CN110566255A - 用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索设计及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索设计及施工方法，属于矿山开采技术领域，通过在破碎带上盘掘进与矿体走向一致的长锚索措施巷，在此基础上，研发了自长锚索措施巷向破碎带施工注浆长锚索的设计与施工方法，有效保障了开采过程中上盘破碎带的稳定，较好的解决了在采用分段凿岩阶段矿房法，上盘局部存在一定规模破碎带矿体开采时，矿石损失率、贫化率高的技术难题。该发明未改变分段凿岩阶段矿房法核心结构参数与生产工艺，具有生产耗材来源广泛价格低廉，生产组织方便灵活的特点，拓展了分段凿岩阶段矿房法的适用范围，具有较强的工程应用价值。

Description

用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索设计及施工方法

技术领域

本发明属于矿山开采技术领域，具体涉及一种用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索设计及施工方法。

背景技术

分段凿岩阶段矿房法为三大采矿方法中空场法中的一种，通过矿岩与所留设的矿柱来维持采场的稳定，适用围岩稳固，矿体倾角大于50°的厚大(15-50m)与极厚(大于50m)的矿体的开采。然而，由于工程地质条件的改变，矿体上盘局部区域可能存在一定的规模的破碎带。因此，在上盘破碎带揭露过程中，以及爆破作业的影响下，极易诱发破碎带产生大规模的垮落，不利于安全生产，同时也会导致矿石损失率、贫化率大，从而限制了分段凿岩阶段矿房法的应用。如改用其它采矿方法进行开采，例如充填采矿，势必改变原有的采准、切割与回采等工艺。对于局部矿体的回采来说，一方面从经济技术的角度可行性不大；另一方面，多种采矿方法共存，势必增大矿山井下与地表日常管理的难度。

锚索支护技术作为一重要支护方式，在水利水电、边坡、隧道等工程中有着广泛的应用。通常认为锚索通过其悬吊、挤压加固与组合梁等作用，特别适用于层状岩体的支护。对于金属矿山而言，锚索支护主要应用于局部水平巷道的支护与采场顶板围岩的控制。

分段凿岩阶段矿房法适用于厚和极厚，围岩稳固，及倾斜矿体的开采。然而，由于矿体工程地质的变化，矿体上盘局部可能存在一定规模的破碎带，从而限制了分段凿岩阶段矿房法的应用。图1为某矿山某中段局部平面图，从中可以看出：该区域矿体相对厚大，矿体平均厚度约30m，同时在矿体上盘方向存在一定规模的破碎带，其平均厚度约12m。由于矿体厚大，分段凿岩阶段矿房法采场采用垂直走向布置。图2给出了图1中A-A位置部面图，从图中可知：该矿山每10m一个分段，各分段通过布置采场联络道将凿岩巷与分段运输巷相连。切割井位于矿体上盘方向。因此，各凿岩巷自上盘向下盘方向逐步爆破，采下的矿体均由1400m分段巷出矿巷道运出。由于矿体上盘存在一定规模的破碎带，当由切割井形成切割槽时，上盘破碎带将逐渐暴露，因此在爆破震动等外部扰动作用下，上盘破碎带极易失稳，从而导致矿石损失率、贫化率大。为保证上盘破碎带在矿体回采过程中的稳定，研发了一种上盘注浆长锚索支护分段凿岩阶段矿房法。

因此，本发明立足于不改变分段凿岩阶段矿房法核心采矿工艺的基础上，通过探寻经济合理，方法可行的上盘破碎带支护方式，以期达到使上盘破碎带在整个采矿过程能够保持稳定的目的。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索设计及施工方法。

本发明针对厚大(15-50m)、极厚(大于50m)矿体上盘存在一定规模破碎带，在采用分段凿岩阶段矿房法开采过程中，矿石损失率、贫化率高，难于保障安全、高效开采的技术难题，研发了一种上盘注浆长锚索支护分段凿岩阶段矿房法。该采矿方法在矿体上盘布置长锚索措施巷，通过长锚索措施巷向破碎带区域施工注浆长锚索，以维护矿体回采过程中上盘破碎带的稳定。工程实践表明：该采矿方法可较好解决由于上盘破碎带失稳，从而导致矿石损失率、贫化率高的技术难题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索设计方法，包括以下步骤：

