澳大利亚露天矿边坡加固技术.pdf

l 考 察 报 告l 澳大利亚露天矿边坡加 固技术 大 冶有 色金 属公司 沈黧 浩 提要 根据锕绿山露天矿开采．稳定边墟的需要， 到澳大利亚考察丁格里芬的莫佳 Mu 扣露天 煤矿，勃罗肯希尔的库兰岛铁矿．波默斯利铣矿有限公司的汤姆普拉 斯 To m P r i c e 和 帕 拉 布 桂 Pa r e b Q r d o 铁矿，本文主要介甥其边壤加固按术． 一 、莫佳煤矿 奥佳露天煤矿属格里芬有限公司，位于 西 澳， 白1 9 5 3 年开始小 露天开采，到 目前 已 形成年产1 9 5 万t 的生产能力。 在煤层部分倾角较陡的地段，为减少废 石剥离量，对 岩层与煤层的下盘接触面，就 作为回采以后的台阶坡面，所以台阶坡面高 而陡，采用长锚索和锚秆进行加固，此段面 积约2 0 0 0 0 m 长约 2 4 0 m，高8 O re，形成 一 个不分台阶的大范围的斜面。加固后的边 坡角为4 0 。 。被 加固部分 的构 造是 向斜 的 一 翼，边坡的倾角就是岩层的倾角，岩层主要 是泥质页岩并含水，煤层的典型 剖 面 见 图 1 ，露天边坡 加固位置 见图2 。 圈l羹佳煤矿煤屡剖面圈 边l坡加周方l式是以预 应力长锚索为主， 局部地段加锚耗 坡面岩石破碎部分加金属 网 。 - 预应力长锚索在坡面 上以宽 鼬 、高 7 m 排列，锚索方向垂直坡面。锚索孔用移动式 凿岩车钻孔 F o x m o b i l e D r i l 1 ，凿 岩 台 车是在一辆载重4 ～5 t 的平 板卡车 上装 置 了 图2边 坡加 固示意图 一 台小型空压机、凿岩机和凿岩 机 架 所 构 成 ，凿岩机架 可 以 自动调 整钻 孔 角度 。 锚 索孔孔 径 7 5 mm，深3 5 m，钢绳直 径 1 6 mm，钢丝6 1 7 根 无油质麻 芯， 每根 长约 3 6 ． 5 m，一个锚 索孔 中置 5根 钢 绳 和l 根 注浆用硬 质塑料管 2 0 mm，长约 2 7 m 。 为保持钢绳与钢绳 钢绳与塑料管之间 保持一定的阉隙 则由种特制的塑料绳卡 固定，塑料绳索之i问熙离约3 m，全孔麸l 3 ～ 1 4 个。注 浆塑 料管在绳 卡中心，银掘 在萁周 围，孔 口有二层钢垫板及锕质楔形逆止卡， 以防止 钢绳加预应力后 回缩。 长锚 索施工 顺序 大 致 是 t钻 孔、扫 孔 同时制作锚索柱～五索一管一锚索柱放 有 色矿 山一 1 9 9 O ． 6 维普资讯 圈3锰索 孔 口部分 ． 孔 内达 孔底一 孔 口加垫板，用逆止 卡暂 时 伺 定一从 孔 口塑料管注水泥砂浆 塑料管距 孔底i ra一用注浆机 RE 1 6 0 E D型先 注 浆 孔底 处5 m一拨出塑料管5 m一 待水 泥 砂 浆 周 结到全强度一 孔 口对钢 索加拉力 液力拉 力器H y d a u l l c T e n s i o n i n g S a c k 达 1 2 O ～ 1 5 0 t i 1 0 0 t 凰定逆止卡一二次注浆， 铸 孔 口溢 流浆液为止，完 成全过程。 锚秆系 2 O ～2 2 mm的螺纹钢制 成， 长2 ，一端有丝扣长2 0 0 mm，备螺帽。锚杆置 于孔内后注水泥砂浆，孔口加M形垫板，待 水泥砂浆固结后，扭紧锚杆端头螺帽。安装 锚杆有专用的 自动升降的锚杆台车，台车 自 带动力，升降由安装工人在工作面操作，极 为方 便。 