淺析錨桿支護在喀拉通克銅鎳礦的應(yīng)用

肖玉武

（新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司 富蘊 836107）

淺析錨桿支護在喀拉通克銅鎳礦的應(yīng)用

肖玉武

（新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司 富蘊 836107）

支護是礦山井下生產(chǎn)中必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其形式多樣，變化多端。合適的支護能夠保證作業(yè)人員的安全，亦能大量減少施工成本。其中的錨桿支護在井巷掘進支護中是一種較常應(yīng)用的支護手段，它主要起懸吊、組合梁和擠壓的作用，本文通過錨桿支護在喀礦井下的實際運用，論述其作用和效果。

錨桿支護 喀拉通克銅鎳礦 應(yīng)用

1 前言

喀拉通克礦業(yè)公司始建于1988年，一期開采對象為Ⅰ號礦體的特富礦，采礦規(guī)模為250 t/d，采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法，分礦房和礦柱兩步回采。二期工程于1998年開始建設(shè)，在原有采礦規(guī)模250 t/d特富礦的基礎(chǔ)上，擴大到1 000 t/d，開采對象為Ⅰ號礦體的富礦和特富礦，采用上向和下向進路傾斜分層膠結(jié)充填采礦法。二期工程富礦回采自2001年投入生產(chǎn)，2002年全部過渡為下向進路傾斜分層膠結(jié)充填采礦法。三期工程于2005年開始建設(shè)，至2013年竣工，三期技改后生產(chǎn)力將達到5 400 t/d，開采高程由830 m水平至650 m水平沿深至260 m水平，開采礦體由Ⅰ號礦體到Ⅱ號礦體東、西段以及Ⅲ號、九號礦體，生產(chǎn)戰(zhàn)線長達2 km。

2 地質(zhì)情況

礦區(qū)位于哈薩克斯坦－準(zhǔn)噶爾板塊與西伯利亞板塊的接合部位南側(cè)，準(zhǔn)噶爾地槽褶皺系和阿爾泰地槽褶皺系接合部位的準(zhǔn)噶爾地槽褶皺系一側(cè)，喀拉通克晚古生代島弧帶上，其次級構(gòu)造位置處于卡依爾特－二臺大斷裂（F3）及瑪因鄂博－額爾齊斯深斷裂（F1）交匯點南西側(cè)及烏倫古河大斷裂（F2）以北。

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為下石炭統(tǒng)南明水組(C1n)，其次有中泥盆統(tǒng)蘊都哈拉組(D2y)、下第三系古新—始新統(tǒng)紅礫山組(E1-2h)以及第四系全新統(tǒng)(Q4)。其中南明水組上段是區(qū)內(nèi)主要含礦巖體侵入部位。

喀礦巖石結(jié)構(gòu)破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育嚴(yán)重，特別是圍巖極不穩(wěn)固。因此，在喀礦井下的生產(chǎn)過程中，支護是不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)。

3 支護的作用

支護為地下硐室開挖后的穩(wěn)定及施工安全，而采取的支持、加強或被覆圍巖的構(gòu)件或其它措施的總稱。采用傳統(tǒng)礦山法施工時，支護類型有保留礦柱、架設(shè)支架、加固巖石3種。采用新奧法施工時，按支護作用效果可分臨時支護和永久支護兩類，包括噴錨支護、鋼木支撐、混凝土襯砌、注漿支護等多種類型。

巖體在被開挖前，在原始應(yīng)力場的作用下處于平衡狀態(tài)，巖體中的原始應(yīng)力是由上覆巖層的重力和地質(zhì)構(gòu)造所引起的。而巖體在開挖后，原來所承擔(dān)的荷載轉(zhuǎn)移到周圍的巖體，從而形成新的應(yīng)力場，也就是說在周圍巖體中發(fā)生二次應(yīng)力分布。而二次應(yīng)力主要分布在鄰近巷道表面的圍巖之中。這樣，開挖以后，開挖體周圍形成的新應(yīng)力場是由原巖應(yīng)力和二次應(yīng)力疊加而成的，并且在巷道表面形成應(yīng)力集中。巷道的開挖改變了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)并提供了自由空間，使得巷道圍巖可能發(fā)生片幫、冒頂、底臌、垮塌、大量收縮及錯動等變形破壞。

所謂支護，指的是一些用來幫助圍巖提高自支撐能力的人工結(jié)構(gòu)物，用來避免破壞的發(fā)生。特別說明的是等巖體破壞后再支護，安全性、可靠性則會降低。

在各種支護中，錨桿支護使用較多。采用錨桿支護巷道，就是巷道掘進后向圍巖中鉆錨桿眼，然后將錨桿安設(shè)在錨桿眼內(nèi)，對巷道圍巖予以人工加固，從而維護巷道穩(wěn)定。根據(jù)錨桿的錨固特點，可以將錨桿分為4類：點錨式錨桿、全長粘結(jié)式錨桿、摩擦式全長錨固錨桿及綜合式錨桿。

