長錨索錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)在上向分層充填采場(chǎng)的應(yīng)用

焦 鵬，錢義貴，佟 磊，王 偉

（1.南京銀茂鉛鋅礦業(yè)有限公司， 江蘇南京 210033；2.南京化建產(chǎn)業(yè)（集團(tuán)）有限公司，江蘇南京 210018）

長錨索錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)在上向分層充填采場(chǎng)的應(yīng)用

焦 鵬1，錢義貴2，佟 磊1，王 偉1

（1.南京銀茂鉛鋅礦業(yè)有限公司， 江蘇南京 210033；2.南京化建產(chǎn)業(yè)（集團(tuán)）有限公司，江蘇南京 210018）

南京銀茂鉛鋅礦業(yè)有限公司在深部開采時(shí)，上向水平分層充填采礦法采場(chǎng)頂板暴露面積約400～500m2，并受到較高的原巖應(yīng)力作用，加之采場(chǎng)頂板節(jié)理裂隙發(fā)育，使得采場(chǎng)頂板冒落問題突出，通過采用長錨索預(yù)控頂支護(hù)技術(shù)，配合錨桿錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，取得了較好的支護(hù)效果，有效地控制了采場(chǎng)頂板冒落現(xiàn)象，礦石回收率達(dá)到85%以上，解決了采場(chǎng)頂板暴露面積過大帶來的開采安全問題。

長錨索；錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)；上向水平分層充填采礦法

南京棲霞山鉛鋅礦為層控－熱液復(fù)成礦床，礦體受多種斷裂破碎構(gòu)造控制，也受巖性的控制，在不同構(gòu)造及同一構(gòu)造不同部位的礦體形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模有較大差異。

多年來礦山采用上向水平分層充填采礦法回采，目前已經(jīng)開始－500m以下礦體的回采，采場(chǎng)頂板暴露面積約400～500m2，隨著回采深度的增加，地壓活動(dòng)顯著增強(qiáng)，采場(chǎng)頻繁發(fā)生大塊冒頂現(xiàn)象，單純的錨桿支護(hù)難以滿足要求，有效的頂板支護(hù)措施成為亟需解決的問題。

1 礦山開采技術(shù)條件及面臨的問題

1.1 礦山開采技術(shù)條件

礦山深部開采對(duì)象主要為1＃主礦體，其受F2、斷碎不整合面、北西向斷裂、古巖溶等四種構(gòu)造控制，以F2為主。不同地質(zhì)部位具不同的控礦構(gòu)造，又互相貫通或互相交會(huì)。礦體走向北東，傾向北西，傾角上緩下陡，下部約80°，平均厚度23.1m，礦體西部埋藏深度至－600m以下，厚度較大，形態(tài)比較規(guī)則。鉛鋅礦巖體穩(wěn)定性中等～好，黃鐵礦的巖體的穩(wěn)定性一般～中等。

位于斷碎不整合面部位的礦體上盤圍巖為象山群底礫巖、象山群砂巖及斷層角礫巖、巖溶角礫巖；位于縱向斷裂F2部位的上盤圍巖多為高麗山組砂巖、頁巖，部分為和州組泥灰?guī)r和黃龍組白云質(zhì)灰?guī)r、粗晶灰?guī)r，亦有由這些巖石組成的斷層角礫巖，大多不穩(wěn)固。礦體下盤圍巖主要是黃龍組和船山組石灰?guī)r，部分為棲霞組石灰?guī)r，少數(shù)為巖溶角礫巖（僅出現(xiàn)在礦體頭部），穩(wěn)固性良好。

1.2 礦山深部開采中面臨的問題

深部開采采用上向水平分層充填采礦法回采，礦塊階段高度50m，每個(gè)礦塊沿礦體走向長50m，間柱寬4m，底柱5m，頂柱3m，采準(zhǔn)工作主要為出礦的采準(zhǔn)巷道、回風(fēng)井，溜礦井和人行井。切割工作主要為各井筒間及上下盤的切割平巷。拉底工作結(jié)束后即開始向上分層回采，分層采幅高度為2.5～3 m，回采控頂高度不超過5m。隨著分層的向上回采，采場(chǎng)頂板的應(yīng)力集中越來越大，加上礦體本身節(jié)理裂隙非常發(fā)育，頂板穩(wěn)固性較差，特別是靠近采場(chǎng)上盤部位，由于高硫的黃鐵礦的強(qiáng)度較低，更易發(fā)生頂板冒落，而且隨著回采深度的增加，頂板冒落問題越來越突出。

