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矾山磷矿采矿顶板支护施工方案

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矶山磷矿西区充填采矿法试验采场顶板支护

设计说明书

长沙矿山研究院

2010年8月

一、矿块地质情况

矿体形态:矿块包括H号和皿号两层矿体。H号矿体垂直厚度为12.9m,水平厚度为25.4m;皿号矿体垂直厚度为?7.2 m,水平厚度为?11.9m左右,矿体倾角38度。H号和皿号之间的夹石8?10m 水平厚度13?17m 下盘倾角38度。

区域情况:在8号勘探线外侧,有条走向平行8号勘探线、倾角约为85度,宽度约为1.5米的断层,在脉外巷和斜坡道均有出水现象。在4号矿块中部有一条倾角为88度,宽约0.6米的岩脉。在3号矿体下盘10米处,存在F1断层,由于该断层在出现在黑云母磷灰石岩中,且黑云母含量较高,层理发育,容易出现抽冒现象,施工时应多加注意。

6号矿块地质情况:总的来说比较简单,从地质资料情况看,无大的构造裂隙带。

\ 矿体围岩的稳固性:皿号矿体靠近下盘4?6m属于不稳固段,容易抽冒,靠近上盘为基本稳固?不稳固;H号矿体属于中等稳固,其上盘围岩属于中等稳固以上;H号和皿号矿体之间夹石,属基本稳固类型。皿号矿体下盘围岩存在一层较厚的黑云母磷灰石岩,层理发育,比较破碎,为不

稳固类型。

\ /

矿岩物理力学性质:

(1)矿石体重:m;

(2)围岩体重:m;

(3)矿石硬度系数:f=6?8;

(4)围岩硬度系数:f=8 ~ 10;

(5)矿岩松散系数:;

(6)岩、矿自然安息角39°;

(7)矿石及围岩均无氧化性、结块性、泥化性及自燃性。

二、采矿方法的选择配比

根据矿岩的稳固性,工程布置现状,充填系统建设情况,确定H 号矿体采用点柱上向水平分层充填采矿法,皿号矿体采用上向水平分层进路充填采矿法。

三、采场顶板支护设计

1、国内外采场顶板支护形式

目前国内外对不稳固的顶板支护形式主要有锚杆支护,长锚索支护,喷射混凝土支护与金属网支护。

锚杆支护主要是通过锚杆的悬吊作用、组合梁作用和挤压加固作用,使破碎风化层之间摩擦阻力和抗弯曲强度增大,增加了其稳定性,同时每根锚杆周围形成一个两头呈锥状的筒形压缩区,各锚杆所形成的压缩区彼此连结成一体,此区域内破碎带岩块相互挤压,形成具有一定厚度的连续均匀压缩带。此压缩区不仅能维持自身稳定,而且具有承载能力。由于锚杆长度短、锚固力较小,它适合于块状构造的岩石,岩石节理面距离小,可悬吊的岩块的重量较小的顶板支护。

长锚索支护是在矿岩中钻凿中深孔,然后放入一根或多根钢丝绳,并向孔中注水泥浆,凝固后即可加固和支撑采场顶板。长锚索结构与砂浆锚杆相同,由于长锚索比普通砂浆锚杆长,钻孔直径大,锚固范围大,因此,锚杆的三种作用一一挤压作用悬吊作用组合梁作用都能充分发挥,锚固力大,被锚岩体整体性和稳定性都得到改善。再加上高压注浆,使得节理面由砂浆充

填,改善了岩石的整体性,进而增加了岩石的强度。

长锚索技术应用于采场支护后,从理论到实践发展很快,现已成为采场支护主要方法之一。在国外,加拿大、澳大利亚、芬兰等国是应用长锚索技术先进的国家,这些国家的长锚索产品已商业化和系列化,锚索施工安装已实现机械化。近些年来,我国一些矿山如湘西金矿、凤凰山铜矿、铜录山铜矿以及金川二矿区等也采用长锚索进行米场支护,并取得不错的效果。

喷射混凝土支护在采场支护中的应用不如巷道支护广泛,主要应用在分段崩落采矿法的回采进路的掘进与维护,以及进路充填法的

回采进路以及作为采场冒顶片帮的紧急支护措施等方面。

金属网多用来配合锚杆来联合支护非常破碎的岩石。

2、支护形式的选择

H号矿体

H号矿体采场顶板为磷灰石岩以及磁铁磷灰石岩:为坚硬岩组。单轴极限抗压强度?,坚固性系数f=5?7,块状结构,属脆性岩石。从矿体上盘的拉底巷的暴露顶板面看,岩石的节理裂隙较发育,节理面成不规则的X形分布,节理面的平面距离在?2m之间,纵向的深度在?1m之间。节理面光滑,一般不含水,没有胶结物。顶板出现了块状楔形的不稳固岩体。总体来说,顶板岩石坚硬,但岩石的完整性不好,节理裂隙发育,属于不稳固矿体。需要采用顶板支护来保障安全生产作业。根据矶山磷矿H号矿体采场顶板岩石的性质选择采用长锚索支护顶板,长锚索长度为9?12m网度为

