李文成,金宇松,陳茂森

(貴州開磷集團礦業(yè)總公司, 貴州貴陽 550302)

錨索護頂在采場頂板管理中的應(yīng)用＊

李文成,金宇松,陳茂森

(貴州開磷集團礦業(yè)總公司, 貴州貴陽 550302)

開磷集團在使用分段空場采礦方法采礦過程中,通過采用錨索對頂板進行加強支護,提高了開采的安全性,使礦石開采回收率從70%提高到75%以上,貧化率從8%降到了5%以下。

分段空場法;頂板管理;錨索;支護設(shè)計

1 礦床開采技術(shù)條件

青菜沖礦上盤礦磷礦床屬淺?！珵I海相大沉積磷塊巖礦床,礦體產(chǎn)于陡山沱組上部,呈較穩(wěn)定層狀,中等穩(wěn)固,厚度3～5m,體重2.9t/m3,節(jié)理發(fā)育,與上覆燈影組白云巖(直接頂)呈平行不整合接觸。礦體走向南北,傾向為東西向,傾角30°左右。

礦層底板為灰綠色細(xì)砂巖,呈中厚層狀產(chǎn)出,致密堅硬,普氏系數(shù)f=7.3～15.9。

磷礦層由呈粒狀結(jié)構(gòu)、致密塊狀、條帶狀構(gòu)造的磷塊巖構(gòu)成。磷塊巖菱形節(jié)理發(fā)育,沿節(jié)理面有泥質(zhì)充填,易冒落,不穩(wěn)固,f=6.2～22.2。

礦層的直接頂板為含錳硅質(zhì)白云巖,呈層狀產(chǎn)出,厚度1.5～3m,一般厚2m,與老頂之間有很明顯的層理,隨著礦房的開采,直接頂極易垮冒。

2 錨索結(jié)構(gòu)

2.1 錨索部件

(1)鋼絞線。鋼絞線要選用強度高、韌性好、低松弛的,既有一定的剛度又有一定的韌性,便于運輸和安裝。目前廣泛采用Φ18mm的高強度鋼絞繩。

(2)鎖具。鎖具應(yīng)根據(jù)鋼絞繩的規(guī)格進行選取,保證與鋼絞繩有良好的匹配關(guān)系。

(3)錨固劑。錨固劑有水泥漿、樹脂膠泥和普通樹脂藥卷等。在施工和設(shè)計中要根據(jù)地質(zhì)條件、機具的要求,合理選擇錨固劑。

2.2 錨索結(jié)構(gòu)

錨索可分為3段:內(nèi)錨固段、鋼絞繩自由段和外錨固段。內(nèi)錨固段外徑的最大尺寸以不影響錨索在鉆孔中攪拌樹脂藥卷為宜,一般要求比鉆孔直徑小6～8mm。

3 錨索支護設(shè)計

3.1 錨索支護設(shè)計原則

(1)錨索長度原則:錨索長度取決于采場頂板巖性、巖體結(jié)構(gòu)。錨索錨固段要設(shè)計在堅硬巖層內(nèi)1～2m。

(2)錨索強度原則:錨索承載強度取決于錨索根數(shù)和錨索間排距,其設(shè)計總載荷按采場頂板塑性軟化范圍的巖石質(zhì)量乘以安全系數(shù)來計算。

(3)耦合設(shè)計原則:錨索支護達(dá)不到耦合作用狀態(tài)將出現(xiàn)安全事故。

(4)關(guān)鍵部位原則:錨索要盡量設(shè)計在頂板關(guān)鍵部位。

3.2 錨索支護參數(shù)的確定

(1)錨索長度。錨索護頂要根據(jù)采場直接頂和采場破壞高度進行確定,取它們的最大值來確定錨索的長度。錨索長度的計算式為:

式中:L——錨索長度,m;

L1——堅硬巖層內(nèi)錨固段長度,一般取1～2m;

L2——采動影響時頂板破環(huán)區(qū)的最大深度,取直接頂厚度和破壞區(qū)深度的最大值,m;

L0——錨索的外露長度,一般取0.3m。

所以錨索長度L=2+2+0.3=4.3m。

(2)錨索直徑。錨索直徑應(yīng)根據(jù)錨孔直徑進行確定。錨索孔直徑與索體直徑之差不得大于10 mm,錨索孔直徑與樹脂藥卷直徑之差不得超過3～5mm。錨索直徑越大,錨索支撐力越大,支護效果越好。根據(jù)使用的鉆頭直徑確定錨索的直徑為18 mm。

(3)預(yù)制托盤的規(guī)格:長×寬×高=300mm×300mm×14mm。

(4)錨索間排距:比照砂漿錨桿參數(shù),選取2m×2m。

(5)錨索安裝角:錨索孔軸向應(yīng)垂直于巷道斷面輪廓線之法線方向(三心拱斷面),異形斷面垂直于礦體頂板,采場內(nèi)垂直于礦體頂板。

(6)網(wǎng):采用6#鋼筋編制而成,規(guī)格2000mm×2000mm。

4 施工機具

(1)鑿孔。由于目前國內(nèi)錨索鉆機不帶沖擊,只適用于f≤10的巖層中鉆眼,為此采用便于現(xiàn)場施工的四五機進行白云巖中鉆孔。

(2)錨固。選用MQT-130/2.8氣動錨桿鉆機,因其廣泛適用于巖石硬度≤f10的巷道,特別適應(yīng)煤巷的錨桿支護作業(yè),既可鉆頂板錨桿孔,又可鉆錨索孔,還可攪拌和安裝樹脂藥卷類錨桿、錨索,無需其他設(shè)備,即可實現(xiàn)錨桿螺母一次安裝擰緊,達(dá)到初錨預(yù)緊力的要求。假頂穩(wěn)固性差時先用MQT-130/2.8氣動錨桿鉆機鉆孔,然后用四五機加深錨索孔。

5 結(jié) 語

在青菜沖上盤礦940中段底柱采場的回采工程中,錨索護頂取得了很好效果,在整個礦房礦石回采完之前頂板未發(fā)生冒落事故,礦石回收率從68%提高到了75%以上,礦石貧化率從8%降低到5%以下。錨索護頂是現(xiàn)代采礦活動中頂板支護的有效技術(shù)措施。如采場頂板整體性不好、破碎時,可用鋼帶把錨索連接起來,能提高支護效果。

[1]周茂善.淺析回采巷道錨索(補強)支護設(shè)計[J].河北煤炭,2007,(5).

[2]古德生,李夕兵.現(xiàn)代金屬礦床開采科學(xué)技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006.

[3]鐘義旒.金屬礦床開采[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1998.

國家科技支撐計劃課題(2007BA08B01).

2009-07-26)

李文成(1963-),男,貴州貴陽人,碩士,高級工程師,主要從事安全生產(chǎn)技術(shù)質(zhì)量等管理工作。