蔡錦仙

（江西彭山錫礦，江西德安 330408）

管縫式錨桿護(hù)頂技術(shù)在頂板管理中的應(yīng)用

蔡錦仙

（江西彭山錫礦，江西德安 330408）

以江西某國(guó)營(yíng)老礦山為例,介紹了錨桿作用機(jī)理及該礦使用管縫式錨桿護(hù)頂?shù)募夹g(shù)要求、安全措施以及操作程序,并比對(duì)了使用錨桿護(hù)頂前后產(chǎn)生的巨大差異。實(shí)踐證明,管縫式錨桿支護(hù)頂板材料價(jià)格低、施工簡(jiǎn)單、操作方便、錨固力強(qiáng)、護(hù)頂效果佳,是礦山企業(yè)較佳的護(hù)頂選擇。

頂板；管縫式錨桿；護(hù)頂技術(shù)；孔網(wǎng)參數(shù)計(jì)算;支護(hù)網(wǎng)度

0 前言

某礦位于江西省德安縣吳山鄉(xiāng)境內(nèi),屬國(guó)營(yíng)老礦山。該礦礦石以錫礦為主,并伴生銅、鐵、鋅、砷、硫、金、銀、銦等多金屬,采用平窿+盲斜井開(kāi)拓、兩翼對(duì)角式機(jī)械通風(fēng);采礦方法為房柱法,礦石損失率為20%,貧化率為8.5%,設(shè)計(jì)采選能力為300 t/d。2008年之前,由于頂板沒(méi)有采用錨桿護(hù)頂安全措施,該礦曾發(fā)生幾起因頂板松石墜落或冒頂而導(dǎo)致的重大傷亡事故。2012年，該礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)“二級(jí)”企業(yè)，2013年5月,完成了安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”安裝,運(yùn)行狀態(tài)良好。采用管縫式錨桿支護(hù)頂板以來(lái),已經(jīng)連續(xù)5年沒(méi)有發(fā)生因頂板松石墜落和冒頂而產(chǎn)生的重傷事故[1]。

1 礦區(qū)地質(zhì)

1.1 地層構(gòu)造

震旦系陡山沱組(Z2d)是主要的錫礦賦礦層位。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要為由東部的背斜軸及背斜兩翼的“S”形單斜構(gòu)造所組成的褶皺構(gòu)造,次有梁家山斷裂(FA1)和曾家垅斷裂(FA2)破碎帶、層間滑動(dòng)構(gòu)造和節(jié)理裂隙等構(gòu)造,盡管礦區(qū)水文地質(zhì)較為簡(jiǎn)單,但這些構(gòu)造均不同程度地影響到采空區(qū)頂板管理工作。

1.2 礦帶劃分及分布特征

礦區(qū)根據(jù)成礦作用，控礦因素和空間分布規(guī)律自花崗巖侵入體由下往上劃分出十個(gè)礦帶(I～X礦帶),每個(gè)礦帶賦存于特定的層位和巖性段中,頂?shù)装鍢?biāo)志層界線清晰,其中Ⅳ-1、Ⅵ-1、Ⅶ-1錫礦體為主要礦體。礦體均為隱伏的盲礦體,一般距地表50～200 m,賦存標(biāo)高為+16～+225 m,礦體呈層狀,傾向和傾角與地層近于一致,傾向北西(323°),傾角平緩(15°～25°),平均23°,Ⅳ-1礦體分布于3～6號(hào)勘探線之間,沿走向長(zhǎng)500 m,礦體平均厚度2.56 m；Ⅵ-1礦體分布在-6～16號(hào)勘探線之間，沿走向長(zhǎng)500 m，礦體平均厚度6.19 m；Ⅶ-1礦體分布在-6～-18勘探線之間,沿走向長(zhǎng)600 m,礦體平均厚度7.33 m。

1.3 礦體圍巖

Ⅳ-1、Ⅵ-1、Ⅶ-1三個(gè)主礦體的頂?shù)装鍘r石見(jiàn)表1所示。

表1 主礦體頂、底板巖石

Ⅶ-1礦體頂板的整體穩(wěn)固性較好,Ⅵ-1礦體頂板整體穩(wěn)固性次之,Ⅳ-1礦體所屬地層存在古滑坡構(gòu)造,其頂板較為風(fēng)化破碎，尤其在0線～2線之間，采礦方法也有所改變（礦柱改為連續(xù)礦壁）。錨桿護(hù)頂?shù)木W(wǎng)度基本上由礦體的頂板整體穩(wěn)固性所決定。