上向注浆长锚索设计：

步骤1、距长锚索措施巷底板1～1.5m处施工1#水平注浆长锚索钻孔CA至矿体边界；

步骤2、以A为圆心，半径为3～4m作圆Ⅰ，为保证各注浆长锚索钻孔不相互影响，各注浆长锚索钻孔起孔位置在竖直方向的距离为0.3～0.5m，即2#注浆长锚索钻孔起孔位置D点位于C点上方0.3～0.5m处，3#注浆长锚索钻孔起孔位置E点位于D点上方0.3～0.5m处；

步骤3、过D点作圆Ⅰ的切线，交矿体边界于B点，则DB即为2#注浆长锚索钻孔的方位与长度；同理，过B点可作圆Ⅱ与圆Ⅱ切线EF，则EF即为3#注浆长锚索钻孔的方位与长度，1#、2#、3#注浆长锚索钻孔直径均为80mm；

下向注浆长锚索设计：

步骤4，以1#下向注浆长锚索钻孔起孔位置B点作矿体边界垂线，交矿体边界于A点，则AB即为1#下向注浆长锚索钻孔的方位与长度；

步骤5：以A点为圆心，以3.5～4m为半径，作圆Ⅰ；

步骤6：过2#下向注浆长锚索钻孔起孔位置C点，作圆Ⅰ的切线，交矿体边界于D点，则CD即为2#下向注浆长锚索钻孔的方位与长度；

步骤7：同理，对3#、4#、5#、…下向注浆长锚索钻孔的方位与长度进行设计。

优选地，上向注浆长锚索只针对上部分段1#长锚锚索措施巷，根据上盘破碎带现场条件，上向注浆长锚索支护网度存在一定的差异。

本发明的另一目的在于提供一种用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：钻孔及支护网度

上向与下向注浆长锚索钻孔，采用QZG80Y-Ⅲ型中风压潜孔钻机进行施工，钻孔直径80～90mm，支护网度由现场围岩条件决定；

步骤2：钢绞线加工及送绳

按实际孔深将直径17.8mm，抗拉强度1860Mpa，破断力400kN的钢绞线切割成段。下向孔注浆时，将注浆管与钢绞线一并置于孔底后即可注浆；对于上向孔，需将钢绞线连同排气管一起置于孔底，然后将插好注浆管与排气管的堵孔塞安装在堵塞位置，堵孔塞可采用模制的橡胶塞；

步骤3：注浆

注浆采用YSB-2B型液压砂浆泵，浆液灰砂比≥1：3，水灰比控制在0.45-0.6，注浆管选用塑料管，排气管选用的塑料管；

对于下向孔采用后退式注浆，即将注浆管置于孔底，边注浆边退注浆管，直到将孔注满为止，下向孔注浆压力0.8-2.0MPa；

对于上向孔采用前进式注浆，即将注浆管置于距堵孔塞约0.2m～0.3m处，靠注浆泵的压力使砂浆注入孔内，当排气管出水后即可停止注浆，上向孔注浆压力1.5-4.5MPa；

步骤4：锚具安装

注浆养护一天后，进行锚具安装，托板规格为200mm×200mm×35mm的钢板，采用张拉器将锁扣、托板和钢绞线固定，张拉力60MPa-80MPa。

优选地，所述步骤1还包括废孔处理，在钻孔工程中，如遇卡钎、断钎，打到节理面或未打到设计长度时，不得进行灌浆支护，应另外选择位置重新钻孔。

本发明提供的用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索设计及施工方法，通过延伸凿岩巷至上盘围岩，而后垂直于凿岩巷方向施工长锚索措施巷，并在长锚索措施巷中向上盘破碎带施工上向与下向注浆长锚索，从而达到稳固上盘破碎带的目的，具有以下有效效果：

