VCR法是采用球形装药爆破，对于凿岩的主要要求是：炮孔直径为150～200mm和炮孔偏斜率在1%以内。当前，能满足上述要求的钻机有地下潜孔钻机和地下牙轮钻机两类。多数矿山采用潜孔钻机。国内已定型的钻机有DQ-150J型潜孔钻机。国外有阿特拉斯公司的ROC306型和Inger Soll-Ranet的CMM-1、CMM-2型等。随着大直径深孔采矿技术的发展，目前钻机的研制工作主要集中在提高凿岩效率、减小机体几何尺寸、提高机动能力和凿岩精度以及自动遥控等方面，加拿大国际金属公司研制的CD360型钻机、阿特拉斯公司研制的promec M188型钻机，就是这种新型钻机的代表。
潜孔钻机的冲击器在1～1.8MPa风压下才能正常作业，这种高于一般矿山井下管路风压的压风。可用两种方法供给，一种是采用排风量相当的空压机组供给，另一种是用增压机将井下风压增压至1～1.8MPa。大多数矿山采用增压机供风。国内常见的增压机有VY2.2/5-15、VY4.4/5-15和LG16-20/5-15等。国外有阿特拉斯公司的DG418型，Inger soll-Ranet公司的XHP-750-s-GM等。
炮孔的精度主要靠钻机工作的稳定性和操作人员的技术水平来保证。在钻杆上加装三翼形稳杆器的效果是明显的，如赞比亚某矿在非均质矿石中钻进深54m、直径165mm的63°倾斜孔，未装稳杆器的炮孔偏斜率高达7.4%，加装稳杆器的炮孔偏斜率为0.6%。我国凡口铅锌矿也有类似经验。
炮孔的布置形式有平行和扇形两种。平行炮孔又分为倾斜平行和垂直平行两种。矿体倾角接近垂直时，用垂直平行炮孔。矿体急倾斜，沿矿体倾斜布置倾斜平行炮孔。平行炮孔适用于形态规则的矿体。形态不规则、矿石不够稳固的矿体用扇形炮孔。根据矿石物理力学性质的不同，一般孔网参数为2.4×2.4～4.8×4.8m，多呈梅花形和矩形布置。边孔至回采边界线的距离一般宜位于回采边界线上，至多只能相距0.2～0.4m。
漏斗爆破理论及试验。大直径深孔条件下的球形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。其理论要点是：把长度与直径之比不大于6的短柱状药包视为当量球形药包。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临界埋深。临界埋深和装药量之间存在下列关系：
N=EW1/3
式中N—临界埋深，m；
W—装药量，kg；
E—应变能系数，m/kg1/3。在一定的炸药和矿石条件下，E为一常数。[next]
形成爆破漏斗时的埋深d与临界埋深N之比称为埋深系数△o可以断定：在一定的矿石和炸药条件下，存在一个爆破漏斗体积最大，破碎质量最好的埋深do，称为最优埋深。它与装药量W之间的关系为：
do=△oEW1/3
式中△o—最优埋深系数，即最优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，即最优埋深仅仅取决于装药量，因而可用小型试验获得在一定的矿岩特性条件下不同炸药的埋深系数△与比能（即爆破漏斗体积V与炸药两W之比）之间的关系曲线，再根据此曲线的和公式求出N、E和do等参量，从而可以按回采装药量外推除回采爆破时装药的最优埋深do。
为了确定合理的球状药包爆破参数和炸药匹配，以获得最优的爆破效果，凡是采用VCR法的矿山，均必须就地进行爆破漏斗试验。国内外的爆破漏斗试验通常是在巷道帮壁上钻凿直径100mm左右的一组水平炮孔，装一定的炸药两（约25kg），变化其埋深，每次爆破后可得一定埋深时爆破漏斗体积和矿石破碎质量，根据试验结果，确定临界埋深，计算出应变能系数E，拟合成一条△-V/W曲线，最终确定最优埋深do。
凡口铅锌矿、金川二矿区和狮子山铜矿在采用球状药包爆破时都先后进行了多次小型爆破漏斗试验。凡口铅锌矿采用YQ-100型潜孔钻机钻凿ф=100mm水平的试验炮孔，和CLH-2型乳化炸药进行的试验，其试验数据如表1。
表1 凡口铅锌矿爆破漏斗试验数据
|
孔号 |
装药量W |
埋深(m) |
埋深系数△ |
爆破漏斗体积(m3) |
比能V/W |
|
8 23 4 21 7 19 |
4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 |
1.03 1.40 1.80 2.31 2.79 2.98 |
0.343 0.476 0.600 0.770 0.930 0.993 |
2.400 4.290 2.960 2.000 0.583 0.150 |
0.533 0.953 0.685 0.444 0.130 0.033 |
根据其试验拟合成△-V/W曲线如图1。
