CN102465706A - 倾斜层状岩体的沿脉采准巷道的开凿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属矿床地下采矿领域，即对于倾斜层状岩体的沿脉采准巷道，提出一种自适应岩体结构的开凿方法以及着眼于结构稳定的锚杆支护方式，使得倾斜层状岩体沿脉采准巷道的稳固性得到显著提高。利用本发明的巷道开凿方法得到的巷道顶板与所述倾斜层状岩体的层理面平行，巷道的底板为水平方向，巷道的上盘帮和下盘帮均与巷道的底板垂直。为了进一步增强巷道表层承载能力，上盘帮和下盘帮的腰线有锚杆支护。下盘帮与顶板的夹角处安装有金属网，从而防止顶角处碎石掉落砸伤底板，本发明的巷道开凿方法得到的巷道形状可以提高巷道的稳固性，且工艺简单、利用率高，可以广泛应用于倾斜层状岩体的沿脉采准巷道的断面设计工程中。
Description
技术领域
本发明属于金属矿床地下采矿的技术领域，即对于倾斜层状岩体的沿脉采准巷道，提出一种结构稳定的倾斜层状岩体的沿脉采准巷道的开凿方法，由此提高倾斜高应力岩体沿脉采准巷道的稳固性。
背景技术
采准巷道是在已开拓完毕的矿床里，按采矿方法要求，为将阶段划分成矿块作为回采的独立单元，并在矿块内形成行人、凿岩、放矿、通风等条件而掘进的巷道工程。根据巷道的长轴线与矿体走向的关系，采准巷道可以分为沿脉采准巷道和穿脉采准巷道，如图1A~图1C所示，根据巷道的功能，沿脉采准巷道又可以分为回采巷道11与分段巷道12。其中回采巷道11为凿岩、落矿与出矿巷道，分段巷道12为运输巷道。
在倾斜层状中厚矿体的开采中，沿脉采准巷道是不可缺少的采准工程，然而，对于倾斜层状围岩对沿脉采准巷道的稳固性所带来的影响，至今没有得到很好地解决。传统的对称型巷道断面形状分为：三芯拱、半圆形或者圆形，它们都不能较好地适应倾斜层状岩体的结构特点，因此，巷道抵抗采动压力的能力很弱，当遇到较高的地应力时，传统的巷道经常发生塌方冒顶事故，有时候即便采取较高级别的支护措施，也不能防止巷道破坏的发生。例如采取光面爆破、锚杆压钢筋条、喷锚网、金属拱架等多种较高级别的支护措施的谦比希铜矿，在不能卸压的沿脉采准巷道，仍然经常出现塌方冒顶事故，进而使得巷道的利用率一般只有90%左右，由于巷道的破坏经常损失大量矿量，并由此带来采场衔接紧张、生产效率低和安全事故多等一系列的生产难题。因此，寻求一种结构稳定的倾斜层状岩体的沿脉采准巷道的开凿方法，对于倾斜层状矿体的安全开采具有重要意义。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
一种倾斜层状岩体的沿脉采准巷道的开凿方法，包括下列步骤，
a、在所述倾斜层状岩体中钻凿多个炮孔；
b、在全部所述炮孔中安放炸药并爆破；
c、步进一定距离，重复执行前述步骤，直至得到具有预定长度的巷道；
其特征在于，在所述步骤a中以下列方式布置所述炮孔：用于形成顶板的多个炮孔的连线方向与所述倾斜层状岩体的纹理平行，用于形成上盘帮和下盘帮的多个炮孔的连线均为竖直方向，用于形成底板的多个炮孔的连线方向为水平方向。
所述步进距离为1.15~2.5米。
所述倾斜层状岩体的纹理与水平面之间的倾角范围为30o～55o。
所述方法还包括在所述上盘帮和下盘帮的腰线处还打入锚杆。
所述锚杆的长度为1.8~2.2米。
所述方法还包括在所述顶板上等间隔、并且与所述顶板垂直地打入多根锚杆。
所述顶部锚杆的数量为2~5根。
所述锚杆的长度为1.6~2.5米。
所述顶板与下盘帮之间的拱角处固定有金属网。
所述金属网通过锚杆固定在所述倾斜层状岩体中。
本发明提出一种自适应倾斜层状岩体结构的沿脉采准巷道的开凿方法，使倾斜层状岩体沿脉采准巷道的稳固性得到显著提高。本发明的巷道顶板与所述倾斜层状岩体的层理面平行，所述巷道的底板为水平方向，所述巷道的上盘帮和下盘帮均与所述底板垂直。为了进一步增强巷道表层承载能力，上盘帮和下盘帮的腰线有锚杆支护，从而提高巷道的稳固性。本发明为倾斜高应力岩体提供了一种可靠牢固且利用率高的沿脉采准巷道的开凿方法。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图1A~图1C是沿脉采准巷道的示意图；