钢筋 网 在边 坡岩石 破碎的坡面铺设钢 筋网，由锚秆加以固定，部分地段加哽水泥 砂浆 略有细石骨料，而大部分未喷浆。 钢筋 网由 6 ～8 mm钢筋 ，网距 1 0 01 O O mm．焊 接而成。 经 上述 加固后的边坡稳 固，边 坡加 固将 随采剥往横 向扩展而继续 ，不 再 向 下 部 延 深 。 排水工作在典佳煤矿也非常重要，超前 疏 干 以稳定边坡 。各煤层 之间的冲积层都是 富水含水层，用钻机贯穿各含水层，直到原 地 下开采过 的何伯 He b e 煤 层 ，一 并 用 钻机抽出，每 日抽出约 1 ． 1 万t ，绝大部分 水 是送往莫佳发电站作冷却用。 二、勃罗肯希尔 库兰岛露 天铁矿 Ko o l a n I s l a n d WA 库兰 岛铁矿露天开采仅 占整 个矿 带的一 小 部分，露 天果场范 围5 0 0 5 O 0 m， 垂深1 5 O I T I 。年产 矿石 3 0 0 万t 其矿体顶 盘一 邦临海 图 4最终边 坡角5 9 。 ，底 盘一 邦4 5 。 左右 ，与 圈● 库兰岛铁矿地质平面 圈 岩 层倾 角一致 沉积变质矿床 、倒 转向斜的 翼部， 由于该矿 上下盘围岩为 层 状 沉 积 有 色矿 山一 l 9 9 O ． 6 维普资讯 岩， 且层 理、节理 倾角很 陡，并夹有软 弱岩 层，所以 要采 场的顼底盘两 帮边坡都进行 了 人工 综合 加固措施 ，以维持 陡迪 坡在开采工 作结束 之前 的稳 定。 库兰 岛铁矿 以人工加 固边坡 的 方 法 较 全 ，有锚 固桩 长锚 索 有一部 分 是 预 应 力、短锚杆、钢筋网 嘎射混 凝 土 和 喷 射带钢纤维 的混 凝土 Fi b e r R e i n f o r c e d Co n c r e t e o 、 1 ． 镥 同桩 锚 固桩 用于硅边坡 ．即在矿 体 顶 盘 一 邦，且这一边坡坡顼还设置 了破碎机站及 硐 室型矿 仓，保护的最 终边坡 角5 9 。 。所 保 护 的边坡 走向长0 ． 8 ～1 ． 0 k m，垂直 高 1 1 1 m。 作业 台阶高1 2 mZ个 台阶台并为一个 台阶 后 台 阶宽度 ～1 0 m，为安全平 台。 、 暖s 譬固垃在 鱼群 的位置 锚 固桩的位置是 在距 台阶坡 顶线1 ． 5 ～2 I l l 处 ，锚 固桩 孔深 1 2 m，外露地 表2 m 钢 轨 插 入孔内后浇灌带钢纤 维的混凝土至满 孔为 止 。钢 纤维直径 l mm左右，长3 0 4 0 mm。 锚 固桩 沿坡 顶线走 向间距 4 m， 总 长 度 一 】4 一 根据需要而定 。锚 固桩外露钢轨 之 间 均 架 设钢筋网，钢筋网焊在钢轨上，网的高度与 钢轨高度同，即2 m，钢筋网 网 度 2 0 0 2 0 0 mm，钢 筋直 径 4 - v6 mm，钢筋网作 用 为 防浮石 滚落。 锚固桩是在台阶边坡形成之前，先行艇 工。但在 台阶边坡推到最终位置 时，由于爆 破或岩石不稳 固，而坡顶线被破坏将使锚 固 混凝土暴露 在外2 ～3 m，也有这 种现 象。但， 仍起到 了保 护边坡的作用 图5 、图6 E 而 r棱镜 1 O 0 m ～地 形变彤 f 定 仪 J 预应 力 锚 索 5 0 m 4 m平 台 ／ ， ／ - 。 m 一 平 台／ ／ 平 台 0m f 圈口 德 固在EF利面 破碎 规站 位 置 2 ． 