软弱破碎矿体开采的复合支护技术

2012-11-16孟艳平李向东郑伯坤

采矿技术 2012年6期

关键词：矿岩锚索树脂

汪洋，孟艳平，盛佳，李向东，郑伯坤

（1.山东盛大矿业有限公司，山东莱州市 261439；2.崇礼紫金矿业有限责任公司，河北崇礼县076350；3.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012）

软弱破碎矿体开采的复合支护技术

汪洋1，孟艳平2，盛佳3，李向东3，郑伯坤3

（1.山东盛大矿业有限公司，山东莱州市 261439；2.崇礼紫金矿业有限责任公司，河北崇礼县076350；3.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012）

针对某铁矿井下从较稳定到极度破碎的复杂多变矿岩，开发了一种可随矿岩地质情况变化而变化的复合支护技术，介绍了该系列支护技术的结构。目前，该类复合支护技术已在某铁矿得到广泛应用，并取得了显著的效果。

破碎矿岩；复合支护；树脂长锚索；U型拱架

0 引言

某铁矿矿床分为2个矿带，7个矿体，矿体平均厚度为13.49m，TFe平均品位为28.97%，金属矿物主要为磁铁矿，矿体及上盘岩体稳固性很差，下盘断层带极破碎，暴露面积稍大或支护滞后就会出现垮塌。主要采矿方法为无底柱分段崩落法，矿块沿走向布置。井下喷锚网联合支护的树脂锚杆的长度为2.5m，对巷道周围矿岩的锚固范围有限，支护强度满足不了井下生产的需要。为达到生产及安全要求，通过研究设计与现场工业试验，开发出了破碎矿体复合支护技术。

1 技术原理

1.1 树脂锚杆喷锚网复合支护技术

该支护技术利用锚杆支护的悬吊作用及组合梁作用机理，即锚杆、托盘与钢筋网等的共同作用，使内壁岩石形成“支护拱”，巷道松动区随之成为加固带，有效阻止巷道的变形。

1.2 密集树脂锚杆全长固结喷锚网复合技术

此技术通过增大锚杆加固力，达到端部锚固和全长填充，即在锚端使用托盘与螺母进行固定，并使用树脂将锚杆与锚孔之间的空隙填充，有利于锚杆纵向挤压作用和横向约束作用的充分发挥。该支护技术使巷道周围节理发育的破碎岩体能够很好地联接在一起，增大了锚固区矿体的加固强度，有效地阻止破碎巷道的变形。

1.3 树脂长锚索U型拱架复合支护技术

该技术利用树脂长锚索支护、槽钢支护和U型拱架支护，达到将几种支护的作用结合在一起的目的，充分利用“悬吊”和“加固拱”的作用。

树脂长锚索的锚固长度达到6.5～8.0m，因此能穿过松动区内的岩体，锚固于相对较稳固的矿岩中，把缓倾斜的多层层状矿体连在一起，增大了层理间的摩阻力，充分发挥“悬吊”支护作用，并且树脂长锚索可以施加高预应力（单根锚索抗拉强度可以达到40t），极大提高了支护强度。

12＃槽钢固定于长锚索的端部，对松散的矿岩起到挤压、连接加固的作用，使矿岩的稳定性提高，起到了补强作用。

U型拱架支护具有较高的撑力作用，增阻速度快，其最大优点是当矿岩作用于支架上的压力达到一定值时，支架便产生屈服缩动，缩动的结果使矿岩作用于支架上的压力下降，从而避免了矿岩的压力大于支架的承载力而导致支架破坏，保证巷道的完整性。

2 实施方案

2.1 树脂锚杆喷锚网复合支护

某铁矿研发的树脂锚杆喷锚网复合支护采用的锚杆为Φ20mm螺旋钢，长度2.5m，锚杆孔排、间距为1.0m×1.0m；锚杆锚固剂为树脂药卷，每个锚杆孔放2支树脂药卷（见图1）；托板材料为150 mm×150mm×8mm的钢板，冲压成碗状，托板中间的锚杆孔直径为Φ32mm；金属网为Φ6mm钢筋编织网，网度不大于200mm×200mm；双筋条为2根平行的Φ12mm钢筋，其间距为50mm，长度规格为3.1m，采用点焊制作。通过锚杆、托盘与钢筋网等的共同作用，使内壁岩石形成“支护拱”，巷道松动区随之成为加固带，有效地阻止巷道的变形。安装示意图分别见图2和图3。

图1 树脂锚杆安装

图2 树脂锚杆及钢筋网安装

图3 树脂锚杆喷锚网复合支护技术

2.2 密集树脂锚杆全长固结喷锚网支护

锚固剂采用直径为Φ25mm、长度为500mm的快速凝固树脂药卷，托盘为150mm×150mm×8 mm的钢板，用树脂药卷对锚杆全长锚固，即主锚杆、加强锚杆的锚固长度分别由原来的1m延长到2.37m和1.57m，且锚杆布置间距由1.0m×1.0 m加密为0.5m×0.5m，锚孔呈梅花状交错布置，见图4、图5。

图4 树脂锚杆及钢筋网安装

图5 密集树脂锚杆全长固结喷锚网复合支护技术

2.3 树脂长锚索U型拱架复合支护

锚索采用预应力钢绞线，其为直径Φ17.8mm，长度为6.5～8.0m的钢板；锚固剂为3支树脂药卷；托盘为200mm×200mm×18mm，托板中间的锚索孔直径为Φ20mm。锚索排距为2m，见图6。将12＃槽钢固定于长锚索的端部，对松散的矿岩起到挤压、连接加固的作用。U型拱架所用金属支架为可缩性金属拱支架，支架所用U型钢型号不小于25＃，具体拱架尺寸分为2.8m和3.0m两种。

图6 树脂长锚索U型拱架复合支护

2.4 各支护技术方案综合对比

各支护方案技术方案对比见表1。

表1 各支护方案技术方案对比

3 实施效果

在各支护巷道内，采用顶板离层监测仪和收敛变形监测仪进行了为期30d的测试，得到普通树脂锚杆喷锚网联合支护技术与某铁矿的3项支护技术在巷道顶板下沉、两帮收缩、上帮移出、下帮移出以及底鼓的变形最大值数据，见表2。

表2 各支护方案技术效果对比

某铁矿破碎矿体复合支护技术在节理、裂隙发育的地段应用以来，支护效果十分明显，与国内树脂锚杆喷锚网支护技术比较，支护强度有了更大的提高，回采进路的最大长度可达到200m。该矿采用树脂长锚索U型拱架复合支护技术后，支护巷道的服务时间由1a延长至2～3a，为长进路回采提供了有力保障，各条回采进路的长度将由原来的100 m平均增加至170m（个别地段达到200m），由于此支护技术提高了井下矿石的回采率，井下出矿量将由此增多50万t，增加销售收入约2亿元，经济效益明显。