3X3m。采场局部的破碎带应加设锚杆与金属网以辅助长锚索支护。锚杆采用长度为3m 的空心锚杆,网度为1 x 1m

(1)长锚索支护参数设计

a、钢绞线型号的确定

长锚索加固时通常选用直径为15?30mml冈丝绳或者钢绞线,破断力在120?450KN之间。选择时通常根据锚固所要求的钢丝绳或者钢绞线的破断力外表面积进行选取。当选用旧钢丝绳和钢绞线时,直

径应选的大一些。

根据钢绞线所需的悬吊力进行理论计算和类比国内外类似工程

设计,选取两根①,绳1X 7,股(1+6)型单股钢绞线。单根钢绞线总断面积为134.24口吊,重量为m,钢丝破断拉力总和为260KN抗拉强度为1860MPa采用两根①单股钢绞线绑扎一起,破断拉力总和为520KN取修正系数为,即两个①单股钢绞线绑扎一起破断拉F=520KN x =。

b、锚固长度确定

锚固力要求达到锚固采场顶板3m x 3m网度内三角楔形冒落体的

岩石重力(如图3-1.),再乘以F系数为的安全系数。计算得锚固力要求为F=V Y g=x 3xx 3xx =

矾山磷矿采矿顶板支护施工方案

3m

图3-1

① 按钢丝绳的破断力计算钢绞线的型号

两根钢绞线的破断力为,能悬吊的重力。根据长锚索锚固力, 采用两

个钢丝绳,满足设计要求。

② 按钢丝绳从胶结体中拔出时,锚固长度(单位m );

式3-1中:

LI —锚索锚固长度m \

K —安全系数,K 二?2,取;

F —锚索悬吊范围内的岩石重力;

P1—钢绞线与砂浆的粘结强度; si —每米钢绞线的表面积m ;

丫一注浆系数,。

设计采用水泥浆,水泥浆水灰比为,水泥标号选择普通 425#硅 酸盐水泥,其28天水泥浆与锚索的粘结强度为 Pi ==X 106N/m 。设

计采用2根直径为15mn t 勺钢丝绳,一米钢丝绳的表面积S=nXX 2=, 则一米钢丝绳与砂浆的粘结力为 P1X S 仁

X 106N/H X m 2=。因此锚索 体

从胶结体中拔出时,锚固长度。

③ 按胶结体与钢丝绳一起沿孔壁滑移,锚固长度 (单位m ); 式3-2中:

L2—锚索锚固长度m

K —安全系数,K 二?2,取;

F —锚索悬吊范围内的岩石重力;

P2 —砂浆与锚索孔壁的粘结强度; Ll = KF 函xTl

式3-1 L2 = KF yP2 x S2

式3-2

S2—每米锚索孔壁的表面积m;丫一注浆系数,。

水泥浆与锚索孔壁的粘结强度与孔壁岩石有关,矶山磷矿u号矿体采场顶板为磁铁磷灰石岩,水泥浆与锚索孔壁的粘结强度P2=。锚索炮孔的直径为60mm每米炮孔的表面积S2=nX二,则水泥浆与每米炮孔壁的粘结力P2X S2=X 10、=47t。按胶结体与钢绞线一起沿孔壁滑移时,锚固长度为。

根据锚固长度的计算,选择按锚索不被破坏的最大锚固长度,长度为。因此,设计长锚索接力长度为3m。根据YGZ-90钻机的性能以及顶板岩石的可凿性,设计长锚索长度为12m即回采矿石9m后开始下一轮长锚索的施工。长锚索接力段为3m。

c、钻孔长度及方向

矶山磷矿6#试验采场顶板砂浆长锚索支护从H号矿体上盘至下盘总共布置14排长锚索。第1排锚索钻孔长度为5m,倾角60°。第2排锚索钻孔长度为,倾角60°。第3排锚索钻孔长度为8m,倾角60°。第4排锚索钻孔长度为10m,倾角60°。第5排锚索钻孔长度为12m,倾角70 °。第6排锚索钻孔长度为12m,倾角80 °。其余第7~ 14排锚索钻孔长度为12m,垂直顶板布置。根据矶山磷矿现有的凿岩设备,设计采用Y GZ-9 0中深孔钻机凿长锚索钻孔。

d、钻孔间距

长锚索钻孔间距,目前根据经验选取。其网度根据岩层稳定性及节理裂隙发育程度选定。根据矶山磷矿西区采场现时H号矿体上盘暴露的顶板情况看,矿体不稳固与节理裂隙较发育,确定长锚索布置网度为3mx 3m,以后根据回采暴露顶板的岩石情况适当调整长锚索的网度。当顶板岩石的节理面距离等于3m~5m时,可适当加大网度到4X 4m或5X5m。

e、钻孔直径