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)：礦塊包括號和號兩層礦體。號礦體垂直厚度為12.9m，水平厚度為25.4m；號礦體垂直厚度為6.87.2m，水平厚度為10.511.9m左右，礦體傾角38度。號和號之間的夾石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F1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，

2、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：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；號礦體屬于中等穩(wěn)固，其上盤圍巖屬于中等穩(wěn)固以上；號和號礦體之間夾石，屬基本穩(wěn)固類型。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/m3；（2）圍巖體重：3.26t/m3；（3）礦石硬度系數(shù)：f=68；（4）圍巖硬度系數(shù)：f=810；（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

3、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，確定號礦體采用點柱上向水平分層充填采礦法，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

4、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。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

5、、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)形式的選擇號礦體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=57，塊狀結(jié)構(gòu)，屬脆性巖石。從礦體上盤

6、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)礬山磷礦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，長錨索長度為912m，網(wǎng)度為3×3m。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1×1m。（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

7、1530mm鋼絲繩或者鋼絞線，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1×7，股（1+6）型單股鋼絞線。單根鋼絞線總斷面積為134.24mm2，重量為1.12kg/m，鋼絲破斷拉力總和為260KN，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=520KN×0.88=457.

8、6KN。b、錨固長度確定錨固力要求達(dá)到錨固采場頂板3m×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=vg=0.5×3×1.78×3×3.29×1.5=39.52t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)； 式3-1式3-1中：L1錨索錨固長度m；K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；

9、P1鋼絞線與砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度；S1每米鋼絞線的表面積m2；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P1 =3.05MPa=3.05×106N/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=×0.01524×2=0.096m2，則一米鋼絲繩與砂漿的粘結(jié)力為P1×S1=3.05×106N/m2×0.096 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)； 式3-2式3-

10、2中：L2錨索錨固長度m；K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m2；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)，礬山磷礦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=×0.06=0.188m2，則水泥漿與每米炮孔壁的粘結(jié)力P2×S2=2.5×106×0.188=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

11、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、鉆孔長度及方向礬山磷礦6#試驗采場頂板砂漿長錨索支護(hù)從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714排錨索鉆孔長度為

12、12m，垂直頂板布置。根據(jù)礬山磷礦現(xiàn)有的鑿巖設(shè)備，設(shè)計采用YGZ-90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)礬山磷礦西區(qū)采場現(xiàn)時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3m×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)頂板巖石的節(jié)理面距離等于3m5m時,可適當(dāng)加大網(wǎng)度到4×4m或5×5m。e、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

13、內(nèi)類似工程進(jìn)行選取，本次設(shè)計選用兩根直徑為15.24mm鋼絞線，選取鉆孔直徑60mm。f、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。（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；

14、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×600mm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#

15、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3mm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。（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

16、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YGZ-90型鑿巖機(jī)進(jìn)行鑿巖，配TJ25圓盤導(dǎo)軌式鉆架，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TJ25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65

17、mm,總孔深2330.5m。錨索孔內(nèi)安裝兩根15.24mm，繩1×7，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=（×0.03×0.03-×0.0076×0.0076×2）×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1×7股1+6

18、+12 m4791.82排氣管8mm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)備投資概算號礦體采場頂板長錨索支護(hù)鑿巖設(shè)備采用YGZ-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6-1 號礦體采場頂板長錨索支護(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

19、要根據(jù)市場詢價計算。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 號礦體采場頂板長錨索支護(hù)材料消耗費(fèi)用表序號名稱數(shù)量單位單價金額備 注（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/m88006膠布60元/卷106007合計55724人工工資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。表6-3 號礦體采場頂板長錨索支護(hù)人工費(fèi)用表序號工種名稱人數(shù)單位單價天數(shù)金額備注1錨索安裝工6元/人·天20025300

20、002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6-4 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)用名稱總成本每m錨索成本所占備注(元)(元)比例1設(shè)備費(fèi)2700011.59 0.12 2鉆孔6991530.00 0.31 2材料費(fèi)5572423.91 0.25 3人工費(fèi)6200026.60

21、0.28 4其它100004.29 0.04 包括動力消耗、材料運(yùn)輸6合計224639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%。號礦體采場頂板采用12m的錨索支護(hù)，可采9m的礦體高度，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。號礦體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

22、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1.0m×1.0m（長×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1m×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)的沖擊和推力將管縫段擠壓推入孔中，使