图1 凡口铅锌矿爆破漏斗试验△-V/W曲线
该矿和金川二矿区根据试验结果得出最优参数如表2。
表2 凡口矿、金川二矿区的爆破漏斗试验结果
|
参数 |
凡口铅锌矿 |
金川二矿区 |
金川二矿区 |
金川二矿区 |
|
临界埋深(m)
最优埋深(m)
应变能系数(m/kg1/3)
最优埋深系数
最优埋深时漏斗体积(m3)
漏斗半径(m)
比能(m3/kg)
炸药类型 |
2.98
1.40
1.785
4.47
4.29
1.45
0.93
CLH乳化炸药 |
2.0
1.97
1.587
0.485
2.347
1.50
1.174
HD乳化炸药 |
1.76
0.80
1.40
0.46
1.74
1.60
0.87
铵松蜡炸药 |
1.76
0.81
1.40
0.46
1.76
1.50
0.88
2号岩石炸药 |
装药和爆破。由于VCR法的球形药包漏斗爆破的具体工艺与约束条件的要求，必须使用高容积威力（约为2号岩石炸药的1.7倍）、高密度（1.4～1.5g/cm3）、高爆速（4000～5500m/s）的炸药。一般为非雷管感度的炸药。凡口铅锌矿和金川二矿区在VCR法爆破中成功地应用国产的CLH和HD型乳化油炸药。国外常见有加拿大工业公司的quamex、杜邦公司的tovex和特洛根公司的WS-TH等炸药。
高硫矿床忌用含铝高爆温炸药。
VCR法典型的落矿方法是球形药包单分层自下而上分层落矿。每层崩落高度一般为3～4m。装药结构见图2。
图2 VCR法炮孔装药结构
1-尼龙绳;2-导爆线;3-砂子;4-10kg药包;
5-5kg药包;6-起爆弹;7-10kg药包;8-砂子;9-水泥塞
主要工艺有测孔、堵孔、装药和起爆等。
测孔。常见是用一根长0.5m、直径25mm的金属棒或胶皮管，系于带有刻数的测绳上来测量孔深，便可绘制除落矿分层顶板曲线形状和下部补偿空间的高度。
堵孔。装药前需将通孔堵严，常见堵孔方法有两种，一种是用沿对角线斜割成两块楔子组成的圆木塞堵孔。另一种是用水泥胶皮塞堵孔。[next]
装药。通常每层球形药包长度为1m，重量为25～30kg，用塑料袋包装，分装数袋。一般用装有黑索金和TNT各50%、重约250～300g熔铸起爆弹的起爆药包起爆。起爆药包位于球形装药的中心，用尼龙绳或直接用导爆索吊装送进炮孔内。其余药包可吊装或投装。药包上部用细砂填塞，高度应不大于药包埋深。
通常采用非电或电毫秒微差导爆系统引爆，见图3。
图3 VCR法的起爆系统
1-导爆管;2-雷管;3-孔内导爆线;4-导线;
5-电雷管;6-支导爆线;7-炮孔
每次爆破后，如果地质构造复杂，炮孔间距不合理或填塞高度不合适，都会发生爆后堵孔现象。对此，通常用压风、注水、钢绳吊重锤冲击，装入小药包爆破和用钻机透孔等办法处理。
出矿。VCR法爆破的矿石破碎块度小且均匀，据凡口铅锌矿和浸出二矿区生产实践表明，矿石大块率只有1～1.5%。国外使用VCR法的矿山矿石块度亦几乎均匀，破碎效果好。如加拿大桦树矿，块度小于150mm占全部崩落矿量的80%。此外，落矿与出矿作业基本上互不干扰。这些均为采用高效率的出矿设备提供了有利条件。
凡口铅锌矿采用LF-4.1型铲运机装矿，一种是卸入溜井由下阶段运出；另一种是卸入矿车由本阶段运出。矿块日平均出矿量750～900t。金川二矿区采用LF-4.1型铲运机装矿卸入矿车又本阶段运出，矿块日平均出矿量502t。西班牙鲁比尔斯铅锌矿，用ST-8型铲运机装矿卸入20t卡车，经斜坡道运至地表，矿块日平均出矿1500t。出矿后期的残矿一般采用遥控铲运机出矿。遥控铲运机的遥控方式有电缆遥控和无线电遥控两种，后者用的比较普遍。
地压控制。VCR法消除了人员在矿房顶板下作业，从而简化了该方法的地压管理。地压管理只有维护凿岩和出矿巷道的稳固性、上、下盘围岩的稳固性和采空区的处理等方面。
大断面的凿岩硐室和出矿巷道的支护，通常采用锚杆和锚网。矿石稳固性差的，还需在金属网外喷浆。锚杆长度和网度按巷道跨度和矿层地质条件选用。小断面的凿岩巷道之间留有临时矿柱，起到支护作用。出矿巷道以锚杆支护为主，还有采用局部壁后注浆和钢梁支护加固等。对于上、下盘围岩，如果稳定性较差，可从凿岩水平或拉底水平钻凿长锚索钻孔，安装长锚索加固。长锚索的参数，按上、下盘围岩暴露面积和拉应力带范围而定。如果矿柱要回收，则矿房矿石出净后的采空区，一般用尾砂胶结或块石胶结一次充填。国外大多数矿山灰砂比为1：20；国内矿山常用1：8～1：10。矿房充填后应形成有适宜的强度和自立性的充填体，待固结后回采矿柱。矿柱回采结束后可用废石或全尾砂充填或用崩落顶板进行空区处理。
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