清平磷矿地下采场顶板长锚索预锚固技术的研究及应用

唐刚

摘要：清平磷矿燕子岩矿段采用分段空场法进行采矿作业，其暴露时间较长且回采暴露空间的逐渐扩大，个别矿块极可能发生冒顶片帮甚至翻顶的现象，这不仅会危及作业人员和设备安全，还会导致矿块整体回收率降低。因此，针对顶板不稳定的矿块，考虑回采前将顶板用长锚索锚固后，再在锚固层下方进行回采作业。本次长锚索顶板锚固试验选在900中段11矿块，旨在对长锚索固定顶板进行实践，通过实践不断优化锚固参数，逐步熟悉并改善施工工艺，充分发挥顶板锚固的作用，为以后推广应用积累实际经验。

关键词：分段空场法;顶板;长锚索锚固

0     引言

在一个地下矿山生产中，采场顶板必然具备着保障人员及设备安全的重要意义[1-4]。清平磷矿燕子岩矿段由于其地质节理裂隙发育（燕子岩矿段处于龙门山中段陷褶束带中的大水闸复式背斜南东翼，以单斜构造为主，出现的断层主要为区域断层F2的次生横切矿体的小断层，规模不大，节理较发育。），加之其采矿作业采用空场采矿法，因此在实际生产中已有部分矿块存在翻顶的情况，以至于不得不重新拉槽的情况。为避免类似情况再发生，矿山决定对900中段11矿块顶板进行长锚索预锚[5-8]固试验旨在以合理的支护方式保障矿山的安全生产。

1     工程布置情况

11矿块设计采用中深孔爆破分段空场法。切割槽布置于矿块中部，电耙巷布置于908m分层，分别回收上部914m分层、928m分层、944m分层凿岩巷的矿石。为揭穿顶板，将其与矿体分开，为锚固作业创造作业平台和空间，分层凿岩巷（2.6m×2.6m）布置于矿体靠顶板一侧，凿岩巷局部采用锚网支护。

2     长锚索顶板锚固试验

2.1  试验目的

燕子岩矿段矿体整体属于急倾中厚矿体，直接顶板为SP，矿岩物理力学性质：①矿石体重3.05t/m3，②围岩体重3.26t/m3，③矿石硬度系数f=6～8，④围岩硬度系数f=8～10。矿块回采期间由于暴露时间延长与回采暴露空间的扩大，极易发生冒顶片帮现象，影响人员作业安全，同时造成矿块整体回收率较低。针对顶板易冒落的情况，本试验考虑回采前先切开采场顶板，将顶板用长锚索锚固后，再在锚固层下方进行回采作业。本次长锚索顶板锚固试验选在900中段11矿块，旨在对长锚索固定顶板进行实践，通过实践不断优化锚固参数，逐步熟悉并改善施工工艺，充分发挥顶板锚固的作用，为以后推广应用积累实际经验。

2.2  技术参数

锚固顶板使用设备YGZ-90钻机配套TJ25型钻架，钻头直径65mm。锚固顶板的技术参数参考矾山磷矿和开阳磷矿的使用参数并结合我矿实际情况确定：燕子岩矿段900中段11矿块顶板锚固试验，利用各分层凿岩巷沿顶板钻凿一定深度的上向扇形钻孔（见图1），其锚孔排距3.0米 ，锚孔穿过硫磷铝锶矿后在砂状白云岩中施工4.0米以上。根据本矿块各分层探明的顶板情况看，岩层不稳固与节理裂隙较发育，整个采场共施工锚固顶板锚孔38排，合计165个孔，共计1836.5米。其中，4分层施工锚固顶板锚孔13排，每排施工4 个孔，平均孔深8 米;3分层施工锚固顶板锚孔13排，每排施工5 个孔，平均孔深12米;2分层施工锚固顶板锚孔12排，每排施工4 个孔，平均孔深11.8米。

2.3  施工工艺

长锚索锚固具体施工工艺流程：钻孔—清洗钻孔—捆绑排气管、推送钢丝绳—封孔插入注浆管—注浆。

⑴钻孔：使用YGZ-90钻机配套TJ25型钻架，直径65mm，钻凿完毕后对钻孔进行清洗。

⑵锚索加工：采用Φ17.8mm钢丝绳，按实际钻孔长度将钢丝绳切割成段，除锈去油，钢丝绳的锚头加工成倒钩状并在距顶端4～5cm处用粗铁丝捆扎数圈扎紧锚头。捆扎锚头的铁丝一段紧固排气管（Φ8mm聚氯乙烯），另一端弯成倒钩状，以便送绳时使用接杆顶送钢丝绳。

⑶砂浆配制：砂浆所用水泥为425#普通硅酸盐水泥，水灰比0.4，砂子采用粒径0.25mm的细砂。

⑷送绳：人工送绳。利用接杆将钢丝绳连同排气管一端同时送入孔底，孔口以外各留300mm;为防止锚索从孔中滑落，用木楔将锚索固定在孔口;排气管从孔口引出后用特制的木塞进行封口，长250～300mm。

⑸注浆：注浆管采用高压管，注浆泵采用TBW型注浆泵。采取由外向里的前进式注浆方式进行，注浆至排气管内流出浆液时停止注浆，再用小木塞堵住注浆孔。养护28天以上。

3     礦块回采及支护效果

燕子岩矿段900中段11矿块设计为中深孔爆破落矿，采用YGZ-90型钻机，钻头直径65mm。炸药为直径60mm的乳化炸药，采用连续不耦合装药，为确保成功起爆，每个炮孔均为毫秒延期双雷管。设计中深孔排距：1.5m，孔底距2m，炮孔填塞长度≥1m;

矿块回采：①切割拉槽利用切割天井和切割平巷的自由面从下向上施工，先用YT-27小钻把切割天井扩大，利用已经布置的切割槽中深孔辅以YT-27小钻把切割槽拉到上下相通的宽3.0米的立槽;②以切割槽为自由面分别向两端退采，每次爆破1-2排中深孔。

施工顺序：施工中深孔凿岩—锚固顶板—注浆锚固的养护期—拉切割槽——爆破。

目前，该矿块南端回采完毕，已达到间柱预留位置，北端余部分矿体及间柱未进行回收。受断层影响且空区暴露面积过大（约500m2），时间过长，矿块顶部已垮通950中段12#穿脉。矿块顶板经长锚索锚固，未见明显垮塌。

4     总结

本次试验研究针对顶板易冒落情况，利用矿块分层凿岩巷布置上向扇形中深孔、锚孔，并用长锚索对采场顶板进行锚固，通过环境改造，降低了冒顶片帮的可能性。

从该矿块的生产情况来看，虽矿块顶柱发生垮塌，但矿块顶板未发生明显垮塌，长锚索顶板锚固所用技术参数较为合理，已达到预期效果;

综上所述，此锚固方案一方面较以往矿块回采作业中预留护顶矿层相比，矿块整体矿石回收率有较大提高，损失贫化率明显减小，避免了资源浪费;另一方面，顶板用长锚索锚固后，人员在锚固层下方进行回采作业，无论是使用中深孔爆破落矿亦或利用小钻落矿，人员的作业安全性得到大幅提高。因此，长锚索锚固顶板对本矿山具有较大的研究意义。

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