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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采取切实可行的保护措施，以此为高阶段大直径深孔采矿法在安庆铜矿的全面应用提供技术保证。
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/d。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30~80m，倾角70°以上，矿岩稳固性较好。设计采用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120m，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Φ165mm下向深孔，孔深60m（采场分两段凿岩），台班40m；出矿采用斗容3.8m3的，ST-5C铲运机，台班效率500t。
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、作业安全、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，又要保护好两侧的充填体。因此需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：胶结充填体抵抗外力破坏的强度，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非常复杂的，与矿岩本身条件、所处位置以及回采顺序都有内在联系，目前尚未弄清，但在回采矿柱时，它是客观存在的。从胶结充填体抵抗外力破坏的强度与围压的关系来看，在一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须把握适当，从胶结充填体抵抗外力破坏的强度与动载速率的关系来看，胶结充填体在一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，充填体即开始受到破坏。
以上分析说明，减少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，并采取切实可行的保护措施。
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，显然矿柱回采的两排边孔不能采用这种爆破方式。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，当采用VCR法崩矿时，多余的爆破能量直接作用于矿堆，对充填体破坏作用小。因此，矿柱崩矿方式宜以VCR法为主，在中央部位，由于距离充填体较远，适当地进行侧向崩矿（侧向崩矿高度8~10m），对充填体的破坏不大，能加大崩矿强度。
3.2崩矿顺序
根据应力分布规律，将采空区顶板控制成拱形，可以减少冒落。在矿柱爆破时，按照图1的顺序进行，监测表明没有发现较大的冒落现象，比矿房阶段或倒梯段崩矿时的冒落情况要好。
3.3起爆顺序
起爆顺序与爆破效果和爆破对充填体的破坏作用密切相关。采用斜线起爆顺序（图2），可以从实质上更贴近因采场具体尺寸受限制而难以做到的宽孔距、小抵抗线的布孔方式，从而改善边排孔的爆破条件（自由面由一个变为两个），并且改变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，减少对两侧胶结充填体的破坏。

4选择合理的爆破参数
4.1孔网参数
通过爆破漏斗试验，安庆铜矿的矿石条件适用EL-102普通乳化油炸药，其最佳比例埋深
Δ=0.71不同重量的药包的最佳漏斗半径由下式确定：
L=ΔW1/3
式中：L—最佳漏斗半径，m；
Δ—最佳比例埋深，m/kg1/3；
W—药包重量，kg。
中间正常孔网参数
根据矿房爆破经验，药包重量取25~30kg为宜。按照（1）式，可求得爆破漏斗的最优半径L=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。
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0.174m。
根据爆破理论，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—大孔回采矿柱边孔