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VCR法爆破漏斗试验浅析
王臣、吕艳奎
（宽城建龙矿业有限公司）
摘 要：使用VCR采矿法进行采矿时，都必须就地进行爆破漏斗实验，以确定利用球状药包落矿时的爆破参数。本文通过对一系列直径为40mm炮孔的爆破漏斗实验，及对实验数据进行理论分析，得出了40mm炮孔情况下的临界埋深、应变能系数等漏斗爆破参数。最后根据相似理论，计算得到了VCR法大直径球状药包落矿时的临界埋深、应变能系数、最佳埋深等爆破参数，为VCR法试验矿块孔网参数设计提供了依据。
关键词：VCR法 爆破漏斗 临界埋深 最佳埋深 应变能系数
Analysis of blasting funnel test for VCR method
Wang Chen、Lv Yankui
（Kuancheng Jian Long Mining Co.，Ltd）
Abstract：By employing the VCR mining method, the experiment of blasting funnel must be carried out on the spot in order to ensure the parameter when mining by globular dynamite charge.The paper makes a blasting funnel experiment on blasting holes with a diameter of 40mm, and a theoretical analysis on the experiment data with a conclusion of critical burying depth, optimal burying depth and so on.By use of the similarity theory, the above parameters are obtained as a basis for the blasting-holes parameter design of ore block by adopting VCR method.Keywords：VCR method，Blasting funnel，Critical burying depth，Optimal burying depth，strain coefficient1、引言
当前，宽城建龙矿业公司所使用的采矿方法以浅孔留矿法为主，此采矿方法有诸多缺点，如平场处理松石工作量大，而且至今没有实现机械化，工人劳动强度很大；工人在大暴露面的顶板下作业，安全条件变差；掘进天井很难实现机械化，难度大，效率低等。为此预在210中段1#矿块实验生产效率高、安全、经济的VCR法（垂直深孔球状药包落矿阶段矿房法）。
1#矿块位于210中段Ⅰ—4矿体的尖灭部位，即北端为Ⅰ—4矿体的尖灭端，南部为210中段3#矿块，上部为270中段11#矿块（该矿块使用浅孔留矿法已回采完毕），下部为正在准备采准开拓工程的150中段。实验矿块的顶底围岩为角闪斜长片麻岩，岩体较稳定；矿石为磁铁石英岩，致密坚硬，岩石稳定性属中等。1#矿块长为50米左右，平均水平厚度为28米左右，平均倾角为73°～74°。为给VCR法使用过程中提供合理的凿岩爆破参数，提高爆破质量，故进行了爆破漏斗试验。
2、爆破漏斗试验的理论基础[1~4]
大直径深孔条件下的球状药包漏斗爆破是以美国利文斯顿的漏斗爆破理论为基础的。理
论认为，长径比不超过6的药包可视为球状药包，其漏斗爆破机理与真正的球形药包相似；长径比不超过8的药包，其作用相当于球状药包。在一定矿岩和炸药条件下，不形成爆破漏斗时的最小药包埋深称为临界埋深。临界埋深和装药量之间存在下列关系：
LcEW（1-1）式中Lc——临界埋深，m；
E——应变能系数，kg3。在一定的炸药和矿石条件下，E为一常数；
W——装药量，kg。
形成爆破漏斗时的埋深d与临界埋深L之比称为埋深系数。在一定矿石和炸药条件下，存在一个爆破漏斗体积最大，破碎质量最好的埋深Lo，称为最佳埋深。它与装药量W之间的关系为：
LooEW（1-2）式中o——最佳埋深系数，即最佳埋深与临界埋深之比。
在一定的矿石与炸药条件下，E、o均为常数，即最佳埋深仅仅取决于装药量，因而可用小型试验得到在一定的矿石特性条件下不同炸药的埋深系数与比能（爆破漏斗体积V与装药量之比）之间的关系曲线，再根据此曲线与以上两式求得Lc、E、o等参量，从而按回采装药量得出回采爆破时的最佳埋深Lo。
3、爆破漏斗试验
3.1爆破漏斗试验的基本方法
（1）单孔爆破漏斗试验。采用YT-27气腿式凿岩机钻凿40mm的水平孔，进行单孔爆破试验，以寻找岩性与该炸药的匹配关系，以及试验条件下的临界埋深、应变能系数、最佳埋深比等一系列参数。
（2）根据试验结果和理论分析计算结果，确定合理的凿岩爆破参数。3.2 试验地点的选择
为了尽量不影响正常的生产工作，同时又考虑到爆破漏斗试验地点的岩石性质与预采用VCR法实验的1#矿块岩性的相似性，最终将漏斗试验地点选择在270中段南巷的巷道中。巷道帮的岩石类型为磁铁石英岩，矿石密度为3.3810kg/m。
3.3 试验炮孔直径与炮孔布置
凿岩设备使用YT-27气腿式凿岩机，钻孔孔径约40mm。单孔爆破漏斗试验，布孔的原则是要求各孔爆破后形成的漏斗互不干扰，孔口尽可能有足够大的自由面，钻孔轴线要垂直于巷道帮。炮孔采用较深孔和较浅孔将交替布置。按照单孔爆破漏斗试验的炮孔设计埋深，在每个炮孔内装填带有1个起爆药包的2卷2#岩石炸药。