2 頂板支護(hù)措施

2.1 支護(hù)方案

采場(chǎng)頂板冒落的主要原因有2點(diǎn)，一是隨著開采深度的增加，深部原巖應(yīng)力場(chǎng)逐漸加大，隨著回采區(qū)域應(yīng)力的重新分布與逐步調(diào)整，導(dǎo)致采場(chǎng)頂板的穩(wěn)固性愈來愈差；二是礦體較為破碎松散，節(jié)理裂隙非常發(fā)育，存在許多弱面，在采場(chǎng)回采頂板暴露后，這些似層狀的弱面容易發(fā)生局部大面積冒落。

為控制頂板冒落，可以選擇礦柱控頂、錨桿控頂、長錨索預(yù)錨固控頂、人工假頂控頂、預(yù)留護(hù)頂層控頂?shù)榷囗?xiàng)措施［1］，礦柱控頂和預(yù)留護(hù)頂層控頂會(huì)造成資源的浪費(fèi)，人工假頂施工難度大、成本極高且為被動(dòng)的支護(hù)形式，因此礦山普遍采用錨桿支護(hù)的方式控頂。

但對(duì)于暴露面積較大、破碎帶厚度大于錨桿長度的采場(chǎng)，錨桿支護(hù)也不能保證頂板的穩(wěn)固性，有的錨桿甚至被拉斷，而有的錨桿則根本沒有起到支護(hù)的作用，隨著大塊礦石的冒落而冒落，因此不得不在采場(chǎng)內(nèi)頂板極不穩(wěn)固的區(qū)域留設(shè)點(diǎn)柱，造成資源的永久損失。

為有效地提高深部采場(chǎng)頂板的穩(wěn)固性，決定采取長錨索錨桿（網(wǎng)）聯(lián)合支護(hù)的辦法，利用長錨索對(duì)礦體頂板圍巖的預(yù)先錨固，有效地提高采場(chǎng)頂板穩(wěn)固性，使回采作業(yè)的安全性大為提高［2］，同時(shí)輔以錨桿（網(wǎng)）聯(lián)合支護(hù)，以有效控制采場(chǎng)頂板的冒落問題。

2.2 長錨索布置

長錨索的布置形式一般為上向或者下向扇形布置。本礦礦體傾角大，達(dá)到80°，平均厚度達(dá)到23 m，礦體上盤圍巖為泥灰?guī)r，穩(wěn)固性差，礦體靠上盤部分為高硫的黃鐵礦，穩(wěn)固性差，靠下盤部分為鉛鋅硫礦，穩(wěn)固性中等。若采用上向扇形布置，則長錨索預(yù)錨固對(duì)黃鐵礦靠上盤圍巖的部分礦塊加固作用不理想，且采場(chǎng)局部錨索過密，造成浪費(fèi)；若采用下向扇形布置，則要在上盤圍巖中施工分段平巷，不但工程量大，且在泥灰?guī)r中施工分段平巷本身難度較大。

因此，根據(jù)該礦的實(shí)際情況，長錨索選擇在分層回采之前豎直平行布置（見圖1）。錨索長度12～15 m，錨索施工后開始?jí)喉敾夭桑夭?～4個(gè)分層后需重新施工錨索預(yù)錨固頂板。

圖1 采場(chǎng)頂板長錨索布置方式

2.3 長錨索施工

2.3.1 錨索長度的確定

錨索長度應(yīng)足以抵達(dá)未擾動(dòng)巖層，未擾動(dòng)巖層厚度與采場(chǎng)的尺寸和形狀有關(guān)，即與采場(chǎng)壁面水力半徑有關(guān)（見圖2）［3］。該礦支護(hù)地段平均水力半徑為6.5m，結(jié)合采場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)條件、鑿巖設(shè)備的鑿巖能力及錨索安裝成本等因素，錨索長度最終選擇15m左右。

圖2 長錨索長度設(shè)計(jì)

2.3.2 長錨索技術(shù)參數(shù)的確定

錨索所能提供的錨固力應(yīng)大于錨索負(fù)擔(dān)巖塊脫落時(shí)需錨索承擔(dān)的載荷，而錨固力應(yīng)是砂漿與巖壁的粘結(jié)力、砂漿與鋼繩的握裹力、鋼繩的破斷力這3者中的最小值。室內(nèi)試驗(yàn)表明，砂漿與鋼繩的握裹力最小，因此，應(yīng)提高砂漿質(zhì)量，將鋼繩表面油污、鐵銹去凈，從而保證加固效果。

參照其他礦山經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)錨桿的懸吊原理和錨索的抗拉強(qiáng)度，該礦確定錨索網(wǎng)度為2.5m×2.5 m，錨孔采用菱形布置。

