会理铅锌矿锚杆支护工艺优化

向阳春，郭豫宁 ，黄聪

(1.四川会理铅锌股份有限公司， 四川 会理市 615100；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012；3.金属矿山安全技术国家重点实验室， 湖南 长沙 410012)

0 引言

会理铅锌矿具有上百年的开采历史，经过多年开采，保有资源日渐减少，目前以残采为主回收遗留资源。回采过程中，地压活动频现，巷道移动变形显著，支护结构屡遭破坏。锚杆支护是会理铅锌矿常用的一种支护方式，但锚杆间距不合理、锚杆失效等问题导致支护效果不达标，对矿井的安全高效生产造成影响。

多年来，国内外实践经验表明，锚杆支护是经济、有效的支护技术。与棚式支架支护相比，锚杆支护显著提高了巷道支护的效果，降低了支护的成本，减轻了工人的劳动强度。锚杆支护是矿井实现高产高效必不可少的关键技术。锚杆支护优化主要是对增加锚杆强度、增加锚杆预紧力、锚杆与注浆等技术进行优化。

相关技术人员在现场开展了大量调研工作，综合应用理论分析和现场试验的方法，对锚杆质量进行检验，分析影响锚杆强度的因素，提出增加锚杆拉拔力的工艺优化。

1 工程背景

会理铅锌矿矿床主要产于 Zbd2-3硅质白云岩中，该岩层构造裂隙发育。矿山岩体分为3个工程地质岩组：辉绿岩、白云岩、矿体。经岩体质量评价，白云岩为III级岩体，辉绿岩与矿体为IⅤ级岩体。

由于岩体条件、使用年限不同，会理铅锌矿巷道采用的支护方式也各不相同，其中斜坡道、沿脉巷道的支护方式普遍为锚网支护，但由于锚杆支护效果不佳，巷道断面收缩，发生较大移动变形的情况时有发生。

2 锚杆抗拔力试验

为了了解会理铅锌矿锚杆支护的实际情况，通过锚杆抗拔力试验，检验了矿山锚杆支护效果，分析了影响锚杆支护质量的因素，并对现有的锚杆支护工艺进行了合理优化。

2.1 试验方案设计

根据矿山岩体分布状态、地质构造与围岩蚀变等情况，结合其岩石的物理力学指标，将矿体及围岩按其建造和改造特性及组合规律进行分组，每一岩组都能反映其特有的工程地质特性，每个岩组可由一种岩石组成，也可由几种岩石组成。经现场调查，将矿山岩体划分为3个工程地质岩组：辉绿岩、白云岩、矿体。据此，在3个不同的工程地质岩组各选取1条巷道，分别设置3个测点对其进行编号，进行锚杆抗拔力试验。

根据现场实际情况选用YCW60B200穿心式千斤顶。

管缝式锚杆是一种全长锚固、主动加固围岩的新型锚杆，其立体部分是1根纵向开缝的高强度钢管，当安装比管径稍小的钻孔时，可立即在全长范围内对孔壁施加径向压力和阻止围岩下滑的摩擦力，加上锚杆托盘托板的承托力，从而使围岩处于三向受力状态，并实现岩层稳固。参照锚杆选型的基本原则，结合矿山目前采用的支护材料，并考虑到工人使用方便、操作熟练等方面，最终选定管缝式锚杆为试验锚杆,管缝式锚杆主要性能见表1。

2.2 试验流程

锚杆张拉前对所要张拉的锚杆进行编号，并准备好用于记录的表格及锚杆的相关数据，包括锚杆长度、孔径、施工日期等，并严格按照如下步骤进行测试。

千斤顶安装：确定好张拉锚杆后，先在千斤顶底部放置一反力钢板，并防止锚杆张拉时应力集中对喷砼面的破坏；安装好反力板后，将千斤顶安装在锚杆上，并用油管将千斤顶及油泵连接，压动油泵将千斤顶活塞伸出约5 cm的行程；在锚杆头部用Φ25 mm钢筋头与锚杆焊接，使锚头大于千斤顶穿心孔径。焊接时要保证钢筋头与千斤顶接触部位在同一高度，防止千斤顶受力不均；焊接牢固，保证60 kN的张拉力不会破坏焊口，防止在张拉过程中钢筋头崩开。

锚杆拉拔：锚杆试验荷载按照设计荷载的 1.1倍进行，拉拔分级加载，前三级按荷载值的20%增加，后面按10%增加。每级观测时间5 min，达到试验荷载后观测10 min，然后卸载至初始加载值（荷载值的 20%）。张拉至每级后用钢尺测量锚头位移量，每级测量3次，并做好记录。

千斤顶拆卸：拆卸液压千斤顶之前，应使液压回路泄压。按顺序拆卸，一般先放掉千斤顶两腔的油液，然后拆卸缸盖，最后拆卸活塞与活塞杆。拆卸时应防止损伤活塞杆顶端螺纹、油口螺纹和活塞杆表面、缸套内壁等。

