浅析锚杆支护在喀拉通克铜镍矿的应用

肖玉武

（新疆新鑫矿业股份有限公司喀拉通克矿业有限责任公司 富蕴 836107）

浅析锚杆支护在喀拉通克铜镍矿的应用

肖玉武

（新疆新鑫矿业股份有限公司喀拉通克矿业有限责任公司 富蕴 836107）

支护是矿山井下生产中必不可少的关键环节，其形式多样，变化多端。合适的支护能够保证作业人员的安全，亦能大量减少施工成本。其中的锚杆支护在井巷掘进支护中是一种较常应用的支护手段，它主要起悬吊、组合梁和挤压的作用，本文通过锚杆支护在喀矿井下的实际运用，论述其作用和效果。

锚杆支护 喀拉通克铜镍矿 应用

1 前言

喀拉通克矿业公司始建于1988年，一期开采对象为Ⅰ号矿体的特富矿，采矿规模为250 t/d，采用上向水平分层胶结充填采矿法，分矿房和矿柱两步回采。二期工程于1998年开始建设，在原有采矿规模250 t/d特富矿的基础上，扩大到1 000 t/d，开采对象为Ⅰ号矿体的富矿和特富矿，采用上向和下向进路倾斜分层胶结充填采矿法。二期工程富矿回采自2001年投入生产，2002年全部过渡为下向进路倾斜分层胶结充填采矿法。三期工程于2005年开始建设，至2013年竣工，三期技改后生产力将达到5 400 t/d，开采高程由830 m水平至650 m水平沿深至260 m水平，开采矿体由Ⅰ号矿体到Ⅱ号矿体东、西段以及Ⅲ号、九号矿体，生产战线长达2 km。

2 地质情况

矿区位于哈萨克斯坦－准噶尔板块与西伯利亚板块的接合部位南侧，准噶尔地槽褶皱系和阿尔泰地槽褶皱系接合部位的准噶尔地槽褶皱系一侧，喀拉通克晚古生代岛弧带上，其次级构造位置处于卡依尔特－二台大断裂（F3）及玛因鄂博－额尔齐斯深断裂（F1）交汇点南西侧及乌伦古河大断裂（F2）以北。

矿区内出露地层主要为下石炭统南明水组(C1n)，其次有中泥盆统蕴都哈拉组(D2y)、下第三系古新—始新统红砾山组(E1-2h)以及第四系全新统(Q4)。其中南明水组上段是区内主要含矿岩体侵入部位。

喀矿岩石结构破碎，节理裂隙发育严重，特别是围岩极不稳固。因此，在喀矿井下的生产过程中，支护是不可缺少的一个重要环节。

3 支护的作用

支护为地下硐室开挖后的稳定及施工安全，而采取的支持、加强或被覆围岩的构件或其它措施的总称。采用传统矿山法施工时，支护类型有保留矿柱、架设支架、加固岩石3种。采用新奥法施工时，按支护作用效果可分临时支护和永久支护两类，包括喷锚支护、钢木支撑、混凝土衬砌、注浆支护等多种类型。

岩体在被开挖前，在原始应力场的作用下处于平衡状态，岩体中的原始应力是由上覆岩层的重力和地质构造所引起的。而岩体在开挖后，原来所承担的荷载转移到周围的岩体，从而形成新的应力场，也就是说在周围岩体中发生二次应力分布。而二次应力主要分布在邻近巷道表面的围岩之中。这样，开挖以后，开挖体周围形成的新应力场是由原岩应力和二次应力叠加而成的，并且在巷道表面形成应力集中。巷道的开挖改变了围岩的应力状态并提供了自由空间，使得巷道围岩可能发生片帮、冒顶、底臌、垮塌、大量收缩及错动等变形破坏。

所谓支护，指的是一些用来帮助围岩提高自支撑能力的人工结构物，用来避免破坏的发生。特别说明的是等岩体破坏后再支护，安全性、可靠性则会降低。

在各种支护中，锚杆支护使用较多。采用锚杆支护巷道，就是巷道掘进后向围岩中钻锚杆眼，然后将锚杆安设在锚杆眼内，对巷道围岩予以人工加固，从而维护巷道稳定。根据锚杆的锚固特点，可以将锚杆分为4类：点锚式锚杆、全长粘结式锚杆、摩擦式全长锚固锚杆及综合式锚杆。

