向陽(yáng)春，郭豫寧 ，黃聰

(1.四川會(huì)理鉛鋅股份有限公司， 四川 會(huì)理市 615100；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012；3.金屬礦山安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

0 引言

會(huì)理鉛鋅礦具有上百年的開采歷史，經(jīng)過(guò)多年開采，保有資源日漸減少，目前以殘采為主回收遺留資源?；夭蛇^(guò)程中，地壓活動(dòng)頻現(xiàn)，巷道移動(dòng)變形顯著，支護(hù)結(jié)構(gòu)屢遭破壞。錨桿支護(hù)是會(huì)理鉛鋅礦常用的一種支護(hù)方式，但錨桿間距不合理、錨桿失效等問(wèn)題導(dǎo)致支護(hù)效果不達(dá)標(biāo)，對(duì)礦井的安全高效生產(chǎn)造成影響。

多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，錨桿支護(hù)是經(jīng)濟(jì)、有效的支護(hù)技術(shù)。與棚式支架支護(hù)相比，錨桿支護(hù)顯著提高了巷道支護(hù)的效果，降低了支護(hù)的成本，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。錨桿支護(hù)是礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。錨桿支護(hù)優(yōu)化主要是對(duì)增加錨桿強(qiáng)度、增加錨桿預(yù)緊力、錨桿與注漿等技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

相關(guān)技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)開展了大量調(diào)研工作，綜合應(yīng)用理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法，對(duì)錨桿質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，分析影響錨桿強(qiáng)度的因素，提出增加錨桿拉拔力的工藝優(yōu)化。

1 工程背景

會(huì)理鉛鋅礦礦床主要產(chǎn)于 Zbd2-3硅質(zhì)白云巖中，該巖層構(gòu)造裂隙發(fā)育。礦山巖體分為3個(gè)工程地質(zhì)巖組：輝綠巖、白云巖、礦體。經(jīng)巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)，白云巖為III級(jí)巖體，輝綠巖與礦體為IⅤ級(jí)巖體。

由于巖體條件、使用年限不同，會(huì)理鉛鋅礦巷道采用的支護(hù)方式也各不相同，其中斜坡道、沿脈巷道的支護(hù)方式普遍為錨網(wǎng)支護(hù)，但由于錨桿支護(hù)效果不佳，巷道斷面收縮，發(fā)生較大移動(dòng)變形的情況時(shí)有發(fā)生。

2 錨桿抗拔力試驗(yàn)

為了了解會(huì)理鉛鋅礦錨桿支護(hù)的實(shí)際情況，通過(guò)錨桿抗拔力試驗(yàn)，檢驗(yàn)了礦山錨桿支護(hù)效果，分析了影響錨桿支護(hù)質(zhì)量的因素，并對(duì)現(xiàn)有的錨桿支護(hù)工藝進(jìn)行了合理優(yōu)化。

2.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)礦山巖體分布狀態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造與圍巖蝕變等情況，結(jié)合其巖石的物理力學(xué)指標(biāo)，將礦體及圍巖按其建造和改造特性及組合規(guī)律進(jìn)行分組，每一巖組都能反映其特有的工程地質(zhì)特性，每個(gè)巖組可由一種巖石組成，也可由幾種巖石組成。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，將礦山巖體劃分為3個(gè)工程地質(zhì)巖組：輝綠巖、白云巖、礦體。據(jù)此，在3個(gè)不同的工程地質(zhì)巖組各選取1條巷道，分別設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行編號(hào)，進(jìn)行錨桿抗拔力試驗(yàn)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選用YCW60B200穿心式千斤頂。

管縫式錨桿是一種全長(zhǎng)錨固、主動(dòng)加固圍巖的新型錨桿，其立體部分是1根縱向開縫的高強(qiáng)度鋼管，當(dāng)安裝比管徑稍小的鉆孔時(shí)，可立即在全長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)孔壁施加徑向壓力和阻止圍巖下滑的摩擦力，加上錨桿托盤托板的承托力，從而使圍巖處于三向受力狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)巖層穩(wěn)固。參照錨桿選型的基本原則，結(jié)合礦山目前采用的支護(hù)材料，并考慮到工人使用方便、操作熟練等方面，最終選定管縫式錨桿為試驗(yàn)錨桿,管縫式錨桿主要性能見表1。

