VCR法爆破成井技術在馬坑鐵礦中的應用

陳進海

(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出。爆破時，根據爆破漏斗試驗的最佳埋深確定VCR法藥包的最優(yōu)埋深及孔底堵塞長度，最終由下往上逐層爆破，每層爆破不大于3 m。實踐證明，采用VCR法技術施工天井具有工藝簡單、作業(yè)條件安全、效率高、便于安全管理等優(yōu)點，目前在馬坑鐵礦成功應用，并取得了良好效果。

1 VCR法爆破成井技術方案

以馬坑鐵礦西區(qū)混合井+18～+90 m 水平回風天井為例進行VCR法爆破方案設計，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備采用T150，孔徑Φ150 mm，設計Φ3.8 m的圓形天井，共布置13個炮孔。

1.1 爆破參數的確定

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。

根據礦山的爆破漏斗試驗結果，該礦山的圍巖藥包最優(yōu)埋深為2.52 m。根據爆破漏斗理論，以中心炮孔爆破形成的圓錐形自由面進行爆破，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，此次設計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行爆破，以增加爆破的成功率。

1.2 爆破布孔設計

根據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，同時考慮到大直徑深孔鑿巖時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，裝藥掏槽孔4個，中孔空孔1個。具體設計炮孔平面布置見圖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 裝藥結構

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；每次爆破裝藥時先要將孔內水吹凈，通孔后用16#鐵絲下吊1個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，裝藥系數為50%。由于爆破后會造成同一圈孔深淺不同，需按實際情況進行調配，使各孔的藥面基本保持在同一高度。最后填塞細砂 1.5 m。爆破至5.1 m左右時，將一次性對天井進行破頂爆破。正常爆破單孔裝藥結構見圖2，破頂爆破時單孔裝藥結構見圖3。

圖2 正常爆破單孔裝藥結構

圖3 破頂爆破時單孔裝藥結構

按設計裝藥結構進行裝藥時，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，再按設計進行孔底干砂充填。充填完畢后測量孔深，符合要求后開始裝藥，將導爆索牢固纏繞藥包二道后緩慢下放至孔內，裝藥后要測量裝藥高度是否符合設計要求，確認無誤后按設計進行填塞工作。填塞材料為干砂，以防堵孔。

1.3.2 起爆網絡

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

起爆網路敷設順序由最里孔開始，依次向導爆索主干線方向敷設。首先，將各孔的毫秒導爆管雷管按已確定的微差段數與起爆體相連，然后，逐個并聯到主導爆索上，用膠布捆扎好。導爆索網路連接采用搭接法，搭接長度為20～30 cm，用膠布捆扎好。網路上各分支導爆索與主網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。導爆索網路中不允許繞成環(huán)狀或線扣，以防拒爆，主導爆索為雙股導爆索，并每隔1～1.5 m用膠布捆扎在一起，增加傳爆性。網路起爆順序：爆區(qū)溜井中間孔先行起爆，接著外圈起爆。

起爆采用導爆管—導爆索—導爆管—導爆索的起爆方式,起爆網路為起爆器→引爆非電導爆管→毫秒雷管→引爆主導爆索→起爆各孔非電導爆管→起爆各孔非電雷管→起爆深孔導爆索→起爆孔中炸藥，實現孔底起爆。爆破連接網路見圖4。

圖4 爆破連接網路及雷管起爆順序

1.3.3 爆破成井順序

根據以上裝藥結構，每次爆破藥面高度為1.96 m（孔底堵塞0.7 m+裝藥長度1.26 m），考慮到爆破對圍巖的破壞，且炮孔布置較多，破壞范圍將較大，故每次實際爆破進尺會大于裝藥深度，破壞區(qū)范圍取17%，每次實際爆破深度取2.3 m。按此計算，該天井將進行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 技術經濟指標

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

表1 各孔鑿巖情況

該設計方案爆破28次成井，每次平均爆破進尺2.4 m，實際爆破次數24次，每次爆破平均進尺2.8 m。爆破質量符合設計要求。單次爆破實際技術經濟指標見表2，設計與實際的指標對比見表3。

表2 單次爆破實際技術經濟指標

表3 設計與實際的技術經濟指標對比

3 爆破控制措施

（1）炮孔偏斜過大導致拒爆或沖孔。炮孔發(fā)生偏孔過大時，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，這將會對裝藥結構及爆破自由面產生影響，從而影響爆破效果，甚至產生拒爆及沖孔而使炮孔堵塞。

解決措施：深孔鑿巖施工前，須清理場地至硬地；施工完后，須對炮孔的孔底及孔口進行實測，發(fā)現兩孔的間距過大時，須進行補孔。

（2）裝藥結構不合理。因為在裝藥前及裝藥后測孔深度不準確，導致裝藥結構不合理，并極易造成以下幾種情況：孔底堵塞長度過長，使藥包埋深超過最優(yōu)埋深，從而產生孔底喇叭口，影響下次爆破裝藥時孔底堵塞過高而超過藥包允許最大埋深，導致孔內起爆致使炮孔破壞擠死；藥面上部填砂高度過高，在爆破時填砂會迅速上沖，而在孔內迅速聚集，容易導致堵孔；藥面上部填砂高度過短，在爆破時會造成爆破能量從上部孔口泄漏，導致沖孔，對孔口造成破壞，甚至孔口整個掀翻。

解決措施：在裝藥過程中，應對爆破前孔深、底部填充深度、裝藥高度、上部填充高度進行測量并控制好其高度。一般孔底堵塞長度為0.5～1.2 m，根據各孔深不同，裝藥時孔底堵塞砂面應在同一平面上，同時在裝藥后藥面也應在同一個水平面上，藥面以上的填砂高度一般為1～2 m。

（3）人工操作問題。在VCR法爆破過程中經常會因為操作熟練程度的問題或測孔的誤差導致爆破的炮孔堵塞，需要進行通孔，或者炮孔變窄，使得孔堵塞水泥預制塊無法下發(fā)至孔底。

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

4 結論

（1）隨著機械化大型設備的推廣，大直徑垂直下向深孔階段空場嗣后充填采礦方法將逐漸在中、大型礦山中推廣應用，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法爆破成井的關鍵技術在于測孔的準確性，只有確保測孔的準確，才能保證每個裝藥布置嚴格按照設計要求進行，如測孔不準確，將會使孔底產生喇叭口，這將導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，嚴重時會導致炮孔報廢，爆破作業(yè)無法進。測孔可采用測桿技術(測桿長0.5～1 m）提高測孔準確性。