大直径深孔爆破技术在矿柱回采中的实践与应用

大直径深孔爆破技术在矿柱回采中的实践与应用

摘要：通过对采空区充填体受力分析，指出减小爆破对充填体

的破坏作用是矿柱回采的技术关键之一。针对爆破的各种破坏方式，

提出了相应的对策，确定正确的爆破方案，选择合理的爆破参数并

实行切实可行的爱护措施，以此为高阶段大直径深孔采矿法在安庆

铜矿的全面应用供应技术保证。

关键词：高阶段大直径深孔采矿法；矿柱回采；爆破；胶结

充填体

1概述

安庆铜矿是铜陵有色金属（集团）公司一座大型采选联合企业,

设计采选规模3500t/do矿区主要矿体有3个，其中1*矿体占矿山

总储量80%以上，矿体厚3（f80m,倾角70°以上，矿岩稳固性较

好。设计采纳高阶段大直径深孔采矿法（即VCR法）回采，采场

垂直走向布置，划分为矿房和矿柱两部分，宽均为15m,高120nb

长即矿体厚度。分两步骤回采，先采矿房后采矿柱。矿房尾砂水泥

胶结充填，矿柱尾砂或废石充填。凿岩采

用Simba-261潜孔钻机钻中165mm下向深孔，孔深60nl（采场

分两段凿岩），台班40叱出矿采纳斗容3.8n?的，ST-5c铲运机，台

班效率500to

矿房回采的实践证明：高阶段大直径深孔采矿法效率高、成本

低、效益好、作业平安、劳动强度低。但是，将这种采矿方法用

于矿柱回采时，技术难度比较大，因为矿柱两侧均为胶结充填体，

且充填体高105m,侧向暴露面积达3000"5000m2,回采矿柱时，既

要获得良好的爆破效果，又要爱护好两侧的充填体。因此须要通过

对充填体进行受力分析，来确定合理的爆破参数。

2胶结充填体受力分析

2.1胶结充填体的动载试验

通过对灰砂比分别为1:4和1:10两种试件进行不同围压，不同加

载速率下的三轴抗压试验，获得的力学参数表明：胶结充填体反抗外

力破坏的强度，随围压的增加而增加，随加载速率的增加而增加。

2.2胶结充填体的受力分析

胶结充填体承受着自重、侧向矿岩应力释放、采场生产爆破冲击

等力学环境的作用，这种作用具有复合性、反复性和进展性。

侧向矿岩的应力释放规律是特别困难的，与矿岩本身条件、所处

位置以及回采依次都有内在联系，目前尚未弄清，但在回采矿柱时，

它是客观存在的。从胶结充填体反抗外力破坏的强度与围压的关系来

看，在肯定程度上围压可以为我们所用。

采场生产爆破冲击对充填体作用必需把握适当，从胶结充填体反

抗外力破坏的强度与动载速率的关系来看，胶结充填体在肯定程度上

可以经受爆破冲击，但它是有限度的。胶结充填体动载力学试验表明，

外力作用达到2.17MPa时，充填体即起先受到破坏。

以上分析说明，削减爆破对充填体的破坏是回采矿柱的技术关键

之一。这就要求爆破时要正确确定爆破方案，合理选择爆破参数，并

实行切实可行的爱护措施。

3确定合理的爆破方案

3.1崩矿方式

阶段或梯段侧向崩矿（柱状药包）虽然崩矿强度大，但它的主要

应力作用方向是侧向的，爆破能对侧边破坏作用较大，明显矿柱回采

的两排边孔不能采纳这种爆破方式。球状药包的应力场是呈球对称

的，爆破作用从球心以同等强度向外发散，能量利用率高，当采纳VCR

法崩矿时，多余的爆破能量干脆作用于矿点，对充填体破坏作用小。

因此，矿柱崩矿方式宜以VCR法为主，在中心部位，由于距离充填体

较远，适当地进行侧向崩矿（侧向崩矿高度8~10ni）,对充填体的破

坏不大，能加大崩矿强度。

3.2崩矿依次

依据应力分布规律，将采空区顶板限制成拱形，可以削减冒落。

在矿柱爆破时，依据图1的依次进行，监测表明没有发觉较大的冒落

现象，比矿房阶段或倒梯段崩矿时的冒落状况要好。

3.3起爆依次

起爆依次与爆破效果和爆破对充填体的破坏作用亲密相关。采纳

斜线起爆依次（图2）,可以从实质上更贴近因采场详细尺寸受限制

而难以做到的宽孔距、小反抗线的布孔方式，从而改善边排孔的爆破

条件（自由面由一个变为两个），并且变更边排孔的爆破破坏作用方

向（指向采场内侧），从而获得良好的爆破效果，削减对两侧胶结充

填体的破坏。

W—药包重量，kgo

4.1.1中间正常孔网参数

