礬山磷礦采礦頂板支護(hù)施工方案

1、礬山磷礦西區(qū)充填采礦法試驗采場頂板支護(hù)設(shè)計說明書長沙礦山研究院2010 年 8 月一、礦塊地質(zhì)情況礦體形態(tài)：礦塊包括H號和皿號兩層礦體。H號礦體垂直厚度 為12.9m，水平厚度為 25.4m；皿號礦體垂直厚度為 6.87.2 m, 水平厚度為10.511.9m左右，礦體傾角38度。H號和皿號之間的 夾石810m水平厚度1317m,下盤傾角38度。區(qū)域情況： 在 8 號勘探線外側(cè)，有條走向平行 8 號勘探線、 傾角約為 85 度，寬度約為 1.5 米的斷層，在脈外巷和斜坡道均 有出水現(xiàn)象。在 4 號礦塊中部有一條傾角為 88 度，寬約 0.6 米 的巖脈。在 3 號礦體下盤 10 米處，存在 F

2、1 斷層，由于該斷層 在出現(xiàn)在黑云母磷灰石巖中，且黑云母含量較高，層理發(fā)育，容 易出現(xiàn)抽冒現(xiàn)象，施工時應(yīng)多加注意。6 號礦塊地質(zhì)情況 ：總的來說比較簡單， 從地質(zhì)資料情況看， 無大的構(gòu)造裂隙帶。礦體圍巖的穩(wěn)固性：皿號礦體靠近下盤46m屬于不穩(wěn)固段， 容易抽冒，靠近上盤為基本穩(wěn)固不穩(wěn)固；H號礦體屬于中等穩(wěn)固， 其上盤圍巖屬于中等穩(wěn)固以上；H號和皿號礦體之間夾石，屬基本穩(wěn) 固類型。皿號礦體下盤圍巖 存在一層較厚的黑云母磷灰石巖，層 理發(fā)育，比較破碎，為不穩(wěn)固類型。礦巖物理力學(xué)性質(zhì)：（1）礦石體重： 3.27t/m 3；（2）圍巖體重： 3.26t/m 3；（3）礦石硬度系數(shù)： f=68；(4) 圍

3、巖硬度系數(shù)：f=8 10;( 5)礦巖松散系數(shù)： 1.60 ；( 6)巖、礦自然安息角 39°；( 7)礦石及圍巖均無氧化性、結(jié)塊性、泥化性及自燃性。二、采礦方法的選擇配比根據(jù)礦巖的穩(wěn)固性，工程布置現(xiàn)狀，充填系統(tǒng)建設(shè)情況，確定H 號礦體采用點(diǎn)柱上向水平分層充填采礦法，皿號礦體采用上向水平分 層進(jìn)路充填采礦法。三、采場頂板支護(hù)設(shè)計1 、國內(nèi)外采場頂板支護(hù)形式 目前國內(nèi)外對不穩(wěn)固的頂板支護(hù)形式主要有錨桿支護(hù)， 長錨索支 護(hù)，噴射混凝土支護(hù)與金屬網(wǎng)支護(hù)。錨桿支護(hù)主要是通過錨桿的懸吊作用、 組合梁作用和擠壓加固作 用，使破碎風(fēng)化層之間摩擦阻力和抗彎曲強(qiáng)度增大， 增加了其穩(wěn)定性， 同時每根錨桿

4、周圍形成一個兩頭呈錐狀的筒形壓縮區(qū)， 各錨桿所形成 的壓縮區(qū)彼此連結(jié)成一體， 此區(qū)域內(nèi)破碎帶巖塊相互擠壓， 形成具有 一定厚度的連續(xù)均勻壓縮帶。 此壓縮區(qū)不僅能維持自身穩(wěn)定， 而且具 有承載能力。由于錨桿長度短、錨固力較小，它適合于塊狀構(gòu)造的巖 石，巖石節(jié)理面距離小，可懸吊的巖塊的重量較小的頂板支護(hù)。長錨索支護(hù)是在礦巖中鉆鑿中深孔，然后放入一根或多根鋼絲 繩，并向孔中注水泥漿，凝固后即可加固和支撐采場頂板。長錨索結(jié) 構(gòu)與砂漿錨桿相同，由于長錨索比普通砂漿錨桿長，鉆孔直徑大，錨 固范圍大， 因此，錨桿的三種作用擠壓作用懸吊作用組合梁作用 都能充分發(fā)揮，錨固力大， 被錨巖體整體性和穩(wěn)定性都得到改善

