新城金矿深部采场现有支护方式合理性验证

朱兆文ZHU Zhao-wen；孙星SUN Xing；王旭东WANG Xu-dong

（山东黄金股份有限公司新城金矿，新城 261438）

（Shandong Gold Mining Co.，Ltd.Xincheng Gold Mine，Xincheng 261438，China）

0 引言

新城金矿Ⅴ#矿体目前采用上向水平分层充填采矿法，采场围岩条件较好，局部稳固性差，且较破碎，从而局部或大面积顶板冒落事故发生的可能性较大，此时采用锚杆支护基本上能够解决开采安全问题。但考虑到锚杆长度较小，基本上是一个分层安装一次，这会大大降低采矿速度，锚杆施工工序会占用大量时间，影响矿块生产能力，降低生产效率。而具有足够长度的锚索，一次可以锚固几个分层，这减少了锚固作业时间，提高效率。

1 支护现状介绍

现阶段，长锚索主要是用于新城金矿采场支护，锚索体采用的HRB335 螺纹钢的公称直径为14mm，每一根锚索由1 根螺纹钢组成。要求钻孔直径是60mm，水泥浆液是注浆材料，它是425#普通硅酸盐水泥。封孔注浆时使用圆台形木塞，要求木塞高170mm，底面直径60mm，顶面直径70mm，同时要求在木塞表面钻三个孔，作为螺纹钢孔、压缩气管孔、注浆塑管孔。锚索为全长锚固，一步采锚固长度12m，锚索网度2.0m×2.0m；二步采锚索锚固长度12m，网度1.5m×1.5m。

锚索安装：假定一个班可以安4 根锚索，每天能够安装12 根，由于每个断面有4 根锚索，那么每天可以前进1.5m×3=4.5m。

长锚索支护主要流程：钻孔→清洗钻孔→捆扎排气管和推送钢筋绳→封孔并插入注浆管→孔内注浆。

事实上现阶段矿方采取的支护参数并没有任何的理论依据，只是依靠自身的实践经验确定的。在保障安全生产的基础上，如果锚索过长，网度过小，很可能造成资源的浪费，造成施工成本超标；如果锚索过短，网度过大，很不利于矿山安全高效开采，导致工存在存在较大的风险。

针对以上这种情况，有必要对新城金矿现阶段采用的锚索参数进行科学的合理性验证。锚索设计中最重要的两个参数是锚固段长度和锚索网度，一般情况下，确定它们的取值都是在悬吊理论基础上通过计算获取。并且经过长时间的实验论证，用这种方法得到的有关参数其安全系数是非常高的。所以本节计算锚索参数时采用的也是这种方法，将由此计算出来的结果和目前正在采用的支护参数进行对比，就可以知道现阶段使用的锚索参数是否合理。

2 支护参数合理性验证

HRB335 螺纹钢标准抗拉强度335MPa，设计抗拉强度为300MPa，取η=0.99，则1×φ14mm 螺纹钢长锚索的抗拉荷载设计值为：

取岩体密度ρ=2800kg/m3，则岩体容重γ=ρg=28.0kN/m3；岩石硬度系数f=8；矿体平均水平厚度取60m，即l=60m；由于本研究采场处地面以下400m 下，故要对普氏公式进行修正，修正系数取K=1.1；由于一步采场回采作业环境明显好于二步采场，因此，此处主要针对二步采场进行设计，二步采场宽7.0m，则

采场顶板总压力即冒落拱重量为：

整个采场顶板共需要安装的锚索根数：

分析上述计算结果不难发现，现阶段二步采场采用的锚索网度是1.5m×1.5m，它的面积是2.25m2，比计算网度要大，因此如果只考虑到支护网度的话，那么这个支护参数是不合理的，不能够保证相关工作的顺利实施。大量的实践经验表明，锚索网度和锚索的总长度两者之间有着直接的关系，并且每根锚索分摊重量与锚索网度直接相关，尤其是对一些特定的采场而言，网度大，那么使用的锚索就不需要那么多，自然每根锚索需要承担的采场顶板岩体重量就会很大；网度小，需要用到的锚索就会很多，自然每根锚索需要承担的采场顶板岩体重量就会减少。因此，在保证工程安全的前提下，要想可以大大的节约工程资源，有效降低采矿成本，还是应该使网度适度大些。所以，在对锚索参数的合理性进行评价的过程中，如果只是从支护网度的角度出发，其评价结果有效，即新城金矿当前所采用的锚索参数有待商榷。

3 支护建议

实施锚索预控顶支护的主要作用是保证采矿作业环境的安全性，通过这项工序能够有效的保障相关人员的财产损失与人身伤害。在保证工程安全的基础上，以下是给现阶段的新城金矿支护提的几点建议：①在锚索不变的情况下，适当的减小锚索之间的间排距效果会更好，如果依照1.1m×1.1m 的网度进行支护，不仅需要很多的锚索，也需要消耗很多的钢筋，十分不利于资源的节约。并且，如果网度过于密集的话，也会给钻眼及注浆作业带来很多的不便，所以建议寻找其他的支护方案。②在钢筋直径不变的情况下，应该最大程度的增加钢筋强度，但是现阶段使用的只是普通钢筋，它的钢筋强度不能满足相关标准，建议选用精轧螺纹钢，它的强度要比普通钢筋的强度大，如果也想提高螺纹钢筋抗拉强度，可以通过使用等级更高的钢筋来实现。③要想提高锚索的抗拉荷载，增大钢筋的直径是非常有效的一个办法，如此不仅锚索网度会增大，锚索使用数量也会减少。④当前工程施工采用的是普通钢筋，如果使用的是预应力钢绞线，其强度会翻倍，其安全性也会更高，不仅如此还能大大减少锚索数量，减少钻孔及注浆工作量，提高回采速度。

4 总结

综合以上四个建议，再考虑到其它很多因素的影响，比如采矿安全、生产效率、施工成本等方面，发现采用钢绞线进行支护的效果是最好的。型号为270 级的钢绞线是矿山支护中最常用的，其中钢绞线由于不同的分法，比如每束钢绞线的钢丝根数等，被分成了很多个小类。本矿具有围岩稳固性相对较好，强度较高的特点，所以选择1860MPa 级17-15.24mm 钢绞线作为砂浆锚索杆体的制作材料。

[1]韩桂春.金矿床开采技术进展和研究方向.第五次全国采矿学术会议.

[2]周爱民.我国有色金属采矿技术现状与展望[J].中国有色金属学报.

[3]乔兰.新城金矿深部采场结构参数和开采顺序优化研究[J].金属矿山，2001（06）.

[4]李启月，陈亮，潭勇，刘冰川.基于ANSYS 的二步采场分段开挖过程模拟及稳定性分析[J].科技导报，2013（22）.

[5]耿茂兴，张继成.机械化上向分层充填采矿法的实践与选择[J].黄金，1999（02）.