一种改良的VCR嗣后充填采矿法

技术领域

本发明属于采矿技术领域，尤其涉及一种改良的VCR嗣后充填采矿法。

背景技术

在地下采矿中，采矿方法有空场法、崩落法、充填法三大类。在充填法这类采矿方法中细分有一种“VCR嗣后充填采矿法”，为便于与本案所述采矿方法区分，下文将“VCR嗣后充填采矿法”简称为“传统VCR法”。

传统VCR法的应用范围是，倾角大于60°的急倾斜矿体。传统VCR法的实质和特点是，先在矿房顶部掘与矿房等长等宽的凿岩硐室并在凿岩硐室内留设条形矿柱用以保持硐室稳定，然后在凿岩硐室内钻凿大直径深孔到下部切割巷道(即堑沟)，崩矿时自顶部装入长径比不大于6的药包，然后沿采场全长和全宽按分层自下而上崩落一定厚度的矿石，逐层将整个采高采完。传统VCR法装药的主要特点是，垂直炮孔的两端是敞开的，要求采用特殊装置，将药包停留在预定位置上。

受上述实质和特点影响，传统VCR法存在以下缺点：

(1)容易堵孔且一旦堵孔难以处理；

(2)下部切割巷道处(即堑沟处)矿石损失较大；

(3)凿岩硐室内留设的条形矿柱在爆破后易形成孤悬岩体，威胁出矿安全；

(4)只能用于急倾斜矿体，应用范围受限；

(5)需要使用浅孔、中孔、深孔三种类型的凿岩设备，施工工艺复杂；

(6)装药爆破作业复杂，难以实现机械设备装药，劳动强度大、效率低；

(7)最后一至两层矿体有整体垮落风险，在有隐蔽断层时风险尤为突出；

专利CN 102953732 A公开了一种用于上下盘围岩稳固的急倾斜中厚以上及缓倾斜～倾斜极厚大矿体的房柱式大直径深孔倒台阶状分段侧向崩矿嗣后充填采矿法，包括步骤：

(1)将矿体无间柱划分盘区，盘区内划分阶段连续回采单元，实行“隔一采一”的回采顺序即先采矿房再采矿柱；

(2)阶段采场底部结构主要包括出矿横巷，出矿进路，凿岩集矿横巷；同时在凿岩集矿横巷中央施工切割天井及上向扇形中深孔，形成“V”型堑沟；

(3)阶段采场顶部为凿岩硐室，硐室中间留条柱，矿柱凿岩硐室还需紧靠两侧充填体留半圆柱支撑顶板；

(4)在凿岩硐室内向下钻凿大直径深孔，采场采用“小断面VCR法切槽——高分段倒台阶状侧向崩矿”的爆破方式，通过崩矿步距、高度控制爆破规模；

(5)留矿出矿：倒台阶状侧向崩矿爆破期间控制采场出矿，实行留矿爆破，每次只出矿完爆破所需补偿空间高度，用爆落下的矿石来支撑矿岩或充填体；

(6)强化出矿：采场爆破完毕，组织进行强化出矿，尽量缩短采场空区暴露时间，使采场尽快得以充填；

(7)矿房回采完后自下而上采用不同配比的分级尾砂胶结体接顶充填，矿柱回采完后主要采用尾石非胶结体充填。

专利CN 102953732 A主要解决了本案所述传统VCR法缺点中的第(7)项。同时涉及本案所述传统VCR法缺点中的第(4)项，但未明确嗣后充填工艺如何实现。本案通过与专利CN 102953732 A不同且更加简化效果更好的工艺解决传统VCR法缺点中的第(7)项并明确了专利CN 102953732 A未明确的嗣后充填工艺实现方式。

专利CN 104594903 A公开了一种用于全段高组合凿岩爆破的落矿方法。包括步骤：

a、矿房准备，在选定采矿区的顶部开挖形成凿岩硐室，在所述凿岩硐室下方的选定采矿区的底部拉底形成巷道完成全段高矿房准备工作，

b、确定VCR拉槽区并钻设爆破孔，是按下述步骤进行的，先对完成地质二次圈定后的矿房进行爆破设计，并确定VCR拉槽区的位置和宽度；然后以确定的VCR拉槽区为中

心，依次向矿体上、下盘测量放样排位线；最后在矿房的凿岩硐室内钻制向下的爆破孔，在下部的巷道内钻制向上的爆破孔，

c、爆制切割天井并形成切割槽，是按下述步骤进行的，先在VCR拉槽区内选定的天井部位的爆破孔中装入炸药卷以及引爆雷管，采用微差爆破技术爆制切割天井；然后再在已形成切割天井部位的巷道内的向上的爆破孔中装入炸药卷以及引爆雷管，采用微差爆破技术爆制切割槽，

d、爆破落矿，是按下述步骤进行的，在步骤c形成的切割槽的基础上，先通过选定采矿区下部巷道内的爆破孔进行底部爆破落矿，然后再以底部爆破落矿为基础利用选定采矿区上部的凿岩硐室中进行上部爆破落矿，并依次将各次的落矿运出矿区，这样便完成了全段高组合凿岩的爆破采矿工作，