3.4 装药与爆破
爆破漏斗试验采用本矿爆破所使用的2#岩石销铵炸药，药卷直径为32mm，单卷长度为200mm，药卷重量为0.15kg/卷。每孔装填2卷炸药，装药长度为300mm，装药总重量为0.3kg，长径比为7.5:1，装药前对个别超深孔用炮泥调整到设计深度后进行装药。爆破采用火雷管起爆，爆破时每次爆破1个孔。
3.5爆破漏斗试验的结果测定与数据的处理分析
爆破试验时，主要测得药包中心埋深、爆后剩余孔深、漏斗深度、漏斗半径、漏斗体积及爆破块度等数据，如表1。
表1 单孔爆破漏斗试验数据测定表
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
孔深 药包中心埋爆后剩余孔(m)0.54 0.59 0.60 0.68 0.77 0.78 0.88 0.99 1.10 1.21深(m)0.35 0.44 0.45 0.53 0.62 0.63 0.73 0.84 0.95 1.0
5深(m)0.24 0.20 0.29 0.34 0.45 0.49 0.57 0.63 0.76 1.21
漏斗半径(m)0.48 0.50 0.55 0.61 0.45 0.42 0.39 0.37 0.27 0
漏斗深度(m)0.30 0.39 0.31 0.34 0.32 0.29 0.31 0.33 0.34 0
爆破漏斗体积(m)0.128 0.140 0.110 0.162 0.104 0.061 0.045 0.032 0.017 0
爆破体积(m)0.132 0.151 0.125 0.175 0.116 0.075 0.057 0.042 0.033 0
大块块数(大于300mm，块)5 4 5 0 2 3 2 0 0
由实验可知，比值深度（L/Q）与单位药量的爆破漏斗体积（V/Q）之间存在着
一定的函数关系，结合实验测得的数据可绘制成特征曲线图1。
图1 单位药量的漏斗体积与比值深度曲线
结合图1与公式（1-1）、（1-2）可得到在此试验条件下的主要技术参数，临界埋深为1.05m，最佳埋深为0.53m，最佳埋深系数为0.5，应变能系数为1.57kg，炸药单耗
为0.51kg/t，最大爆破漏斗体积为0.162m。
根据相似理论可知[5~6]，改用在一个在各个向度上都按比例增大的药包，则新的爆破漏斗在各个向度上都将按药包增大的同一比例增大，即：
RQ
(1-3)RQ
3式中Q——原来所用药包的装药量，kg；
Q——新用药包的装药量，kg； R——原来爆破漏斗底圆半径，m； R——新爆破漏斗底圆半径, m。
由上式可知，对于一定的矿岩用同一种炸药时，爆破体积与装药量成正比，即破碎单位体积矿岩所需的平均药量是一定值。
同时，由沃奥班的爆破体积法则[7~8]，在一定的炸药和矿石条件下，爆破的矿石体积同所用的装药量成正比，即：
QKV(1-4)式中Q——新用药包的装药量，kg；K——炸药单耗，kg/t；
V——新爆破漏斗体积，m。
因此，将由爆破漏斗实验所得出的相关数据代入以上两式可得在使用VCR法在1#矿块进行试验时，主要爆破参数如下：临界埋深4.20m，最佳埋深2.12m，最大爆破漏斗底圆半径2.44m，最大爆破漏斗体积11.36m，炸药单耗0.5kg/t。
4、结论
通过在与1#矿块岩性相近的巷道帮上使用2号岩石销铵炸药进行的爆破漏斗试验，得到了此种情况下临界埋深、应变能系数、最佳埋深、最佳埋深系数及炸药单耗等参数，并利用了相似理论进行推导计算得出了进行VCR法实验时的一些爆破参数。由于利用相似理论得到的是近似值，因此在1#矿块实际布孔落矿过程中可进一步调整使得落矿达到最佳效果。
参考文献：
[1]采矿手册编委会.采矿手册4（第181-193页）.北京：冶金工业出版社，1999.9 [2]陶颂霖.凿岩爆破.北京：冶金工业出版社，1992.4[3]朱有明.中深孔采矿系列爆破漏斗试验浅孔（J）.矿业快报，2004年12月第12期，总第426期，34~35.[4]万兵.大红山铜矿中深孔系列爆破漏斗试验（J）.矿业研究与开发，2001年2月，第21卷第1期，43~45.[5]李樟鹤.高阶段大直径深孔爆破技术在安庆铜矿的应用（J）.金属矿山，2002年第2期，总第308期，25~27.[6]张俊兵，潘卫东，傅洪贤.青藏铁路多年高含冰量土爆破爆破漏斗的试验研究（J）.岩石力学与工程学报，2005年3月第24卷第6期，1077~1081.[7]袁正玉.天井裂隙区VCR法爆破参数的研究（J）.爆破，1993年，54~57.[8]黄跃军，张勇，徐志强.高阶段大直径深孔采矿法在安庆铜矿的试验研究（J）.有色矿冶，1998年第1 期，7~14.作者简介：
第一作者：王臣，出生1978年，民族满，男，毕业于东北大学，本科，采矿工程师，从事采矿技术研
究，宽城建龙矿业有限公司技术处处长，电话：138-31428825、0314-6958059； 通迅地址——河北省宽城县碾子峪乡豆子沟铁矿技术处，067600； E-mail：
第二作者：吕艳奎，出生1978年，汉，男，毕业于中国矿业大学（北京），硕士，采矿助理工程师，宽城建龙矿业有限公司技术处，从事采矿技术工作，电话：136-03344893、0314-5895095，E-mail：，
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