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最新整理VCR采矿工法
（完整）VCR采矿工法
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垂直深孔落矿阶段矿房法（VCR法）施工工法
1.前言
垂直深孔落矿阶段矿房法（VerticalCraterRetreatminingmethod）即VCR法是近二十几年来我国从国外引进的深部采矿法，随着新型潜孔钻机的发展和应用，VCR采矿法也被我国越来越多的矿山所采用。
经过不断实践总结及发展改进后已成为我国矿山生产中的一种高效、安全、低成本的较先进采矿方法。
草楼铁矿成功应用VCR采矿法（国内首次应用于金属矿山），取得了良好的经济效益和社会效益.在实际应用中经过不断改进优化，形成了一套技术与管理相结合的较为成熟的施工方法。
2。
工法特点
2.1利用中深孔爆破矿房底部形成堑沟,结构简单、采切工作量小，采矿成本低。
2.2深孔钻凿施工和深孔爆破作业均在上部硐室内进行，作业安全。
2。
3采场结构合理，凿岩效率高,爆破工艺先进,一次崩矿量大，采场生产能力和劳动生产率高.
2.4采用球形药包爆破，爆破效果好，矿石大块率低.
2。
5回采过程中采用大型无轨出矿设备通过出矿进路出矿，出矿集中连续，机械化程度高,出矿能力大。
3.适用范围
适用于开采矿石和围岩中等以上稳固的厚和极厚矿体，倾斜至急倾斜中厚以上矿体，本法要求矿岩接触面比较规整.
4.工艺原理
中深孔拉底形成底部出矿堑沟及补偿空间、上部深孔钻凿结束后，以利文斯顿爆破漏斗原理为基础，充分利用球状药包爆破特点,采用小断面掏槽与倒梯段侧向崩矿相结合的留矿爆破回采工艺：
VCR法爆破形成竖向切割槽；然后以切割槽形成的侧向自由面及中深孔拉底形成的下向自由面，进行分段崩矿；通过控制侧向崩矿的分段段高和崩矿步距来控制爆破规模，从而按设计将采场爆成沿采场宽度和长度方向略呈倒阶梯形。
同时矿房底部适量出矿以满足下次爆破所需空间和底部结构安全,以此确保采场稳定性，保护底部结构。
5.工艺流程及操作要点
5。
1施工工艺流程
5.2操作要点
5.2.1矿房底部采准、切割巷道施工
主要有受矿巷、出矿巷及出矿进路、切割巷及切割天井施工，首先完成受矿巷、出矿巷的掘进工作，随后根据受矿巷、出矿巷所揭露的矿体形态布置出矿进路、切割巷,最后进行切割天井的施工.
（矿房下部采准、切割布置示意图见5。
2.1—1）。
矿房底部采准、切割巷道施工要求：
1.出矿巷、受矿巷必须掘出矿体15m以上,确保后续生产需要。
2。
出矿进路应保证在受矿巷内均匀错口布置，以便能最大限度出矿,降低矿石损失。
3.切割巷尽可能布置于矿房中部，确保中深孔拉底效果。
4。
切割井规格要确保达到设计要求，以保证中深孔拉槽效果。
5。
及时完善采区通风系统，确保具备良好的通风条件。
5。
2。
2矿房顶部凿岩硐室、底部中孔拉底施工
及时进行矿房顶部凿岩硐室、矿房联巷以及其它巷道施工,同时相继完成底部中深孔（φ60～75mm）施工及拉底爆破工作，形成底部结构及补偿空间。
垂直扇形中深孔布置见图5。
2.2-1,中深孔拉槽炮孔布置见图5.2。
2—2，中深孔起爆网络示意图见图5.2。
2—3。
矿房顶部凿岩硐室、底部中深孔拉底施工要求：
1.由于矿房顶部凿岩硐室断面较大，要密切关注凿岩硐室围岩变化情况，必要时及时进行锚喷、锚网喷或锚索支护.
2.凿岩硐室掘进宽度应比矿房回采宽度超宽1m,沿硐室中线每侧超宽0.5m,确保凿岩设备的操作空间；矿房长度应根据揭露矿体实际情况而定。
3.矿房底部中深孔拉底施工应根据矿体实际倾角，在上盘适当舍弃2~4排中深孔不施工，在下盘适当多布置2～4排中深孔，以降低矿石贫化率及损失率。
4。
矿房拉底爆破期间及时进行出矿工作，确保拉底爆破所需空间，以保证拉底爆破效果达到设计要求。
5.2。
3矿房深孔施工
炮孔设计前应结合类似矿山成功的经验现场进行漏斗爆破试验，从而确定合理孔距、排距及倾角。
确定炮孔设计参数后，施放炮孔位置，采用T—150型环形潜孔钻机进行下向凿岩施工,孔径φ165mm，垂直平行排列，偏斜率不超过1％；靠近上盘位置可适当布置几排倾斜孔.深孔布置见图5.2。
3-1.