5、。再 加上高壓注漿，使得節(jié)理面由砂漿充填，改善了巖石的整體性，進(jìn)而增加了巖石的強(qiáng)度長錨索技術(shù)應(yīng)用于采場支護(hù)后，從理論到實(shí)踐發(fā)展很快，現(xiàn)已 成為采場支護(hù)主要方法之一。在國外，加拿大、澳大利亞、芬蘭等國 是應(yīng)用長錨索技術(shù)先進(jìn)的國家， 這些國家的長錨索產(chǎn)品已商業(yè)化和系 列化，錨索施工安裝已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。近些年來，我國一些礦山如湘西 金礦、鳳凰山銅礦、 銅錄山銅礦以及金川二礦區(qū)等也采用長錨索進(jìn)行 采場支護(hù)，并取得不錯的效果。噴射混凝土支護(hù)在采場支護(hù)中的應(yīng)用不如巷道支護(hù)廣泛，主要 應(yīng)用在分段崩落采礦法的回采進(jìn)路的掘進(jìn)與維護(hù)， 以及進(jìn)路充填法的 回采進(jìn)路以及作為采場冒頂片幫的緊急支護(hù)措施等方面。金屬網(wǎng)多用來

6、配合錨桿來聯(lián)合支護(hù)非常破碎的巖石。2、支護(hù)形式的選擇H號礦體H號礦體采場頂板為磷灰石巖以及磁鐵磷灰石巖：為堅硬巖組。單軸極限抗壓強(qiáng)度49.7670.3MPa,堅固性系數(shù)f=5乙塊狀結(jié)構(gòu)， 屬脆性巖石。 從礦體上盤的拉底巷的暴露頂板面看， 巖石的節(jié)理裂隙 較發(fā)育，節(jié)理面成不規(guī)則的X形分布，節(jié)理面的平面距離在0.82m 之間，縱向的深度在0.81m之間。節(jié)理面光滑，一般不含水，沒有 膠結(jié)物。頂板出現(xiàn)了塊狀楔形的不穩(wěn)固巖體?？傮w來說，頂板巖石堅 硬，但巖石的完整性不好，節(jié)理裂隙發(fā)育，屬于不穩(wěn)固礦體。需要采 用頂板支護(hù)來保障安全生產(chǎn)作業(yè)。根據(jù)磯山磷礦H號礦體采場頂板巖 石的性質(zhì)選擇采用長錨索支護(hù)頂板，

7、 長錨索長度為912m網(wǎng)度為3 x 3m采場局部的破碎帶應(yīng)加設(shè)錨桿與金屬網(wǎng)以輔助長錨索支護(hù)。錨桿采用長度為3m的空心錨桿，網(wǎng)度為1x1m。（1 ）長錨索支護(hù)參數(shù)設(shè)計a、鋼絞線型號的確定長錨索加固時通常選用直徑為1530mml岡絲繩或者鋼絞線，破斷力在120450KN之間。選擇時通常根據(jù)錨固所要求的鋼絲繩或者 鋼絞線的破斷力外表面積進(jìn)行選取。 當(dāng)選用舊鋼絲繩和鋼絞線時，直 徑應(yīng)選的大一些。根據(jù)鋼絞線所需的懸吊力進(jìn)行理論計算和類比國內(nèi)外類似工程設(shè)計，選取兩根15.24mm繩1X乙股（1+6）型單股鋼絞線。單根 鋼絞線總斷面積為134.24mm,重量為1.12kg/m，鋼絲破斷拉力總和 為260KN

