ＳＳｅｐｅｒｔｅｉａｍｌ ｂＮｅｏｒ．． ２５０５１７５ 现 ꢀ 代 ꢀ 矿 ꢀ 业 ＭＯＤＥＲＮ ＭＩＮＩＮＧ ２０１５总年 第９５月５７第期 ９ 期 锚 索 在 崩 落 法 转 充 填 法 开 采 隔 离 层 支 护 中 的 应 用 王 奇 伟 （ 武 钢 资 源 集 团 有 限 公 司 ） ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 某 地 下 铁 矿 山 试 行 崩 落 法 转 充 填 法 开 采 ， 过 渡 期 对 隔 离 层 稳 定 性 有 高 强 度 要 求 ， 采 用 锚 索 高 强 度 的 支 护 方 式 ， 有 效 解 决 了 该 隔 离 层 的 稳 定 性 问 题 ， 保 障 了 矿 山 安 全 生 产 。 关 键 词 ꢀ 锚 索 支 护 ꢀ 崩 落 法 转 充 填 法 ꢀ 隔 离 层 ［ ꢀ ꢀ 长 期 以 来 ， 由 于 矿 体 埋 藏 条 件 、 设 备 能 力 和 开 采 板 的 预 先 支 护 ２］ ， 一 些 煤 矿 也 采 用 锚 索 作 为 煤 系 地 经 济 性 等 因 素 限 制 ， 我 国 地 下 铁 矿 山 大 多 采 用 崩 落 法 或 空 场 法 开 采 。 然 而 ， 随 着 地 下 铁 矿 山 塌 陷 区 越 来 越 大 ， 尾 矿 库 扩 容 越 来 越 多 ， 以 及 国 家 对 提 升 矿 产 资 源 利 用 率 和 加 强 矿 山 环 境 保 护 的 要 求 不 断 提 高 ， 矿 山 土 地 征 用 及 搬 迁 成 本 迅 速 增 加 ， 矿 山 面 临 的 环 保 和 生 产 成 本 增 加 的 双 重 难 题 日 益 显 现 。 为 此 ， 部 分 地 下 铁 矿 山 尝 试 由 崩 落 采 矿 法 转 为 充 填 采 矿 法 。 如 河 北 钢 铁 石 人 沟 铁 矿 、 马 钢 和 睦 山 铁 矿 、 武 钢 大 冶 铁 矿 等 １］ 。 层 和 穿 层 斜 巷 的 巷 道 支 护 ， 均 取 得 了 良 好 效 果 。 锚 索 支 护 ３］ 示 意 见 图 １。 ［ ［ 为 实 现 崩 落 法 向 充 填 法 的 平 稳 过 渡 ， 综 合 考 虑 矿 山 生 产 矿 量 平 衡 和 施 工 安 全 的 条 件 下 ， 开 采 过 程 中 保 留 一 定 厚 度 的 隔 离 层 ， 该 矿 层 在 充 填 法 开 采 首 中 段 全 部 完 成 后 才 采 用 无 底 柱 分 段 崩 落 法 进 行 回 采 。 过 渡 期 内 隔 离 层 上 部 崩 落 法 开 采 ， 下 部 充 填 法 开 采 ， 在 没 有 稳 固 岩 层 提 供 悬 吊 支 点 的 薄 层 状 岩 层 中 ， 可 利 用 锚 索 拉 力 将 地 层 组 合 起 来 ， 形 成 组 合 梁 结 构 进 行 支 护 ， 保 存 较 长 时 间 。 为 此 ， 需 根 据 岩 体 的 稳 固 情 况 采 取 高 强 度 的 支 护 手 段 ， 防 止 隔 离 层 在 此 期 间 受 到 严 重 破 坏 ， 最 终 实 现 矿 山 采 矿 方 法 的 顺 利 过 渡 。 ［ ３］ 图 １ꢀ 锚 索 支 护 示 意 图 １ ． ２ꢀ 锚 索 支 护 机 理 锚 索 结 构 与 普 通 砂 浆 锚 杆 基 本 相 同 ， 但 长 度 大 于 砂 浆 锚 杆 ， 且 钻 孔 直 径 大 ， 通 过 向 矿 岩 中 已 钻 好 的 中 深 孔 放 入 一 根 或 多 根 钢 丝 绳 或 钢 绞 线 ， 向 孔 中 注 入 水 泥 砂 浆 ， 实 现 锚 固 作 用 。 