張向偉 陳偉
1.赤峰柴胡欄子黃金礦業(yè)有限公司,中國·內(nèi)蒙古 赤峰 024000
2.寧夏煤礦安全監(jiān)察局,中國·寧夏 銀川 750000
隨著科技的發(fā)展,井下礦山的發(fā)展也越來越大。對于井下巖石的支護要求也越來越多,所以對井下巖石進行質(zhì)量分級,能更好的對井下支護有一個確定的參考數(shù)據(jù)。
巖體的工程分類是巖體力學中一個重要的課題,它是工程巖體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ),也是巖體工程地質(zhì)條件定量化的一個重要途徑。為工程設計、支護襯砌、建筑物選型和施工方法的選擇等提供參數(shù)和依據(jù)。國際上通用的分類方法有兩種:巖體地質(zhì)力學分類(RMR分類)和巴頓巖體質(zhì)量(Q)分類。雖然在分類數(shù)值代數(shù)式表達上兩者有較大差別,但兩種分類方法均考慮到巖體的完整性和成層條件、巖塊強度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況和地下水等因素。Barton于2002年進一步修正了他們之間的關(guān)系為:
根據(jù)《工程巖體分級標準》中建議的巖體物理力學參數(shù)取值范圍,通過非線性擬合分析,建立了各物理力學參數(shù)與BQ之間關(guān)系經(jīng)驗公式。
礦區(qū)出露地層主要是晚太古界變質(zhì)巖系,上太古界建平群是本區(qū)出露的最古老地層。建平群可以進一步劃分為2個巖組,下部為小塔子溝組,其巖石組合主要為斜長角閃巖片麻巖、黑云斜長片麻巖、麻粒巖、斜長角閃(輝石)巖及少量磁鐵石英巖等;上部為大營子組,主要巖石類型為斜長角閃片麻巖、斜長角閃巖、黑云片巖、大理巖、夾石英巖。
按結(jié)構(gòu)面的延伸長度、切割深度、破碎帶寬度及其力學效應,礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的將結(jié)構(gòu)面分為5級。
礦區(qū)的圍巖應力測量結(jié)果表明,在空間上,隨著深度的增加,巖體的變形量逐漸增大;在時間上,隨著深度的增加,與淺部巷道比,發(fā)生同樣的變形量所需時間在明顯縮短,即巖體的變形速度在增加。這對巷道的穩(wěn)定性是很不利的,對巷道支護技術(shù)提出了更高的要求。
柴胡欄子礦區(qū)巖土錨固方式主要有以下幾種:管縫式錨桿、預應力樹脂錨索、錨網(wǎng)、螺旋支柱等。具體的錨固方式依據(jù)掘進面、采場圍巖的工程地質(zhì)條件組合選取。一般情況下,巷道兩壁采用錨網(wǎng)+管縫式錨桿,巖石極破碎情況下采用錨網(wǎng)+管縫式錨桿+混凝土噴漿,采場頂板采用金屬穿帶+管縫式錨桿或預應力樹脂錨索組合使用[1]。
柴胡欄子礦區(qū)中的錨固工程在巖體主動支護過程中起到了重要的作用,但是仍然存在不少問題,目前所采用的支護參數(shù)多是憑工程經(jīng)驗確定的,缺少相關(guān)理論依據(jù)。
以3號盲豎井九中段39504采場為例:此采場位于九中段21.5線至23線之間,礦體走向300°,傾角78°,傾向南西。礦體上盤為大理巖及片巖,下盤為玢巖及大理巖,十分不穩(wěn)固,礦體與圍巖接觸部位出現(xiàn)較破碎的破碎帶,節(jié)理較發(fā)育[2]。
錨索采用的七股15.2mm鋼絞線抗拉強度標準值為1860MPa,抗拉設計強度fdp1860×0.6=1116MPa,取n=0.90,則每根七股鋼絞線錨索的抗拉荷載值為:
則采場上盤總壓力冒落拱重量為:
每分層采場頂板共需要安裝錨索根數(shù)為:
由上述計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),目前采場所使用的錨索支護網(wǎng)度為2m×2m,其面積為4m2大于計算網(wǎng)度。
3.2.1 錨索網(wǎng)度的確定
根據(jù)上一節(jié)計算結(jié)果,以39504采場為例,采場內(nèi)理論計算錨索網(wǎng)度為2.05m2,因此錨索設計網(wǎng)度見表1。
表1 錨索設計網(wǎng)度(單位/m)
3.2.2 錨索長度的確定
錨索長度的確定與每根錨索所承受的設計荷載有直接的關(guān)系,錨索承受的設計荷載即是每根錨索所承受的冒落拱的重量,計算得每根錨索分攤的冒落拱重量:
查閱樹脂錨固劑的技術(shù)參數(shù),目前所采用的錨固劑為快速型樹脂錨固劑,其特點為凝膠時間快,強度增長快,固化后3min時抗拉強度大于30MPa,抗壓強度大于60MPa,粘結(jié)強度對混凝土大于7MPa,對螺紋鋼大于16MPa[3]。
根據(jù)實際情況,參照資料計算得錨固段長度為:
由此,可得錨索總長度為:
根據(jù)以往經(jīng)驗和礦區(qū)具體地質(zhì)條件,提出長度為2m,網(wǎng)度為2m×1m的錨索支護方案。
RMR巖石質(zhì)量分級方法對于巖體的質(zhì)量等級提供了有效的依據(jù)。根據(jù)各種參數(shù)計算可以對不同等級的巖石進行不同的支護方案。這樣對于支護措施有了很好的理論依據(jù)。