锚索护顶在采场顶板管理中的应用＊

李文成,金宇松,陈茂森

(贵州开磷集团矿业总公司, 贵州贵阳 550302)

锚索护顶在采场顶板管理中的应用＊

李文成,金宇松,陈茂森

(贵州开磷集团矿业总公司, 贵州贵阳 550302)

开磷集团在使用分段空场采矿方法采矿过程中,通过采用锚索对顶板进行加强支护,提高了开采的安全性,使矿石开采回收率从70%提高到75%以上,贫化率从8%降到了5%以下。

分段空场法;顶板管理;锚索;支护设计

1 矿床开采技术条件

青菜冲矿上盘矿磷矿床属浅海～滨海相大沉积磷块岩矿床,矿体产于陡山沱组上部,呈较稳定层状,中等稳固,厚度3～5m,体重2.9t/m3,节理发育,与上覆灯影组白云岩(直接顶)呈平行不整合接触。矿体走向南北,倾向为东西向,倾角30°左右。

矿层底板为灰绿色细砂岩,呈中厚层状产出,致密坚硬,普氏系数f=7.3～15.9。

磷矿层由呈粒状结构、致密块状、条带状构造的磷块岩构成。磷块岩菱形节理发育,沿节理面有泥质充填,易冒落,不稳固,f=6.2～22.2。

矿层的直接顶板为含锰硅质白云岩,呈层状产出,厚度1.5～3m,一般厚2m,与老顶之间有很明显的层理,随着矿房的开采,直接顶极易垮冒。

2 锚索结构

2.1 锚索部件

(1)钢绞线。钢绞线要选用强度高、韧性好、低松弛的,既有一定的刚度又有一定的韧性,便于运输和安装。目前广泛采用Φ18mm的高强度钢绞绳。

(2)锁具。锁具应根据钢绞绳的规格进行选取,保证与钢绞绳有良好的匹配关系。

(3)锚固剂。锚固剂有水泥浆、树脂胶泥和普通树脂药卷等。在施工和设计中要根据地质条件、机具的要求,合理选择锚固剂。

2.2 锚索结构

锚索可分为3段:内锚固段、钢绞绳自由段和外锚固段。内锚固段外径的最大尺寸以不影响锚索在钻孔中搅拌树脂药卷为宜,一般要求比钻孔直径小6～8mm。

3 锚索支护设计

3.1 锚索支护设计原则

(1)锚索长度原则:锚索长度取决于采场顶板岩性、岩体结构。锚索锚固段要设计在坚硬岩层内1～2m。

(2)锚索强度原则:锚索承载强度取决于锚索根数和锚索间排距,其设计总载荷按采场顶板塑性软化范围的岩石质量乘以安全系数来计算。

(3)耦合设计原则:锚索支护达不到耦合作用状态将出现安全事故。

(4)关键部位原则:锚索要尽量设计在顶板关键部位。

3.2 锚索支护参数的确定

(1)锚索长度。锚索护顶要根据采场直接顶和采场破坏高度进行确定,取它们的最大值来确定锚索的长度。锚索长度的计算式为:

式中:L——锚索长度,m;

L1——坚硬岩层内锚固段长度,一般取1～2m;

L2——采动影响时顶板破环区的最大深度,取直接顶厚度和破坏区深度的最大值,m;

L0——锚索的外露长度,一般取0.3m。

所以锚索长度L=2+2+0.3=4.3m。

(2)锚索直径。锚索直径应根据锚孔直径进行确定。锚索孔直径与索体直径之差不得大于10 mm,锚索孔直径与树脂药卷直径之差不得超过3～5mm。锚索直径越大,锚索支撑力越大,支护效果越好。根据使用的钻头直径确定锚索的直径为18 mm。

(3)预制托盘的规格:长×宽×高=300mm×300mm×14mm。

(4)锚索间排距:比照砂浆锚杆参数,选取2m×2m。

(5)锚索安装角:锚索孔轴向应垂直于巷道断面轮廓线之法线方向(三心拱断面),异形断面垂直于矿体顶板,采场内垂直于矿体顶板。

(6)网:采用6#钢筋编制而成,规格2000mm×2000mm。

4 施工机具

(1)凿孔。由于目前国内锚索钻机不带冲击,只适用于f≤10的岩层中钻眼,为此采用便于现场施工的四五机进行白云岩中钻孔。

(2)锚固。选用MQT-130/2.8气动锚杆钻机,因其广泛适用于岩石硬度≤f10的巷道,特别适应煤巷的锚杆支护作业,既可钻顶板锚杆孔,又可钻锚索孔,还可搅拌和安装树脂药卷类锚杆、锚索,无需其他设备,即可实现锚杆螺母一次安装拧紧,达到初锚预紧力的要求。假顶稳固性差时先用MQT-130/2.8气动锚杆钻机钻孔,然后用四五机加深锚索孔。

5 结 语

在青菜冲上盘矿940中段底柱采场的回采工程中,锚索护顶取得了很好效果,在整个矿房矿石回采完之前顶板未发生冒落事故,矿石回收率从68%提高到了75%以上,矿石贫化率从8%降低到5%以下。锚索护顶是现代采矿活动中顶板支护的有效技术措施。如采场顶板整体性不好、破碎时,可用钢带把锚索连接起来,能提高支护效果。

[1]周茂善.浅析回采巷道锚索(补强)支护设计[J].河北煤炭,2007,(5).

[2]古德生,李夕兵.现代金属矿床开采科学技术[M].北京:冶金工业出版社,2006.

[3]钟义旒.金属矿床开采[M].北京:冶金工业出版社,1998.

国家科技支撑计划课题(2007BA08B01).

2009-07-26)

李文成(1963-),男,贵州贵阳人,硕士,高级工程师,主要从事安全生产技术质量等管理工作。