(1)将注浆长锚索应用于中厚、厚大矿体上盘厚大破碎带的支护，是对锚索支护应用范围的拓展，对于类似工程具有一定的参考价值；

(2)针对破碎带厚度大的特点，研发了注浆长锚索网度、倾角等支护参数与施工工艺，可有效保障上盘厚大破碎带在矿体回采过程的稳定性，具有一定的工程应用价值；

(3)未改变分段凿岩阶段矿房法核心结构参数与生产工艺，通过增设注浆长锚索措施巷，并向上盘厚大破碎带进行注浆长锚索施工。对钻孔、注浆等设备性能指标要求低，可充分利用矿山现有设备。同时，钢绞线、水泥、托盘等耗材来源广泛。因此，该发明对上盘局部存在厚大破碎带矿体的开采具有较强的可行性与实用性；

(4)拓展了分段凿岩阶段矿房法的适用范围；

(5)在矿体回采过程中，有效保障了上盘破碎带的稳定，降低了矿石贫化率，提高了矿产资源的回收率。

附图说明

图1为背景技术中某矿山某中段局部平面图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为本发明实施例1的上盘注浆长锚索布置平面图；

图4为本发明实施例1的长锚索措施巷设计断面图；

图5为本发明实施例1的注浆长锚索平面设计图；

图6为本发明实施例1的某排注浆长锚索设计剖面图；

图7为本发明实施例1的上向注浆长锚索设计图；

图8为本发明实施例1的下向注浆长锚索起孔位置设计图；

图9为本发明实施例1的下向注浆长锚索设计布局图；

图10为本发明实施例1的上向与下向注浆长锚索整体布局图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明通过延伸凿岩巷至上盘围岩，而后垂直于凿岩巷方向施工长锚索措施巷，并在长锚索措施巷中向上盘破碎带施工中上向与下向注浆长锚索，从而达到稳固上盘破碎带的目的。

以某矿山分段凿岩阶段矿房法为例，如图1至图3所示，其中阶段高为60m，分段高10m。图3给出了1430m分段长锚索平面布置图，从图中可知：待回采采场垂直矿体走向布置，采场宽15m，采场长度等于矿体厚度，凿岩巷布置于采场中部，并延伸穿越上盘破碎带。长锚索措施巷布置于矿体上盘方向，并且与凿岩巷垂直相交，其距上盘破碎带的距离根据围岩条件控制在0～5m范围内。为保障注浆长锚索的施工，长锚索措施巷采用B/3三心拱，设计断面为3.4×3.3m，见图4。由于采场设计宽度为15m，为保证上盘破碎带稳定，长锚索措施巷设计长度为19m。长锚索措施巷共布置9排注浆长锚索，排距为2m，其中两端注浆长锚索距长锚索措施巷距离为1.5m，见图5。

为有效控制上盘破碎带稳定，本实施例研发了上向与下向两种注浆长锚索布置方式，见图6。从图中可以看出：1#长锚索措施巷布置了上向与下向两种注浆长锚索，用于控制1430m、1440m与1450m三个分段上盘破碎带的稳定。相应的2#长锚索措施巷只布置了下向注浆长锚索，用于控制1420m、1410m与1400m三个分段上盘破碎带的稳定。对于同一个长锚索措施巷而言，某一排注浆长锚索均位于同一个竖直面内。因此，对于一个采场，只需施工2条长锚索措施巷。在此基础上，通过在相应的位置施工上向与下向注浆长锚索，即可完成注浆锚索的施工。为充分发挥注浆长锚索对上盘破碎带变形、破坏的控制作用，下向与下向注浆长锚索设计如下：

(1)上向注浆长锚索设计

上向注浆长锚索只针对上部分段1#长锚锚索措施巷。图7以图6为基础，只保留了矿体边界与长锚索措施巷的相对位置。根据上盘破碎带现场条件，上向注浆长锚索支护网度可能存在一定的差异。本发明以支护网度为3.5m×3.5m为例，说明上向注浆长锚索设计过程。

步骤1、距长锚索措施巷底板1、1.1m或1.5处施工1#水平注浆长锚索钻孔CA至矿体边界；

步骤2、以A为圆心，半径为3m、3.5m或4m作圆Ⅰ。为保证各注浆长锚索钻孔不相互影响，各注浆长锚索钻孔起孔位置在竖直方向的距离为0.3m、0.4m或0.5m，即2#注浆长锚索钻孔起孔位置D点位于C点上方0.3m、0.4m或0.5m处，3#注浆长锚索钻孔起孔位置E点位于D点上方0.3m、0.4m或0.5m处；

