长锚索支护在银漫矿业的应用

杨英伟

（西乌珠穆沁旗银漫矿业有限公司，内蒙古 赤峰 024400）

银漫矿业是一家多金属地下开采矿山，品位高且储量丰富，采矿方法为阶段空场嗣后充填法。2017年开始采矿，随着回采范围的扩大，出现了矿岩大面积冒落，近一个月时间，冒落高度达60米，局部地段甚至冒到地表，影响了正常的安全开采，造成大量矿石永久损失。

1 工程地质描述

矿体顶板的蚀变凝灰岩，天然单轴抗压强度86.4MPa～116MPa，矿体的单轴抗压强度104MPa～148MPa，矿体底板蚀变凝灰岩天然单轴抗压强度122.8MPa～140.8MPa；矿体的顶、底板及矿体均属坚硬岩石，岩石质量好，稳固性良好。实际上，在17号矿体东部有一条较大的构造破碎带，属于高应力区，沿矿体走向还有厚度不等的高岭土带，遇水容易泥化，部分矿体顶板解理、裂隙发育。

针对上述问题，多次召开了专题技术研讨会，最终确定以920米水平做最高回采标高，提前做预控顶支护，防止因采动而出现的不可控冒落现象。

以920m的Ⅰ-10采场为例，提出了两种支护方案。

方案一 全断面支护方案：当矿体厚度小于10米时，以920m脉内沿脉巷道为自由面，将矿体全部扩帮到采场边界位置。扩帮时采用喷锚网支护，锚杆长3.0m，排距、间距均为1.0m。长锚索排距、间距均为2.0m。如图1所示。

图1 全断面支护方案

方案二 预留矿柱方案：当矿体厚度大于10米时，以920m脉内沿脉巷道为自由面，将矿体全部扩帮到采场边界位置，两帮预留4m宽的矿柱。矿柱附近的长锚索向外倾斜一定角度。扩帮时采用喷锚网支护，锚杆长3.0m，排距、间距均为1.0m。长锚索排距、间距均为2.0m。

图2 预留矿柱支护方案

2 设计依据

锚杆、锚索支护参数计算：

（1）按悬吊理论计算：①锚索长度：L=KH+L1+L2；式中：L-锚索长度m；H-冒落拱高度m；H=B∕2f；f-岩石坚固性系数，取3。K-安全系数，取2；L1-锚入稳定岩层的深度；L2-锚索外露长度，取0.5m。L=2×2.5+2.4+0.5=7.9m，实际取锚索长度L=8.5m。②锚索间排距：设计间距、排距均为a，则：a=√（Q∕KHr）式中： a-间排距m；Q-设计锚固力，500kN∕根；H-冒落拱高度；r-被悬吊岩石的重力密度，取29.4 kN∕m3；K-安全系数，取K=2。a=√（500∕2×2.5×29.4）=1.84m，此处取间排距为2.0m。③锚固长度的效验，锚固长度La应符合下式：La≥k（dfs／4fc），式中k-安全系数，取K=1.5；d-钢绞线直径，mm；fs-钢绞线抗拉强度，Mpa；fc-锚索与锚固剂的设计粘结强度，树脂作锚固剂时，取10Mpa。计算得La≥1507mm。

（2）按挤压加固拱理论：长锚索在预应力作用下，形成连续压缩带，不但保持自身稳定、承受地压，还阻止上部围岩的松动和变形；但是在2m间距内，锥形体的压缩区外不受长锚索作用，为更好的加固顶板，在长锚索间加密了一根锚杆，补强锚索作用范围外的岩石。

3 技术要求

（1）扩帮前应将采场内巷道进行支护，并超前于采场边界三排锚索距离，沿着沿脉巷分别向矿体上、下盘扩帮，一次扩帮最大步距4.2米，光面爆破法施工。

（2）锚 杆 用 φ20mm螺 纹 钢 制 作， 长3.1m， 托 盘 为100mm×100mm×δ8mm钢板制作，间排距1m×1m，锚固长度1.2m，拉拔力不小于50KN，扭矩不小于20KN，使用树脂锚固剂，外露长度不超过100mm。

（3）网片采用φ6mm金属网片，网格为100mm×100mm，网片规格为1.1m×2.1m，搭接长度不小于100mm，搭接处每隔100mm用双股细铁丝绑扎一次。

（4）锚索采用φ21.6mm钢绞线，长8.5m，托盘规格为200mm×200mm×δ20mm钢板制作，间排距2m×2m，使用树脂锚固剂锚固，锚固长度不小于2.4m，施加预紧力不低于100KN，外露长度为300mm～500mm。

（5）喷浆厚度不小于100mm，砼强度为C20。

4 实施过程

由于锚索孔深8米，常用的浅孔钻机打孔不现实，选择一款合理的施工设备非常重要。根据矿山已有设备，最初使用煤矿用锚杆钻机，钻头直径32mm，因为该钻机是以旋转切削原理破碎岩石，不适用f值超过10的金属矿山，所以选择不同的岩石试验了3次，钻头已被磨损破坏，却无法钻进坚硬的岩石；然后又使用现有的中深孔凿岩台车打了3个φ76mm锚索孔做尝试，用3卷φ28mm的树脂药卷捆在一起塞入孔内，把锚索用锚杆钻机装入孔内，待达到要求的时间后安装托盘，用拉拔器施加预紧力，所有操作都符合施工要求，但是拉拔器仪表升到近10KN时压力值就不再升高，说明锚固剂没有发挥作用，全部拉出后发现锚固剂没有硬化，尽管锚索头部做了一定的处理，增大了搅拌直径，两种化学药剂还是没有充分搅拌均匀；最后经过对钻杆钻头的改造，施工φ45mm锚索孔，选用φ32mm的树脂药卷，试验成功。

5 位移监测

选取不同的预控顶地段安装了12组顶板离层仪，通过对2个月监测数据统计分析，最小变形值12mm，最大36mm，没有超过允许变形值，说明预控顶支护从方案到施工都是可靠的。

6 总结

锚索常用方式是水泥砂浆锚索，而我们根据金属矿山围岩的特点，选用树脂锚固剂端头锚固，不但省去了注浆设备，而且操作简便，不论从经济意义上还是施工灵活性上都有可取之处。试验过程也说明了锚索孔直径、锚固剂直径、锚索直径三径匹配的重要性。在实际施工中普遍存在随意性强，质量达不到设计要求，尤其是岩面不平整的情况下，托盘难以紧帖岩面，施工中要采取切实可行的方法，如先喷层水泥砂浆再施工锚杆。