其中，在VCR拉槽区爆制切割槽与步骤d的爆破落矿采用交错逐级向未采区延伸的顺序进行。

进一步的是，步骤a中制备的巷道的顶部为上拱形圆弧顶，以所述上拱形圆弧顶为基础在巷道内钻制的向上的爆破孔呈扇形布置。

进一步的是，步骤b中，在矿房的凿岩硐室内钻制的爆破孔的直径和深度分别大于在巷道内钻制的爆破孔的直径和深度。

进一步的是，步骤b中，在确定的VCR拉槽区内钻制用于切割天井的爆破孔时，是以VCR拉槽区的中心为基准向外钻制的两层爆破孔，每一层沿周向均布六爆破孔，在正中心布置一个破碎孔。

上述方案的优选方式是，每次爆破制备的切割天井的长度为向未开采方向延伸5～8m。

进一步的是，在VCR拉槽区钻制的用于爆制切割槽的爆破孔，布置在用于爆制切割天井的爆破孔的沿开采方向的两侧。

上述方案的优选方式是，在切割槽形成后，先进行底部爆破落矿，后进行上部落爆破矿时，底部爆破落矿开采向未开采区的超前距离比上部落爆破矿开采区向未开采区超前至少5～10排爆破孔的距离。

进一步的是，在底部爆破落矿开采区向未开采区超前的距离大于5排爆破孔的距离后，底部爆破孔装药3排，上部深孔装药2排，并在全段高范围内同时装药爆破落矿。

进一步的是，在步骤c和步骤d中，爆制切割天井、爆制切割槽以及爆破落矿采用的均是微差爆破与空气间隔装药爆破工艺，具体操作过程如下，

在爆破孔钻制完成后，先检测并记录爆破孔的深度以及孔径，然后封堵爆破孔的底部，接着采用炮泥对封堵后的爆破孔的底部进行不低于60cm厚的回填，然后再按一层药卷一层间隔器的顺序交错的填充炸药至距爆破孔孔口2～3m，最后对爆破孔未装填炸药的上部采用炮泥回填，其中在装填最下面一层药卷时，同时在药卷内安放非电雷管或导爆索，引爆时采用孔外毫秒非电雷管进行孔外微差爆破。

进一步的是，所述的微差爆破为孔间微差爆破或排间微差爆破。

专利CN 104594903 A主要解决了本案所述传统VCR法缺点中的第(7)项。同时涉及本案所述传统VCR法缺点中的第(1)项但无法彻底规避堵孔风险。本案通过与专利CN104594903 A不同且更加简化效果更好的工艺解决传统VCR法缺点中的第(7)项并更加彻底的解决传统VCR法缺点中的第(1)项，即更加彻底的规避堵孔风险。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能够规避前述传统VCR法各项缺点的且有别于目前已有技术方案的采矿方法。

