应用长锚索加固技术提高矿岩自支承能力.pdf

2 0 0 1 年 n 月 第 3 O卷第 6期 有色矿山 No n f e r r o u s Mi n e s No v ． ． 2 0 0 1 Ⅷ． 3 o No ． 6 应用长锚索加固技术提高矿岩 自支承能力 俞德庆 兰 坪有色 金属 有限责任公司， 云南 昆明 6 5 0 2 0 0 [ 关键词】长锚索 ； 加 固技术 ；矿岩 ；自支承 能力 [ 摘要】舟绍了长锚索加固矿岩的基本原理及长锚索加固布置的常用计算方法， 并研究了会 泽铅锌矿麒恭坑的应用实例， 从而对长 锚索加 固矿 岩技术有 了结论 眭认识 。 [ 中圉分类号 ] TD 3 5 3 6[ 文献{ 看 I 调码】A[ 文章编号 ]1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 1 0 6 ． 0 0 0 4 0 4 Us i ng l o n g a n c ho r c a b l e r e i nf o r c e m e nt t e c hni q u e t o i mpr o v e mi ne r o c k s e l f - s u pp o r t i n g a b i l i t y YU De q i n g L a n p i n No n f e r r o u s Me t a l s C o ． L t d． ，Ku n mi n g 6 5 0 2 0 0 ，C h i n a Ke y wo r d s l o n g a n c h o r c a b l e ；r e i n f o r c e me n t t e c h n i q u e ；mi n e r o c k；s e l f s u p p o r t i n g a b i l i t y Ab 6 t r a c t Th e h ￡ c p r i n c i p l e o f l o n g a n c h o r c a b l e r e i n f o r c e me n t t ech n i q u e a n d c o mp u t i n g me t h o d i n c o mmo n u s e o f r e i r o r c e me n t a r r a n g e me n t a r e i n t r o d u c e d ，a e x a mp l e of Qi l i n p i t of Hu i se L e a d - z i n c Mi n e i s s t u d i e d ， a n d a c o n c l u s i o n a b o u t l o n g a n c h o r c a b h r e i n f o r c i n g mi n e r o c k t e e h n i q u e i s r e a c h e d ． 1 前言 在金属矿床地 下开 采中， 矿岩的稳定性 直接影响着采矿作业的安全， 影响著采 场各 项生产技术指标的好坏。矿 山工作者往往希 望矿岩是 比较稳定 的． 越稳 定越好。但矿岩 稳定与否却是 客观存在的现 实， 特别是对于 地下开采采场的顶部矿岩， 一般要 采取一些 人工的技术措麓才能使矿岩的稳定性趋近于 人们的愿望 。长锚索加固采场顶部矿岩就是 一 项比较可靠的技术措麓。 2 长锚索加固矿岩的基本原理 许多矿岩里的掘进巷道能够 自稳而不需 要任何人工支护． 矿岩本 身有很大 的 自支承 [ 收稿 日期 ]2 0 0 1 ． o 8 1 4 【 作者简介]俞德庆 1 9 5 7一 ， 舅， 云南省陆 良 县人， 高级工 程师 ， 从 事采 矿工 作， 现 任 云南兰坪 有 色金属有限责任公司副总经理 。 能力。而采场一般需要人工护顶则是 因为采 场顶部矿岩的暴露面积 比较大。又受多次重 复的爆破震动影响， 其 自支承能力不足于抵 抗破坏力， 而 不得不采取 人工护顶措麓。长 锚索加固矿岩的技术正是从提高矿岩 自支承 能力来增加矿岩的稳定性。 长锚索 加固矿岩 的施工工艺如 图 1所 示， 在需要加 固的矿岩 中按设计要 求钻凿中 深孔或深孔 ， 往孔里安装钢丝绳后再 注入配 制好的速凝水泥矿浆胶结来实现对矿岩的加 固。