5.2.4VCR小断面掏槽、倒梯段侧向崩矿、边排孔、破顶爆破
深孔施工完毕后即可开始回采爆破作业,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。
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.回采爆破施工流程:
5.2。
4。
1测孔
深孔爆破所受夹制较大，易产生堵孔、孔底葫芦等现象，掏槽爆破尤为突出.所以必须在每次爆破前认真测孔，收集孔深、孔底表面形状及底部补偿空间等资料,为后续爆破设计提供有效的基础数据。
测孔采用测绳、胶皮管、皮尺等，测绳系于胶皮管上，将其下放于孔内至孔底后,读出数据从而测出孔底高度、爆堆高度，检查多分层药包和填砂高度,仔细对比分析并详细记录在案，借以绘制分层崩落等高线图,保证爆破过程的可溯性。
5。
2.4。
2堵孔
堵孔作业时，铁丝绑扎混凝土塞中心处的吊环，下放混凝土塞至孔底以上0。
2m～0.4m区间处进行固定，随后向孔内填河砂或岩粉0.4m～0.7m厚即可.
5。
2.4。
3装药
装药均采用人工装药,将导爆索绑扎在起爆药包中上部，通过挂钩挂于吊绳上吊装至孔内，其余药包依次吊装。
1.VCR小断面掏槽装药结构
VCR法小断面掏槽采用普通乳化油球状药包爆破，单孔装药量为30-45kg,药包长径比≤6：
1方式，孔数11~18个,掏槽面积30m2~40m2，分层爆破高度2。
5m～3.0m。
掏槽区设在矿房中心区域，最大单响药量控制在150㎏以内，药包中心埋置深度为1。
6m~2m；药包下部采用河砂或岩粉堵塞，堵塞长度0。
4m～0.7m，药包上部采用细粒岩粉、河砂联合堵塞,堵塞长度0。
5m～0.8m，保证掏槽爆破质量，提高采场掏槽效率。
VCR小断面掏槽装药结构见图5。
2.4.3—1。
2。
倒梯段侧向崩矿装药结构
VCR小区掏槽16m～20m高后，即可开始倒梯段侧向崩矿.倒梯段侧向崩矿采用小抵抗线大孔距布孔方式,每次区域爆破炮孔4~6排,崩矿步距10m～18m；侧向崩矿分段高度10m~12m，最大单响药量控制在600㎏以内；装药结构采用多层球状药包空气间隔装药，分层装药量为25kg~36kg，最下层药包埋置深度1。
6m～2.0m，下部用岩粉堵塞，堵塞长度为0。
5m~0。
8m，层间空气间隔长度1.2m~1。
5m，最上层药包堵塞料为岩粉或河砂,堵塞长度1.2m~1。
4m。
相邻炮孔药包交错布置,提高爆破效果.倒梯段侧向崩矿装药结构见图5。
2.4.3-2。
3.边排孔爆破、破顶爆破装药结构
为控制矿房回采边界和避免矿柱片帮垮落，边排孔（矿房边界左右两侧孔）在中间孔回采结束后单独爆破，采用球形药包空气间隔装药，同段起爆；分层装药量18㎏,空气间隔1。
0m.
破顶层高度为8m～12m，全断面破顶；破顶爆破采用控制破顶爆破技术，即在破顶前的掏槽爆破中主爆破药包上面适量填砂后，外加上一个9㎏控顶药包。
随后自切割槽向上、下盘方向进行破顶爆破作业,上、下盘每次破顶爆破排数在8排以内;装药结构与倒梯段侧向崩矿相同。
5。
2.4.4联线
采场爆破起爆系统是将孔内双根导爆索与孔口非电毫秒延时导爆管、雷管依次联结起来；采场爆破起爆顺序如下：
1。
VCR小断面掏槽爆破中心孔采用1段延时，其余各孔以同心圆或菱形对角方式依次起爆;掏槽中心孔与边孔间微差间隔时间为75ms～100ms，边孔间微差间隔25ms~50ms.VCR小断面掏槽爆破段位布置示意图见图5。
2.4.4-1。
2。
倒梯段侧向崩矿、破顶爆破为采场中间孔先爆,呈“V”形向两侧对称起爆；边排孔滞后，单侧3~4个孔为一段次，呈一字形起爆;段间微差间隔25ms~50ms。
倒梯段侧向崩矿段位布置示意图见图5。
2.4。
4—2，边孔段位布置示意图见图5。
2。
4.4—3.