8、抗拉強(qiáng)度為1860MPa采用兩根15.24mm單股鋼絞線綁 扎一起，破斷拉力總和為 520KN取修正系數(shù)為 0.88，即兩個 15.24mm單股鋼絞線綁扎一起破斷拉 F=520KNX 0.88=457.6KN。b、錨固長度確定錨固力要求達(dá)到錨固采場頂板 3mX 3m網(wǎng)度內(nèi)三角楔形冒落體的 巖石重力（如圖3-1.）,再乘以F系數(shù)為1.5的安全系數(shù)。計算得錨 固力要求為 F=vy g=0.5 X 3X 1.78 X3X 3.29 X 1.5=39.52t3m£/丄長錨索圖3-1 按鋼絲繩的破斷力計算鋼絞線的型號兩根鋼絞線的破斷力為457.6KN,能懸吊45.76t的重力。根據(jù)長錨索錨固力

9、39.52t，采用兩個鋼絲繩，滿足設(shè)計要求。 按鋼絲繩從膠結(jié)體中拔出時，錨固長度（單位m）;從KF式3-1 yPIXSl式3-1中：L1錨索錨固長度mK安全系數(shù)，K=1.52,取1.5 ;F錨索懸吊范圍內(nèi)的巖石重力；P1鋼絞線與砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度； si每米鋼絞線的表面積m； 丫 一注漿系數(shù)，0.7。設(shè)計采用水泥漿，水泥漿水灰比為0.4 ,水泥標(biāo)號選擇普通425# 硅酸鹽水泥，其28天水泥漿與錨索的粘結(jié)強(qiáng)度為 Pi =3.05MPa=3.05 x 106N/m2。設(shè)計采用2根直徑為15mm的鋼絲繩，一米鋼絲繩的表面 積S=nX 0.01524 X 2=0.096,則一米鋼絲繩與砂漿的粘結(jié)力為P1x

10、 S仁3.05X 106N/mX 0.096 m2=29.28t。因此錨索體從膠結(jié)體中拔出 時，錨固長度1.35m。 按膠結(jié)體與鋼絲繩一起沿孔壁滑移，錨固長度（單位m）;L2 =KFyP2xS2式3-2式3-2中:L2錨索錨固長度mK安全系數(shù)，K=1.52,取1.5 ;F錨索懸吊范圍內(nèi)的巖石重力；P2 砂漿與錨索孔壁的粘結(jié)強(qiáng)度；S2每米錨索孔壁的表面積m；丫 一注漿系數(shù)，0.7。水泥漿與錨索孔壁的粘結(jié)強(qiáng)度與孔壁巖石有關(guān)，磯山磷礦H號礦體采場頂板為磁鐵磷灰石巖， 水泥漿與錨索孔壁的粘結(jié)強(qiáng)度 P2=2.5MPa錨索炮孔的直徑為 60mm每米炮孔的表面積 S2=nX 0.06=0.188m2,則水泥

11、漿與每米炮孔壁的粘結(jié)力P2X S2=2.5 X 10,0.188=47t 。按膠結(jié)體與鋼絞線一起沿孔壁滑移時， 錨固長度為 0.84m。根據(jù)錨固長度的計算， 選擇按錨索不被破壞的最大錨固長度， 長 度為1.35m。因此，設(shè)計長錨索接力長度為 3m。根據(jù)YGZ-90鉆機(jī)的 性能以及頂板巖石的可鑿性，設(shè)計長錨索長度為12m即回采礦石9m 后開始下一輪長錨索的施工。長錨索接力段為 3m。c、鉆孔長度及方向磯山磷礦6#試驗采場頂板砂漿長錨索支護(hù)從H號礦體上盤至下 盤總共布置14排長錨索。第1排錨索鉆孔長度為5m,傾角60°。 第2排錨索鉆孔長度為6.5m,傾角60°。第3排錨索鉆孔

