淺析錨桿支護(hù)在喀拉通克銅鎳礦的應(yīng)用

肖玉武

（新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司 富蘊(yùn) 836107）

淺析錨桿支護(hù)在喀拉通克銅鎳礦的應(yīng)用

肖玉武

（新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司 富蘊(yùn) 836107）

支護(hù)是礦山井下生產(chǎn)中必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其形式多樣，變化多端。合適的支護(hù)能夠保證作業(yè)人員的安全，亦能大量減少施工成本。其中的錨桿支護(hù)在井巷掘進(jìn)支護(hù)中是一種較常應(yīng)用的支護(hù)手段，它主要起懸吊、組合梁和擠壓的作用，本文通過錨桿支護(hù)在喀礦井下的實(shí)際運(yùn)用，論述其作用和效果。

錨桿支護(hù) 喀拉通克銅鎳礦 應(yīng)用

1 前言

喀拉通克礦業(yè)公司始建于1988年，一期開采對(duì)象為Ⅰ號(hào)礦體的特富礦，采礦規(guī)模為250 t/d，采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法，分礦房和礦柱兩步回采。二期工程于1998年開始建設(shè)，在原有采礦規(guī)模250 t/d特富礦的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大到1 000 t/d，開采對(duì)象為Ⅰ號(hào)礦體的富礦和特富礦，采用上向和下向進(jìn)路傾斜分層膠結(jié)充填采礦法。二期工程富礦回采自2001年投入生產(chǎn)，2002年全部過渡為下向進(jìn)路傾斜分層膠結(jié)充填采礦法。三期工程于2005年開始建設(shè)，至2013年竣工，三期技改后生產(chǎn)力將達(dá)到5 400 t/d，開采高程由830 m水平至650 m水平沿深至260 m水平，開采礦體由Ⅰ號(hào)礦體到Ⅱ號(hào)礦體東、西段以及Ⅲ號(hào)、九號(hào)礦體，生產(chǎn)戰(zhàn)線長(zhǎng)達(dá)2 km。

2 地質(zhì)情況

礦區(qū)位于哈薩克斯坦－準(zhǔn)噶爾板塊與西伯利亞板塊的接合部位南側(cè)，準(zhǔn)噶爾地槽褶皺系和阿爾泰地槽褶皺系接合部位的準(zhǔn)噶爾地槽褶皺系一側(cè)，喀拉通克晚古生代島弧帶上，其次級(jí)構(gòu)造位置處于卡依爾特－二臺(tái)大斷裂（F3）及瑪因鄂博－額爾齊斯深斷裂（F1）交匯點(diǎn)南西側(cè)及烏倫古河大斷裂（F2）以北。

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為下石炭統(tǒng)南明水組(C1n)，其次有中泥盆統(tǒng)蘊(yùn)都哈拉組(D2y)、下第三系古新—始新統(tǒng)紅礫山組(E1-2h)以及第四系全新統(tǒng)(Q4)。其中南明水組上段是區(qū)內(nèi)主要含礦巖體侵入部位。

喀礦巖石結(jié)構(gòu)破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育嚴(yán)重，特別是圍巖極不穩(wěn)固。因此，在喀礦井下的生產(chǎn)過程中，支護(hù)是不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

3 支護(hù)的作用

支護(hù)為地下硐室開挖后的穩(wěn)定及施工安全，而采取的支持、加強(qiáng)或被覆圍巖的構(gòu)件或其它措施的總稱。采用傳統(tǒng)礦山法施工時(shí)，支護(hù)類型有保留礦柱、架設(shè)支架、加固巖石3種。采用新奧法施工時(shí)，按支護(hù)作用效果可分臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)兩類，包括噴錨支護(hù)、鋼木支撐、混凝土襯砌、注漿支護(hù)等多種類型。

巖體在被開挖前，在原始應(yīng)力場(chǎng)的作用下處于平衡狀態(tài)，巖體中的原始應(yīng)力是由上覆巖層的重力和地質(zhì)構(gòu)造所引起的。而巖體在開挖后，原來所承擔(dān)的荷載轉(zhuǎn)移到周圍的巖體，從而形成新的應(yīng)力場(chǎng)，也就是說在周圍巖體中發(fā)生二次應(yīng)力分布。而二次應(yīng)力主要分布在鄰近巷道表面的圍巖之中。這樣，開挖以后，開挖體周圍形成的新應(yīng)力場(chǎng)是由原巖應(yīng)力和二次應(yīng)力疊加而成的，并且在巷道表面形成應(yīng)力集中。巷道的開挖改變了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)并提供了自由空間，使得巷道圍巖可能發(fā)生片幫、冒頂、底臌、垮塌、大量收縮及錯(cuò)動(dòng)等變形破壞。

所謂支護(hù)，指的是一些用來幫助圍巖提高自支撐能力的人工結(jié)構(gòu)物，用來避免破壞的發(fā)生。特別說明的是等巖體破壞后再支護(hù)，安全性、可靠性則會(huì)降低。

在各種支護(hù)中，錨桿支護(hù)使用較多。采用錨桿支護(hù)巷道，就是巷道掘進(jìn)后向圍巖中鉆錨桿眼，然后將錨桿安設(shè)在錨桿眼內(nèi)，對(duì)巷道圍巖予以人工加固，從而維護(hù)巷道穩(wěn)定。根據(jù)錨桿的錨固特點(diǎn)，可以將錨桿分為4類：點(diǎn)錨式錨桿、全長(zhǎng)粘結(jié)式錨桿、摩擦式全長(zhǎng)錨固錨桿及綜合式錨桿。