5.2。
5大规模出矿
采场爆破完毕后，采用Atlas1030-3。
8m3和Toro400—4.0m3铲运机从矿房两侧进路集中连续出矿,以缩短采场暴露时间.
5。
3劳动组织
以上工艺过程需要的施工人员技术性强，涉及专业较广，各专业施工队伍按照节点依次进场施工（小班劳动组织见表5。
3-1）.
表5.3—1劳动组织配备表
序号
专业名称
人员数
施工范围
备注
1
调度
3
现场管理
2
安全、技术人员
4
3
掘进分队
18
硐室、巷道施工
4
支护分队
8
硐室、巷道支护
5
中孔分队
14
中孔拉底施工
6
深孔分队
13
深孔爆破、施工
7
出矿分队
10
出矿
8
运输分队
12
运矿
合计
82
6.材料与设备
本工法采用的材料均为冶金矿山生产常规材料，采用的特殊机具设备见表6。
1—1.
表6。
1-1机具设备表
序号
设备名称
设备型号
单位
数量
用途
1
风动凿岩机
YT28
台
12
普通凿岩
2
风动凿岩机
YSP—45
台
3
切割井
3
装载机
LG930
台
2
采切出碴
4
中孔钻机
YGZ—90
台
2
中孔施工
5
装药器
BQ-100
台
2
中孔爆破
6
潜孔钻机
T—150
台
2
深孔施工
7
增压机
VY40/6—18型
台
2
深孔施工
8
铲运机
Toro400—4。
0m3
台
1
矿房出矿
9
铲运机
Atlas1030-3.8m3
台
1
矿房出矿
10
砼喷射机
PZ—5B
台
1
支护
7.质量控制
7.1工程质量控制标准
7。
1。
1本工法所有采准、切割工程中的硐室、巷道施工质量执行的现行国家规范及行业标准。
1.《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213-90）。
2。
《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）.
3.《冶金矿山井巷工程质量检验评定标准》（YBJ218-1989）。
7。
1。
2中深孔施工偏差控制按表7。
1.2—1。
7.1.3深孔施工偏差控制按表7.1.3-1。
表7.1.2—1中深孔施工允许偏差表
序号
项目
允许偏差
检查频率
检验方法
1
孔深
不小于设计且不大于设计0.2m
施工时逐检、施工后随机检查
自制标杆、坡度规、皮尺、垂球
2
排面角
不得超过0。
5°
3
倾斜角
不得超过1°
4
孔位
±0。
1m
全排检查
用钢尺、皮尺
表7。
1。
3-1深孔施工允许偏差表
序号
项目
允许偏差
检查频率
检验方法
1
孔深
盲孔不小于设计且不大于设计0.5m
过程中全检、施工后隔孔检查
测绳、坡度规、垂球
2
偏斜率
不得超过1％
3
孔位
±0.1m
逐孔检查
用钢尺、线绳
7.2质量保证措施
7。
2。
1建立完善的质量管理体系,按要求配备专兼职质量员，落实各自分工与责任。
7。
2。
2采准、切割巷道、天井及硐室严格执行规程、规范，断面严禁欠挖,控制超挖；根据围岩情况及时调整凿爆技术参数，必要时采取适当支护措施。
7.2.3拉底中深孔施工执行表7。
1。
2—1要求,施工中密切注意地质变化，质量人员全程跟踪记录，不合格孔必须重新补孔.
7.2.4中深孔、深孔装药过程中严格按规程要求操作，保证风压正常持续，特别注意雷管的段号,以免弄错，各脚线连接后专人看护，禁止无关人员接近，以免踩踏、拌扯造成损坏。
7。
2.5中深孔拉底爆破必须严格按照爆破规程及爆破设计进行操作，确保装药所需风压，做到装药密实、堵塞牢靠；联线做到段位布置、线路顺序正确、绑扎可靠;技术、安全人员全程监督检查。
7。
2。
6深孔施工执行表7。
1。
3-1要求,施工中做到定位准确、成孔规范，期间密切注意地质变化，地质人员全程跟踪记录,技术人员根据现场情况及时调整参数；深孔施工完毕注意对孔口的保护。
7。
2.7深孔测孔做到每炮每孔必测，记录清晰，使孔底情况一目了然；堵孔牢固密实,装药轻拿轻放，药包必须吊装至设计位置，出现药包卡孔必须小心妥善处理;联线做到段位布置、线路顺序正确、绑扎可靠；技术、安全人员全程监督检查.