锚 索 锚 固 范 围 大 ， 通 过 多 根 组 合 ， 可 以 实 现 多 种 支 护 作 用 ， 国 内 外 比 较 公 认 的 是 挤 压 理 论 、 悬 吊 理 论 和 减 跨 理 论 。 １ ． ２． １ꢀ 挤 压 加 固 拱 理 论 １ ꢀ 锚 索 支 护 技 术 主 要 体 现 在 预 应 力 锚 索 中 ， 松 散 岩 石 在 预 应 力 １ ． １ꢀ 锚 索 支 护 技 术 的 发 展 作 用 下 围 绕 每 根 锚 索 的 周 围 形 成 一 个 两 头 带 圆 锥 的 筒 形 挤 压 区 或 压 缩 应 力 区 ， 在 系 统 排 列 的 锚 索 群 中 ， 这 些 挤 压 区 或 压 缩 应 力 区 便 组 成 了 一 个 具 有 相 当 宽 厚 的 均 匀 压 缩 加 固 带 （ 如 图 ２ 所 示 ） ， 相 当 于 一 种 承 载 结 构 ， 可 支 承 相 当 大 的 载 荷 。 锚 索 支 护 已 有 ９０ 多 ａ 的 历 史 ， 最 早 于 １９３４ 年 在 阿 尔 及 利 亚 舍 尔 法 大 坝 的 加 固 工 程 中 应 用 ， 并 获 得 成 功 。 １９７０ 年 以 后 ， 随 着 锚 索 理 论 的 不 断 发 展 ， 锚 索 支 护 技 术 有 了 新 的 发 展 。 近 几 十 年 来 ， 我 国 的 锚 索 技 术 研 究 和 使 用 也 得 到 了 长 足 的 进 步 ， １９８０ 年 以 来 ， 许 多 有 色 金 属 矿 采 用 锚 索 作 为 充 填 法 采 场 顶 １ ． ２． ２ꢀ 悬 吊 理 论 巷 道 开 挖 之 后 ， 巷 道 中 部 分 区 域 的 岩 层 可 能 发 生 松 动 和 破 裂 ， 锚 索 锚 入 岩 体 内 部 后 ， 利 用 其 较 强 的 ꢀ ꢀ 王 奇 伟 （ １９８５— ） ， 男 ， 经 济 师 ， 助 理 工 程 师 ， ４３００８０ 湖 北 省 武 汉 抗 拉 能 力 将 松 软 岩 层 悬 吊 于 深 部 稳 定 的 岩 层 之 ［ ５］ ， 如 图 ３ 所 示 。 市 青 山 区 建 设 六 路 １０７ 号 。 上 １ ８９ 总 第 ５５７ 期 现 代 矿 业 ２０１５ 年 ９ 月 第 ９ 期 ［ ４］ 图 ２ꢀ 锚 索 挤 压 理 论 应 力 场 示 意 图 ５ꢀ 充 填 采 场 剖 面 示 意 图 ３ꢀ 悬 吊 理 论 示 意 １ ． ２． ３ꢀ 减 跨 理 论 当 巷 道 顶 板 为 层 状 岩 层 时 ， 锚 索 穿 入 岩 层 内 ， 增 图 ６ꢀ ９＃ 进 路 现 场 垮 冒 加 顶 板 组 合 岩 层 的 支 点 ， 缩 短 梁 或 板 的 跨 距 ， 减 小 其 中 因 横 力 而 产 生 的 弯 距 及 因 弯 距 产 生 的 弯 曲 应 力 ， 从 而 有 效 减 小 顶 板 整 体 变 形 程 度 ， 提 高 顶 板 的 整 体 稳 定 性 ６］ ， 如 图 ４ 所 示 。 ２ ． ２ꢀ 支 护 方 案 为 有 效 提 高 隔 离 层 的 稳 固 性 ， 防 止 上 部 崩 落 法 ［ 松 散 覆 盖 岩 层 贯 通 下 部 充 填 区 （ 如 图 ７ 所 示 ） ， 引 起 废 石 混 入 、 冲 击 气 压 和 井 下 泥 石 流 等 重 大 灾 害 事 故 ， 研 究 采 用 锚 索 支 护 ， 施 工 中 以 １ ｍ 为 间 隔 ， 交 叉 辅 以 锚 杆 联 合 支 护 ， 防 止 隔 离 层 内 巷 道 顶 板 脱 落 。 图 ４ꢀ 减 跨 理 论 示 意 ２ ꢀ 工 程 应 用 ２ ． １ꢀ 工 程 概 况 国 内 某 矿 山 目 前 采 用 无 底 柱 分 段 崩 落 采 矿 法 ， 随 着 开 采 深 度 的 加 深 ， 矿 山 地 表 塌 陷 区 警 界 线 日 益 扩 展 ， 尾 矿 存 储 量 日 益 增 加 ， 给 矿 山 带 来 了 征 地 、 拆 迁 补 偿 、 尾 矿 库 库 容 告 急 等 一 系 列 难 题 。 