步骤3、过D点作圆Ⅰ的切线，交矿体边界于B点，则DB即为2#注浆长锚索钻孔的方位与长度；同理，过B点可作圆Ⅱ与圆Ⅱ切线EF，则EF即为3#注浆长锚索钻孔的方位与长度，1#、2#、3#注浆长锚索钻孔直径均为80mm。

从图7可知3#注浆长锚索钻孔孔底至长锚索措施巷底板竖直距离为10m，与分段高度相同。因此，对于该长锚索措施巷只施工3条锚索即可。如3#注浆长锚索钻孔孔底至长锚索措施巷底板竖直距离小于10m，则需按以上方法增加注浆长锚索数量，直至最高处注浆长锚索钻孔的孔底距长锚索措施巷底板竖直距离大于、等于10m为止。

(2)下向注浆长锚索设计

下向注浆长锚索针对1#、2#长锚锚索措施巷。图8给出了1#长锚索措施巷下向注浆长锚索钻孔起孔位置。其中，B点为1#下向注浆长锚索钻孔起孔位置，距O点0.5m；C点为2#下向注浆长锚索钻孔起孔位置，距O点0.4m；

同理，E、F、H、…点为3#、4#、5#、…下向注浆长锚索钻孔起孔位置，其水平间距均为0.4m。

图9以图6为基础，只保留了矿体边界与长锚索措施巷的相对位置。本发明以支护网度为3.5m×3.5m为例，说明下向注浆长锚索设计过程。

步骤4、以1#下向注浆长锚索钻孔起孔位置B点作矿体边界垂线，交矿体边界于A点，则AB即为1#下向注浆长锚索钻孔的方位与长度；

步骤5、以A点为圆心，以3m、3.5m或4m为半径，作圆Ⅰ；之后，过2#下向注浆长锚索钻孔起孔位置C点，作圆Ⅰ的切线，交矿体边界于D点，则CD即为2#下向注浆长锚索钻孔的方位与长度；

步骤6、同理，对3#、4#、5#、…下向注浆长锚索钻孔的方位与长度进行设计。

需说明的是对于图9中，5#与6#下向注浆长锚索钻孔其孔底设计标高与2#长锚索措施巷拱顶标高相同。其原因在于，2#长锚索措施巷拱顶标高以下上盘破碎带的支护，由2#锚索措施巷承担。

上向与下向注浆长锚索整体设计，见图10。

长锚索注浆支护施工工艺

(1)钻孔及支护网度

上向与下向注浆长锚索钻孔，采用QZG80Y-Ⅲ型中风压潜孔钻机进行施工，钻孔直径80mm、85mm或90mm，支护网度由现场围岩条件决定。

(2)钢绞线加工及送绳

按实际孔深将直径17.8mm，抗拉强度1860Mpa，破断力400kN的钢绞线切割成段。下向孔注浆时，将注浆管与钢绞线一并置于孔底后即可注浆；对于上向孔，需将钢绞线连同排气管一起置于孔底，然后将插好注浆管与排气管的堵孔塞安装在堵塞位置，堵孔塞可采用模制的橡胶塞。

(3)注浆

注浆采用YSB-2B型液压砂浆泵，浆液灰砂比≥1：3，水灰比控制在0.45～0.6。注浆管选用塑料管，排气管选用的塑料管。

对于下向孔采用后退式注浆，即将注浆管置于孔底，边注浆边退注浆管，直到将孔注满为止，下向孔注浆压力0.8～2.0MPa。

对于上向孔采用前进式注浆，即将注浆管置于距堵孔塞约0.2m或0.3处，靠注浆泵的压力使砂浆注入孔内，当排气管出水后即停止注浆。上向孔注浆压力1.5～4.5MPa。