12、長度為8m, 傾角60°。第4排錨索鉆孔長度為10m,傾角60°。第5排錨索鉆 孔長度為12m,傾角70°。第6排錨索鉆孔長度為12m,傾角80°。 其余第7 14排錨索鉆孔長度為12m,垂直頂板布置。根據(jù)磯山磷礦 現(xiàn)有的鑿巖設(shè)備，設(shè)計采用 Y GZ-9 0中深孔鉆機(jī)鑿長錨索鉆孔。d、鉆孔間距長錨索鉆孔間距, 目前根據(jù)經(jīng)驗選取。 其網(wǎng)度根據(jù)巖層穩(wěn)定性及 節(jié)理裂隙發(fā)育程度選定。根據(jù)磯山磷礦西區(qū)采場現(xiàn)時H號礦體上盤暴 露的頂板情況看 ,礦體不穩(wěn)固與節(jié)理裂隙較發(fā)育,確定長錨索布置網(wǎng) 度為3mX 3m,以后根據(jù)回采暴露頂板的巖石情況適當(dāng)調(diào)整長錨索的網(wǎng) 度。當(dāng)頂板

13、巖石的節(jié)理面距離等于 3m5m時,可適當(dāng)加大網(wǎng)度到4X4m或 5X 5me、鉆孔直徑 鉆孔直徑不僅要滿足鋼絞線、排氣管、注漿管安裝方便要求，還 應(yīng)使鋼絞線和砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度以及砂漿和孔壁粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到最佳值。 一般根據(jù)經(jīng)驗和參考國內(nèi)類似工程進(jìn)行選取， 本次設(shè)計選用兩根直徑 為15.24mmt岡絞線，選取鉆孔直徑60mmf 、砂漿配比的確定水泥漿所用水泥選擇 425#普通硅酸鹽水泥，砂漿配比參照國內(nèi) 類似工程進(jìn)行確定。本次設(shè)計水泥漿配比：水灰比 0.4，其 28 天粘 結(jié)強(qiáng)度為3.05Mpa,能滿足長錨索的錨固要求。g、長錨索長度的確定長錨索長度根據(jù)錨索孔深度確定，一般比錨索孔深度長的 0.3m。（

14、2）長錨索的安裝錨索孔打好后，按以下要求安裝錨索： 在地表用砂輪切割機(jī)或錨索剪斷器將鋼絞線按設(shè)計長度切割 并綁扎好后，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，為防止鋼絞線散頭，在錨固端按鋼絞 線大小套上100mm的塑料管保護(hù)。 現(xiàn)場用高壓風(fēng)將錨索孔吹凈， 手工將鋼絞線送入錨索孔； 采取 由外向里的前進(jìn)式注砂漿，必須用膠帶將8mm聚氯乙烯排氣管固定 在鋼絞線上， 把鋼絲繩與聚氯乙烯排氣軟管一端同時送入孔底， 孔口 以外各留 300mm。 在孔口處錨索體一側(cè)放一根25mM 600mn注漿管（橡膠管）， 將注漿管送入孔內(nèi)300mm排氣管從孔口引出后將特制的木塞進(jìn)行封 口，封口長250300mm注漿管外露200mm在上向孔中

15、為防止繩索 從孔中滑落，必須用木楔將鋼絞線固定在孔口。封口木塞結(jié)構(gòu)見圖4-2 。1排氣孔 2 注漿孔 3 鋼絲繩圖4-2 封口木塞結(jié)構(gòu)示意圖(3) 注漿采取由外向里的前進(jìn)式注漿方式進(jìn)行，即砂漿自孔口向孔底連續(xù) 壓入，孔內(nèi)被壓縮的氣體由排氣管排出孔外。水泥漿配制選用425#普通硅酸鹽水泥，漿液為水灰比0.4。砂漿 攪拌在采場聯(lián)絡(luò)巷攪拌槽內(nèi)進(jìn)行，攪拌好的水泥漿用網(wǎng)度3mn篩子過 濾后用注漿泵灌注入孔中。注漿泵選用濟(jì)南中航山泉機(jī)電有限公司生 產(chǎn)的UB-3C型注漿泵向孔內(nèi)注漿，注漿壓力為 2Mpa垂直注漿高度可 達(dá)30多米。截留在孔內(nèi)的空氣通過排氣管逸出，當(dāng)稀漿從排氣管中流出時， 表示砂漿已充滿鉆孔。