2 錨桿作用機(jī)理

采空區(qū)的頂板圍巖呈層狀疊加,每一層中又存在一定的節(jié)理裂隙、斷層或風(fēng)化破碎帶,在礦體沒(méi)有開(kāi)采前,頂板巖石僅存在受壓作用;當(dāng)?shù)V體開(kāi)采完,形成采空區(qū)后,頂板巖石就受抗拉和抗剪作用(抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度),在沒(méi)有采用錨桿護(hù)頂前,頂板圍巖從外到里,都是單層受拉受剪。由于長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中,受地壓、爆破震動(dòng)、空氣中水分滲透等因素的影響,它的抗拉強(qiáng)度會(huì)急劇下降,在超過(guò)它的抗拉極限強(qiáng)度后,由于重力的作用便會(huì)一層一層地剝落下來(lái)。錨桿作用機(jī)理即是利用錨桿在孔眼內(nèi)產(chǎn)生的強(qiáng)大膨脹力,使得錨桿外表與巖壁“粘”在一起,從而產(chǎn)生巨大的摩擦力,把圍巖層與層之間“捆綁”起來(lái),使圍巖的單層結(jié)構(gòu)變成了整體結(jié)構(gòu),把整個(gè)頂板合成為一體,形成三方受力狀態(tài),極大地增強(qiáng)了頂板圍巖的抗拉和抗剪強(qiáng)度[1-2]。

3 錨桿護(hù)頂技術(shù)程序

3.1 材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

要達(dá)到預(yù)期的護(hù)頂效果和要求,錨桿的材質(zhì)是關(guān)鍵,因此要選用國(guó)標(biāo)產(chǎn)品。國(guó)標(biāo)產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：1)選用Q235A級(jí)冷軋鋼材,壁厚2.5～3.0 mm。2)縫管錨桿表面應(yīng)平整,無(wú)嚴(yán)重拉傷、銹蝕；擋環(huán)焊縫應(yīng)無(wú)裂紋,無(wú)氣孔夾渣。3)擋環(huán)焊縫拉脫力≥80 kN,桿體極限抗拉力≥110 kN,初錨力≥25 kN。4)管縫式錨桿長(zhǎng)度根據(jù)頂板圍巖的層厚而定,該礦一般選用的錨桿長(zhǎng)度為2.0～2.2 m;管縫式錨桿直徑根據(jù)鉆孔的直徑而定,一般要大于孔徑2～4 mm,通常選用MF43,公差±0.5,縫寬在14 mm。

3.2 作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求

1)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化要求。在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)安全規(guī)范。除此之外,考慮到采場(chǎng)作業(yè)面的空間高度一般在2.0～2.3 m之間，因此要求放礦工不能把漏斗放得過(guò)空；耙礦工在下班前要把作業(yè)面盡量耙得平整一些,為鑿巖護(hù)頂創(chuàng)造條件[3]。

2)安全技術(shù)措施[4]。(1)確保按設(shè)計(jì)要求留好礦柱：厚礦體(礦體厚度≥5 m)礦柱直徑為5 m,礦房暴露面積為136 m2;薄礦體(礦體厚度≤5 m)礦柱直徑為4 m,礦房暴露面積為88 m2。(2)采用YSP-45型鑿巖器具,護(hù)頂作業(yè)前,要把頂板浮石處理干凈。(3)認(rèn)真檢查頂板的斷層、節(jié)理裂隙發(fā)育情況,記錄它們的走向、傾向和傾角,以確定孔眼的位置和角度。(4)如頂板較為風(fēng)化破碎時(shí),需留30～40 cm厚的礦體護(hù)頂,以隔絕水蒸汽。

3.3 孔網(wǎng)參數(shù)計(jì)算公式[5]

孔網(wǎng)參數(shù)計(jì)算公式：a＝Kf／5（n﹢1）

式中：a表示鉆孔間距,m；K表示頂板平整度系數(shù)與鉆工的鑿巖技術(shù)相關(guān),一般為0.1～1.0，若未破頂,頂板的平整度光滑略成微拱形,則系數(shù)為1.0；f表示頂板圍巖堅(jiān)固性系數(shù),Ⅶ-1礦體的頂板圍巖為硅質(zhì)巖、互層灰?guī)r、矽卡巖,且未風(fēng)化破碎,故f＝12～14；n表示單位面積內(nèi)的節(jié)理裂隙、斷層、破碎帶的條數(shù)。

舉例說(shuō)明：1)Ⅶ-1礦體頂板支護(hù)網(wǎng)度。由于其頂板平整度好,圍巖堅(jiān)固,K＝0.8，f＝14,有兩條節(jié)理,n＝2,則a＝0.75 m；2)Ⅳ-1礦體頂板支護(hù)網(wǎng)度。由于頂板較風(fēng)化破碎不平整,K＝0.5，f＝10，假設(shè)有兩條節(jié)理n＝2,則a＝0.33 m；

總之,支護(hù)網(wǎng)度視頂板穩(wěn)固性和平整度而定,一般頂板平整、整體穩(wěn)固性好,堅(jiān)固、節(jié)理裂隙發(fā)育少,無(wú)風(fēng)化破碎現(xiàn)象,孔網(wǎng)參數(shù)偏大,反之偏小。護(hù)頂前采礦和地質(zhì)工程技術(shù)人員要到作業(yè)現(xiàn)場(chǎng),根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,確定支護(hù)網(wǎng)度和鉆孔的位置、角度,并作好標(biāo)記。表2是該礦多年支護(hù)頂板的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表2 Ⅳ-1、Ⅵ-1、Ⅶ-1礦體頂板支護(hù)網(wǎng)度