长糖素 见该矿长锚索 均为预应力，而视需要 之，一般在 高台阶 3 6 m边 坡中部及下 韶 形成上下两排 ，但水平间距 不一 ，锚索方 向 前仰 ，与岩石层理面 成一定夹角，但不垂直 层理 面。 锚索孑 L 孔径约 6 2 mm，深9 ～1 4 m不 等 钢丝直径d 1 4 mm，钢丝6l 7 根 无 中心 有 色矿 山一 伯如 ． 6 维普资讯 油质 麻芯 ，每根长视孔 深而 定，而 比孔源 长1 ～ 1 ． 5 m。每个锚 索孔 中置 2 根钢绳和 1 根 注浆用硬质塑料管 ，塑料管4 2 0 mm，长 比孔 深短 1 m左右。 为保持钢绳 与钢绳之 间一 定的距离，则 由一种 特制的塑料绳卡 固定 ，塑料绳 卡之 间 距 离约2 ～3 m。注浆塑料管 捆扎 在钢绳 上， 孔 口有一层钢垫板及钢质楔 型逆止 卡， 以防 止钢绳加予应力后放松 回缩 。对锚索 孔第一 次注浆达到强度后 ，加 拉力5 O t ，然 后 第 二 次注浆，其工艺过程与莫佳煤矿相同，长锚 索边开采边锚 固。这个矿 的长锚索 孔方 向略 有仰角，馥第一次注浆又必需在孔底，要求 砂浆有较高的浓度，没有特殊 的方 法防止砂 浆 下 流 。 圈7 南根 钢曩锚 素施工亮戚后情况 a ． 短糟抒 短锚杆为开缝式锚 杆，长度 2 ～2 ． 4 m， 使 用于表面岩石破碎，需要同时加钢筋剐及 喷射混凝土加以保护的区段，在保护涉及范 围内的锚杆一般均为梅花形均匀分布，其锚 杆 之间距为 2 ． 5 m左 右。为引水 而在 锚 杆 孔 中插入 引水 塑料 管，外露0 ． 5 m 左 右。所 用 钢筋网网度1 8 0 l O O mm， 钢筋直径d 6 mm 。 4 ． 挂 网及赜 瀑凝土 以稀疏的锚杆挂网度 1 0 0 l O O mm的钢 筋网 ，而 再喷射带钢纤维翰混凝 土。 局部地段用钢丝绳压紧钢筋网，即先挂 好钢筋 网，钢 绳压在钢 筋阿上面， 有 色矿 山一 1 9 9 O． 6 固定 并拉紧，使钢筋 网紧 贴岩 石面，然后喷 射混凝土。这种做法见用在台阶坡面淘槽中 为 多 。 图8喷 带钢 纤簟 l鲴混凝 5 ． 捌楔膨螺柱 紧嗣锚杆 。 倒楔形螺栓紧固锚杆即锚杆一j ； ；} 有两个 闫楔形块 ，其中一块有螺纹与锚 杆 螺 袋 匹 配 ， 锚轩另一端有螺纹与螺帽。 仅将倒楔块及 螺杆装入孔内，紧固孔日根帽即可，安装方 便。锚杆长2 m左右 ，直 径机 8 ～2 0 mm。 孔 口锚杆垫板用特别的 “ M 型 板，长 3 ～4 m，宽 2 0 0 3 0 舯1 m， “ M 型板上有 等 距小孔，使锚杆周定用，孔距3 0 0 ram，孔径 S O 6 0 mm。 “ M 型垫扳厚为 1 ～ 1 ． 5 ram锕 板。一般 以若干块搭接使 用，形成板 网，加 固一 定的面积。 6 。 豫控喷蔡车 为在边坡上进行安装锚杆 ，钢 筋网、注 浆和喷射混凝土等作业．使用遥 控 喷 装 车 曲o t c r e t e 。车上安装有三节升降臂及三 钢绳两端 l 节混凝 土精送管， l l 一 一 升降臂最 前端装有载人工． ～ l5 ～ 维普资讯 怍 平台。 混凝土输送管安装在升降臂上，同步动 作，行走时折叠升降臂，工作时 张 开 升 降 臂，提升最 大高度2 6 m，其升降等动作全部 可遥控 自动。 T ． 边坡 监蔫 工作 该 矿对边坡 的移动进行系 统的监弼 ，一 方面为保证生产的安全，同时也为人工加固 边坡提供重要依据。对于岩石边坡主要使 用 激光经纬仪，测距仪定期测定各棱镜点的位 移数据、棱镜一般安装在台阶坡顶线附近， 在一个剐面上每个台阶均设置棱镜点。