張向偉 陳偉

1.赤峰柴胡欄子黃金礦業(yè)有限公司，中國·內蒙古 赤峰 024000

2.寧夏煤礦安全監(jiān)察局，中國·寧夏 銀川 750000

1 引言

隨著科技的發(fā)展，井下礦山的發(fā)展也越來越大。對于井下巖石的支護要求也越來越多，所以對井下巖石進行質量分級，能更好的對井下支護有一個確定的參考數據。

巖體的工程分類是巖體力學中一個重要的課題，它是工程巖體穩(wěn)定性分析的基礎，也是巖體工程地質條件定量化的一個重要途徑。為工程設計、支護襯砌、建筑物選型和施工方法的選擇等提供參數和依據。國際上通用的分類方法有兩種：巖體地質力學分類（RMR分類）和巴頓巖體質量（Q）分類。雖然在分類數值代數式表達上兩者有較大差別，但兩種分類方法均考慮到巖體的完整性和成層條件、巖塊強度、結構面發(fā)育情況和地下水等因素。Barton于2002年進一步修正了他們之間的關系為：

根據《工程巖體分級標準》中建議的巖體物理力學參數取值范圍，通過非線性擬合分析，建立了各物理力學參數與BQ之間關系經驗公式。

2 柴胡欄子礦區(qū)巖體錨固工程

2.1 礦區(qū)地質概況

礦區(qū)出露地層主要是晚太古界變質巖系，上太古界建平群是本區(qū)出露的最古老地層。建平群可以進一步劃分為2個巖組，下部為小塔子溝組，其巖石組合主要為斜長角閃巖片麻巖、黑云斜長片麻巖、麻粒巖、斜長角閃(輝石)巖及少量磁鐵石英巖等；上部為大營子組，主要巖石類型為斜長角閃片麻巖、斜長角閃巖、黑云片巖、大理巖、夾石英巖。

按結構面的延伸長度、切割深度、破碎帶寬度及其力學效應，礦區(qū)內發(fā)育的將結構面分為5級。

2.2 工程變形特征

礦區(qū)的圍巖應力測量結果表明，在空間上，隨著深度的增加，巖體的變形量逐漸增大；在時間上，隨著深度的增加，與淺部巷道比，發(fā)生同樣的變形量所需時間在明顯縮短，即巖體的變形速度在增加。這對巷道的穩(wěn)定性是很不利的，對巷道支護技術提出了更高的要求。

2.3 錨固方式選取

柴胡欄子礦區(qū)巖土錨固方式主要有以下幾種：管縫式錨桿、預應力樹脂錨索、錨網、螺旋支柱等。具體的錨固方式依據掘進面、采場圍巖的工程地質條件組合選取。一般情況下，巷道兩壁采用錨網+管縫式錨桿，巖石極破碎情況下采用錨網+管縫式錨桿+混凝土噴漿，采場頂板采用金屬穿帶+管縫式錨桿或預應力樹脂錨索組合使用[1]。

2.4 礦區(qū)錨固工程常見問題

柴胡欄子礦區(qū)中的錨固工程在巖體主動支護過程中起到了重要的作用，但是仍然存在不少問題，目前所采用的支護參數多是憑工程經驗確定的，缺少相關理論依據。

3 錨固參數優(yōu)化

3.1 支護參數合理性驗證

以3號盲豎井九中段39504采場為例：此采場位于九中段21.5線至23線之間，礦體走向300°，傾角78°，傾向南西。礦體上盤為大理巖及片巖，下盤為玢巖及大理巖，十分不穩(wěn)固，礦體與圍巖接觸部位出現較破碎的破碎帶，節(jié)理較發(fā)育[2]。

錨索采用的七股15.2mm鋼絞線抗拉強度標準值為1860MPa，抗拉設計強度fdp1860×0.6＝1116MPa，取n＝0.90，則每根七股鋼絞線錨索的抗拉荷載值為：

則采場上盤總壓力冒落拱重量為：

每分層采場頂板共需要安裝錨索根數為：

由上述計算結果可以發(fā)現，目前采場所使用的錨索支護網度為2m×2m，其面積為4m2大于計算網度。

3.2 參數優(yōu)化過程

3.2.1 錨索網度的確定

根據上一節(jié)計算結果，以39504采場為例，采場內理論計算錨索網度為2.05m2，因此錨索設計網度見表1。

表1 錨索設計網度（單位/m）

3.2.2 錨索長度的確定

錨索長度的確定與每根錨索所承受的設計荷載有直接的關系，錨索承受的設計荷載即是每根錨索所承受的冒落拱的重量，計算得每根錨索分攤的冒落拱重量：

查閱樹脂錨固劑的技術參數，目前所采用的錨固劑為快速型樹脂錨固劑，其特點為凝膠時間快，強度增長快，固化后3min時抗拉強度大于30MPa，抗壓強度大于60MPa，粘結強度對混凝土大于7MPa，對螺紋鋼大于16MPa[3]。

根據實際情況，參照資料計算得錨固段長度為：

由此，可得錨索總長度為：

根據以往經驗和礦區(qū)具體地質條件，提出長度為2m，網度為2m×1m的錨索支護方案。

4 結語

RMR巖石質量分級方法對于巖體的質量等級提供了有效的依據。根據各種參數計算可以對不同等級的巖石進行不同的支護方案。這樣對于支護措施有了很好的理論依據。