沙溪铜矿大直径深孔VCR法拉槽破顶爆破工艺现状分析与优化.pdf

世界有色金属2023年6月上190沙溪铜矿大直径深孔VCR法拉槽破顶爆破工艺现状分析与优化王振乾（安徽铜冠（庐江）矿业有限公司，安徽 合肥 2 3 0 0 0 0）摘 要：V C R法拉槽破顶时返冲矸石量过大以及对边帮破坏严重，一直是矿山作业中非常头疼的事情，这一问题长期得不到解决不仅影响爆破效果，更会对后续各类作业带来很大的安全隐患和风险。通过优化爆破工艺，我们克服了已有技术中的不足之处，探索出了新的V C R法拉槽破顶爆破工艺，解决了这个难题，提高了爆破效果，改善了出矿条件，规避了各类安全隐患和风险。通过一段时间的应用后效果很好，为同行业和同类矿山提供了很好的参考和借鉴。关键词：V C R法；破顶；反冲矸石；爆破工艺；规避中图分类号：T D 2 3 5.4 5 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 1-0 1 9 0-3Top breaking blasting technology of large diameter deep hole VCR farad groove Current situation analysis and optimization in Shaxi copper mineWANGZhen-qian(A n h u i T o n g g u a n (L u j i a n g)Mi n i n g C o.,L t d,He f e i 2 3 0 0 0 0,C h i n a)Abstract:Wh e n t h e V C R F a r a h t r o u g h r o o f i s b r o k e n,t h e a mo u n t o f b a c k f l u s h i n g g a n g u e i s t o o l a r g e a n d t h e s i d e s l o p e i s s e r i o u s l y d a ma g e d,w h i c h h a s a l w a y s b e e n a h e a d a c h e i n mi n e o p e r a t i o n,I f t h i s p r o b l e m i s n o t s o l v e d f o r a l o n g t i me,i t w i l l n o t o n l y a f f e c t t h e b l a s t i n g e f f e c t,b u t a l s o b r i n g g r e a t p o t e n t i a l s a f e t y h a z a r d s a n d r i s k s t o s u b s e q u e n t o p e r a t i o n s.B y o p t i mi z i n g t h e b l a s t i n g t e c h n o l o g y,w e h a v e o v e r c o me t h e s h o r t c o mi n g s o f t h e e x i s t i n g t e c h n o l o g y a n d e x p l o r e d a n e w V C R f a r a d g r o o v e t o p b r e a k i n g b l a s t i n g t e c h n o l o g y,T h i s p r o b l e m h a s b e e n s o l v e d,t h e b l a s t i n g e f f e c t h a s b e e n i mp r o v e d,t h e o r e d r a w i n g c o n d i t i o n s h a v e b e e n i mp r o v e d,a n d v a r i o u s p o t e n t i a l s a f e t y h a z a r d s a n d r i s k s h a v e b e e n a v o i d e d.A f t e r a p e r i o d o f a p p l i c a t i o n,t h e e f f e c t i s v e r y g o o d,w h i c h p r o v i d e s a g o o d r e f e r e n c e f o r t h e s a me i n d u s t r y a n d s i mi l a r mi n e s.Keywords:V C R me t h o d;Ro o f b r e a k i n g;Re c o i l g a n g u e;B l a s t i n g t e c h n o l o g y;A v o i d收稿日期：2 0 2 3-0 3作者简介：王振乾，男，本科，采矿工程师，研究方向：采矿工艺技术。