为使锚索与砂 浆， 砂浆 与锚 索孔 内壁 间 有足够的锚固摩擦力和握裹力， 根据试验参 数一般锚索孔的 L 径应 当是所选用钢绳直径 的 2至 3倍， 砂 子的最大粒度应 不大 于 4 ． 5 mm． 砂浆配合比为水泥 砂 承 1 1 ． 2 0 ． 4较佳。 钢绳锚索通过注入的砂浆与孔内壁胶结 成一体， 实现沿锚 索全长与矿岩之问的粘结 力或摩擦力进行锚固{ 如图2 所示 ， 从而改 维普资讯 第 6 期 俞德庆 应用长锚索加固技术提高矿岩自支承能力 5 圉 1 长锚索施工工艺流程 变了矿岩 自身的力学性态， 提高 了矿岩的 自 支承能力。笔者认为． 其作用主要体现在 3 个方面。 佩 ／扩张断裂 ； 砂浆 造 、／ 术 塞 ． { I f f兰 耍 ⋯ 注浆 ／ 汽 瞥 圉 2 长锚索结构示意圉 1 加固筋作用。钢绳锚索具有较高的 抗拉强度 ， 例如型号为 6 x 1 94 2 3 ram 的钢 绳总破断拉力为 3 4 ． 2 t ． 由于和砂浆、 矿岩胶 结成一体． 就使所加 固的矿岩增 加了抗拉 能 力， 其作用就象在混凝土结构 中加抗拉钢 筋 一 样。其抗剪、 抗震 强度也有提 高。如果是 作用在受断层、 裂隙、 构造节理切割成块状并 有潜在坠落 的矿岩块体上的锚索 如图 3所 示 ． 就起到悬吊作用。 2 缝合 作用。锚索所穿过 的断层． 裂 隙、 节理等构造弱面被长锚索缝合起来， 增强 了矿岩的整体性和稳定性。作用于具有潜在 冒顶威胁的层状 矿岩 如 图 4所示 ， 就起到 组合梁的作用。 ／ 长锸索 节理 t＼ 潜在松脱矿岩 圈 3 量 吊作用 ／ 长锚索 圉 4 组合橐作用 3 胶凝作用。通过注浆泵注入 的水泥 砂浆有些沿着孔内壁渗入到一些张开的断 层， 裂隙之 中发生胶结凝 固． 从而增加了这些 构造弱面的内摩擦力 见图 2所示 。 另外， 由于钢绳具有很好的柔性。 锚固深 度 长度 可以很深． 可以预先加固、 缝合、 胶 结表层 以里比较深的构造弱 面， 使张开 的构 造弱面趋向于闭合 见 图 2 ， 减轻 了表层矿 岩的压力。 通过锚索加 固综合 作用的结果， 增强 了 矿岩的整体性和稳定性， 提 高了矿岩的 自支 承 能力， 起到 了控制或阻止矿岩的变形和 移 动、 防止矿岩的破坏和冒落。 3 锚索加周的布置及计算 应用长锚索加固顶部矿岩， 视矿岩的情 况而定， 只有采场顶部矿岩局部需要加固时 维普资讯 6 有色矿山 2 0 0 1 盎 作局部布置． 整个顶部矿岩都需加固时作全 面布置． 仅仅只需要加固个别松脱块体时 见 图 3 ， 可作单根 或少数几根 点布置。 在作长锚索加 固矿岩的计算 时， 一般以 采场顶部矿岩松散破碎较为严重的标准进行 计算。依据普氏橙散体理论， 认为在采场顶 部 或巷道顶部 会形成 自然平衡拱 即 冒落 拱， 如 图 5所示 ， 在这个拱 内矿岩的重力 即 为作用在设计计算的长锚索上的力。则普氏 计算式中沿采场长度方向顶部 l m长度的顶 压为 田 s 瞢氏■落拱 p { 咖 式中 n 采场宽度之半， m； 6 冒 落 拱 的 高 度 【 6 手 j ， m ； r 矿岩的体重， t ／ m ； 卜_ 普氏硬度系数。 则 4口2 r P 7 _ 在采场往往会碰到矿岩组分分布的不均 匀性， 也就是 r值会有不均衡性， 这时应对 压力公式进行修正， 其修正公式为 4 a2r P 式 中； 矿岩的不均匀系数。 0 R≤1 。 采场顶部的总压力 P为 P P‘ L 一 一 3 k f 式中 L 采场的长度， m。 在采场顶部矿岩中安装锚索就是要承受 住顶部的总压力 P， 则采场顶部需要安装锚 索的根数为 P ． m ’ 式中 m安全系数， 取 m1 ． 5 ； R 钢绳破断拉力， t 。 则 4 n2 r L _ j 锚索 阿度 D 为 D ．／ 一腭 2 一 √4 a r L m ． ／ 3 k f R 一 一 2a r m 式中 s 采场顶部面积 S2 L a ， m 2 。 锚索的长度 一般 以锚索孔 的深 度确 定， 一 般 比孔深长 1 ． O ～1 ． 5 m。锚索在采矿方法 中应用以地质情况及钻孔设 备为依据确定钻 孔深度。一般锚 固几个分 层， 甚至一个中段。 4 应 用 会泽铅锌矿麒麟坑硫化矿体围岩为米黄 色结晶白云岩， 中等稳固。矿体为块状硫化 矿 ， 8 ． 体重 r 3 ． 