管缝式锚杆在金山金矿的应用.pdf

2 O 0 0年 5月 第 2 9 卷第 3 期 有色矿山 No n f e r r o u s M 器 Ma y， 2 0 0 0 2 9 No ． 3 一 管缝式锚杆在金 矿 的应用 歹 一 奎剑主 ， 王海宁 ， 邓衍义 1 ． 金 山金矿 ， 江 西 德 兴 3 3 4 2 1 3 ； 2 ． 南方 冶金 学 院 ， 江西赣州3 4 1 0 0 0 剐 墅 ； 发 【 摘要]管缝式锚杆能较好地锚固岩石， 因此在采矿业中被广泛应用。 。 金山盎矿在采场顶 f 板应用管缝式锚杆支护时常 出现被破坏的情况 ， 本文应用岩石力学理论 ， 对管缝式锚杆支护 的破 坏进行分析 ． 并据此采取了防范措施 ， 收到较好效果 。 【 中图分粪号】T D 3 5 3 6 【 文献标识码 ]B [ 文章编号]1 0 0 2 - 8 9 5 1 2 0 0 0 0 3 - 0 0 1 3 - 0 3 Ap p l i c a t i o n o f s l i t we l d g e t u b i n g b o l t i n J i ns h a n Gl o d M i n e LI J i a n y uL ， W ANG Ha i n i r ， DENG Ya h y r 1 ． J i n s l mnGl o dMi n e ， De ． z i n g 3 3 4 2 1 3 ， C h i n a； 2 ． S o u t h e r nI n s t i t u t e o fMe t a l l u r g y， G a n z h o u 3 4 1 0 0 0． C i n a Ke y wo r d s s l i t we l d g e t u b i n g bo l t ； r o o t s u p p o r t ； b r e a k d o wn Ab s t r a c t S l i t we l d g e t u b i n g b o l t ha s b e e n a p p l i e d wi d e l y i n mi n i n g b e c a u s e o f i t s e x c e l l e n t r ock a n c h o r g i n g． b u t i t t e n b r e a k s d o wn i n t i mb e n n g t h e c e i l i n g o f s t o p e i n J i n s h a n Gl o d Mi n e ． B a s e d o n t he t h e o r y o f r o c k me c h a n i c s ． t h e a u t h o r a n a l y s e s t h e f ml u r e s o f t h e s l i t we l d g e t u b i ng b o l t a n d L I S P S s o me mc s s 1． 1 D 2 S协 a v o i d i t ． Go 3 d e f f e c t o f a p p l i c a t i o n h a d b e e n r e c e i v e d ． 1 前 言 金山金矿是缓倾斜矿体， 在进行采矿作 业时 ， 由于采场顶板的岩石稳固性差， 因而顶 板冒落时有发生 ， 这既影响了采矿作业 的正 常进行 ， 给作业人员带来不安全因素， 同时又 导致矿石的贫化率增大， 造成较大经济损失。 为解决此难题 ， 金山金矿采用管缝式锚杆 摩 擦式锚固锚杆 对稳 固性差的采场顶板进行 支护 ， 取得了良好 的效果。但在实际应用中， 管缝式锚支护也常出现被破坏的情况， 严重 影响了支护效果。本文应用岩石力学理论对 管缝式锚杆支护的破坏进行分析 ， 并据此提 出改进措施 。 2 管缝式锚杆简 介 【 收稿 日期] 1 9 9 7 1 2 2 2 [ 修订 日期] 2 0 0 0 2 - ．2 6 [ 第一作者简介】 李剑宇 ， 男 ． 3 0 岁 ， 工程师。 摩擦式锚固锚杆象征着岩石加固技术的 最新发展 ， 是岩石加 固技术 的最 新研 究成果 。 常用的摩擦式锚固锚杆有管缝式和膨胀式 ， 但严格来说 ， 只有管缝式才是真正 的摩擦式 锚固锚杆 ， 其锚固机理是可防止锚杆在荷载 超过钢管 1 ／ 2拉伸强度时滑落。因此 ， 即使 锚杆产生大位移 ， 也不会滑落， 当岩层的位移 量大时 ， 使用管缝式锚杆最为合适。 缝管式锚杆的典型技术数据如下 管径 钢管屈服荷载 钢管极限荷载 钢管极限轴向应变 无垫板的锚杆重量 锚杆长度 建议钳 L 直径 3 破 坏 形式 及 分析 3 ． 