4 锚杆支护在喀矿的实际应用

随着矿业的发展，矿山支护技术和支护设备也相应得到了较大的发展。矿山支护设备主要是指地下采掘过程中为维护工作面顶板安全而设计制造的支护用具，它的作用在于为井下开采各道工序，如:凿岩爆破、通风、运输、充填等提供安全的作业环境。矿山支护直接涉及到矿山作业的安全、效率、消耗量(特别是木材、钢材的大宗物料)、环境保护与工业卫生、采掘成本与机械化水平。矿井支护设备所占地下采掘生产成本比例较大，就我矿而言，直接用于支护方面的木材、钢材、水泥加上各种制成品、专用工具、设备等，每年的直接费用占采掘生产成本的20%，可见矿支护的投入及其对安全生产的影响从来都是关系到矿山企业正常生产经营的头等大事。

喀拉通克铜镍矿多年采用管楔式锚杆，这种锚杆属于综合式锚杆。安装较为简便，锚杆套上托板后，将上半段自由放入钻孔中，再用套接头将下半段推入岩孔中直至托板压紧，最后用一根长的钢钎通入管中反复冲击下楔，以楔紧顶锚头，形成预应拉力。优点是安装简便，安装质量易检查，对表层加固能力强，抗爆抗震，对岩层适用性广；有让压性。缺点是成本稍高，管壁薄易锈蚀，不易做永久支护。根据矿山多年的实际应用，管楔式锚杆锚固能力良好，能起到较好的支护效果。管楔式锚杆适用于岩层f＞2，锚杆顶锚力120 kN，缝管段锚固力约为50 kN。

4.1 锚杆支护参数的设计

4.1.1 锚杆长度的确定

式中:B为巷道跨度，m；n为围岩稳定性参数；s为围岩岩体的节理间距,m；L为锚杆长度，m。

4.1.2 锚杆间距D

式中：D为锚杆间距，m；s’为围岩的裂隙间距，m。

4.1.3 锚杆直径d

主要依锚杆的类型和锚固力而定，一般为d≈L/110。

为了能使锚杆支护巷道达到更好的支护作用，矿山引进一批管缝式锚杆。管缝式锚杆属于摩擦式全长锚固锚杆。管体沿纵向开了一条长缝，挡环焊牢在管体外壁。管体常用16 Mn或20 MnSi钢材，壁厚2～2.2 mm，管径38～41.5 mm，开缝14 mm，要求钻孔孔径比管径小2 mm左右，孔深大于管长。适用于国内Ⅰ～Ⅲ类乃至Ⅳ类岩层,全长锚固力约30～60 kN,每米锚杆向钻孔内推进所需的力为25～50 kN，产生的锚固力与压力大至相等。管壁越厚，钢材屈服应力越高；孔径越小，锚固力越大。管缝式锚杆对地层横向错动有良好适应能力，钻孔变弯曲，锚固会更牢。

优点是安装简便，对孔深无严格要求，超深即可；对岩石表层的加固能力强；锚固力不受爆破震动，围岩移动及时间的影响；有让压性。缺点是对钻孔孔径要求严格，管壁薄，易锈蚀，成本高，不能回收。

4.2 锚杆锚固力试验

为了检验管缝式锚杆的锚固能力，是否能达到较好的支护效果，采矿车间对管缝式锚杆进行了锚杆拉力试验，即锚杆锚固力试验。试验使用锚杆拉力计进行检验。锚杆拉力计由一空心千斤顶和一台高压手摇油泵组成。试验时用卡具将锚杆紧固在千斤顶活塞上，摇动油泵手柄，高压油经高压胶管到达拉力计的油缸，驱使活塞对锚杆产生拉力。压力表读数乘以活塞面积即为锚杆的锚固力。通过试验计算管缝式锚杆具有较好的支护能力。但要使用管缝式锚杆，必须对引进锚杆进行抽样检查，以确保生产安全。

4.3 效果评价

锚杆支护减少或消除了围岩不连续面的层间错动，提高了岩层的整体抗弯能力，改善了围岩的应力状态，使压缩带的岩石处于三向受力状态，从而使岩体强度得到提高。本文希望通过对喀矿井下锚杆支护分析与探讨，为大家提供一点矿山井下采掘支护的参考。

[1]采矿手册（2卷）.冶金工业出版社，2011.

收稿：2014-01-21