VCR法开掘采空区充填井技术研究.DOC

1、 VCR法 开掘采空区 充填井 技术 研究 任凤玉 翟会超 （东北大学 ，沈阳 110000） 摘 要： 排山楼金 矿 用 充填法处理露天边坡之下的大型采空区， 需在空区顶部从地表打充填井 。由于采空区的高度大，而且处于亚稳定状态，充填井的安全施工技术，成为实施充填方案的关键技术。 研究 选 用 VCR 法深孔爆破技术 开掘充填井， 爆破参数 根据利文斯顿原理 及漏斗试验 确定 。 经实践验证， VCR 法在爆破地表充填井上取得了良好的效果，成功地开掘了直径约 5m、深度约 70m 的充填井。 最后 ， 文中 结合 VCR 法施工过程中存在的堵孔问题进行分析，提出了应对 和避免堵孔的方法 。

2、关键词： VCR 法 ； 爆破 漏斗试验 ； 深孔爆破成井；微差爆破 中图分类号 ： TD85-9 Study on the VCR Method to Excavate Packed Well of Gob Ren-feng yu Zhai-hui chao （ Northeastern University， Shenyang 110000,China） Abstract: Back filling method is applied to resolve a large-scale gob where is under open-pit slope in Paishanlou gold

3、mine, which needs us to excavate packed wells from the earth surface to the roof of the gob. However， because of the considerable height and low stability of gobs, safe construction packed wells become key skills to implement filling schemes. Deep-hole blasting technique with VCR method is applied f

4、or packed wells, whose values of blasting parameters are set according to Livingston principles and the tests of blasting cone. The practice shows that excellent effects have been gained to blast packed wells on the surface with VCR. A 4m radius and 70m depth of packed well has been triumphantly for

5、med. Finally, measurements are presented for solving jammed problems of blast holes. Keywords: VCR method; Tests of blasting cone; Packed well formation by deep-hole blasting; Millisecond blasting 1 概 述 排 山楼金矿 露天转地下 应用 有底柱空场法开采 ， 在 露天 北 帮 的下部 形成 纵向跨度近140m、 横向跨度近 70m，水平投影面积约 11200m的较大采空区 1。 露天坑作为尾矿库堆

6、存含氰根 尾矿，设计堆存标高 +400m 水平， 从而 要求 保护采空区的部分地表不塌陷 。 为此，在井下留下了 L 型支撑矿柱，以限制采空区的进一步扩大；同时，设计用充填法 处理 采空区 。根据所留“ L”型矿柱的位置， 以 VI 线为界划分南北两个 空区 ，分步 实施废石充填、碎石混凝土接顶的 处理方案 。 该方案 需在地表开掘充填井 ， 由于采空区高度大，且处于亚稳定状态，如何 保证 充填井的安全施工，成为实施充填方案的关键。 经研究选用 VCR 法爆破技术 25开掘地表充填井。依据空区形态， 共设计 3 条充填井，分别位于 IV 线、 VIII 线与 XII 线附近，先施工空区稳定性较

7、好的 IV 线与 VIII 线 的 充填井， 待其 充 满废石、 使 XII 线 附近 空区的冒落危害 大大 减小后，再施工 XII 线 充填井。 前期 充填井的位置及空区剖面形态 见 图 1。 Fig.1 The location of packed wells and the cross-section of the gob and packed well 2 VCR 法 开掘深井 技术 VCR 法爆 破基于利文斯顿爆破漏斗 原理 6，应用球状药包爆破， 自下向上爆破，以下部空区为自由面，实施倒置漏斗爆破 。当 空区顶板具有一定厚度时，实施 VCR 法爆破具有较高的安全性 ，同时该方法具有

8、 较高的施工效率。 2.1 VCR 法 爆破参数 确定 经过对矿山岩石岩性分析， 及爆破漏斗试验结果 ： 图 1 前期充填井位置及空区剖面形态图 Fig （ a）充填井地表位置 7800m 7900m 充填井1 充填井 IV VI VIIII X XII 9000m 9100m 穿穿穿穿穿左穿下盘运巷采空区采空区采空区充填井 9100m 400m 350m 330m 300m 275m 250m （ b） IV 线充填井剖面图 Fig.2 Relationship between volume of Tests of blasting cone and embedded depth 装药 密度

