長錨索支護在銀漫礦業的應用

楊英偉

（西烏珠穆沁旗銀漫礦業有限公司，內蒙古 赤峰 024400）

銀漫礦業是一家多金屬地下開采礦山，品位高且儲量豐富，采礦方法為階段空場嗣后充填法。2017年開始采礦，隨著回采范圍的擴大，出現了礦巖大面積冒落，近一個月時間，冒落高度達60米，局部地段甚至冒到地表，影響了正常的安全開采，造成大量礦石永久損失。

1 工程地質描述

礦體頂板的蝕變凝灰巖，天然單軸抗壓強度86.4MPa～116MPa，礦體的單軸抗壓強度104MPa～148MPa，礦體底板蝕變凝灰巖天然單軸抗壓強度122.8MPa～140.8MPa；礦體的頂、底板及礦體均屬堅硬巖石，巖石質量好，穩固性良好。實際上，在17號礦體東部有一條較大的構造破碎帶，屬于高應力區，沿礦體走向還有厚度不等的高嶺土帶，遇水容易泥化，部分礦體頂板解理、裂隙發育。

針對上述問題，多次召開了專題技術研討會，最終確定以920米水平做最高回采標高，提前做預控頂支護，防止因采動而出現的不可控冒落現象。

以920m的Ⅰ-10采場為例，提出了兩種支護方案。

方案一 全斷面支護方案：當礦體厚度小于10米時，以920m脈內沿脈巷道為自由面，將礦體全部擴幫到采場邊界位置。擴幫時采用噴錨網支護，錨桿長3.0m，排距、間距均為1.0m。長錨索排距、間距均為2.0m。如圖1所示。

圖1 全斷面支護方案

方案二 預留礦柱方案：當礦體厚度大于10米時，以920m脈內沿脈巷道為自由面，將礦體全部擴幫到采場邊界位置，兩幫預留4m寬的礦柱。礦柱附近的長錨索向外傾斜一定角度。擴幫時采用噴錨網支護，錨桿長3.0m，排距、間距均為1.0m。長錨索排距、間距均為2.0m。

圖2 預留礦柱支護方案

2 設計依據

錨桿、錨索支護參數計算：

（1）按懸吊理論計算：①錨索長度：L=KH+L1+L2；式中：L-錨索長度m；H-冒落拱高度m；H=B∕2f；f-巖石堅固性系數，取3。K-安全系數，取2；L1-錨入穩定巖層的深度；L2-錨索外露長度，取0.5m。L=2×2.5+2.4+0.5=7.9m，實際取錨索長度L=8.5m。②錨索間排距：設計間距、排距均為a，則：a=√（Q∕KHr）式中： a-間排距m；Q-設計錨固力，500kN∕根；H-冒落拱高度；r-被懸吊巖石的重力密度，取29.4 kN∕m3；K-安全系數，取K=2。a=√（500∕2×2.5×29.4）=1.84m，此處取間排距為2.0m。③錨固長度的效驗，錨固長度La應符合下式：La≥k（dfs／4fc），式中k-安全系數，取K=1.5；d-鋼絞線直徑，mm；fs-鋼絞線抗拉強度，Mpa；fc-錨索與錨固劑的設計粘結強度，樹脂作錨固劑時，取10Mpa。計算得La≥1507mm。

（2）按擠壓加固拱理論：長錨索在預應力作用下，形成連續壓縮帶，不但保持自身穩定、承受地壓，還阻止上部圍巖的松動和變形；但是在2m間距內，錐形體的壓縮區外不受長錨索作用，為更好的加固頂板，在長錨索間加密了一根錨桿，補強錨索作用范圍外的巖石。

3 技術要求

（1）擴幫前應將采場內巷道進行支護，并超前于采場邊界三排錨索距離，沿著沿脈巷分別向礦體上、下盤擴幫，一次擴幫最大步距4.2米，光面爆破法施工。

（2）錨 桿 用 φ20mm螺 紋 鋼 制 作， 長3.1m， 托 盤 為100mm×100mm×δ8mm鋼板制作，間排距1m×1m，錨固長度1.2m，拉拔力不小于50KN，扭矩不小于20KN，使用樹脂錨固劑，外露長度不超過100mm。

（3）網片采用φ6mm金屬網片，網格為100mm×100mm，網片規格為1.1m×2.1m，搭接長度不小于100mm，搭接處每隔100mm用雙股細鐵絲綁扎一次。

（4）錨索采用φ21.6mm鋼絞線，長8.5m，托盤規格為200mm×200mm×δ20mm鋼板制作，間排距2m×2m，使用樹脂錨固劑錨固，錨固長度不小于2.4m，施加預緊力不低于100KN，外露長度為300mm～500mm。

（5）噴漿厚度不小于100mm，砼強度為C20。

4 實施過程

由于錨索孔深8米，常用的淺孔鉆機打孔不現實，選擇一款合理的施工設備非常重要。根據礦山已有設備，最初使用煤礦用錨桿鉆機，鉆頭直徑32mm，因為該鉆機是以旋轉切削原理破碎巖石，不適用f值超過10的金屬礦山，所以選擇不同的巖石試驗了3次，鉆頭已被磨損破壞，卻無法鉆進堅硬的巖石；然后又使用現有的中深孔鑿巖臺車打了3個φ76mm錨索孔做嘗試，用3卷φ28mm的樹脂藥卷捆在一起塞入孔內，把錨索用錨桿鉆機裝入孔內，待達到要求的時間后安裝托盤，用拉拔器施加預緊力，所有操作都符合施工要求，但是拉拔器儀表升到近10KN時壓力值就不再升高，說明錨固劑沒有發揮作用，全部拉出后發現錨固劑沒有硬化，盡管錨索頭部做了一定的處理，增大了攪拌直徑，兩種化學藥劑還是沒有充分攪拌均勻；最后經過對鉆桿鉆頭的改造，施工φ45mm錨索孔，選用φ32mm的樹脂藥卷，試驗成功。

5 位移監測

選取不同的預控頂地段安裝了12組頂板離層儀，通過對2個月監測數據統計分析，最小變形值12mm，最大36mm，沒有超過允許變形值，說明預控頂支護從方案到施工都是可靠的。

6 總結

錨索常用方式是水泥砂漿錨索，而我們根據金屬礦山圍巖的特點，選用樹脂錨固劑端頭錨固，不但省去了注漿設備，而且操作簡便，不論從經濟意義上還是施工靈活性上都有可取之處。試驗過程也說明了錨索孔直徑、錨固劑直徑、錨索直徑三徑匹配的重要性。在實際施工中普遍存在隨意性強，質量達不到設計要求，尤其是巖面不平整的情況下，托盤難以緊帖巖面，施工中要采取切實可行的方法，如先噴層水泥砂漿再施工錨桿。