2.2 試驗(yàn)流程

錨桿張拉前對(duì)所要張拉的錨桿進(jìn)行編號(hào)，并準(zhǔn)備好用于記錄的表格及錨桿的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括錨桿長(zhǎng)度、孔徑、施工日期等，并嚴(yán)格按照如下步驟進(jìn)行測(cè)試。

千斤頂安裝：確定好張拉錨桿后，先在千斤頂?shù)撞糠胖靡环戳︿摪?，并防止錨桿張拉時(shí)應(yīng)力集中對(duì)噴砼面的破壞；安裝好反力板后，將千斤頂安裝在錨桿上，并用油管將千斤頂及油泵連接，壓動(dòng)油泵將千斤頂活塞伸出約5 cm的行程；在錨桿頭部用Φ25 mm鋼筋頭與錨桿焊接，使錨頭大于千斤頂穿心孔徑。焊接時(shí)要保證鋼筋頭與千斤頂接觸部位在同一高度，防止千斤頂受力不均；焊接牢固，保證60 kN的張拉力不會(huì)破壞焊口，防止在張拉過(guò)程中鋼筋頭崩開。

錨桿拉拔：錨桿試驗(yàn)荷載按照設(shè)計(jì)荷載的 1.1倍進(jìn)行，拉拔分級(jí)加載，前三級(jí)按荷載值的20%增加，后面按10%增加。每級(jí)觀測(cè)時(shí)間5 min，達(dá)到試驗(yàn)荷載后觀測(cè)10 min，然后卸載至初始加載值（荷載值的 20%）。張拉至每級(jí)后用鋼尺測(cè)量錨頭位移量，每級(jí)測(cè)量3次，并做好記錄。

千斤頂拆卸：拆卸液壓千斤頂之前，應(yīng)使液壓回路泄壓。按順序拆卸，一般先放掉千斤頂兩腔的油液，然后拆卸缸蓋，最后拆卸活塞與活塞桿。拆卸時(shí)應(yīng)防止損傷活塞桿頂端螺紋、油口螺紋和活塞桿表面、缸套內(nèi)壁等。

張拉完成后，匯總整理現(xiàn)場(chǎng)錨桿抗拔力測(cè)試數(shù)據(jù)，整理成果報(bào)表。錨桿抗拔力試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試流程如圖1所示。

圖1 錨桿抗拔力試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

本次試驗(yàn)儀器采用YL-BPI型錨桿拉拔儀，試驗(yàn)對(duì)象為MF43/1600與MF43/1800型管縫式錨桿，

對(duì)鉛鋅礦體、輝綠巖及白云巖內(nèi)的管縫式錨桿分別進(jìn)行了錨桿拉拔力檢測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 管縫式錨桿主要性能

由表2可知，本次檢測(cè)的9根錨桿中，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度23.4 kN的錨桿只有G8為合格錨桿，其余8根錨桿均未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，其中第一組平均抗拔力為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的44%，第二組平均抗拔力為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的32%，第三組平均抗拔力為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的91%，第一組和第二組因采用直徑42 mm的鉆頭（一字形），鉆孔過(guò)大，拉拔力小，錨桿抗拉力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，均屬于不合格錨桿，總體錨桿拉拔力檢測(cè)的合格率僅有11.1%。錨桿支護(hù)效果差，處于失效狀態(tài)，不能滿足礦井安全生產(chǎn)的要求。

表2 管縫式錨桿拉拔力測(cè)試結(jié)果

3 支護(hù)工藝優(yōu)化

3.1 支護(hù)工藝優(yōu)化的相關(guān)措施

分析試驗(yàn)結(jié)果可知，錨桿的拉拔力達(dá)不到預(yù)期的使用要求，針對(duì)目前原巖區(qū)域的巖層情況，依據(jù)錨桿支護(hù)理論及現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行如下改進(jìn)措施。

（1）針對(duì)原巖區(qū)域的巖層情況，采用合適的鉆頭以及1.8 m長(zhǎng)錨桿，以提高錨桿抗拉力。巖層強(qiáng)度較高的地段，較完整的白云巖采用直徑40 mm標(biāo)準(zhǔn)鉆頭。巖層強(qiáng)度低的地段，礦體和輝綠巖采用直徑38 mm標(biāo)準(zhǔn)鉆頭。

