中国华冶科工集团安徽杜达分公司 北京 100176
摘要：矿山以下向深孔空场嗣后充填采矿法为主，一般中段高度为60m，经近多年的开采与试验研究，采矿方法已趋成熟，但仍存在大块率偏高、二步采矿柱时采场边帮垮塌，充填体混入矿堆等问题。由于前些年铁矿石市场持续低迷，矿山企业为减少采切工程量，降低生产成本，增加采场回采强度，将中段设计高度由60m提高到85m。此举极大增加了采场回采过程中的相关风险，由于钻孔深度大幅增加，炮孔偏斜控制及爆破效果控制将受到很大影响；原60m深孔爆破参数不再适用新中段回采；采场充填高度增加近50%，充填体稳定性及塌入矿堆风险增大并难以控制；拉底高度的增加都将大大提升采矿难度。85m高阶段深孔落矿采矿工艺、安全保障及回采指标控制等系列亟待解决的技术难题。
关健词：85m高阶段VC采矿方法；预裂爆破技术
引言：VCR采矿法中利用控制爆破保护充填体护壁间柱技术降低了矿体的损失率，出矿效率高，降低了大块率，降低矿石的贫化率，确保供矿质量，有效减低了采矿施工成本，保证了张庄铁矿的顺利生产，本施工技术安全可靠，采矿生产工期上、质量上都优于其它采矿方法，为类似矿山采矿生产提供了成熟的生产经验。
该技术属于国内首次研究单凿岩水平85m高阶段深孔采矿项目回采边界控制问题，可积累相关经验，打造相关施工队伍、培养高精尖技术人才，为国内高阶段VCR采矿技术起到巨大推动力。随着现代矿山产量的不断提高，采用本施工技术，可大大提高矿房的生产能力，极具推广前景。
1 高阶段VCR采矿法预裂爆破技术应用
张庄矿-385m新中段采用高阶段VCR采矿法，阶段高度85m，设计底部中深孔拉底高度25m，深孔爆破高度60m。待采准工程，切割工程结束后，进行底部中深孔拉底钻孔、爆破施工，待中深孔拉底爆破结束后，进行深孔预裂孔施工、爆破。
回采作业依次为小断面掏槽爆破、倒梯段侧向崩矿、边排孔爆破及破顶爆破，最后进行全孔深侧向崩矿。
1.1 预裂孔方案
1）孔径
目前矿山钻凿下向深孔设备孔径为165mm，钻机采用T-150潜孔钻机。
2）不耦合系数
根据理论分析结果，不耦合系数取值范围1.3~4.8，初步确定为3.7，采用165mm钻孔直径时，装药直径为44.6mm。
3）线装药密度
根据公式计算，采用乳化炸药进行预裂爆破装药，当孔径为165mm时，最小1020.3g；最大13910.5g，按不耦合系数3.7则为1717.2g。
4）堵塞与超深
根据相关参考文献：及理论分析，当炮孔深度超过5m时，爆炸气体压力在装药全长卸载时间大于两炮孔间形成贯通裂缝的时间，炮孔内的气体将会沿着裂缝逸出。这种情况下，炮泥将不起作用，此时可以不用炮泥。
按目前工程设计情况，下部用中深孔爆破，故不设置超深。
5）炮孔间距
经计算，当采用165mm直径炮孔时，不耦合系数取3.7，炮孔间距1.5m。
6）装药量
单次预裂爆破炮孔6个，总长360m，按线装药密度和孔深可计算单孔总装药量见表1，底部5m高一般按2~3倍进行加强装药。
表1 165mm孔径预裂爆破参数
7）装药结构
①预裂爆破单孔采用药串间隔装药结构，165mm孔径时，上部正常段每m装45mm药卷3~4节或32mm药卷8节，下部加强段捆绑3节炸药连续装药。
所有炸药通过竹片或铁丝串联，全长敷设导爆索，孔口利用短钢筋或竹竿悬吊。
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图1 预裂孔单孔装药结构
②相邻孔采用错位装药结构，预裂孔相邻炮孔填装的药卷不在同一标高上，要错标高填装，以达到更好的预裂效果。如下图。
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图2 预裂孔排孔装药结构
8）起爆方式与起爆顺序
预裂爆破在主爆区起爆之前一次爆破，预裂孔需比主爆孔提前100ms以上。具体起爆顺序见图3。
9）其他
预裂炮孔距边帮0.5m，保证每组炮孔在同一直线上，孔内偏斜率不高于1%。
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图3 采场钻孔布置及爆破起爆网络图
1.2主爆区方案
