论述长锚索施工技术在煤矿开采中应用
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论述长锚索施工技术在煤矿开采中的应用
【摘要】：从2006年开始全面采用上向进路充填采矿法代替上向水平分层充填采矿法，取得了一定的效果，但由于上向进路充填对充填接顶要求较高，试采初期由于种种原因，充填接顶效果并不理想，采矿过程中，也出现了几次采场顶板大面积冒落事故，对矿场的安全生产造成了很大影响。
因此，寻找一种高效、安全、经济的采场顶板支护方法，成为急需解决的课题。
文章主要针对长锚索预控顶采矿法技术展开了分析研究。
【关键词】：采矿长锚索预控顶技术应用
一、采用长锚索方案及其特点
采用长锚索预控顶上向进路充填采矿法，其特点是：在首采分层边进行进路采矿，边施工长锚索，长锚索长度10～15m。
长锚索施工并充填完毕，即可转层，回采上一分层。
每一分层的回采是在掘进完分层联络道后，以分层全高划分进路，间隔或连续回采。
第一批进路回采完毕便立即进行充填接顶，然后再回采并充填另一批进路，待整个分层的回采与充填工作结束后，再用进路回采上一分层。
回采2～3层进路后，需补打长锚索。
该方案的主要优点在于回采安全，矿石回收率高，贫化率低，缺点是采矿强度较上向水平分层采矿法略低，对充填接顶要求高。
二、方案的确定
2. 1 矿体赋存情况
矿体赋存于大理岩与蚀变闪长岩的接触带上，矿体上盘为大理
岩，节理裂隙较发育，稳定性较好，中等硬度， f = 8～10；矿体上盘为闪长岩、蚀变闪长岩，硬度变化较大， f = 4～12，近矿体处多为矽卡岩，较松软， f = 4～6。
矿石为磁铁矿，块状构造，粒状结构，致密中硬。
随着开采深度的不断增加，矿岩的物理力学性质发生了较大变化。
大部分矿体节理裂隙非常发育，纵横交错相互切割，形成了许多弱面，致使矿体较为破碎，这种矿石分布较为普遍，厚度从几米至几十米，有时上盘部分破碎，有时下盘部分破碎，有时矿体中间破碎，无明显分布规律，具有不可预测和不可避免的特点。
这种具有松散结构的矿石和其它大的节理、裂隙、断层形成的结构弱面的共同作用，致使矿体的整体稳固性很不确定。
2. 2 采准布置
每个矿块沿走向长30～50 m，矿块阶段高50 m，其中间柱宽5～10m、顶柱高8m，进路宽4～5m，高3. 5m。
采准工作主要是掘进分层斜坡道、分层巷道、溜井、人行通风充填井等。
2. 3 回采工艺
回采：采用进路采矿法回采，要求按设计回采顺序放线掘进。
本分层进路回采并充填完毕后再回采上一分层。
回采时，严格按中腰线施工，顶和帮采用光面爆破，超挖<0. 2 m。
炮孔距充填体≥0. 7 m。
首先回采- 46 m水平，回采过程中同时施工长锚索。
落矿采用7655 型气腿式凿岩机，钻凿直径38～42 mm的水平孔，孔深1. 8～2. 0 m，顶部炮孔应采用光面爆破，使采场顶板尽量平整。
三、加固采场顶板的机理
充分利用钢铰线的可延展性、抗拉强度大等优点，锚索的加固作用不仅在于提供直接平衡力，限制围岩的变形，更在于加强岩体的结构，提高岩体的自身承载能力，改善调整围岩的应力状态，从而提高岩体的稳定性，同时各锚索通过围岩岩体联系于一体，产生群锚加固整体效应。
四、长锚索施工
施工时，首先利用现有巷道施工钻孔并安装长锚索，施工完毕后，根据进路尺寸进行扩帮，然后补打长锚索。
首批进路回采、施工长锚索、充填完毕后，再根据设计回采下一批进路，然后再施工长锚索，这样逐条进路施工，达到设计网度，以加固顶板。
4.1 锚索长度的确定
根据松动圈支护理论，锚索长度l =lp +l1式中： lp —松动圈的大小，l1 —锚杆锚入松动圈以外岩体的深度。
根据现场矿岩、探矿巷道等条件，结合凿岩设备的凿岩效率和能力、上向分层高度以及长锚索安装成本等因素，确定长锚索的长度为15 m左右。