16、(4) 勞動組織錨索施工循環(huán)為：將施工機(jī)具運(yùn)送至井下現(xiàn)場-地表切割鋼絞 線、加工墊板并運(yùn)送至井下現(xiàn)場-標(biāo)定孔位-立好鉆架，對準(zhǔn)孔位鉆 孔-加接力釬桿、裝聯(lián)結(jié)器-鉆孔結(jié)束拆卸釬桿和聯(lián)結(jié)器-將排氣管 固定在鋼絞線上并手工送入孔中安裝注漿管并用木塞封口注漿 -72小時后切斷外露的注漿管安裝墊板、錨具-張拉錨索壓緊墊板。 按照8小時工作制共分4個小班，連續(xù)循環(huán)作業(yè)，根據(jù)以上施工循環(huán)， 錨索施工需要人工見表3-1。表3-1錨索施工勞動組織配備表工種運(yùn)輸工鑿巖工錨索安裝工注漿工維修工合計人數(shù)4664222(5) 設(shè)備材料清單6#試驗采場頂板長錨索加固選用 Y GZ-90型鑿巖機(jī)進(jìn)行鑿巖，配TJ25圓盤導(dǎo)軌

17、式鉆架，注漿選用 UB-3C型注漿泵進(jìn)行注漿。主要設(shè)備見表3-2。表3-2主要設(shè)備表序號名稱規(guī)格型號單位數(shù)量備注1鑿巖機(jī)YGZ-90臺22鉆架TJ 25臺23切割機(jī)J3G1-400臺14注漿泵UB-3C臺2濟(jì)南中航山泉機(jī)電有限公司5張拉千斤頂臺26攪拌槽臺2自制根據(jù)計算，6#試驗采場頂板長錨索臨時加固錨索孔孔徑65mm,總孔深2330.5m。錨索孔內(nèi)安裝兩根15.24mm繩1X乙股1+6型 鋼絞線，每根錨索比錨索孔長0.3m,需要鋼絲繩總長為4791.8m,共 5.46t。每個錨索孔內(nèi)需安裝一根排氣管，共需排氣管2700m需要注漿的錨索孔總體積 V= (nX 0.03 X 0.03- nX 0

18、.0076 X 0.0076 X 2) X 2330.5=5.74m3。水泥漿配比為水：水泥=0.4 : 1,注漿時漏漿系數(shù) 按1.2計算，共需要水泥4.92m3、6.4t。表5-1主要材料消耗表序號名稱規(guī)格型號單位數(shù)量備注1鋼絞線 15.24mm 繩 1 X 7 股m4791.82排氣管8mr聚氯乙烯管m27003水泥425#硅酸鹽t6.44封口木塞個2185耐壓膠管 25mmm1006膠布卷60(6)成本概算設(shè)備投資概算H號礦體采場頂板長錨索支護(hù)鑿巖設(shè)備采用Y GZ-90型鑿巖機(jī),目前礦山有該設(shè)備，不必新買。設(shè)備價格按根據(jù)市場詢價計算。需要 增加設(shè)備費(fèi)用見表6-1。表6-1U號礦體采場頂板

19、長錨索支護(hù)設(shè)備費(fèi)用表序號設(shè)備名稱數(shù)量單位單價金額備注（元）（元）1鑿巖機(jī)2元/臺礦山已 有2切割機(jī)1元/臺200020003注漿泵2元/臺85000170004張拉千斤頂2元/臺200040005攪拌槽2元/臺20004000自制6合計27000材料消耗概算材料價格主要根據(jù)市場詢價計算。H號礦體采場頂板長錨索支護(hù)主要材料消耗費(fèi)用見表6-2。表6-3 H號礦體采場頂板長錨索支護(hù)材料消耗費(fèi)用表名稱數(shù)量單位單價金額備注序號（元）（元）1鋼絞線5.46元/t6000327602排氣管2700元/m3.594503水泥6.4元/t36023044封口木塞218元/個204360自制5耐壓膠管100元/m