图2是根据本发明的沿脉采准巷道断面的示意图；
图3、图4是三芯拱形巷道断面的受力分析示意图；
图5、图6是根据本发明巷道断面的受力分析示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明采用本发明提出的倾斜层状岩体巷道断面如何解决增强沿脉采准巷道稳固性的问题。显然，本发明的施行并不限定于地下采矿领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明提供了一种断面为不对称形状的沿脉采准巷道的开凿方法。该方法包括以下步骤：
首先，在倾斜层状岩体中钻凿多个炮孔；
所述炮孔的布置方式为：用于形成顶板21的多个炮孔的连线方向与倾斜层状岩体的纹理平行，用于形成上盘帮22和下盘帮23的多个炮孔的连线均为竖直方向，用于形成底板24的多个炮孔的连线方向为水平方向；
然后，在全部炮孔中安放炸药并爆破；
最后，爆破后步进1.15~2.5米，重复执行前述步骤，直至得到具有预定长度的巷道。
如图2所示，利用上述方法形成的巷道的顶板21与斜层状岩体的纹理平行，上盘帮22和下盘帮23均为竖直方向，底板24为水平方向。
上述实施例中，用于形成巷道的顶板21、上盘帮22、下盘帮23和底板24的炮孔的数量可以根据巷道的大小而作适应性调整。
由于在上盘帮22和下盘帮23的周围存在较大的压力容易引起软弱岩层开裂与片落，应在最容易受到破坏的位置打入锚杆，提供横向约束力。优选地，上盘帮22的腰线处打入有锚杆30，下盘帮23的腰线处同样打入锚杆31，锚杆30和锚杆31的长度大于巷道的松动圈，优选为1.8~2.2米。
由于巷道顶部暴露面积大，岩层受压力变形后从而派生拉应力，又由于岩体的抗拉强度较低，受拉力作用时，岩层容易在中间向巷道内拉断，也容易在两端从内部拉断，为防止这种变形派生的拉应力对巷道产生破坏作用，就需要提供岩层的法向约束力。因此在顶板21上等间隔地打入多根锚杆，优选地，在顶板21上打入三根锚杆32、33、34，即将锚杆32、33、34布置在层理面上，且锚杆32、33、34均与顶板21垂直，锚杆32、33、34的长度优选为1.6~2.5米。当岩层厚度较大，完整性较好时，锚杆32、33、34的长度稍微短些；当岩层完整性较差时，锚杆32、33、34的长度可以稍微长一些。
在高度较大的顶角部位，虽然变形约束条件较好，但如果是软弱岩层，碎块易掉落，而高度大碎块降落到巷道底板的速度大，因此带来的危害性较大，优选地，在顶板21与下盘帮23之间的拱角内侧采用金属网40覆盖，并通过打入锚杆35、36将金属网40固定在拱角处，这样可以防止岩石碎块下落。锚杆35、36的长度可以较短。
固定好金属网后，更优选地，采用喷射混凝土的方法在金属网外形成一层混凝土层，这样可以更可靠地防止碎块的掉落。
上述实施例中，只对某个巷道断面四周的一组锚杆的位置进行了示例性地说明，在巷道的掘进方向上，每隔0.8~1.2米即按照上述位置可以打入一组锚杆。
上述实施例中，巷道断面的宽度可以根据凿岩和出矿设备的宽度确定，巷道顶板的高度最小值应该满足所述设备作业的需求。
利用本发明的巷道开凿方法得到的巷道断面形状适用于在重力场作用下的倾角范围为30o～55o的层状围岩。
下面将本发明提供的巷道断面结构与三芯拱形的巷道断面的受力状态进行分析比较。
首先建立层状岩体巷道围岩受力分析模型。
图3、图4示出了三芯拱形的巷道断面的受力分析模型，图5、图6示出了本发明的巷道断面受力分析模型。
如图3、图4所示，对于三芯拱形巷道断面，其各作用力表达式为：
式中
—上盘帮压力；
—下盘帮压力；H—巷道顶板埋深；γ—上覆岩层平均容重；
—上覆岩层垂直压力；
—巷道宽度的一半；—巷道拱高。
如图5、图6所示，对于本发明的巷道断面，其各作用力表达式为：
（2）