4.1.1 长锚索技术参数
（1）长锚索网度的确定
根据其它矿山的经验，其网度一般为（3～4 m）×（3～4 m）。
考虑到矿石的自身特点，矿石比较致密，体重一般在3. 5～3. 9 t/m3 之间，而且上下盘边界非常明显。
根据锚杆的悬吊原理和锚索的抗拉强度，计算网度为（2～3 m）×（2～3 m），局部破碎地带及
天溜井周围适当加密至（1～1.5 m）×（1～1.5m）。
在具体的施工过程中，根据矿岩的稳定程度，还应采取短锚杆或喷锚网支护等措施，以确保采场作业安全。
锚固深度一般不低于15 m，锚孔一般采用菱形交错布置。
当锚孔的上部有巷道时，锚孔深度以低于巷道底板0. 5 m为准，同时，在巷道以下采矿时，巷道位置也应提前施工长锚索；当矿体倾角较缓时，靠上盘锚孔深度以进入上盘岩石3～4 m为准，靠下盘锚孔应增加1～3个斜孔。
锚孔一般情况下垂直于采场顶板，一排孔必须在一个排面上。
（2）锚索的平面布置方式
锚索孔一般为菱形布置，垂直于采场顶板。
在矿体上盘或下盘位置适当布置一部分倾斜孔，但其倾角不小于80°。
（3）长锚索用材料
长锚索采用φ15.24mm 钢绞线，抗拉强度为1860mpa。
注浆管采用φ15 ～20 mm 硬聚氯乙稀管，排气管采用φ10～15 mm普通塑料管。
4. 2 锚孔钻凿
1）钻凿设备，锚索钻孔采用ygz-90中深孔钻机，钻凿直径为65mm 的上向孔。
2）施工时根据设计确定的锚孔直径、孔深、倾角进行现场施工。
锚索孔施工完成后，在退钎杆以前，应用高压水冲洗锚孔，冲去孔壁上的矿粉，以免影响注浆质量。
施工的锚孔经矿区技术人员验收合格后，方可进行长锚索安装。
4. 3 锚索安装
长锚索安装见图1。
采用人工将设计长度的长锚索送入孔底，通过木塞固定锚索。
为了增加长锚索与孔壁的摩擦力，防止其从孔内脱落伤人，长锚索安装时，应在其头部用棉纱、布头、黑胶布等缠绕牢固，缠绕直径略大于锚孔直径。
长锚索尾部以及排气管和木塞结合处，也要用黑胶布缠绕数圈，缠绕直径大于锚索孔及排气孔。
安装时应将排气管和注浆管一并送入孔内，排气管要绑扎在长锚索头部，和长锚索一起安装至孔底，注浆管进入孔内20～30 cm。
如木塞与锚孔之间有缝隙，应用棉纱堵严。
4. 4 锚孔注浆
4. 4. 1 封孔材料
采用柳木，中间均匀布置注浆孔（长锚索安装25 mm）、排气孔（φ15 mm）、锚索孔（φ20 mm）三孔。
4. 4. 2 注浆设备
注浆设备采用ub1型灰浆泵。
4. 4. 3 注浆材料
1）水泥砂浆的成分
注浆材料采用水泥砂浆，由水、水泥和河砂组成。
水泥采用普通425#或525#硅酸盐水泥。
砂子采用中细河砂，要求质地坚硬成分纯洁，不能含有泥、草等杂质，粒径1 mm以下的应占60%以上，其最大粒径为3 mm。
2）水泥砂浆的配比水灰比： 0. 4～0. 45；灰砂比（重量比）：1∶1～1∶1. 5。
3）水泥砂浆的配制
在配制水泥砂浆时对水泥和沙子应严格过筛，根据要求筛除不合格的颗粒。
砂浆采用jw180 型灰浆搅拌机井下搅拌，搅拌时要先按配比加入一定数量的水，然后缓慢加入水泥、砂子，搅拌一定要均匀，确保水和水泥、砂子完全混合，产生稠度均匀的水泥砂浆。
搅拌后水泥砂浆应立即应用，防止产生离析、沉淀现象。
4. 4. 4 注浆方式
采用上行式注浆，注浆时需要搭设工作平台，采用连续注浆的方式进行注浆，当排气管停止排气时（可将排气管插在一盛满水的矿泉水瓶中，通过观察排气管冒气泡情况判断是否排气），停止注浆泵，打开注浆泵泄压阀泄压后，将注浆管在管口附近切段并向上打折并捆绑牢固，防止跑浆。
五、结束语
通过采用长锚索预控顶支护技术，配合上向进路充填采矿法，有效的控制了采场顶板冒落，取得了成功的采矿效果，解决了不稳固矿体的开采安全问题，为同类型矿山提供了借鉴。