需要说的是，在钻孔过程中会碰到废孔处理，在钻孔工程中，如遇卡钎、断钎，打到节理面或未打到设计长度时，不得进行灌浆支护，应另外选择位置重新钻孔。

(4)锚具安装

注浆养护一天后，进行锚具安装。托板规格为200mm×200mm×35mm的钢板，采用张拉器将锁扣、托板和钢绞线固定，张拉力60MPa～80MPa。

本实施例提供的用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索设计及施工方法基本保持了分段凿岩阶段矿房法原有工艺，通过延伸分段凿岩平巷至上盘破碎带以外围岩。而后，沿垂直于分段凿岩平巷方向施工长锚索措施巷；在此基础上，按一定的网度与角度布置上向与下向注浆长锚索，从而达到加固上盘破碎带的目的。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

上向注浆长锚索设计：

步骤1、距长锚索措施巷底板1～1.5m处施工1#水平注浆长锚索钻孔CA至矿体边界；

步骤2、以A为圆心，半径为3～4m作圆Ⅰ，为保证各注浆长锚索钻孔不相互影响，各注浆长锚索钻孔起孔位置在竖直方向的距离为0.3～0.5m，即2#注浆长锚索钻孔起孔位置D点位于C点上方0.3～0.5m处，3#注浆长锚索钻孔起孔位置E点位于D点上方0.3～0.5m处；

步骤3、过D点作圆Ⅰ的切线，交矿体边界于B点，则DB即为2#注浆长锚索钻孔的方位与长度；同理，过B点可作圆Ⅱ与圆Ⅱ切线EF，则EF即为3#注浆长锚索钻孔的方位与长度，1#、2#、3#注浆长锚索钻孔直径均为80mm；

下向注浆长锚索设计：

步骤4，以1#下向注浆长锚索钻孔起孔位置B点作矿体边界垂线，交矿体边界于A点，则AB即为1#下向注浆长锚索钻孔的方位与长度；

步骤5：以A点为圆心，以3.5～4m为半径，作圆Ⅰ；

步骤6：过2#下向注浆长锚索钻孔起孔位置C点，作圆Ⅰ的切线，交矿体边界于D点，则CD即为2#下向注浆长锚索钻孔的方位与长度；

步骤7：同理，对3#、4#、5#、…下向注浆长锚索钻孔的方位与长度进行设计。

2.根据权利要求1所述的用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索设计方法，其特征在于，上向注浆长锚索只针对上部分段1#长锚锚索措施巷，根据上盘破碎带现场条件，上向注浆长锚索支护网度存在一定的差异。

3.一种根据权利要求1或2任一项所述的用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：钻孔及支护网度

上向与下向注浆长锚索钻孔，采用QZG80Y-Ⅲ型中风压潜孔钻机进行施工，钻孔直径80～90mm，支护网度由现场围岩条件决定；

步骤2：钢绞线加工及送绳

按实际孔深将直径17.8mm，抗拉强度1860Mpa，破断力400kN的钢绞线切割成段，下向孔注浆时，将注浆管与钢绞线一并置于孔底后即可注浆；对于上向孔，需将钢绞线连同排气管一起置于孔底，然后将插好注浆管与排气管的堵孔塞安装在堵塞位置，堵孔塞可采用模制的橡胶塞；

步骤3：注浆

注浆采用YSB-2B型液压砂浆泵，浆液灰砂比≥1：3，水灰比控制在0.45-0.6，注浆管选用塑料管，排气管选用的塑料管；

对于下向孔采用后退式注浆，即将注浆管置于孔底，边注浆边退注浆管，直到将孔注满为止，下向孔注浆压力0.8-2.0MPa；

对于上向孔采用前进式注浆，即将注浆管置于距堵孔塞0.2m～0.3m处，靠注浆泵的压力使砂浆注入孔内，当排气管出水后即停止注浆，上向孔注浆压力1.5-4.5MPa；

步骤4：锚具安装

注浆养护一天后，进行锚具安装，托板规格为200mm×200mm×35mm的钢板，采用张拉器将锁扣、托板和钢绞线固定，张拉力60MPa-80MPa。

4.根据权利要求3所述的用于分段凿岩阶段矿房法上盘注浆长锚索的施工方法，其特征在于，所述步骤1还包括废孔处理，在钻孔工程中，如遇卡钎、断钎，打到节理面或未打到设计长度时，不得进行灌浆支护，应另外选择位置重新钻孔。