7。
2。
8深孔间隔装药时空气间隔塞下放时应小心谨慎，以避免掉入孔内砸断导爆索。
7.2。
9矿房出矿应按照中深孔、深孔各阶段的要求进行。
8.安全措施
8。
1认真贯彻“安全第一,预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合自身实际情况和工程特点，建立专职安全员和班组兼职安全员的安全管理网络，执行安全生产责任制,责任落实到人，确保爆破安全。
所有施工人员经教育培训合格后持证上岗。
8。
2各施工现场按《金属非金属矿山安全规程》GB16423—2006中的防火、防爆、防触电要求进行布置,安全标识、标牌要符合规程、规范要求。
8.3加强火工器材管理,炸药、雷管等火工材料的运输、存放、领用及退库严格按照《爆破安全规程》GB6722—2003执行。
炸药、雷管分开运输、存放;料场、仓库及加工现场确保各类物品的安全距离；施工现场安全距离范围内严禁吸烟、严禁携带火种。
8。
4中深孔堵孔处理必须使用铜质或木质工具，动作必须缓慢、谨慎；深孔装药动作轻柔、轻拿轻放，中深孔起爆药包、深孔药包加工、吊装过程必须使用铜质或木质等防静电器具；严禁向孔内投掷药包及其它杂物。
8.5爆破前做好矿属各单位及下属分队的爆破通知工作;爆破作业区域做好警戒，各相关出入口设专人把守，无关人员严禁进入作业区;大爆破前所有人员撤至地表，各单位负责人签字确认后，方可起爆；出于安全及减少影响生产时间等考虑，大爆破起爆时间定于交接班时段。
爆破后由专职安全员检查，具备恢复生产条件后由爆破总指挥下令恢复生产。
8。
6加强巷道、硐室顶板管理，注重日常敲帮问顶工作，及时排除浮石、危岩，每日矿房出矿前均需对各处彻底检查,及时排除安全隐患；加强各处巷道、硐室支护工作。
8.7加强井下各产尘点的洒水降尘工作，溜井口、放矿机各重点部位安装喷头强制降尘；各队负责各自区域内周期性喷水降尘工作.
8。
8做好日常通风、排烟工作,大爆破后的各风机站、局扇的强制通风排烟尤为重要；经检测各种有害气体低于爆破安全规程规定以下值时方可进行后续作业；时刻做到不蛮干、不冒险，宁等一小时,不抢一分钟的原则。
8.9施工现场临时供电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》有关规定执行，电缆线路悬挂牢靠,布置合理,电气设备、线路必须绝缘良好；工作面照明必须使用36V安全电压。
8。
10入坑人员必须携带使用放电时间较长的照明灯具，佩戴安全帽、绝缘矿靴、防尘防毒口罩、工作服等劳动保护用品。
8。
11施工时搭设平台应牢固可靠、安全可行；登高爬梯应佩戴安全带、安全绳等设施。
8。
12爆破前各种消防、安全设施必须到位，消防救护人员在井口值班，保证安全措施可靠，机电队应对通风系统及设备进行检修维护，确保正常运转。
8.13确保井上、井下各处通讯畅通无阻，确保各处联系正常。
9。
环保措施
9。
1成立相应的施工环境卫生管理机构,在施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章,加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃碴的控制和治理，遵守有关防火及废弃物处理的规章制度,做好井下、井上交通环境疏导,随时接受相关单位的监督检查。
9.2在工程建设允许条件下，将井上、井下所有施工范围内,合理布置、规范防护设施，做到标牌清楚、齐全,各种标识醒目,施工场地整洁文明。
9。
3设立专用污水沟、沉淀池等相关设施,对施工产生的废浆、污水等进行集中，做好无害化处理。
9.4定期清运沉淀泥浆、废碴及其它工程材料运输过程中防散落与沿途防污染措施，所有杂物、废碴、泥浆均放至指定地点并及时处理。
9。
5配备齐全通风、洒水、喷水及消声降噪等环保设施设备，优先选用先进环保设施。
9.6对施工场地道路进行硬化，并周期性对各路面洒水、清理抛洒物，防止粉尘污染环境。
10.效益分析
10.1本工法对垂直深孔落矿阶段矿房法（VCR法）的全流程按照流水作业方式将各环节合理、紧凑安排，保证各专业队伍的平稳、持续作业，从而避免施工脱节；各节点时段较为合理，人员、设备、资源配备均衡、平稳;大爆破起爆时间安排在15∶30交接班期间，极大地减少了对生产和矿区周围居民的影响；本工法大大缓解了井下深部开采生产能力不足的状况,为全面推行VCR采矿法积累了详实依据和经验，此工法将促进金属大型矿山生产技术的进步。
10.2本工法与普通采矿方法相比，极大地减少了采切工作量及施工难度，进而大大缩短了其施工工期，快速形成备采矿房；且该方法极大的提高了机械化应用程度，降低了劳动强度；尤其能够大大提高采矿能力及生产安全系数，取得了较好的经济效益.经济技术指标对比见附表10.2-1.