鉆孔深度要超過(guò)錨桿長(zhǎng)度5～10 cm,鉆孔的位置要偏離節(jié)理裂隙,破碎帶30～50 cm,一般鉆孔的角度以垂直層面為佳,但如果存在節(jié)理裂隙面或斷層的情況下,鉆孔與構(gòu)造面的角度＞45°為佳。

3.4 后期監(jiān)管[6]

由于該礦礦區(qū)不允許地表塌陷，因此做好采空區(qū)的管理工作是礦區(qū)環(huán)境恢復(fù)治理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。必須做好原始記錄的收集工作:包括支護(hù)網(wǎng)度和鉆孔角度、位置、數(shù)量等數(shù)據(jù)的真實(shí)填報(bào),并做好交接班記錄等。另外,在地壓監(jiān)測(cè)和采空區(qū)觀測(cè)方面,地質(zhì)和測(cè)量技術(shù)員選擇幾個(gè)采空區(qū),進(jìn)行布點(diǎn)。每個(gè)采空區(qū)在重要的位置設(shè)立4～5個(gè)可伸縮的標(biāo)有數(shù)據(jù)刻度的標(biāo)桿尺,定期進(jìn)行觀察,記錄數(shù)據(jù),加以比對(duì)和分析,為今后的頂板護(hù)頂和采空區(qū)的管理提供參考。

4 結(jié)語(yǔ)

采空區(qū)的頂板是地下開(kāi)采礦山的重大危險(xiǎn)源之一，它甚至超過(guò)民爆器材和斜井提升的危險(xiǎn)程度。該礦重傷以上的安全事故,絕大部分都是來(lái)自頂板松石墜落和塌方所致,而且都是在以前作業(yè)面頂板沒(méi)有錨桿支護(hù)的情況下發(fā)生的。管縫式錨桿支護(hù)頂板是較佳的護(hù)頂方式,它與其它錨桿護(hù)頂相比,具有材料價(jià)格低、施工簡(jiǎn)單、操作方便、錨固力強(qiáng)、護(hù)頂效果佳等優(yōu)點(diǎn)。采空區(qū)頂板管理工作是作為地下礦山安全生產(chǎn)管理工作的重要環(huán)節(jié)和重要工作,要引起企業(yè)的高度重視,必須加大安全投入，推廣管縫式錨桿支護(hù)頂板和支護(hù)技術(shù)。管理好采空區(qū)的頂板,對(duì)礦山企業(yè)長(zhǎng)治久安，降低風(fēng)險(xiǎn)、穩(wěn)步發(fā)展具有重要意義。

[1]楊雙鎖,康立勛.錨桿作用機(jī)理及不同錨固方式的力學(xué)特征[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2003,34(5):540-543.

[2]張長(zhǎng)根,黃漢富,宇黎亮.管縫式錨桿的應(yīng)用[J].礦山壓力與頂板管理,1997(2):22-24.

[3]AQ2007-2006,金屬非金屬礦山安全標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范[S].

[4]GB16423-2006,金屬非金屬礦山安全規(guī)程[S].

[5]王延國(guó),任濤,褚學(xué)超.錨桿、錨索聯(lián)合護(hù)頂在采場(chǎng)頂板管理中的應(yīng)用[C]//魯冀晉瓊粵川遼七省金屬(冶金)學(xué)會(huì)第十九屆礦山學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集(采礦技術(shù)卷),濟(jì)南:山東金屬學(xué)會(huì),2012.

[6]謝開(kāi)維,顏恩澤.楔管式錨桿在采場(chǎng)中的應(yīng)用[J].化工礦山技術(shù), 1986(2):14-16.

App lication of Tube Seam Anchor Bolt Canopy Guard Technology in Roof Management

CAI Jin-xian
(Jiangxi Pengshan Tin Mine,De'an,Jiangxi 330408,China)

Taking a state-run old mine in Jiangxi as an example,this paper elaborates mechanism of anchor bolt and technical requirement,safety precautions and operational procedure of tube seam anchor bolt canopy guard adopted in this mine,and makes comparison on the large difference of before and after using anchor bolt canopy guard.It is proved by practice that tube seam anchor bolt canopy guard is of low material price,simple construction,convenient operation,strong anchoring force and good guard performance,which is the best choice of canopy guard for the m ine enterprise.

roof plate;tube seam anchor bolt,canopy guard technology;hole net parameter calculation;supporting net

TD353.6

B

1004-4345(2014)02-0009-03

2014-01-26

蔡錦仙(1964—),男,工程師,從事采礦工程設(shè)計(jì)和技術(shù)管理工作。