肖玉武

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

淺析錨桿支護在喀拉通克銅鎳礦的應用

肖玉武

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

支護是礦山井下生產(chǎn)中必不可少的關鍵環(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，在原有采礦規(guī)模250 t/d特富礦的基礎上，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充填采礦法。三期工程于2005年開始建設，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－準噶爾板塊與西伯利亞板塊的接合部位南側，準噶爾地槽褶皺系和阿爾泰地槽褶皺系接合部位的準噶爾地槽褶皺系一側，喀拉通克晚古生代島弧帶上，其次級構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。

喀礦巖石結構破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育嚴重，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，在原始應力場的作用下處于平衡狀態(tài)，巖體中的原始應力是由上覆巖層的重力和地質(zhì)構造所引起的。而巖體在開挖后，原來所承擔的荷載轉(zhuǎn)移到周圍的巖體，從而形成新的應力場，也就是說在周圍巖體中發(fā)生二次應力分布。而二次應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力場是由原巖應力和二次應力疊加而成的，并且在巷道表面形成應力集中。巷道的開挖改變了圍巖的應力狀態(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構物，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用

隨著礦業(yè)的發(fā)展，礦山支護技術和支護設備也相應得到了較大的發(fā)展。礦山支護設備主要是指地下采掘過程中為維護工作面頂板安全而設計制造的支護用具，它的作用在于為井下開采各道工序，如:鑿巖爆破、通風、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沖擊下楔，以楔緊頂錨頭，形成預應拉力。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