:式中:hc為臨界埋深(m);E為應(yīng)變能系數(shù)，一定的巖石炸藥匹配關(guān)系為一常數(shù);m為藥包質(zhì)量(kg)。一定質(zhì)量的球狀藥包，在具體的礦巖條件下，存在一個(gè)爆破漏斗的體積最大、破碎質(zhì)量最好的埋深，即最優(yōu)埋深(hi)。式中:Δ為實(shí)際埋深與臨界埋深之比;hi為最優(yōu)埋深(m)。4)爆破與裝藥參數(shù)設(shè)計(jì)必須以就地進(jìn)行的摸擬漏斗爆破試驗(yàn)的數(shù)據(jù)為依據(jù)。VCR法球狀藥包爆破是在大孔徑深孔、短抵抗線，采用高爆速、高密度、高體積威力炸藥及耦合裝藥、強(qiáng)力起爆等一系列獨(dú)特條件下的漏斗爆破。1.3束狀孔孔間距的影響束狀孔爆破是以由數(shù)個(gè)密集平行深孔形成共同應(yīng)力場(chǎng)的作用機(jī)理為基礎(chǔ)的深孔爆破技術(shù)。束狀深孔爆破的基本概念是:由數(shù)個(gè)間距為3～8倍孔徑的密集平行深孔組成一束孔，束孔(直徑d)裝藥同時(shí)起爆，對(duì)周?chē)鷰r體的作用視同一個(gè)更大直徑(等效直徑D)炮孔的裝藥的爆破作用。N個(gè)直徑為d的孔所組成的束孔，其等效單孔直徑按式(3)計(jì)算:式中:D為等效直徑(mm);d為束狀孔直徑(mm);N為同時(shí)起爆束裝孔個(gè)數(shù)。當(dāng)量球狀藥包是以束狀孔的等效直徑為計(jì)算依據(jù)，進(jìn)行球狀藥包裝藥設(shè)計(jì)的組合漏斗爆破如圖2所示。隨著質(zhì)點(diǎn)到束狀孔口距離(R)的增大，到一定距離后，束狀孔疊加效果逐漸減小，逐漸接近于等效大孔爆破時(shí)的狀態(tài)，束狀孔孔間距(l)越小，這種變化趨勢(shì)越明顯。束狀孔孔間距(l)增大到一定程度時(shí)，破壞作用相當(dāng)于最近單孔的爆破效果。當(dāng)l=3.5～9d時(shí)，疊加效果好。2爆炸損失試驗(yàn)及l(fā)cr法的充電工程設(shè)計(jì)2.1尾礦庫(kù)采空區(qū)段遼寧排山樓黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司(下稱“排山樓金礦”)是中國(guó)黃金集團(tuán)公司的主要礦山之一，1997年開(kāi)始投產(chǎn)，采用露天開(kāi)采。2002年由露天開(kāi)采轉(zhuǎn)為地下開(kāi)采。排山樓金礦露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采后，利用露天坑作為尾礦庫(kù)存放干排尾砂。應(yīng)用有底柱空?qǐng)霾傻V法開(kāi)采露天境界外的礦體。隨著回采工作面的下降，由于頂板圍巖滯后冒落，形成了規(guī)模較大的不連續(xù)的采空區(qū)，其中275m中段以上形成的采空區(qū)面積達(dá)11250m2(見(jiàn)圖3、圖4)。為防止空區(qū)冒落危害，通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)工作，根據(jù)空區(qū)幾何形態(tài)、圍巖力學(xué)特性與監(jiān)測(cè)結(jié)果，排山樓金礦決定采用限制采空區(qū)尺寸和充填廢石限制空區(qū)冒落地表的處理方案。鑒于井下空區(qū)面積大，從井下無(wú)法充填，為此采用從地表空區(qū)正上方施工多個(gè)充填井，將廢石由地表充填井填入空區(qū)。經(jīng)過(guò)對(duì)空區(qū)形狀與巖體性質(zhì)分析，排山樓金礦決定采用VCR法由下向上逐層爆破形成充填井。2.2爆炸泄漏試驗(yàn)2.2.1巷道頂頂位置爆破漏斗試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在與VCR法爆井地點(diǎn)巖石性質(zhì)相同的地點(diǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察選擇在275m中段東側(cè)廢棄的主巷道頂板上。為避免爆破漏斗相互疊加影響試驗(yàn)準(zhǔn)確性，試驗(yàn)孔間距5m以上。2.2.2炮孔直徑的確定本次試驗(yàn)采用單孔同段爆破漏斗試驗(yàn)，設(shè)計(jì)孔深0.4～1.4m，共6個(gè)孔。