9 5 t ／ m ] ， 锌铅品位高达 2 6 ％， 富含银、 锗、 镉、 硫等多种有价元素。 矿体具 有明显 的方铅 矿、 闪锌 矿、 黄铁 矿、 方解石分带或局部富集结晶现象 取 0 ． 6 ， 受爆破扰动影响往往在方解石、 方铅矿 富集处易发生掉块甚至冒落。 ’ 矿体受多条沿走向或者横穿、 斜交走向 的断层、 裂隙的切割， 在采矿作业中时常发生 沿断层面和构造节理交切的三角锅底式或者 拱形 冒落， 冒落高度一般为 1 ． 5 ～3 ． 0 m， 严重 时达到 4 ． 0 --7 ． O v a 。 采矿方法为上向水平分层宽进路 矿房 回采水砂充填法。分层高度为 3 ． 5 m， 进路回 采宽度为 6 --8 m， 长度为 1 6 m 即矿体的水平 厚度 以前 仅仅 只采用单 一的短锚杆 规格 维普资讯 第 6期 俞 德庆 应用长锚索加 固技术提高矿岩 自支承 能力 7 3 mmx 1 8 0 0 ram 护 顶措 施。常 常发 生 采 场冒落、 掉块而危及人身设备安全的事件， 严 重时还被迫丢弃高品位的富矿以保安全。近 年来在采场大面积应用长锚 索加固技术加固 顶部矿岩， 效果极为显著。 在麒麟坑的矿岩条件下， 锚索的安装深 度为 1 5 m以上， 锚索 眼直径为 幅5 ram， 选用 61 9一 3 mm 的废 旧 钢绳 为 锚 索。 R 3 4 ． 2 t 。 塑 料排 气管 1 0 m m 。 高 压 注 浆管 把5 m m， 锚索的设计安装网度通过计算得出 r ／ 丝 一 2 arm 一／ 墨 璺 2 x4 x 3 ． 9 51． 5 3． 2 m 目 k0 ． 6 。 f8 ， R3 4 ． 2 t 。 4- 4 - 4 m。 r ‘ 3 ． 9 5 t ／ m3 。 m 1 ． 5 故锚索安装的网度为 3 ． 2 m3 ． 2 m。由 于矿岩的节理裂隙， 断层发育。 采场落矿重复 多次放炮爆破震动的影响， 在锚索之间仍有 发生小的矿石掉块。在实践中将长锚索和短 描杆配合使用。 并对网度进行了调整。即将 短锚杆原来 1 ． 0 m1 ． 0 m的安装网度改变为 1 ． 5 m1 ． 5 m． 将长 锚索 3 ． 2 m3 ． 2 m 的网 度改变成 4 ． 0 m4 ． 0 m， 获得了较好 的效果 ． 顶板掉块的现象大大减少， 极大地提 高了采 矿作业的安全程度， 提高了采场出矿能力． 减 少了矿石的保安损失。 经济效果显著提高。 5 结论 1 由于钢绳的良好柔性可以实现长锚 索深锚。 2 应用长锚索加固矿岩后， 通过“ 加固 箭” 、 “ 缝合” 、 “ 胶凝” 、 “ 深锚” 等实现了提高矿 岩的 自支承 能力。 3 在采场 矿岩加固护顶的设计 中， 应 用普氏松散体理论进行计算。 并采用长锚索 配合短锚杆的长短结合式方案为最佳。 欢迎订阅 2 0 0 2年 地质找矿论丛 地质找矿论丛 为国家科技部和新闻出版总署批准， 由天津地质研究院 主办的地学科技 期刊， 1 9 8 6年创刊， 国内外公开发行， 现 为季刊。 中国标准刊号 I S S N 1 0 0 1 1 4 1 2 ； C N 1 2 1 1 3 1 ／ P 。 地质找矿论丛 是天津市一级期刊、 中国科技论文统计源期刊和 中国科学引文数据库 来源期刊。 并已成为美国 化学文摘 C A 收录期刊。 期刊全文入编 中国学术期刊 光盘版 、 中国期刊网 和 万方数据系统科技期刊群 ， 以多种形式为读者服务。 地质找矿论丛 主要报道矿产成矿理论与成矿预测、 物质成分及综合利用、 水文地质和工 程地质、 环境地质调查与治理、 资源勘查工程、 矿产品深加工技术、 地质矿产技术经济等方面的 科研成果 、 进展评介、 研究简报。 并不断开拓报道领域与深度。 面向地质科研、 矿产勘查、 矿山企业、 矿产品开发工作的科技人员和地学 院校的师生。热忱欢迎地矿行业、 地学院校、 文献信息部门的单位与个人踊跃订阅 地质控矿 论丛 。 地质找矿论丛 每季末月出版， 每期订价 5 ． 0 0元。 全年订价 2 0 ． 0 0元， 订户可向本刊编辑 部函索订单， 订购款一律通过邮局l汇寄。也可通过“ 全国非邮发报刊联合征订服务部” 订阅。 地质找矿论丛 编辑部地址 天津市河西区友谊路4 2 号 地质找矿论丛 编辑部； 邮编 3 0 0 0 6 1 ； 联 系电话 0 2 2 2 8 3 6 7 2 4 3 ； 联系人 王书辉。 维普资讯