巖土錨固工程參數優化在柴胡欄子礦區的應用

張向偉 陳偉

1.赤峰柴胡欄子黃金礦業有限公司，中國·內蒙古 赤峰 024000

2.寧夏煤礦安全監察局，中國·寧夏 銀川 750000

1 引言

隨著科技的發展，井下礦山的發展也越來越大。對于井下巖石的支護要求也越來越多，所以對井下巖石進行質量分級，能更好的對井下支護有一個確定的參考數據。

巖體的工程分類是巖體力學中一個重要的課題，它是工程巖體穩定性分析的基礎，也是巖體工程地質條件定量化的一個重要途徑。為工程設計、支護襯砌、建筑物選型和施工方法的選擇等提供參數和依據。國際上通用的分類方法有兩種：巖體地質力學分類（RMR分類）和巴頓巖體質量（Q）分類。雖然在分類數值代數式表達上兩者有較大差別，但兩種分類方法均考慮到巖體的完整性和成層條件、巖塊強度、結構面發育情況和地下水等因素。Barton于2002年進一步修正了他們之間的關系為：

根據《工程巖體分級標準》中建議的巖體物理力學參數取值范圍，通過非線性擬合分析，建立了各物理力學參數與BQ之間關系經驗公式。

2 柴胡欄子礦區巖體錨固工程

2.1 礦區地質概況

礦區出露地層主要是晚太古界變質巖系，上太古界建平群是本區出露的最古老地層。建平群可以進一步劃分為2個巖組，下部為小塔子溝組，其巖石組合主要為斜長角閃巖片麻巖、黑云斜長片麻巖、麻粒巖、斜長角閃(輝石)巖及少量磁鐵石英巖等；上部為大營子組，主要巖石類型為斜長角閃片麻巖、斜長角閃巖、黑云片巖、大理巖、夾石英巖。

按結構面的延伸長度、切割深度、破碎帶寬度及其力學效應，礦區內發育的將結構面分為5級。

2.2 工程變形特征

礦區的圍巖應力測量結果表明，在空間上，隨著深度的增加，巖體的變形量逐漸增大；在時間上，隨著深度的增加，與淺部巷道比，發生同樣的變形量所需時間在明顯縮短，即巖體的變形速度在增加。這對巷道的穩定性是很不利的，對巷道支護技術提出了更高的要求。

2.3 錨固方式選取

柴胡欄子礦區巖土錨固方式主要有以下幾種：管縫式錨桿、預應力樹脂錨索、錨網、螺旋支柱等。具體的錨固方式依據掘進面、采場圍巖的工程地質條件組合選取。一般情況下，巷道兩壁采用錨網+管縫式錨桿，巖石極破碎情況下采用錨網+管縫式錨桿+混凝土噴漿，采場頂板采用金屬穿帶+管縫式錨桿或預應力樹脂錨索組合使用[1]。

2.4 礦區錨固工程常見問題

柴胡欄子礦區中的錨固工程在巖體主動支護過程中起到了重要的作用，但是仍然存在不少問題，目前所采用的支護參數多是憑工程經驗確定的，缺少相關理論依據。

3 錨固參數優化

3.1 支護參數合理性驗證

以3號盲豎井九中段39504采場為例：此采場位于九中段21.5線至23線之間，礦體走向300°，傾角78°，傾向南西。礦體上盤為大理巖及片巖，下盤為玢巖及大理巖，十分不穩固，礦體與圍巖接觸部位出現較破碎的破碎帶，節理較發育[2]。

錨索采用的七股15.2mm鋼絞線抗拉強度標準值為1860MPa，抗拉設計強度fdp1860×0.6＝1116MPa，取n＝0.90，則每根七股鋼絞線錨索的抗拉荷載值為：

則采場上盤總壓力冒落拱重量為：

每分層采場頂板共需要安裝錨索根數為：

由上述計算結果可以發現，目前采場所使用的錨索支護網度為2m×2m，其面積為4m2大于計算網度。

3.2 參數優化過程

3.2.1 錨索網度的確定

根據上一節計算結果，以39504采場為例，采場內理論計算錨索網度為2.05m2，因此錨索設計網度見表1。

表1 錨索設計網度（單位/m）

3.2.2 錨索長度的確定

錨索長度的確定與每根錨索所承受的設計荷載有直接的關系，錨索承受的設計荷載即是每根錨索所承受的冒落拱的重量，計算得每根錨索分攤的冒落拱重量：

查閱樹脂錨固劑的技術參數，目前所采用的錨固劑為快速型樹脂錨固劑，其特點為凝膠時間快，強度增長快，固化后3min時抗拉強度大于30MPa，抗壓強度大于60MPa，粘結強度對混凝土大于7MPa，對螺紋鋼大于16MPa[3]。

根據實際情況，參照資料計算得錨固段長度為：

由此，可得錨索總長度為：

根據以往經驗和礦區具體地質條件，提出長度為2m，網度為2m×1m的錨索支護方案。

4 結語

RMR巖石質量分級方法對于巖體的質量等級提供了有效的依據。根據各種參數計算可以對不同等級的巖石進行不同的支護方案。這樣對于支護措施有了很好的理論依據。