4 錨桿支護(hù)在喀礦的實(shí)際應(yīng)用

隨著礦業(yè)的發(fā)展，礦山支護(hù)技術(shù)和支護(hù)設(shè)備也相應(yīng)得到了較大的發(fā)展。礦山支護(hù)設(shè)備主要是指地下采掘過程中為維護(hù)工作面頂板安全而設(shè)計(jì)制造的支護(hù)用具，它的作用在于為井下開采各道工序，如:鑿巖爆破、通風(fēng)、運(yùn)輸、充填等提供安全的作業(yè)環(huán)境。礦山支護(hù)直接涉及到礦山作業(yè)的安全、效率、消耗量(特別是木材、鋼材的大宗物料)、環(huán)境保護(hù)與工業(yè)衛(wèi)生、采掘成本與機(jī)械化水平。礦井支護(hù)設(shè)備所占地下采掘生產(chǎn)成本比例較大，就我礦而言，直接用于支護(hù)方面的木材、鋼材、水泥加上各種制成品、專用工具、設(shè)備等，每年的直接費(fèi)用占采掘生產(chǎn)成本的20%，可見礦支護(hù)的投入及其對(duì)安全生產(chǎn)的影響從來都是關(guān)系到礦山企業(yè)正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的頭等大事。

喀拉通克銅鎳礦多年采用管楔式錨桿，這種錨桿屬于綜合式錨桿。安裝較為簡(jiǎn)便，錨桿套上托板后，將上半段自由放入鉆孔中，再用套接頭將下半段推入巖孔中直至托板壓緊，最后用一根長(zhǎng)的鋼釬通入管中反復(fù)沖擊下楔，以楔緊頂錨頭，形成預(yù)應(yīng)拉力。優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)便，安裝質(zhì)量易檢查，對(duì)表層加固能力強(qiáng)，抗爆抗震，對(duì)巖層適用性廣；有讓壓性。缺點(diǎn)是成本稍高，管壁薄易銹蝕，不易做永久支護(hù)。根據(jù)礦山多年的實(shí)際應(yīng)用，管楔式錨桿錨固能力良好，能起到較好的支護(hù)效果。管楔式錨桿適用于巖層f＞2，錨桿頂錨力120 kN，縫管段錨固力約為50 kN。

4.1 錨桿支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)

4.1.1 錨桿長(zhǎng)度的確定

式中:B為巷道跨度，m；n為圍巖穩(wěn)定性參數(shù)；s為圍巖巖體的節(jié)理間距,m；L為錨桿長(zhǎng)度，m。

4.1.2 錨桿間距D

式中：D為錨桿間距，m；s’為圍巖的裂隙間距，m。

4.1.3 錨桿直徑d

主要依錨桿的類型和錨固力而定，一般為d≈L/110。

為了能使錨桿支護(hù)巷道達(dá)到更好的支護(hù)作用，礦山引進(jìn)一批管縫式錨桿。管縫式錨桿屬于摩擦式全長(zhǎng)錨固錨桿。管體沿縱向開了一條長(zhǎng)縫，擋環(huán)焊牢在管體外壁。管體常用16 Mn或20 MnSi鋼材，壁厚2～2.2 mm，管徑38～41.5 mm，開縫14 mm，要求鉆孔孔徑比管徑小2 mm左右，孔深大于管長(zhǎng)。適用于國(guó)內(nèi)Ⅰ～Ⅲ類乃至Ⅳ類巖層,全長(zhǎng)錨固力約30～60 kN,每米錨桿向鉆孔內(nèi)推進(jìn)所需的力為25～50 kN，產(chǎn)生的錨固力與壓力大至相等。管壁越厚，鋼材屈服應(yīng)力越高；孔徑越小，錨固力越大。管縫式錨桿對(duì)地層橫向錯(cuò)動(dòng)有良好適應(yīng)能力，鉆孔變彎曲，錨固會(huì)更牢。

優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)便，對(duì)孔深無嚴(yán)格要求，超深即可；對(duì)巖石表層的加固能力強(qiáng)；錨固力不受爆破震動(dòng)，圍巖移動(dòng)及時(shí)間的影響；有讓壓性。缺點(diǎn)是對(duì)鉆孔孔徑要求嚴(yán)格，管壁薄，易銹蝕，成本高，不能回收。

4.2 錨桿錨固力試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)管縫式錨桿的錨固能力，是否能達(dá)到較好的支護(hù)效果，采礦車間對(duì)管縫式錨桿進(jìn)行了錨桿拉力試驗(yàn)，即錨桿錨固力試驗(yàn)。試驗(yàn)使用錨桿拉力計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)。錨桿拉力計(jì)由一空心千斤頂和一臺(tái)高壓手搖油泵組成。試驗(yàn)時(shí)用卡具將錨桿緊固在千斤頂活塞上，搖動(dòng)油泵手柄，高壓油經(jīng)高壓膠管到達(dá)拉力計(jì)的油缸，驅(qū)使活塞對(duì)錨桿產(chǎn)生拉力。壓力表讀數(shù)乘以活塞面積即為錨桿的錨固力。通過試驗(yàn)計(jì)算管縫式錨桿具有較好的支護(hù)能力。但要使用管縫式錨桿，必須對(duì)引進(jìn)錨桿進(jìn)行抽樣檢查，以確保生產(chǎn)安全。

4.3 效果評(píng)價(jià)

錨桿支護(hù)減少或消除了圍巖不連續(xù)面的層間錯(cuò)動(dòng)，提高了巖層的整體抗彎能力，改善了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，使壓縮帶的巖石處于三向受力狀態(tài)，從而使巖體強(qiáng)度得到提高。本文希望通過對(duì)喀礦井下錨桿支護(hù)分析與探討，為大家提供一點(diǎn)礦山井下采掘支護(hù)的參考。

[1]采礦手冊(cè)（2卷）.冶金工業(yè)出版社，2011.

收稿：2014-01-21