考虑到当前采场结构参数限制，凿岩水平两凿岩硐室中间留有3m宽矿柱，确定主爆孔爆破参数，只能从控制单耗角度出发，严格按经验公式计算相关参数则意义较小。具体爆破参数如下：
1）孔径
矿山当前使用的凿岩设备钻孔为165mm，药卷直径为140mm。
2）孔深
按矿山当前中段高度设置和下盘矿体倾角，孔深设计见表2。
3）最小抵抗线
一般最小抵抗线为20~32倍孔径，但矿山现用药卷直径为140mm，应按装药直径计算最小抵抗线，值为2.8~4.3m，但不管从设计单孔起爆还是多排分段起爆，自由面方向均有2~3个，且所有炮孔一次施工完，无法判断实际抵抗线，经多次试验3.0m、3.5m和4.0m不同抵抗线参数，获取最佳抵抗线值即排距。
4）孔距
按相似工程类比，孔距一般为抵抗线的1~1.5倍，为2.8~6.45m，但本工程受盘区划分限制，采场宽度受制约，目前采场预裂孔与主爆孔之间距离2.5m，主爆孔距中间3m宽矿柱边帮0.5m，故主爆孔孔距3.5m和4m两种，排距3m~4m，经多次试验，目前排距确定为3m，爆破效果较好。
5）超深和堵塞
考虑到下向深孔下方是上向扇形深孔，其爆破效果决定下向深孔超深，根据经验选取2m；堵塞长度取值一般不小于最小抵抗线，分段爆破时孔口不需堵塞，孔底堵塞，采用全孔一次起爆方式孔口和孔底全部堵塞，长度取值2.8~4.3m。
6）炸药单耗
影响炸药单耗的因素较多，主要有岩石性质、炸药性能、自由面条件、起爆方式和块度要求等。在进行爆破参数设计时一般按表1初步选取单耗，在通过试验获得合理的炸药单耗。根据矿山岩石力学资料，矿石坚固性系数15.44，故选择0.88kg/m3作为初步单耗，按矿石体重3.39t/m3计算，则为0.26kg/t。
表1 炸药单耗选取表
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7）装药量
设计单孔装药量见表2所示。
8）装药结构与装药方式
根据炮孔深度，扣除上口和下底堵塞长度，获得实际可装药长度，设计采用分段装药方式，但部分炮孔为连续装药，根据单孔装药量确定分段装药高度和间隔高度。
9）起爆方式
由于矿山周边环境复杂，对爆破震动控制较为严格，不能实现多孔排间起爆，故没有起爆网路，最好状态为逐孔毫秒微差起爆方式，微差间隔时间大于50ms。
2 出矿要求
爆破期间底部适量出矿配合回采工作，每次爆破后出矿量应控制在落矿量的40%左右，确保爆破所需补偿空间的同时减弱采场爆破对矿岩稳定性及底部结构的破坏，从而保证回采过程中采场的稳定；待采场爆破结束后后，需快速回收完毕，以减少采空区暴露时间，确保采场稳定。
3 采空区扫描
采空区扫描采用BLSS-PE矿用三维激光扫描测量系统，对采空区进行三维形态扫描及相关数据处理分析。测量仪器精度：反射率大于90%的条件下，仪器测量距离不小于150m；正常工况下测量精度±2cm；恶劣工况下测量精度≤±10cm。
通过BLSS-PE矿用三维激光扫描测量系统对采空区扫描机数据处理分析，可以直观的了解采空区形态，量化超欠挖数据，对采空区充填及后期采场设计提供了可靠的参考价值。
4 结语
通过VCR采矿法中利用控制爆破保护充填体护壁间柱技术生产实践表明，依据工程设计特点和实际情况，该研究成果解决了高阶段VCR采矿回采的技术难题，提高了生产效率，为张庄矿500万吨/年达产提供了保障；钻孔侧偏仪的使用和T-150钻机定位技术改造，将大大增强钻孔精准度，为安全高效生产、减少大块率提供了保障；预裂爆破技术试验为采场稳定、防止空场壁垮塌起到了积极保护作用，也遏制了大块的产生，使采场炸药单耗降低0.1kg/t，并节约了二次爆破人工成本，经济效益十分可观。
以上施工关键技术均有效减低了采矿施工成本，保证了张庄铁矿的顺利生产，本施工技术安全可靠，采矿生产工期上、质量上都优于其它采矿方法，取得良好经济效益和社会效益，相比国内类似段VCR采矿法施工技术，处于国内领先水平。
参考文献：
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［2］李春永.中深孔松动预裂爆破技术应用研究［J］.内蒙古：安全生产与绿色能源，2017.2.
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