（2）將現(xiàn)有的一字形鉆頭全部更換為梅花形，以起到穩(wěn)定鉆桿的作用。

（3）因礦體、輝綠巖完整性較差，巷道圍巖塑性區(qū)大多超過(guò)1.5 m，而MF43/1600型管縫式錨桿長(zhǎng)度有限，無(wú)法完全穿透塑性區(qū)，導(dǎo)致錨桿失效，推薦采用長(zhǎng)度1.8 m的MF43/1800型管縫式錨桿。

（4）按照相關(guān)安全規(guī)程及規(guī)范施工。管縫式錨桿鉆孔前，應(yīng)檢查鉆頭規(guī)格，確?？讖椒显O(shè)計(jì)要求。向鉆孔內(nèi)推入錨桿桿體可使用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)和專用連接器，錨桿桿體被推進(jìn)過(guò)程中應(yīng)使鑿巖機(jī)錨桿桿體和鉆孔中心線在同一軸線上。

3.2 工藝優(yōu)化后的檢測(cè)結(jié)果及分析

在試驗(yàn)巷道附近選取情況相近的測(cè)點(diǎn)，使用工藝優(yōu)化，再進(jìn)行改進(jìn)后的錨桿抗拔力對(duì)比試驗(yàn)，改進(jìn)后的管縫式錨桿拉拔力測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 改進(jìn)后的管縫式錨桿拉拔力測(cè)試結(jié)果

由表3可知，經(jīng)過(guò)管縫式錨桿支護(hù)工藝優(yōu)化后，錨桿的抗拔力顯著增強(qiáng)。重新測(cè)試的9根錨桿中，除G11錨桿外，其余8根檢測(cè)錨桿均達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度。其中位于礦體內(nèi)的第一組錨桿平均抗拔力達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 100%，是改進(jìn)之前錨桿抗拔力的 2.27倍。位于輝綠巖中的第二組錨桿平均抗拔力達(dá)到設(shè)計(jì)所需強(qiáng)度的104%，是改進(jìn)之前錨桿抗拔力的3.26倍。第三組采用直徑40.5 mm的鉆頭（梅花形），鉆孔較合適，拉拔力皆大于 23.4 kN，錨桿抗拉力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，第三組錨桿平均抗拔力達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的112%。

實(shí)施工藝優(yōu)化后的錨桿拉拔力檢測(cè)合格率達(dá)到88.8%。對(duì)比前后兩次的錨桿抗拔力試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：在實(shí)施工藝優(yōu)化后，在工程地質(zhì)情況幾乎相同的測(cè)試點(diǎn)，檢測(cè)所得錨桿抗拔力顯著提高，錨桿拉拔力檢測(cè)的合格率比改進(jìn)之前提高了77.7%。礦體與輝綠巖中的錨桿抗拔力提升尤為明顯，是優(yōu)化之前的2～3倍。

通過(guò)對(duì)會(huì)理鉛鋅礦管縫式錨桿支護(hù)工藝的優(yōu)化，大大提升了錨桿的支護(hù)效果，使得錨桿能夠滿足礦井正常安全生產(chǎn)的要求。

4 結(jié)論

本文針對(duì)會(huì)理鉛鋅礦生產(chǎn)中段礦體、圍巖內(nèi)錨桿進(jìn)行了抗拔力檢測(cè)，并對(duì)錨桿施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，得到以下結(jié)論。

（1）錨桿抗拔力試驗(yàn)表明優(yōu)化支護(hù)工藝前，大部分管縫式錨桿抗拔力未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，處于失效狀態(tài)。

（2）針對(duì)不同圍巖條件選用適當(dāng)尺寸的鉆頭可以大幅提高管縫式錨桿的支護(hù)效果。例如較為完整的白云巖，宜采用直徑40 mm標(biāo)準(zhǔn)鉆頭，巖體強(qiáng)度較低的礦體和輝綠巖宜采用直徑38 mm標(biāo)準(zhǔn)鉆頭。

（3）梅花形鉆頭打鉆時(shí)穩(wěn)定性較好，能有效遏制擴(kuò)孔現(xiàn)象的發(fā)生，可以較大幅度地提高錨桿抗拔力。

（4）巷道圍巖塑性區(qū)超過(guò)1.5 m的位置，推薦采用長(zhǎng)度1.8 m的MF43/1800型管縫式錨桿。