9、不 应 小于 1002.5 kg/m3。 采用 防水乳化炸药 （包） ， 药包 长 450mm、直径 120mm，密度为 1007kg/m， 炮孔直径 150mm。 兼顾爆破夹制性及充填能力要求， 采用中心与大小圆两层布孔方案，中心布置一个炮孔，小圆半径 1m，在圆周上均匀地布置 4 个炮孔；大圆半径 2m,在圆周上均匀地布置 6 个炮孔 ，其中 8#与 11#孔连线垂直 2#与 3#孔连线 ，这样炮孔总数为 11 个（如图 3），炮孔孔深最大 69.8m，最小 64.1m，平均孔深 66.5m。采取 孔外 微差、单分层爆破。利用毫秒微差爆破 7，微差时间 50ms，段别为 1 段、 3 段和

10、 5 段。 由内向外微差 起爆 ，使外侧孔有下向和侧向的爆破能力。 爆破采取导爆索起爆药包，导爆管传爆网络。 依据利文斯顿漏斗理论及相似定律， 同时考虑同段起爆平行孔的等效作用 8，确定装药长度在 1.5m2m， 埋置深度 1.21.5m， 分层爆破高度为 23m。 Fig.3 Layout diagram of blast holes 在爆破至地表约 8m 左右时采取一次起爆的方法，装药长度不超出 6m， 下部填砂500700mm，上部填砂 1.52m， 联线后在爆破井口 5m 直径范围铺布压砂，防止飞石。同时 设好 400m 范围的露天地表警戒。 2.2 VCR 法 工艺与施工 效果 VC

11、R 法 工艺 主要包括： 铁丝 下放封堵环；填砂；测量填砂量； 导爆索 下放 药包；测量药包高度；填砂；测量填砂量 ；联线起爆 。（见图 4） 药包埋置深度（ ）爆破漏斗体积10 -3立方米图 2 漏斗试验体积与埋置深度关系曲线 1.2.3. 炮孔序号 图 3 炮孔布置示意图 Fig.4 Structure diagram of charging with VCR method 在施工过 程中， 用测绳准确测量砂面高和药包高度， 下部填砂高度 要控制在 700mm 以下，上部填砂控制在 1.52m 之内 。最后一次爆破层高应 兼顾安全 和 爆破效果等因素，宜在7m8m 范围内一次 连续装药 分

12、段起爆。 排山楼充填井 按照 爆破参数实施 VCR 法 爆破，经 23 次分层起爆和 1 次近地表 7.8m 全高起爆，成功开掘直径 约 5m，深度约 70m 的 似圆形 充填井 （ 图 5） 。分层爆破中， 分层高度在 2.1m3.4m， 装药 长度 1.5m2.6m， 装药密度达 1019kg/m，炸药单耗 4.17.3kg/m。 Fig.5 Construction effect of VCR method 图 5 VCR 法爆破施工效果 图 4 VCR 法装药结构图 铁丝 导爆索 填砂 药包 填砂 封堵环 采空区 2.3 VCR 法 堵孔 问题及 处理 措施 VCR 法爆破施工过程中常

13、常 出现堵孔 现象。 堵孔 方式主要有三种 ： 一是下放 药包堵孔、二是爆破震落块石 堵孔、 三是药包上方覆盖砂层被挤实 堵孔。 （ 1） 下放药包时卡药。在投放药包前 需将封堵环用铁丝悬吊下放，然后填砂，再用导爆索捆绑第一个药包下放至砂面，最后投放其余药包。这时，孔内空间被铁丝和导爆索分隔，再加上炮孔非完全铅直向下且孔壁 不光滑 。都会增加药包下放时的运动阻力，造成药包堵孔。且越接近地表越容易堵孔 。 （ 2） 石块堵孔。 为增大炮孔起爆的可靠性，我们 采用导爆索 微差 起爆 用非电导爆管在孔外引爆导爆索，导爆索在引爆孔底药包的同时，也使上部炮孔边壁遭 到一定程度的 破坏，特别是受爆破震动影