試驗(yàn)采用的炮孔直徑為65mm。炸藥選用乳化防水炸藥，采用等量球狀藥包裝藥(長(zhǎng)度與直徑比為5)，藥卷直徑60mm，藥卷長(zhǎng)度300mm，藥包質(zhì)量0.96kg。2.2.3藥包埋深的影響爆破漏斗試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。依據(jù)表1繪制爆破漏斗體積與藥包埋深的關(guān)系曲線，如圖5所示。根據(jù)爆破漏斗體積與藥包埋深的關(guān)系曲線，確定爆破藥包的最佳埋深為0.54m，爆破漏斗體積為60.8×10-3m3。2.3靜脈ctr法填充巖石，爆炸及施工2.3.1充填井直徑分布以Ⅵ線充填井為例，井深為75m，作業(yè)位置為露天坑北側(cè)平臺(tái)，充填井直徑4m，共布置11個(gè)孔徑為150mm鉆孔(見(jiàn)圖6)。穿孔設(shè)備為XY-2B型地質(zhì)鉆機(jī)，百米偏心率不超過(guò)0.5m。2.3.2藥包長(zhǎng)度的確定1)炮孔等效直徑。依據(jù)充填井鉆孔布置特點(diǎn)，爆破由內(nèi)向外分兩段，即中心1#～5#孔為1段，6#～11#孔為2段，采用毫秒微差起爆。由公式(3)計(jì)算，炮孔等效直徑為335mm。2)炮孔裝藥長(zhǎng)度。根據(jù)VCR法爆破理論，裝藥長(zhǎng)徑比小于6的可按球狀藥包處理，實(shí)際爆井長(zhǎng)徑比為5，計(jì)算裝藥長(zhǎng)度為1675mm。取裝藥長(zhǎng)度為1.7m。3)藥包最佳埋深。利用利文斯頓爆破漏斗理論，把礦山實(shí)際爆破漏斗試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入公式(2)，計(jì)算得最佳埋深為1.75m。2.3.3覆蓋物放射線排山樓金礦充填井施工裝藥結(jié)構(gòu)如圖7所示。先在孔底部用鐵絲吊裝封堵環(huán)(水泥塞)，其上倒入干沙，裝沙高度為0.7m;再用導(dǎo)爆索捆綁一袋乳化炸藥作為起爆藥包(3kg)放到沙面上，然后裝入所需的乳化炸藥;最后上面覆蓋高1m干沙作為充填堵塞材料。導(dǎo)爆索出露孔口1～2m，用導(dǎo)爆管雷管與導(dǎo)爆索連接，用電子激發(fā)器起爆。2.3.4爆炸過(guò)程和效果Ⅵ線充填井井深75m，共歷時(shí)30d進(jìn)行了28次爆破，平均每循環(huán)進(jìn)尺2.67m，爆破成井規(guī)格、質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求(見(jiàn)圖8)。2.3.5藥包充填料使用注意事項(xiàng)1)為保證斷面規(guī)格和孔間間距，鉆孔垂直度和平行度必須得到可靠保證，要求鉆孔偏斜率小于0.5%。2)每次爆破前、放置藥包前及放置藥包后，均需專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)測(cè)量的人員進(jìn)行深度測(cè)量，并作好詳細(xì)記錄。3)根據(jù)炮孔直徑選擇合理直徑的藥卷，避免裝藥時(shí)，由于炮孔孔壁破碎巖石的作用，產(chǎn)生裝藥堵塞現(xiàn)象。4)為避免“盲炮”產(chǎn)生，充填井爆破時(shí)，同一孔內(nèi)采用雙導(dǎo)爆索、雙導(dǎo)爆管雷管并聯(lián)使用。5)爆破近地表剩余深度小于8m時(shí)，為了施工安全，采用分段裝藥孔內(nèi)微差一次起爆。3方面施工難點(diǎn)1)VCR法爆井在井下天井掘進(jìn)中已經(jīng)有成功應(yīng)用的案例，但天井施工井深都小于50m，排山樓金礦應(yīng)用VCR法成功地實(shí)現(xiàn)了高75m充填井爆破施工，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。2)利用VCR法實(shí)現(xiàn)在采空區(qū)上高充填井掘進(jìn)，杜絕了普通法在空區(qū)上方施工天井的安全隱患，為采空區(qū)充填或開(kāi)“天窗”開(kāi)辟了新的途徑。3)VCR法施工天井高度的關(guān)鍵取決于施工鉆孔的精確度,排山樓金礦通過(guò)選用XY-2B型地質(zhì)鉆機(jī),改