为了实施上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改良的VCR嗣后充填采矿法，包括如下步骤：

1)在矿房顶部掘与矿房等长等宽的凿岩硐室并在凿岩硐室内留设不连续的四方形或其他形状矿柱用以保持硐室稳定。

2)在不连续的矿柱与凿岩硐室顶板交界处钻凿预裂爆破浅孔并进行预裂爆破，使矿柱与凿岩硐室顶板交界处被预裂缝完全贯穿。

3)在预裂缝中楔入一定数量的三角形木楔子，以此保持凿岩硐室顶板与矿柱紧密接触。

4)在凿岩硐室内按照一定间排距钻凿大直径深孔到矿房底部。

5)在矿房下部掘进出矿穿至矿体边界。

6)在矿房一端以凿好的大直径深孔为自由面使用普通法掘进切割天井至与凿岩硐室贯通

7)以切割天井为自由面，利用凿好的大直径深孔进行阶段侧向崩矿，形成与矿房等宽的切割槽

8)以切割槽为自由面，利用凿好的大直径深孔进行阶段侧向崩矿，后退式回采矿石，凿岩硐室内预留的不连续矿柱随回采的进行自然垮落。

9)回采结束后，通过设在矿房顶部的通风充填巷道进行嗣后充填。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)彻底规避传统VCR法容易堵孔且一旦堵孔难以处理的缺点。传统VCR法容易堵孔的原因为同一炮孔内需进行多次爆破，以常见的中段高度40m为例，一般来讲需要进行10次左右爆破，孔壁原有裂隙在爆破冲击波的冲击拉伸作用下不断扩展或产生新的裂隙，爆生气体高速冲刷炮孔内壁导致原有或新产生的裂隙进一步扩展，最终形成孔壁垮塌而堵孔。本案通过将同一炮孔内需要进行爆破的次数降低至1次并将爆生气体的逸出通道由传统VCR法的通过大直径深孔逸出改为通过采空区逸出，彻底规避堵孔风险。与专利CN102953732 A相比，该专利中，同一炮孔内需要进行3次爆破，虽在一定程度上降低了堵孔风险，但由于同一炮孔内爆破次数仍然为多次且在“坡顶前”仍未改变爆生气体逸出方式，其堵孔风险仍然存在。与专利CN 104594903 A相比，该专利中，切割天井以VCR拉槽形成，在VCR拉槽期间同一炮孔内仍需要进行10次左右爆破，无法彻底规避堵孔风险；

2)降低下部切割巷道(即堑沟处)矿石损失。传统VCR法堑沟两侧为未爆破的矿石，无法回收。本案通过将堑沟远离出矿穿一侧的矿石随矿房回采进行爆破，利用“碎胀系数”降低矿石损失率，将堑沟靠近出矿穿一侧的矿石在矿房大量出矿完毕之后，充填工序开始之间，通过浅孔爆破回收，降低矿石损失率。与专利CN 102953732 A和专利CN 104594903 A相比，该两项专利均无此方面内容；

3)避免了孤悬岩体的形成，提高本质安全水平。传统VCR法矿房回采后，凿岩硐室内预留的条形矿柱极易形成孤悬岩体，对出矿作业安全形成威胁。本案通过将条形矿柱改为不连续的四方形或其他形状矿柱且在不连续的矿柱与凿岩硐室顶板交界处钻凿预裂爆破浅孔并进行预裂爆破，使矿柱与凿岩硐室顶板交界处被预裂缝完全贯穿，以此实现凿岩硐室内预留的不连续矿柱随回采的进行自然垮落，进而避免孤悬岩体的形成，提高本质安全水平。与专利CN 102953732 A和专利CN 104594903 A相比，该两项专利均无此方面内容；

4)明确了VCR嗣后充填法用于缓倾斜矿体时的布置方式。传统VCR法应用范围是倾角大于60°的急倾斜矿体。本案明确了VCR法用于缓倾斜矿体时的布置方式，扩大了传统VCR法应用范围。与专利CN 102953732 A相比，该专利中对于传统VCR法应用于缓倾斜矿体的布置方式仅有简单叙述，未明确具有可操作性的布置方式。与专利CN 104594903 A相比，该专利无此方面内容；

5)简化凿岩设备种类。传统VCR法需要使用浅孔、中孔、深孔三种不用类型的凿岩设备分别用于平巷、堑沟、大直径深孔的凿岩。本案只需要浅孔、深孔两种类型的凿岩设备分别用于平巷或切割天井、大直径深孔的凿岩。与专利CN 102953732 A和专利CN104594903 A相比，该两项专利均无此方面内容；

6)简化装药作业、易于实现机械化装药、降低劳动强度并提高劳动效率。

传统VCR法装药的主要特点是，垂直炮孔的两端是敞开的，要求采用特殊装置，将药包停留在预定位置上，因此装药工艺复杂且劳动强度高，作业效率低。本案将炮孔形式改为底部封闭，采用装药机装填岩石粉状乳化炸药，无需采用特殊装置装药，降低劳动强度并提高作业效率。与专利CN 102953732 A和专利CN 104594903 A相比，该两项专利均无此方面内容；

7)避免矿房垮落风险。传统VCR法最后一至两层矿体有整体垮落风险，在有隐蔽断层时风险尤为突出；本案通过将水平落矿改为阶段侧向崩矿，规避了该风险。与专利CN102953732 A相比，本案所述阶段侧向崩矿不需要“坡顶”，更加简洁高效。与专利CN104594903 A相比，本案所述阶段侧向崩矿与该专利所述崩矿方式主要区别在于大直径深孔的深度不同，本案所述大直径深孔施工至出矿穿底板，而专利CN 104594903 A所述大直径深孔施工至堑沟水平。两者在大直径深孔的钻凿上基本类似，但本案所述布孔方式是实现本案第2)和第6)项有意效果的前提，即该布孔方式的有益效果是通过第2)和第6)项有益效果间接体现。

附图说明

图1为一种改良的VCR嗣后充填法示意图；

图2为传统VCR法示意图；

图3为一种改良的VCR嗣后充填法用于缓倾斜矿体时的布置方案示意图。