20、88006膠布:60元/卷106007合計55724人工工資H號礦體采場頂板長錨索支護(hù)人工費(fèi)用見表6-3。其中鑿巖工人工費(fèi)在鉆孔工程費(fèi)中已包含序號工種名稱人數(shù)單位單價天數(shù)金額備注1錨索安裝工6元/人天20025300002運(yùn)輸工4元/人天2001080003注漿工4元/人天20025200004維修工2元/人天2001040005合計62000 成本構(gòu)成H號礦體采場頂板長錨索支護(hù)錨索孔總長2330.5m,單價為30元/m,成本為69915元。主要成本有鉆孔費(fèi)、設(shè)備費(fèi)用、材料費(fèi)、人 工工資和動力費(fèi)。長錨索支護(hù)主要成本構(gòu)成見表6-4。表6-4U號礦體采場頂板長錨索支護(hù)主要成本構(gòu)成表序號費(fèi)用名稱總成

21、本每m錨索成本所占備注（元）（元）比例1設(shè)備費(fèi)2700011.590.122鉆孔6991530.000.312材料費(fèi)5572423.910.253人工費(fèi)6200026.600.284其它100004.290.04包括動力消耗、 材料運(yùn)輸6合計224639H號礦體6#采場431水平頂板長錨索支護(hù)總投資費(fèi)用為 224639 元，每米錨索成本96.3元。設(shè)備費(fèi)27000元，占總成本的12%鉆 孔費(fèi)用69915元，占總成本的31%材料費(fèi)55724元，占總成本的25% 人工費(fèi)62000元，占總成本的28% 其他費(fèi)用10000元，占總成本的 4%H號礦體采場頂板采用12m的錨索支護(hù)，可采9m的礦體高度，

22、即可采礦石量為 6.3萬t，長錨索支護(hù)需增加到每噸礦石的成本=224639+ 62970=3.57 元。皿號礦體皿號礦體采用上向水平分層進(jìn)路充填采礦法。 礦體下盤圍巖存在 一層較厚的黑云母磷灰石巖，層理發(fā)育，比較破碎，為不穩(wěn)固類 型。設(shè)計采用錨桿與噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，空心錨桿的網(wǎng)度為 1.0mx 1.0m (長x寬)，空心錨桿長度為2.0m。噴射混凝土厚度 為50100mm拉開進(jìn)路后立即對進(jìn)路進(jìn)行噴射混凝土支護(hù)，噴 射混凝土厚度為 2050mm等第一次噴射的混凝土達(dá)到一定的 強(qiáng)度后，再次噴射2050mm的混凝土。在局部不穩(wěn)固的地段加 設(shè)空心錨桿支護(hù)。錨桿在第一次噴射混凝土后施工。(1) 錨桿參數(shù)選擇采用管縫式錨桿，錨桿長度為 2m直 徑為43mm錨桿支護(hù)網(wǎng)度設(shè)計為1mX 1m。(2) 混凝土參數(shù)混凝土由水泥采用普通 425硅酸鹽水泥、 中砂、石子或者卵石按1 : 2: 2的配比拌和而成，其中水灰比為 0.45。中砂的平均粒徑在 0.350.5mm為宜，石子或者卵石粒徑 要求在15mm以下。混凝土噴射機(jī)采用礦山現(xiàn)有的設(shè)備。(3) 錨桿安裝為了保證安裝錨桿作業(yè)安全，首先進(jìn)行采場頂板撬頂作業(yè)。撬渣后，鉆錨桿孔，安裝錨桿。錨桿孔鉆鑿位置應(yīng)嚴(yán)格 按設(shè)計施工，孔深超過錨桿長度5cm,孔徑小于錨桿管縫段外徑2mm 安裝時將套好墊板的錨桿頭對準(zhǔn)錨桿孔，用一根專用短安裝桿借助鑿 巖機(jī)的沖擊