1孔 口破坏 3 9 ／ 4 6 tu r n 9 0 ／ 1 3 5 k N 1 1 0 ／ 1 6 3 k N 1 6％ 1 ． 8 ～2 ． 8 m 0 ． 9 ～ 3 ． 0 ／ 0 ． 9 ～ 3 6 m 3 5 - 3 8 ／ 4 1 - 4 5 e 金 山 维普资讯 1 4 有色矿山 2 0 0 0正 在松 软破碎 的采 场暖板 中 ， 由于暖板 的 变形常使锚 杆内缩造 成孔 口处顶板岩石脱 落， 锚杆外露 ， 从而导致锚杆部分或全部失去 加固作用。根据全长锚杆的中性点理论 ， 锚 杆的应力分布如图 1 所示。 r 6 l I 仨 I仨 图 I 全长 锚 固锚杆 的应 力分 析 锚杆的剪应力为 r KA 1 一 号 式中 K顶板岩石剪切剐度 ； A系数 ； d 锚 杆直径 ， mm； p 中性点位置半径 ， m； L 。 i n L a 采矿场荒半径 ， m； L 锚杆长度， m。 在孔 口处， r ， 则 等 一 2 、 D 口 ⋯ 在暖板岩石 内锚杆端部， r aL， 则 等 丢 一 3 比较 2 和 3 式可知， 锚杆最大剪应力 值 绝对值 发生在孔 口处 ， 因而在孔 口处易 出现破坏 ， 其形式是锚杆与孔 口产生相对滑 动 ， 锚杆所受的最大剪应力超过了锚固强度 ， 从而使围岩遭到破坏而脱落。 3 ． 2 两锚杆之间顶板岩石脱落 在不稳固采矿 场顶板岩层下采矿后 ， 在 重力场、 炮震和顶板岩石变形的作用下 ， 顶板 岩石有沿软弱结构面挤出、 滑移、 弯张、 坍落 的趋势 ， 但由于岩体的力学性质 ， 以及围岩的 挤压 、 啮合 、 镶嵌作 用 ， 顶 板岩石 并 不会 马上 发生破坏。有限元分析和光弹试验证 明， 两 锚杆之间产生拉力区， 使危岩脱落 ， 进而诱发 周围岩石冒落。由于锚杆点状支护， 在纵 向 沿采矿场轴向 是不连续的， 因此 ， 为便 于分 析两锚杆 之间发生破 坏 的原 因 ， 将 顶 板简化 为支承在锚杆上的直粱 如图 2所示 ， 并粗 略分析暖板的强度。 图 2 顶板 岩石 的计 算 图式 锚杆间的局部松动区近似地考虑成拱形 称为次生拱 ， 次生拱的高度取两锚杆 1 距 k 的一半 ， 即 H 。为了反映锚杆支护 的空间效应， 可将顶板层视为锚杆 吊挂的薄 板来计算顶板的挠度。给定边界条件求解下 列方程 爱 z 4 式中 w板的挠度， m； D平板的弯曲剐度 ， DE h 0 ／ t z 1 一 ； E采矿场顶板的弹性模量 ； 采矿场顶板松软层的厚度， m； 采矿场顶板 的泊桑比。 按差分法求解挠度 ∞， 并根据 ￡ 求板 中的应力 ， 为求解方便， 近似取 q为均布荷 载， 即令 q ， Y c o s t q ， 解 得最大应力 发 生在 板的 中 点， 其 值以 翌{ z ． q。 另外 ， 根据板的柱形弯曲理论， 顶板锚杆 支护后 ， 可视顶板 的稳定性是岩体重力 q 维普资讯 第 3期 李剑宇等 管缝式锚扦在金 山金矿舳应用 l 5 和锚固力 共同作用下顶板柱形弯曲的 极 限稳固问题 ， 如图 3 所示。在重力和锚 固 力作用下， 顶_板弯曲变形方程 杆 sin ] 十 争譬 鲁一 { 7 由 于 问 题 的 对 称 性 ， 顶 板 在 z 每处 即两锚杆之间 弯曲值最大， 其值为 一 卜 1 ] 8 可见， 在两锚杆之间极易发生破坏 。 3 ． 3托盘 失效 安装锚杆时， 由于锚杆底部金属环被冲 击破损 ， 造成托盘失效 ， 因而不能提供孔 口预 应反力 ， 影响了孔 口的应力分布， 造成孔 口处 剪应力加大 ， 使孔 口处提前遭到破坏 ， 失去锚 杆的锚固作用。 4 管缝式锚杆支护的改进措施及效果 通过 上述 分析可 知 ， 金 山金 矿 在采矿 场 顶板用缝管式锚杆支护效果不佳的主要原因 是采矿场顶板岩石松软破碎 ， 孔口受力不均、 两锚杆问顶板结构受力不佳以及锚杆安装时 托盘遭受破坏等 ， 因此， 为改善缝管式锚杆的 支护效果 ， 金山金矿将传统托盘缝管式锚杆 改为双托盘式锚杆 ， 即增加一个边长为 3 0 c m 的正方形托盘。改进后， 锚杆支护具有如下 作用 1 改善了孔口受力状态 ， 可以避免围岩 形使锚杆内缩而造成孔 口处围岩脱落。 2 顶板结构受力得到改善， 防止两锚杆 之间围岩的脱落。 3 对安装时冲击器的冲击有缓冲作用， 保证了托盘安装质量。 金山金矿将改进后的锚杆在多个采矿场 中使用， 收到了较好效果 ， 支护成功率由原来 的 4 0 ％～5 0 ％提高到 9 7 ％左右。可见， 用双 托盘缝管式锚杆支护中等以下不稳固采矿场 顶板能有效防止锚杆支护失效 ， 具有较好支 护效果。 维普资讯