2.3.3 長錨索材料及施工設(shè)備

長錨索采用Φ20～24mm鋼絲繩（可由提升廢鋼繩經(jīng)去油去銹處理而成），注漿管采用Φ15～20 mm硬聚氯乙稀管，排氣管采用Φ10～15mm普通塑料管。錨索孔采用YGZ－90鉆機(jī)施工，孔徑55～60mm，注漿設(shè)備采用UB1型灰漿泵，錨索安裝設(shè)備為摩擦輪式送索器。

注漿用水泥砂漿采用標(biāo)號(hào)為525的普通硅酸鹽水泥、水、清洗和過篩的中細(xì)河砂組成，河沙細(xì)度模數(shù)為2～3。水灰比為0.4～0.45；灰砂比（重量比）為1∶1～1∶1.5。砂漿用攪拌機(jī)井下現(xiàn)場(chǎng)攪拌。2.3.4 長錨索施工工藝

施工時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)確定的錨孔網(wǎng)度、直徑、孔深、傾角進(jìn)行施工。錨索孔施工完成后，在退釬桿以前，應(yīng)用高壓空氣和水沖洗錨孔，以免孔壁上的粉塵影響注漿質(zhì)量。施工的錨孔經(jīng)技術(shù)人員驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行長錨索安裝。

安裝前將排氣管用膠帶綁扎在錨索頭部，并每隔5m重新綁扎一次，防止排氣管脫落；錨索頭部的鋼絲應(yīng)彎成倒鉤形，以防止錨索從其孔內(nèi)脫落傷人。準(zhǔn)備妥當(dāng)后用摩擦輪式送索器將錨索送入孔底，同時(shí)將注漿管伸入孔內(nèi)30～50cm，并用木塞固定錨索，木塞與錨索孔之間的空隙用紗布和膠帶封死。

長錨索采用前進(jìn)式連續(xù)注漿，將排氣管口插在水盆中，當(dāng)排氣管不再冒氣泡或者流出漿液時(shí)停止注漿泵，并打開注漿泵泄壓閥泄壓，同時(shí)將注漿管打折并綁扎牢固后切斷，以防止跑漿。

長錨索注漿后須養(yǎng)護(hù)7～10d才可繼續(xù)采礦。

2.4 采場(chǎng)長錨索錨網(wǎng)聯(lián)合護(hù)頂

經(jīng)過長錨索預(yù)錨固后的礦塊，頂板穩(wěn)固性有顯著的提高，但在天井周圍及局部極破碎區(qū)域仍難以達(dá)到有效的支護(hù)效果，因此需要在上述區(qū)域輔之以錨桿（網(wǎng)）護(hù)頂，該礦采用長為2m的錳鋼板制作Φ40mm的管縫式錨桿，金屬網(wǎng)采用冷拔鋼絲制作，絲徑5mm、網(wǎng)孔50mm×50mm，規(guī)格1m×2m。在未施工錨索的區(qū)域，錨桿網(wǎng)度1.5m×1.5m；在錨索施工區(qū)域，在每4根錨索的中間布置1～2根錨桿固定大塊；對(duì)于角礫狀不穩(wěn)固的礦體采用錨桿金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。經(jīng)過長錨索和錨桿（網(wǎng)）聯(lián)合對(duì)采場(chǎng)頂板進(jìn)行主動(dòng)加固，有效確保了采場(chǎng)的頂板安全。

3 結(jié) 論

（1）長錨索預(yù)控頂配合錨桿錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在1102、1105、1108等采場(chǎng)的應(yīng)用實(shí)踐表明，該護(hù)頂技術(shù)有效地控制了上向水平分層充填采場(chǎng)的頂板冒落問題，取得了較好的支護(hù)效果，解決了分層采場(chǎng)頂板暴露面積過大帶來的安全問題。

（2）長錨索錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)采場(chǎng)頂板后，采場(chǎng)內(nèi)點(diǎn)柱的留設(shè)量大大減少，礦石回收率達(dá)到85%以上，礦石貧化率在3%以下，取得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）長錨索錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)使采場(chǎng)作業(yè)的安全性有了技術(shù)保障，從而確保了井下工人的人身安全，產(chǎn)生了很好的社會(huì)效益。

（4）長錨索錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)護(hù)頂目前對(duì)個(gè)別采場(chǎng)內(nèi)的粉狀單硫礦難以達(dá)到設(shè)計(jì)的支護(hù)效果，該部分礦石的回收仍然要靠留設(shè)一部分點(diǎn)柱和小斷面掘進(jìn)回采來保持頂板的穩(wěn)固性。

［1］王新民，趙 彬，張欽禮.采場(chǎng)頂板冒落機(jī)理及控頂技術(shù)探討［J］.中國礦業(yè)，2007，16（11）.

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2012－02－19）

焦 鵬（1984－），男，助理工程師，主要從事采礦工程技術(shù)工作，Email：jiaopeng613＠163.com。