式中
—上盘帮压力；
—下盘帮压力；H—巷道顶板埋深；γ—上覆岩层平均容重；
—上覆岩层垂直压力；
—巷道宽度的一半；
—拱顶斜面倾角；
—巷道顶板中心点与拱脚的高差；
—巷道拱角半径。
以谦比西铜矿为例，该矿
=1.9m，
=0.95m，H=416m，γ=2.67t/m2（平面问题），≈，=0.6564m。代入上式计算可得，采用本发明的巷道断面后，上盘帮压力
增大了40.25～41.13%，下盘帮压力
减小了40.25～41.13%，顶板压力减小了31.53～33.19%，即本发明提供的巷道断面的下盘帮压力比三芯拱形巷道断面的下盘帮压力大幅度减小，而上盘帮压力大幅度增大。
倾斜层状岩体在重力场的作用下，上盘帮岩块滑移趋势为朝向巷道外侧，由于外侧的实体岩柱可提供滑移约束力，因此滑块转向变形而不滑落；下盘帮岩块滑移趋势朝向巷道内，由于临空面无约束力，因此岩块容易滑落而导致巷道表层围岩被破坏。即巷道的上盘帮比下盘帮抗压能力强，根据上述计算可知，采用本发明的巷道断面将使压力向上盘帮转移，但是并不会影响巷道断面的整体稳定性。根据倾斜层状围岩的自身特点而得到的自适应的巷道断面形状使巷道周边应力分布趋于合理化。
本发明采用近似直立三角形的沿脉采准巷道的断面形状，它是一种巷道自适应岩体结构而趋于稳定的巷道断面，能够较好地适应倾斜层状围岩的结构特点，并且在断面的不同位置上设置了多根锚杆，进一步提高了沿脉采准巷道的稳固性。试验结果表明，在谦比希铜矿主矿体西部采区应用本发明的倾斜层状岩体的沿脉采准巷道后，高应力区沿脉采准巷道的利用率由原来的不足90%提高到100%，本发明对层理越发育，地应力越大的采区，提高沿脉进路稳定性的效果尤其明显。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的指导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (10)
1.一种倾斜层状岩体的沿脉采准巷道的开凿方法，包括下列步骤，
a、在所述倾斜层状岩体中钻凿多个炮孔；
b、在全部所述炮孔中安放炸药并爆破；
c、步进一定距离，重复执行前述步骤，直至得到具有预定长度的巷道；
其特征在于，在所述步骤a中以下列方式布置所述炮孔：用于形成顶板的多个炮孔的连线方向与所述倾斜层状岩体的纹理平行，用于形成上盘帮和下盘帮的多个炮孔的连线均为竖直方向，用于形成底板的多个炮孔的连线方向为水平方向。
2.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述步进距离为1.15~2.5米。
3.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述倾斜层状岩体的纹理与水平面之间的倾角范围为30o～55o。
4.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述方法还包括在所述上盘帮和下盘帮的腰线处还打入锚杆。
5.如权利要求4所述的一种方法，其特征在于，所述锚杆的长度为1.8~2.2米。
6.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述方法还包括在所述顶板上等间隔、并且与所述顶板垂直地打入多根锚杆。
7.如权利要求6所述的一种方法，其特征在于，所述顶部锚杆的数量为2~5根。
8.如权利要求6所述的一种方法，其特征在于，所述锚杆的长度为1.6~2.5米。
9.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述顶板与下盘帮之间的拱角处固定有金属网。
10.如权利要求7所述的一种方法，其特征在于，所述金属网通过锚杆固定在所述倾斜层状岩体中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20140409 Termination date: 20171104 |