軟弱破碎礦體開采的復(fù)合支護技術(shù)

汪 洋，孟艷平，盛 佳，李向東，鄭伯坤

（1.山東盛大礦業(yè)有限公司， 山東 萊州市 261439；2.崇禮紫金礦業(yè)有限責任公司， 河北 崇禮縣076350；3.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012）

軟弱破碎礦體開采的復(fù)合支護技術(shù)

汪 洋1，孟艷平2，盛 佳3，李向東3，鄭伯坤3

（1.山東盛大礦業(yè)有限公司， 山東 萊州市 261439；2.崇禮紫金礦業(yè)有限責任公司， 河北 崇禮縣076350；3.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012）

針對某鐵礦井下從較穩(wěn)定到極度破碎的復(fù)雜多變礦巖，開發(fā)了一種可隨礦巖地質(zhì)情況變化而變化的復(fù)合支護技術(shù)，介紹了該系列支護技術(shù)的結(jié)構(gòu)。目前，該類復(fù)合支護技術(shù)已在某鐵礦得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的效果。

破碎礦巖；復(fù)合支護；樹脂長錨索；U型拱架

0 引 言

某鐵礦礦床分為2個礦帶，7個礦體，礦體平均厚度為13.49m，TFe平均品位為28.97%，金屬礦物主要為磁鐵礦，礦體及上盤巖體穩(wěn)固性很差，下盤斷層帶極破碎，暴露面積稍大或支護滯后就會出現(xiàn)垮塌。主要采礦方法為無底柱分段崩落法，礦塊沿走向布置。井下噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護的樹脂錨桿的長度為2.5m，對巷道周圍礦巖的錨固范圍有限，支護強度滿足不了井下生產(chǎn)的需要。為達到生產(chǎn)及安全要求，通過研究設(shè)計與現(xiàn)場工業(yè)試驗，開發(fā)出了破碎礦體復(fù)合支護技術(shù)。

1 技術(shù)原理

1.1 樹脂錨桿噴錨網(wǎng)復(fù)合支護技術(shù)

該支護技術(shù)利用錨桿支護的懸吊作用及組合梁作用機理，即錨桿、托盤與鋼筋網(wǎng)等的共同作用，使內(nèi)壁巖石形成“支護拱”，巷道松動區(qū)隨之成為加固帶，有效阻止巷道的變形。

1.2 密集樹脂錨桿全長固結(jié)噴錨網(wǎng)復(fù)合技術(shù)

此技術(shù)通過增大錨桿加固力，達到端部錨固和全長填充，即在錨端使用托盤與螺母進行固定，并使用樹脂將錨桿與錨孔之間的空隙填充，有利于錨桿縱向擠壓作用和橫向約束作用的充分發(fā)揮。該支護技術(shù)使巷道周圍節(jié)理發(fā)育的破碎巖體能夠很好地聯(lián)接在一起，增大了錨固區(qū)礦體的加固強度，有效地阻止破碎巷道的變形。

1.3 樹脂長錨索U型拱架復(fù)合支護技術(shù)

該技術(shù)利用樹脂長錨索支護、槽鋼支護和U型拱架支護，達到將幾種支護的作用結(jié)合在一起的目的，充分利用“懸吊”和“加固拱”的作用。

樹脂長錨索的錨固長度達到6.5～8.0m，因此能穿過松動區(qū)內(nèi)的巖體，錨固于相對較穩(wěn)固的礦巖中，把緩傾斜的多層層狀礦體連在一起，增大了層理間的摩阻力，充分發(fā)揮“懸吊”支護作用，并且樹脂長錨索可以施加高預(yù)應(yīng)力（單根錨索抗拉強度可以達到40t），極大提高了支護強度。

12＃槽鋼固定于長錨索的端部，對松散的礦巖起到擠壓、連接加固的作用，使礦巖的穩(wěn)定性提高，起到了補強作用。

U型拱架支護具有較高的撐力作用，增阻速度快，其最大優(yōu)點是當?shù)V巖作用于支架上的壓力達到一定值時，支架便產(chǎn)生屈服縮動，縮動的結(jié)果使礦巖作用于支架上的壓力下降，從而避免了礦巖的壓力大于支架的承載力而導(dǎo)致支架破壞，保證巷道的完整性。

2 實施方案

2.1 樹脂錨桿噴錨網(wǎng)復(fù)合支護

某鐵礦研發(fā)的樹脂錨桿噴錨網(wǎng)復(fù)合支護采用的錨桿為Φ20mm螺旋鋼，長度2.5m，錨桿孔排、間距為1.0m×1.0m；錨桿錨固劑為樹脂藥卷，每個錨桿孔放2支樹脂藥卷（見圖1）；托板材料為150 mm×150mm×8mm的鋼板，沖壓成碗狀，托板中間的錨桿孔直徑為Φ32mm；金屬網(wǎng)為Φ6mm鋼筋編織網(wǎng)，網(wǎng)度不大于200mm×200mm；雙筋條為2根平行的Φ12mm鋼筋，其間距為50mm，長度規(guī)格為3.1m，采用點焊制作。通過錨桿、托盤與鋼筋網(wǎng)等的共同作用，使內(nèi)壁巖石形成“支護拱”，巷道松動區(qū)隨之成為加固帶，有效地阻止巷道的變形。安裝示意圖分別見圖2和圖3。