空场法采矿普遍使用VCR法进行拉槽爆破成井后再进行大规模回采，所谓破顶，就是拉槽区的最后一次爆破。破顶工作必须一次性成功，否则会造成悬顶情况，处理难度大且不安全，因此破顶时爆破工艺的各类参数选择非常重要。破顶时顶板厚度过大会导致药量高对采场边帮及底部结构冲击影响较大，且容易形成大块、卡结；厚度过小，不利于装药作业安全。破顶的区域过小会出现大面积的返冲矸石，矸石堆经常高达2m铺在硐室中长达十几米，不仅堵塞炮眼，而且清理时往往要人工驾驶铲运机在空区边缘作业，安全风险很大；破顶区域过大，装药环节繁琐，同时药量较大，对采场及底部结构破坏严重。微差间隔时间也会影响破顶效果，间隔过短，岩石膨胀后没有足够的补偿空间容纳，容易出现“挤死”现象；间隔时间过长，先爆的孔对后续孔造成冲击出现“掉药”现象，同时不利于爆破应力波的叠加和矿石碰撞，爆破震动大、大块较多。面对沙溪铜矿超大规格采场（长 80m，宽 30m，高120m），如何在破顶时既能确保安全又能提高爆破效果，降低反冲矸石量，保护岩体稳定，成为研究的重中之重。我们通过多次爆破试验研究，不断优化调整了破顶爆破工艺的各类参数，实现了这一目标要求，对于矿山安全生产意义重大。1 拉槽破顶爆破工艺现状分析1.1 破顶区域采场的破顶范围，尺寸为22m*13m，面积286m2。破顶时自槽区向外，左右外扩一排，上下各扩3排。1.2 破顶前形成的采场轮廓破顶前采场顶板厚度自槽区向外依次增大，槽区第一圈孔L1L5孔深为15m，槽区第二圈L6L11孔深为16m，槽区第三圈L12L18孔深为17m，槽区外侧崩第一排36号孔深为18m，侧崩第二排2号和7号孔深为19m，侧崩第三排1号和8号孔深为20m。破顶前采场轮廓如图1所示。图1破顶前采场轮廓图2023年6月上 世界有色金属 1911.3 装药孔布置拉槽区除中心孔L0不装药以外其余孔全部装药，包括槽区第一圈5个孔，第二圈6个孔，第三圈8个孔，共计19个孔装药，装药布置图如下图2所示。拉槽区以外的破顶区域的孔，三个孔在一起的用竖直孔，两个孔在一起的用最长的孔。图2拉槽区装药孔布置图1.4 装药方式及结构拉槽区孔采用连续装药分层爆破的方式进行，一个15m深的孔，底部堵坨加填塞1m，分三层，下层装药6条，中层和上层装药5条，每层之间黄沙间隔2m，装药结束后，第一圈孔口留2m，第二圈留2.5m，第三圈留3m。拉槽区以外的孔装药采用间隔装药（一条炸药一根毛竹），通过图1可以看到，37号孔全部为0.6m长毛竹间隔，装药至孔口留2m；1号和8号孔全部为1m长毛竹间隔，利于保护边帮防止垮落严重，装药至孔口留2m。1.5 药量配置及起爆顺序拉槽区单孔药量为16条，共19个孔，为304条。拉槽区以外的孔：孔深18m的单孔药量为15条，共6个孔，为90条；孔深19m的单孔药量为16条，共8个孔，为129条；孔深为20m的孔单孔药量为11条，共8个孔，为88条。合计611条药，每条重9kg，长0.5m，直径140mm，因此总药量为5499kg。起爆时，拉槽区第一圈下层先响，紧接着是第二圈下层、第三圈下层，下层爆破后为中层自里向外，中层结束后是上层，槽区爆破后是6号孔，接着4号、5号、2号、7号、1号、8号孔依次进行起爆。1.6 效果评价破顶以后我们对现场进行跟踪调查，发现拉槽区附近的硐室返冲上来的矸石量很大，从破顶区域一直向外堆积长达10几米，这严重影响了后面爆破工作，每次都要人工驾驶铲车进入采场将矸石推入采场中，给作业人员带来很大的安全风险和隐患。同时我们对回采结束的采场进行了空区探测，发现靠近槽区的边帮普遍存在垮塌严重的情况，岩体状况较差的采场有时垮塌多达十几米，这既增加的采场大块、不利于采场空区管理，更不利于后期二步骤回采。破顶后的矸石在出矿时明显大块率较高，2021 年全年平均大孔爆破后每出1吨矿石需要二次爆破消耗炸药0.1kg；但是破顶后每出1吨矿时炸药单耗往往高达0.2kg0.3kg，同时伴随卡结次数很多，这给现场作业人员带来了很大劳动强度和安全风险。针对破顶所产生的各类影响和问题，我们进行了攻关和试验研究，对各类参数、工艺进行了优化调整，具体如下：2 优化后的破顶爆破工艺2.1 破顶区域通过观察发现破顶后返冲矸石量基本分布在靠近槽区的凿岩硐室两边，因此我们增大了破顶区域范围，也就是说由原来槽区左右扩一排变为左右各扩两排。优化后的采场的破顶范围拉槽区左右宽度有13m增大至19m，上下的长度未变，破顶面积为335.4m2，较之前286m2，增大49.4m2。2.2 破顶前形成的采场轮廓由于破顶区域增大了，介于庐江县应急管理局对沙溪铜矿的单次最大药量的限制，单次爆破药量不能超过5.6吨，因此需要在安全的情况下适当降低采场的顶板厚度，为此我们查阅了相关资料并经过应力学计算，认为“三角形”顶板轮廓结构是比较稳定的，结合实际情况反复试验后确定顶板厚度为：槽区第一圈12m，第二圈13m，第三圈14m，槽区外A剖面线上外扩第一排顶板厚度15m，第二排顶板厚度18m；B剖面图上槽区向外扩第一排顶板厚度16m，第二排顶板厚度18m，第三排顶板厚度20m。