依据矿房爆破阅历，药包重量取25〜30kg为宜。依据(1)式，可

求得爆破漏斗的最优半径L二2~2.2m,考虑多个药包共同作用原理及爆

破效果，可初步确定孔网参数3m*3m。

4.1.2边孔与充填体的距离

在确定边孔与充填体的距离前，安庆铜矿做了16次小型爆破试

验。通过正交试验及分析得

出的结论是：边孔距充填体的距离最佳值为0.41m,最佳空气间

隔0174m。

依据爆破理论，矿柱回采大孔边孔距充填体的距离可用下式进行

计算：

A=a(Q/q)1/3

式中：A一大孔回采矿柱边孔距充填体距离，m；

a一小孔试验边孔距充填体距离，m；

Q一大孔每分层装药量，kg；

q一小孔每分层装药量，kgo

计算得到：矿柱回采最佳边孔距充填作距离为1.52m,由于矿柱

靠近充填体的矿石在矿房回采时，受多次爆破作用已有不同程度的破

裂，故举荐矿柱回采边孔距充填体距离为1.6nTl.8m,空气间隔相应

为每10kg炸药0.5飞.7mo

4.1.3边孔间距

为了减小侧崩时边孔对充填体的破坏，边孔间距应小于边孔与充

填体间距的2倍值（即小于3.2nT3.6m）。起先取2.5m）,但由于炮孔

偏斜，孔间距实际值有的大于2.5m,不增加药量将会产生大块，而增

加药量的就有充填料混入。经多次实践，考虑炮孔偏斜，为爱护充填

体，将炮孔间距适当缩小到2联

依据矿柱宽度15m的详细状况，采场布置5排炮孔，中间三排正常

孔排距3.2m,间距2.8m（侧崩反抗线），边孔间距2m,与正常孔排距

2.5m,与充填体间距L8m图（3）。

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图3矿柱炮孔布置图

4.2装药结构

图4装药结构示意图

中间孔药包重30kg,其相邻两孔药包重25kg；边孔距充填体较近,

一方面考虑矿房回采时

已经受到爆破作用产生龟裂，另一方面考虑炮孔的偏斜、合理的

分层装药量以8~15kg为宜。炮孔装药结构如图4所示，不同的药包埋

深和填塞长度见附表。依据这种装药结构，崩矿单耗为0.35kg/t。

通过对「矿柱和5’矿柱两个采场的矿石块度标定，大块率分别为

2.7%和1.9%,尾砂混入

率2.42%,说明上述的孔网参数和装药结构是合理的。

5胶结充填体的爱护措施

为了有效地爱护胶结充填体，实现矿柱的顺当回采，实行了以下

几个方面的措施。

5.1边排孔采纳空气间隔装药

采纳空气间隔装药，可降低爆破作用在炮孔壁上的压力峰值，延

长应力波作用时间，以减小对充填体的应力作用。空气间隔装药通过

在两药包

之间用竹筒或木棍代替砂子来实现。

5.2限制单响药量

矿房回采时的地震效应测试表明，爆破对四周的破坏作用主要取

决于单响药量的大小。因此，在矿柱爆破时，必需严格限制最大单响

药量。通过对尾砂胶结充填体动载力学参数的测定，1:10的尾胶破坏

临界质点振速为9.29cm/s,对应充填体破坏时的最大单响药量为

415kgo当倒梯段侧向崩矿爆破最大单响药量为300kg时，爆破作用在

充填体界面的最大动载压强为1.84MPa,仅为灰砂比1:10的尾砂胶结

充填极限动载抗压强度2.17MPa的84.7%,其平安系数为1.18通常把单

响药量限制在300kg以内。

5.3留矿爆破

在爆破过程中，仿照留矿法，采纳留矿堆落矿，严格限制采场内

空区的高度。采场内留矿堆，

相当于给充填体施加了围压，肯定程度上对充填体反抗外力作用

也是有利的。每次爆破后的出矿都应保证下次爆破有足够的补偿空

间。

安庆铜矿矿石松散系数为1.51.6,每次爆破后所需补偿空间高

度和崩矿高度应满意如下条件：

H=(0.5~0.6)h

式中：H—补偿空间高度，m；

h一崩矿高度，mo

5.4补孔

由于作业环境、钻机本身以及一些人为等因素，相当一部分炮孔

与设计有偏差，对于那些偏差较小的炮孔可以用增减药量来调整；对

于偏差较大的炮孔和偏入充填体内的炮孔，则只能重新补孔来弥补。

因为炮孔偏差较大忖，加大药量起不到明显的效果，反而会对充填体

有较大的破坏作用。

5.5监测

矿柱回采中的监测工作，主要是采场四周地压监测和充填体内