4 錨桿支護在喀礦的實際應(yīng)用

隨著礦業(yè)的發(fā)展，礦山支護技術(shù)和支護設(shè)備也相應(yīng)得到了較大的發(fā)展。礦山支護設(shè)備主要是指地下采掘過程中為維護工作面頂板安全而設(shè)計制造的支護用具，它的作用在于為井下開采各道工序，如:鑿巖爆破、通風(fēng)、運輸、充填等提供安全的作業(yè)環(huán)境。礦山支護直接涉及到礦山作業(yè)的安全、效率、消耗量(特別是木材、鋼材的大宗物料)、環(huán)境保護與工業(yè)衛(wèi)生、采掘成本與機械化水平。礦井支護設(shè)備所占地下采掘生產(chǎn)成本比例較大，就我礦而言，直接用于支護方面的木材、鋼材、水泥加上各種制成品、專用工具、設(shè)備等，每年的直接費用占采掘生產(chǎn)成本的20%，可見礦支護的投入及其對安全生產(chǎn)的影響從來都是關(guān)系到礦山企業(yè)正常生產(chǎn)經(jīng)營的頭等大事。

喀拉通克銅鎳礦多年采用管楔式錨桿，這種錨桿屬于綜合式錨桿。安裝較為簡便，錨桿套上托板后，將上半段自由放入鉆孔中，再用套接頭將下半段推入巖孔中直至托板壓緊，最后用一根長的鋼釬通入管中反復(fù)沖擊下楔，以楔緊頂錨頭，形成預(yù)應(yīng)拉力。優(yōu)點是安裝簡便，安裝質(zhì)量易檢查，對表層加固能力強，抗爆抗震，對巖層適用性廣；有讓壓性。缺點是成本稍高，管壁薄易銹蝕，不易做永久支護。根據(jù)礦山多年的實際應(yīng)用，管楔式錨桿錨固能力良好，能起到較好的支護效果。管楔式錨桿適用于巖層f＞2，錨桿頂錨力120 kN，縫管段錨固力約為50 kN。

4.1 錨桿支護參數(shù)的設(shè)計

4.1.1 錨桿長度的確定

式中:B為巷道跨度，m；n為圍巖穩(wěn)定性參數(shù)；s為圍巖巖體的節(jié)理間距,m；L為錨桿長度，m。

4.1.2 錨桿間距D

式中：D為錨桿間距，m；s’為圍巖的裂隙間距，m。

4.1.3 錨桿直徑d

主要依錨桿的類型和錨固力而定，一般為d≈L/110。

為了能使錨桿支護巷道達到更好的支護作用，礦山引進一批管縫式錨桿。管縫式錨桿屬于摩擦式全長錨固錨桿。管體沿縱向開了一條長縫，擋環(huán)焊牢在管體外壁。管體常用16 Mn或20 MnSi鋼材，壁厚2～2.2 mm，管徑38～41.5 mm，開縫14 mm，要求鉆孔孔徑比管徑小2 mm左右，孔深大于管長。適用于國內(nèi)Ⅰ～Ⅲ類乃至Ⅳ類巖層,全長錨固力約30～60 kN,每米錨桿向鉆孔內(nèi)推進所需的力為25～50 kN，產(chǎn)生的錨固力與壓力大至相等。管壁越厚，鋼材屈服應(yīng)力越高；孔徑越小，錨固力越大。管縫式錨桿對地層橫向錯動有良好適應(yīng)能力，鉆孔變彎曲，錨固會更牢。

優(yōu)點是安裝簡便，對孔深無嚴(yán)格要求，超深即可；對巖石表層的加固能力強；錨固力不受爆破震動，圍巖移動及時間的影響；有讓壓性。缺點是對鉆孔孔徑要求嚴(yán)格，管壁薄，易銹蝕，成本高，不能回收。

4.2 錨桿錨固力試驗

為了檢驗管縫式錨桿的錨固能力，是否能達到較好的支護效果，采礦車間對管縫式錨桿進行了錨桿拉力試驗，即錨桿錨固力試驗。試驗使用錨桿拉力計進行檢驗。錨桿拉力計由一空心千斤頂和一臺高壓手搖油泵組成。試驗時用卡具將錨桿緊固在千斤頂活塞上，搖動油泵手柄，高壓油經(jīng)高壓膠管到達拉力計的油缸，驅(qū)使活塞對錨桿產(chǎn)生拉力。壓力表讀數(shù)乘以活塞面積即為錨桿的錨固力。通過試驗計算管縫式錨桿具有較好的支護能力。但要使用管縫式錨桿，必須對引進錨桿進行抽樣檢查，以確保生產(chǎn)安全。

4.3 效果評價

錨桿支護減少或消除了圍巖不連續(xù)面的層間錯動，提高了巖層的整體抗彎能力，改善了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，使壓縮帶的巖石處于三向受力狀態(tài)，從而使巖體強度得到提高。本文希望通過對喀礦井下錨桿支護分析與探討，為大家提供一點礦山井下采掘支護的參考。

[1]采礦手冊（2卷）.冶金工業(yè)出版社，2011.

收稿：2014-01-21