在 综 合 考 虑 技 术 、 成 本 及 经 济 效 益 后 ， 该 矿 尝 试 将 使 用 充 填 采 矿 法 ， 并 选 择 西 Ⅰ区 ２５ 线 （ 东 ） ～ １９１ 线 （ 西 ） － ３６８ 图 ７ꢀ 充 填 采 场 矿 石 隔 离 带 冒 穿 剖 面 示 意 ２． ２． １ꢀ 支 护 参 数 按 照 组 合 梁 理 论 ， 锚 索 支 护 采 用 上 向 扇 形 布 置 ， 排 距 ２ ｍ， 每 排 分 布 ５ 根 锚 索 ； 为 加 强 锚 索 的 作 用 范 围 和 相 邻 进 路 锚 索 的 联 合 效 应 ， 锚 索 边 孔 设 计 为 ± ２５°和 ± ４５°， 深 度 要 求 相 邻 巷 道 锚 索 对 接 ； 锚 杆 支 护 包 括 边 帮 及 顶 帮 ， 采 用 双 中 心 扇 形 布 局 ， 排 距 ～ － ３９６ ｍ 水 平 的 ７０１、 ７０３ 矿 块 为 充 填 试 采 区 域 ， 其 中 － ３５４ ｍ 水 平 以 上 采 用 无 底 柱 分 段 崩 落 法 ， － ３６８ ｍ 水 平 以 下 采 用 阶 段 空 场 嗣 后 充 填 采 矿 法 。 为 确 保 本 次 设 计 范 围 内 矿 体 的 安 全 生 产 ， 同 时 考 虑 崩 落 采 矿 法 与 充 填 采 矿 法 的 衔 接 ， 设 计 在 充 填 法 矿 块 之 上 预 留 一 个 分 段 （ 高 度 １４ ｍ） 的 顶 柱 作 为 隔 离 层 ， ７０１ 矿 块 采 至 － ３５４ ｍ 水 平 ， ７０３ 矿 块 采 至 ２ ｍ， 与 锚 索 隔 排 施 工 。 具 体 支 护 形 式 和 参 数 分 别 如 图 ８ 和 表 １ 所 示 。 － ３６８ ｍ 水 平 （ 如 图 ５） ， 待 试 采 矿 块 充 填 后 ， 运 用 无 底 柱 分 段 崩 落 采 矿 法 对 隔 离 层 进 行 回 收 。 工 程 初 期 ， 采 用 喷 锚 网 方 式 对 ９＃ 进 路 进 行 全 进 路 支 护 ， 但 是 因 地 质 条 件 较 差 和 锚 杆 长 度 过 短 、 支 护 作 用 范 围 小 等 原 因 ， 出 现 了 较 大 面 积 垮 冒 （ 如 图 ６） ， 影 响 了 工 程 施 工 进 度 和 作 业 安 全 。 图 ８ꢀ 锚 索 及 锚 杆 支 护 布 置 １ ９０ ꢀ ꢀ 王 奇 伟 ： 锚 索 在 崩 落 法 转 充 填 法 开 采 隔 离 层 支 护 中 的 应 用 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０１５ 年 ９ 月 第 ９ 期 表 １ꢀ 锚 索 及 锚 杆 支 护 参 数 的 充 填 空 场 ， 保 障 了 井 下 现 场 出 矿 和 充 填 作 业 安 全 ， 锚 索 支 护 作 用 明 显 ， 实 现 了 预 期 效 果 。 扇 形 中 心 高 度 锚 孔 深 度 ／ ｍ 锚 索 长 度 ／ ｍ 锚 孔 直 径 ／ ｍｍ 支 护 方 式 排 距 角 度 ／ ｍ ／ （ ± °） ３ ꢀ 结 ꢀ 语 地 下 矿 山 在 崩 落 法 转 充 填 法 过 渡 期 中 ， 预 留 的 ／ ｍ 锚 索 锚 杆 ２ １． ５ ２５， ４５， ９０ ０， ２５， ５０， ７５， ９０ ０ ７， ９， １０ ８， １０， １１ ２ ２ ７５ ４０ ４０ １ ０ ． ５ ． ７ ２． ５ ２． ２ 隔 离 层 的 稳 定 性 对 于 新 采 矿 方 法 实 施 和 矿 山 安 全 生 产 有 重 大 影 响 。 