圖1 樹脂錨桿安裝

圖2 樹脂錨桿及鋼筋網(wǎng)安裝

圖3 樹脂錨桿噴錨網(wǎng)復(fù)合支護技術(shù)

2.2 密集樹脂錨桿全長固結(jié)噴錨網(wǎng)支護

錨固劑采用直徑為Φ25mm、長度為500mm的快速凝固樹脂藥卷，托盤為150mm×150mm×8 mm的鋼板，用樹脂藥卷對錨桿全長錨固，即主錨桿、加強錨桿的錨固長度分別由原來的1m延長到2.37m和1.57m，且錨桿布置間距由1.0m×1.0 m加密為0.5m×0.5m，錨孔呈梅花狀交錯布置，見圖4、圖5。

圖4 樹脂錨桿及鋼筋網(wǎng)安裝

圖5 密集樹脂錨桿全長固結(jié)噴錨網(wǎng)復(fù)合支護技術(shù)

2.3 樹脂長錨索U型拱架復(fù)合支護

錨索采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線，其為直徑Φ17.8mm，長度為6.5～8.0m的鋼板；錨固劑為3支樹脂藥卷；托盤為200mm×200mm×18mm，托板中間的錨索孔直徑為Φ20mm。錨索排距為2m，見圖6。將12＃槽鋼固定于長錨索的端部，對松散的礦巖起到擠壓、連接加固的作用。U型拱架所用金屬支架為可縮性金屬拱支架，支架所用U型鋼型號不小于25＃，具體拱架尺寸分為2.8m和3.0m兩種。

圖6 樹脂長錨索U型拱架復(fù)合支護

2.4 各支護技術(shù)方案綜合對比

各支護方案技術(shù)方案對比見表1。

表1 各支護方案技術(shù)方案對比

3 實施效果

在各支護巷道內(nèi)，采用頂板離層監(jiān)測儀和收斂變形監(jiān)測儀進行了為期30d的測試，得到普通樹脂錨桿噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護技術(shù)與某鐵礦的3項支護技術(shù)在巷道頂板下沉、兩幫收縮、上幫移出、下幫移出以及底鼓的變形最大值數(shù)據(jù)，見表2。

表2 各支護方案技術(shù)效果對比

某鐵礦破碎礦體復(fù)合支護技術(shù)在節(jié)理、裂隙發(fā)育的地段應(yīng)用以來，支護效果十分明顯，與國內(nèi)樹脂錨桿噴錨網(wǎng)支護技術(shù)比較，支護強度有了更大的提高，回采進路的最大長度可達到200m。該礦采用樹脂長錨索U型拱架復(fù)合支護技術(shù)后，支護巷道的服務(wù)時間由1a延長至2～3a，為長進路回采提供了有力保障，各條回采進路的長度將由原來的100 m平均增加至170m（個別地段達到200m），由于此支護技術(shù)提高了井下礦石的回采率，井下出礦量將由此增多50萬t，增加銷售收入約2億元，經(jīng)濟效益明顯。

4 結(jié) 論

（1）復(fù)合支護技術(shù)適用于巖體穩(wěn)定性從高到低再到極其破碎的各類礦體。該技術(shù)首次將樹脂長錨索支護、槽鋼支護、密集錨桿支護、U型拱架支護結(jié)合在一起，根據(jù)實際需要將幾種支護技術(shù)選擇性的搭配起來，以滿足不同礦體開采的支護需要。

（2）復(fù)合支護技術(shù)目前已在山東某鐵礦井下廣泛應(yīng)用，該支護技術(shù)的工序簡單，操作方便，回采作業(yè)安全，大大提高了井下礦石的回采率，使礦產(chǎn)資源得到充分利用，延長了礦山的服務(wù)年限，取得了良好的經(jīng)濟效益。

［1］ 鮑大成，朱懷龍.柳泉煤礦“三軟”煤層巷道錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護技術(shù)［J］.采礦技術(shù)，2012，12（1）：63－65.

［2］ 李豪麗，楊獻兵，黃慶顯.深部礦井高應(yīng)力巷道復(fù)合支護技術(shù)研究［J］.中州煤炭，2012（2）.

［3］ 王 振，題正義，常志峰.斷層破碎帶巷道的錨網(wǎng)噴架聯(lián)合支護技術(shù)［J］.有色金屬，2012（2）.

［4］ 鐘傳義.高應(yīng)力軟巖巷道支護技術(shù)研究［J］.采礦技術(shù)，2012，12（4）：29－31.

2012－07－10）

汪 洋（1974－），男，甘肅天水人，工程師，主要從事采礦技術(shù)研究與管理工作。