张拉完成后，汇总整理现场锚杆抗拔力测试数据，整理成果报表。锚杆抗拔力试验现场测试流程如图1所示。

图1 锚杆抗拔力试验现场

2.3 试验结果及分析

本次试验仪器采用YL-BPI型锚杆拉拔仪，试验对象为MF43/1600与MF43/1800型管缝式锚杆，

对铅锌矿体、辉绿岩及白云岩内的管缝式锚杆分别进行了锚杆拉拔力检测试验，试验结果见表2。

表2 管缝式锚杆主要性能

由表2可知，本次检测的9根锚杆中，达到设计强度23.4 kN的锚杆只有G8为合格锚杆，其余8根锚杆均未达到设计强度，其中第一组平均抗拔力为设计强度的44%，第二组平均抗拔力为设计强度的32%，第三组平均抗拔力为设计强度的91%，第一组和第二组因采用直径42 mm的钻头（一字形），钻孔过大，拉拔力小，锚杆抗拉力未达到设计要求，均属于不合格锚杆，总体锚杆拉拔力检测的合格率仅有11.1%。锚杆支护效果差，处于失效状态，不能满足矿井安全生产的要求。

表2 管缝式锚杆拉拔力测试结果

3 支护工艺优化

3.1 支护工艺优化的相关措施

分析试验结果可知，锚杆的拉拔力达不到预期的使用要求，针对目前原岩区域的岩层情况，依据锚杆支护理论及现场施工经验，对试验方案进行如下改进措施。

（1）针对原岩区域的岩层情况，采用合适的钻头以及1.8 m长锚杆，以提高锚杆抗拉力。岩层强度较高的地段，较完整的白云岩采用直径40 mm标准钻头。岩层强度低的地段，矿体和辉绿岩采用直径38 mm标准钻头。

（2）将现有的一字形钻头全部更换为梅花形，以起到稳定钻杆的作用。

（3）因矿体、辉绿岩完整性较差，巷道围岩塑性区大多超过1.5 m，而MF43/1600型管缝式锚杆长度有限，无法完全穿透塑性区，导致锚杆失效，推荐采用长度1.8 m的MF43/1800型管缝式锚杆。

（4）按照相关安全规程及规范施工。管缝式锚杆钻孔前，应检查钻头规格，确保孔径符合设计要求。向钻孔内推入锚杆杆体可使用风动凿岩机和专用连接器，锚杆杆体被推进过程中应使凿岩机锚杆杆体和钻孔中心线在同一轴线上。

3.2 工艺优化后的检测结果及分析

在试验巷道附近选取情况相近的测点，使用工艺优化，再进行改进后的锚杆抗拔力对比试验，改进后的管缝式锚杆拉拔力测试结果见表3。

表3 改进后的管缝式锚杆拉拔力测试结果

由表3可知，经过管缝式锚杆支护工艺优化后，锚杆的抗拔力显著增强。重新测试的9根锚杆中，除G11锚杆外，其余8根检测锚杆均达到了设计强度。其中位于矿体内的第一组锚杆平均抗拔力达到设计强度的 100%，是改进之前锚杆抗拔力的 2.27倍。位于辉绿岩中的第二组锚杆平均抗拔力达到设计所需强度的104%，是改进之前锚杆抗拔力的3.26倍。第三组采用直径40.5 mm的钻头（梅花形），钻孔较合适，拉拔力皆大于 23.4 kN，锚杆抗拉力达到设计要求，第三组锚杆平均抗拔力达到设计强度的112%。

实施工艺优化后的锚杆拉拔力检测合格率达到88.8%。对比前后两次的锚杆抗拔力试验可以发现：在实施工艺优化后，在工程地质情况几乎相同的测试点，检测所得锚杆抗拔力显著提高，锚杆拉拔力检测的合格率比改进之前提高了77.7%。矿体与辉绿岩中的锚杆抗拔力提升尤为明显，是优化之前的2～3倍。

通过对会理铅锌矿管缝式锚杆支护工艺的优化，大大提升了锚杆的支护效果，使得锚杆能够满足矿井正常安全生产的要求。

4 结论

本文针对会理铅锌矿生产中段矿体、围岩内锚杆进行了抗拔力检测，并对锚杆施工工艺进行了改进，得到以下结论。

（1）锚杆抗拔力试验表明优化支护工艺前，大部分管缝式锚杆抗拔力未达到设计强度，处于失效状态。

（2）针对不同围岩条件选用适当尺寸的钻头可以大幅提高管缝式锚杆的支护效果。例如较为完整的白云岩，宜采用直径40 mm标准钻头，岩体强度较低的矿体和辉绿岩宜采用直径38 mm标准钻头。

（3）梅花形钻头打钻时稳定性较好，能有效遏制扩孔现象的发生，可以较大幅度地提高锚杆抗拔力。

（4）巷道围岩塑性区超过1.5 m的位置，推荐采用长度1.8 m的MF43/1800型管缝式锚杆。