他们 允许边坡在一定条件下移动，雨季有的监测 点位移达4 0 m廿，在破碎站下部的边坡 甚 至 达列g O m 故只有充分掌握可靠 数 据、边 坡工程盐质镰件和岩土力学特性，才能有可 能怍 出大胆 的尝试 和处 理措施。 另一种监测方法就是在台阶边坡上两排 长锚索 之间加一 深孔 ，安 装地 形 变 形 测 定 议 ，以测定岩体变形情况。 8 ． 边坡掬建币捧水 该 矿采 用在台阶坡面下部凿水平 孔引水 疏 干，引水孔水平排列，孔距视需要而定， 引水孔l孔深1 O 晌 左右。另一种方法 是 喷 浆 护 面的边敬凿浅孔装塑料管排水或利甩开缝 式 锚杆孔插入塑料管排水。并在适当的位置 凿观测孔，孔深7 0 m，孔内安装立管式 水压 计， 以进行地 下水位 动态 监测。 此外还实行控制爆破 ，以减 少 边 坡 的 人为破坏 ，十分重要。控爆孔 7 0 0 m m。 ， 孑 L 探 大于台阶高度0 ． 5 m、角度与台阶 坡 面 角 伺，孔距1 m预裂爆破 ，2 x 2 m的缓冲炮孔和 3 X a m的生产炮孔，使台阶坡面平整。 以上这些措施根据不同的需要选用，使 陡边坡得 以实现，并保证在大规模不稳 定 出 现之前采矿工程基本结束 ， 以获 得最 佳的经 济 效 益 。 三、 汤姆普拉斯 和 帕拉布杜铁矿 1 9 6 5 年在西澳西北部珀思 城 以 北 I 1 0 0 k m处 发现的皮 尔 巴拉 Pi l b a r a 矿 床 ， 占 有澳 大刺亚大部分铁矿储量 。 汉默斯利公司在皮尔 巴拉经营的汤姆普 拉新和拍拉布拙铁矿总储量达 “亿 ￡ ，平 均 品位6 3 ． 6 。前者露天坑长3 k in，宽 2 k in。 剥采比O ． 4 6 ～O ． 6 9 t ／ t ，台阶高1 3 ． 5 1 5 m。 年产矿石3 7 O O 万t ，后者矿坑长3 k r a ，宽 2 ． 5 k m，剥采比0 ． 5 ～O ． 5 6 t ， t ， 矿石年产量2 3 0 0 万 t o 这两个矿采用常规设蓊果剥工艺。高品 位矿石被运捌靠近露天来坜的破碎站．粗碎 站布置较特殊。在租矿仓内安装了一 台 1 ． 5 2 3 m l旋回破碎机和一台破 碎 锤。矿 石 满仓时可把旋回破碎机淹没在粗矿仓内，粗 矿仓设有一台桥式吊车 ，以桥修设备用。 低品位矿石被作为修璐用 或将之送到 选矿厂作重选质 选矿处理 。 露天矿的最终边坡角是采用造坡稳定性 分析 来确 定的，设 计边坡 角 4 5 ～ 5 。 ， 目 前 还没有进 行加固，而在进一步进行岩石力 学 研究，其目标是在采用适当加固技术 以后 ， 进一步增加这一 边坡 角以减少 今 后 的 剥 离 量 。 上接第 4 l 页 节 ，排矿 口通常为 8 mm左右 ，而对 申 碎排 矿 口没有严格要求，往往高达4 5 ram， 此时， 串 碎破 碎 比约为3 。负荷 率4 0 ． 4 3 ，丽 细碎 帕破碎比在 6 左右，负荷 率6 7 ． 9 0 ，都 比 中碎高出许多。据计算，把 中碎排矿口调整 控制在3 5 ram以下 后。 中碎 的破碎 比就 可 提 高到 4以上，负荷率5 3 ％左右。 经过上述两个操 作参 数的调整 ，就可 以 达到充分发挥中碎能力，台理分配中，细碎 负荷，降低碎矿产品粒度，提高该流程的系 统 效益。 有 色矿 山一 1 9 9 O ． 6 维普资讯