14、响，使靠近爆破区的孔壁 常 常 形成碎块脱落而堵孔 ；此外 ， 图 3 所示炮孔布置形式中，我们试验过 1#孔不装药，结果 受 2#4#孔挤压作用， 造成 1#孔 发生 石块堵孔 现象 。 （ 3） 填砂 层 爆 后堵孔。 药包投放后，在上部填 1.5m 左右的细粒河砂。 本工程施工中 发现 ， 当 1#5#孔为一段 起爆 时 ， 1#孔 上部 的 填砂层 经常发生 堵孔事故 ； 再者 ， 填砂高度 过大过小都容易 造成 填砂 层堵孔。此外， 装药密度不够时， 在爆破区内容易发生爆渣堵孔 。 针对上述堵孔现象 ，我们 采取 了如 下处理措施 ： （ 1） 当药包堵孔时，采用 公路洒 水车向炮孔

15、 灌水冲 刷 可处理堵孔问题 。 后来将投放药包的直径从 120mm 减小到 90mm， 避免了堵孔现象 。 （ 2）在爆破可靠 性 得到保障的前提下，尽量采用单导爆索起爆，以减小对炮孔的破坏。当堵孔发生时，有条件的矿山可 采 用钻机透孔。不具备此条件时， 采用绳吊铁棍或铁钎人工夯击石块，或对 堵孔不装药起爆周围炮孔的方式进行处理。 （ 3） 填砂堵孔发生时，可用灌水及钎子插入疏通的方式透孔。 施工操作 发现上部填砂高度 在 1.4m1.7m 之间堵孔现象较少 ；再者，当 1#孔可与外侧 6#11#并段或单独为一段起爆，与 2#5#微差起爆时 1#5#孔不发生堵孔现象。 3 结 论 （ 1）

16、排山楼金矿 采空区处于亚稳定状态， 采用井下留矿柱和从地表逐段充填的方法防止采空区 地表塌陷， 为此 需要 解决在 采空区顶板 安全施工 充填井 的工艺技术难题。 （ 2） 本次进行的 VCR 法掘井 试验 在排山楼金矿 取得良好效果， 经过 23 次分层起爆和 1次近地表 7.8m 的 全高起爆 ， 成功地 开掘出 一条 深度约 70m，直径约 5m 的充填井。 （ 3）分析表明，用 VCR 法 在采空区顶板 掘井， 安全性 好， 效 率高，是一项经济实用的掘井新 方法。 参考文献 1翟会超 ,任凤玉 ,曹建立 .FLAC3D 与 RG 井下录像 系统在复杂采空区处理中的应用 J.金属矿山

17、.2010.(7):136 139. 2林德余 .矿山爆破工程 M.冶金 工业出版社 ,1993. 3李政 ,卫明 .大直径深孔爆破成井技术在安庆铜矿的应用 J.世界采矿快报 .1998.(8):24 26. 4安 萍 .VCR 法在湖北白莲河电站尾水闸门井开挖中的应用 J.爆破 .2007.24(2):28 31. 5谢诚 ,莫志勇 .深孔爆破成井法在东大山矿的实践 J.冶金矿山设计与建设 .1996(4):40 42. 6孙再东 ,李寿喜 ,彭建华 .VCR法 爆破参数选择与爆破漏斗试验 J.长沙矿山研究院季刊 .1984.4(4):1726. 7吴腾芳 ,王凯 .微差爆破技术研究现状 J.爆破 .1997,14(1):53 57. 8孙忠铭 ,陈何 ,王湖鑫 .束状孔等效直径当量球形药包大量落矿采矿技术 J.采矿科学技术前沿论坛论文集 .2006:4 6. 作者简介 任凤玉 1956 生 男 汉族 博士生导师 教授 采矿工程专业 东北大学 研究方向：采矿方法、放矿理论， 多年深入现场研究崩落矿岩移动规律与岩体冒落规律 电 话 13019353048 电子信箱 通讯地址：辽宁省沈阳市和平区 东北大学 资源与土木工程学院 采矿工艺研究中心 老校部 335 室 邮 编： 110000