破顶前采场轮廓线如图3所示。图3优化后剖面图破顶区域顶板厚度调整以后，虽然槽区厚度有所减小，但是轮廓线更趋向于“三角形”，形成了一个更稳定的弧形三角结构面。世界有色金属2023年6月上1922.3 装药布置前期拉槽区总共20个孔，其中19个装药，实际运用中发现，槽区药量过于集中，且相邻孔之间距离太近，互相之间会产生影响，往往前面先响的孔会带掉后面响的孔，引起炸药拒爆现象，同时对周围岩体破坏较大，尤其是反冲的矸石量很大。我们通过试验发现适当减少装药孔数量并优化装药孔布局，可以达到较好爆破效果。优化后的装药布置：拉槽区第一圈5个孔装药3个孔，槽区第二圈6个孔装药4个，槽区第三圈8个孔全部装药。拉槽区以外的破顶区域的孔仍然是三个孔在一起的用竖直孔，两个孔在一起的用最长孔。优化后拉槽区装药如图4所示：图4优化后的拉槽区装药孔布置图2.4 装药方式及结构拉槽区孔采用连续装药分层爆破的方式进行，第一圈孔深12m，底部堵坨加填塞1m，分三层，下层装药6条，中层装药5条，上层装药1条，每层之间黄沙间隔1.3m，孔口留2.4m；第二圈孔深13m，底部堵坨加填塞1m，分三层，下层装药7条，中层装药6条，上层装药1条，每层之间黄沙间隔1.3m，孔口留2.4m，第三圈孔深14m，底部堵坨加填塞1m，分三层，下层装药8条，中层装药7条，上层装药1条，每层之间黄沙间隔1.3m，孔口留2.4m。为降低大块率，我们降低了层与层间隔高度为1.3m，并将所有孔口预留长度设为2.4m；为控制返冲矸石，最上面一层全部只装1条药。拉槽区以外的孔装药采用间隔装药（一条炸药一根毛竹），由于破顶时药量较大、药量集中，为了更好的保护周围岩体和边帮的稳定性，我们优化调整了用1m毛竹间隔的孔数和范围，就是破顶区域最外一侧的孔全部用1m毛竹间隔装药，其余全部用0.6m毛竹间隔装药，装药至孔口留2m。2.5 药量配置及起爆顺序拉槽区第一圈3个孔装药，单孔药量为6+5+1=12条；第二圈4个孔装药，单孔药量为7+6+1=14条；第三圈8个孔装药，单孔药量为8+7+1=16条；槽区共计248条药；孔1陈寿图,马英芳.论VCR采矿法爆破理论与回采工艺的先进性J.有色金属(矿山部分),1987(03):56-57.2陈佳,方志甫,雷文杰.沙溪铜矿厚大矿体采矿方法设计J.现代矿业,2014,30(07):54-56+58.3刘保国.顶板来压后工作面端头顶板的结构形式、稳定性及支护措施J.山东矿业学院学报,1991(04):367-372.深16m用0.6m毛竹间隔装药，单孔药量为13条，共计2个孔，合计26条；孔深18m的用0.6m毛竹间隔装药，单孔药量为15条，共12个孔，合计180条；孔深20m的用1m毛竹间隔装药单孔药量为11条，共12个孔，合计132条；总计586条药，每条重9kg，长0.5m，直径140mm，因此总药量为5274kg。起爆时，拉槽区第一圈下层先响，紧接着是第二圈下层、第三圈下层，下层爆破后为中层自里向外，中层结束后是上层，槽区爆破后是3、6号孔，接着4号、5号、2号、7号、1号、8号、4号、5号孔依次进行起爆。具体见如药量及雷管段次配制图。优化后总药量降低225kg，将槽区最上面一层药量由45kg调至最低9kg；适当增加了雷管延期时间，尤其是槽区最后一响由880ms延长到1400ms，这样先响的孔为后响的孔提供充足自由面，避免孔之间互相影响而增加返冲的可能性，另外横向上两边最后一排用段次HS12和HS13使得槽区返冲矸石大部分落地后再爆，将可能返冲的矸石侧蹦推入空区中，避免了矸石堆积的可能性。2.6 效果评价通过爆破工艺的优化调整，破顶以后我们对现场效果进行了跟踪，发现破顶后返冲上来的矸石量大大降低，几乎不需要人工清理。采场回采结束后进行了空区探测，发现靠近槽区的边帮垮塌情况有了不少改善，垮塌量明显减少。爆破工艺优化后，破顶后的矸石大块率明显降低，每出1吨矿石需要二次爆破消耗炸药基本维持在0.1kg以下，同时卡结次数大大降低，提高了出矿效率降低了安全风险。3 结论我们扩大了破顶范围，使得返冲上来的矸石在破顶时被推掉；降低了顶板厚度、优化了孔深分布，降低了破顶的药量，确保了装药安全；减少了槽区装药孔数，增加了1m毛竹间隔的孔数，避免药量的集中，确保了岩体稳定；创造性的使用在拉槽区最上面一层只装1条药的方式、减小了第二圈和第三圈孔口预留长度，大大控制了返冲矸石量并降低了大块率；适当增大了雷管延期时间，既确保足够自由面，又提高了矿石互相碰撞的可能，有效控制了返冲矸石量，提高了爆破效果。实际操作过程中，为确保破顶效果，我们都会将破顶区域下方的采场进路出空，确保爆破冲击波及时走掉，避免上返，彻底解决了大直径深孔VCR法拉槽破顶效果不佳这一现状，消除了矿山作业各类安全风险和隐患，为同行业提供了很好的参考和借鉴。