附表10.2-1采矿方法技术经济指标对比
采矿法
矿山
名称
采切比
（m3/kt）
矿块综合生产能力
（t/d）
凿岩效率
出矿效率
矿石
损失率
（%）
矿石
贫化率
（％）
炸药
单耗
（kg/t）
劳动
生产率
（t/工班）
成本
（元/吨）
设备
台效
（m/台班）
设备
台效
（t/工班）
VCR采矿法
草楼
铁矿
46。
10
1000
YGZ-90
T—150
18.0
40。
0
Toro-400
Atlas1030
650
4.5
4.9
0.32
95。
83
86。
38
分段凿岩
阶段矿房法
金岭
铁矿
124。
03
273
BBC—120F
31.76
T4G装运机
91。
15
29.3
24。
5
0.547
21.31
121。
95
无底柱
分段崩落法
镜铁山铁矿
93.28
480
CZZ-700
23。
3
（ZYQ—14），
C-30
86.6
12.49
11.61
0。
61
20。
62
93.25
有底柱
分段崩落法
黑山沟
铁矿
200.53
180
YGZ—90
18.0
30kW电耙
57
32.51
19。
6
0.50
6.03
192.29
11.应用实例
安徽草楼铁矿—230m中段5＃、1#、4＃首采矿房VCR采矿法的应用。
11.1工程概况
-230m中段为草楼铁矿首采中段，矿体为倾斜矿体，5＃、1＃、4＃矿房位于11～15勘探线间Ⅱ号矿体，矿体厚度均在90m左右，矿房高度均为60m,平均品位TFe30％,矿体倾角34°~55°，矿体局部有夹石；夹石厚度2。
8~9。
2m；草楼铁矿水文地质条件属中等偏复杂型.坑内涌水主要来源于第四系岩溶，孔隙充水以静储量为主；原生磁铁矿，普氏硬度系数f=8~10,坚硬致密，矿体完整，矿体质量中等，工程地质条件中等；矿体上盘围岩主要为混合岩和片麻岩，普氏硬度系数f=6~8，岩石以块状-短柱状为主，裂隙一般不发育,局部比较发育;岩石质量中等以上，岩体中等完整至完整,工程地质条件中等；矿体下盘围岩主要为片麻岩、混合岩及斜长角闪岩，普氏硬度系数f=6～8，以短柱状为主，裂隙不发育；岩石质量中等，岩体比较完整,工程地质条件中等。
11。
2施工情况
5#、1＃、4#首采矿房涉及的-230m、-170m水平均按照此方法先施工-230m水平的出矿巷道、受矿巷道、出矿进路、切割巷以及切割天井等，平均单个矿房的底部采切工作量337m/4758m3，历时2。
5个月完成；随后进行—170m凿岩硐室、上下盘联巷、充填联巷施工的同时—230m水平进行了中深孔施工以及中深孔爆破拉底，单个矿房上部采切量平均为138m/6778m3,-230m中深孔施工8520m，中深孔拉底矿量4.85万t，用时3.5个月;爆破拉底完成后随即开始了-170m深孔施工，平均单个矿房施工深孔9690m，崩矿20。
15万t，用时6个月。
11。
3工程结果评价
以上3个矿房采用垂直深孔落矿阶段矿房法（VCR法）采矿，因其采切工程量小，施工工艺简单，操作性强，采场准备速度快,回采率高,因而创造了三年建矿投产、一年达产的冶金地下矿山纪录。
VCR法爆破采用球形药包倒漏斗形式掏槽和倒阶梯段侧向形式崩矿,充分利用了矿石的自重，爆破效率高，成本低。
采场结构合理，凿岩效率高,爆破工艺先进，一次崩矿量大，出矿集中连续，机械化程度高,作业安全，采场生产能力和劳动生产率高。
采场爆破方式依据矿体、围岩的稳固情况而定，分段侧向爆破具有技术上较为稳妥、灵活性较强的特点，具有很高的推广应用价值.
施工生产全过程都处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，无安全事故发生，为草楼铁矿200万t/a达产奠定坚实基础，得到各方的好评，取得了良好经济效益。
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