通 过 对 隔 离 层 施 加 高 预 应 力 锚 索  锚 杆 组 合 支 护 ， 很 大 程 度 上 提 高 了 岩 体 支 护 强 度 和 支 护 范 围 ， 提 升 了 深 部 岩 体 的 承 载 能 力 ， 有 效 地 控 制 了 巷 道 围 岩 的 变 形 ， 为 下 部 充 填 空 场 的 形 成 和 充 填 提 供 了 安 全 保 障 。 锚 索 支 护 技 术 具 有 施 工 简 单 、 工 期 短 、 锚 固 范 围 大 、 锚 固 力 强 的 优 点 ， 能 够 充 分 发 挥 其 挤 压 、 悬 吊 、 减 跨 及 组 合 梁 作 用 ， 并 且 施 工 过 程 中 注 入 孔 内 的 砂 浆 冲 入 岩 体 风 化 层 的 节 理 、 裂 隙 ， 与 破 碎 带 风 化 层 形 成 一 体 ， 自 身 稳 固 性 得 到 提 高 ， 对 “ 三 下 ” 开 采 、 露 天 转 地 下 等 矿 山 领 域 的 顶 板 支 护 ， 有 着 很 好 的 借 鉴 意 义 。 ２ ２ ． ２． ２ꢀ 材 料 选 择 （ １） 锚 索 。 基 于 强 度 、 延 展 性 、 松 弛 值 和 价 格 ４ 项 指 标 ， 及 便 于 运 输 与 安 装 的 考 虑 ， 工 程 中 常 见 的 锚 索 材 料 有 钢 丝 、 钢 绞 线 以 及 精 轧 螺 纹 钢 筋 。 根 据 不 同 材 料 的 特 点 和 本 支 护 工 程 的 指 标 要 求 ， 选 用 １８ ｍｍ（ １ × ７） 型 钢 绞 线 。 （ ２） 注 浆 。 选 用 普 通 硅 酸 盐 水 泥 、 中 细 河 沙 及 水 组 成 ， 水 灰 比 ０ ３８ ～ ０ ５， 灰 砂 比 （ 质 量 比 ） 为 １∶ １， 使 用 搅 拌 机 井 下 现 场 搅 拌 。 ２ ． ３ꢀ 支 护 施 工 在 － ３６８ ｍ 水 平 采 准 进 路 ， 按 照 设 计 方 案 从 进 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 路 端 部 矿 体 上 盘 交 界 带 开 始 沿 巷 道 由 内 向 外 ， 每 ２ ｍ 间 距 布 设 １ 排 扇 形 锚 索 ， 并 在 锚 索 排 前 后 １ ｍ 间 距 位 置 布 设 一 排 扇 形 锚 杆 ， 直 至 矿 体 下 盘 矿 岩 交 界 带 。 选 用 １４１ 台 车 钻 孔 ， 风 动 注 浆 机 锚 孔 注 浆 ， 按 照 施 工 准 备 、 造 孔 、 锚 索 （ 杆 ） 制 作 与 安 装 、 注 浆 、 锚 索 ［ １］ ꢀ 江 ꢀ 兵 ， 吴 ꢀ 珊 ． 大 冶 铁 矿 崩 落 法 转 充 填 法 过 渡 区 开 采 技 术 研 究 ［ Ｊ］ ． 有 色 金 属 ： 矿 山 部 分 ， ２０１４， ６６（ ３） ： ２３２５． ［ ２］ ꢀ 刘 斯 忠 ， 王 洪 江 ， 吴 爱 祥 ， 等 ． 破 碎 软 岩 中 长 锚 索 支 护 参 数 设 计 及 其 应 用 ［ Ｊ］ ． 铜 业 工 程 ， ２０１３（ ２） ： ２９３２． ［ ３］ ꢀ 俞 德 庆 ． 应 用 长 锚 索 加 固 技 术 提 高 矿 岩 自 支 承 能 力 ［ Ｊ］ ． 有 色 矿 山 ， ２０１１， ３０（ ６） ： ４７． （ 杆 ） 张 拉 锁 定 与 封 锚 的 标 准 工 序 逐 排 施 工 ， 施 工 过 ［ ４］ ꢀ 王 金 华 ， 康 红 普 ， 高 富 强 ． 锚 索 支 护 传 力 机 制 与 应 力 分 布 的 数 值 模 拟 ［ Ｊ］ ． 煤 炭 学 报 ， ２００８， ３３（ １） ： １６． 程 中 严 格 遵 守 相 关 作 业 规 程 ， 确 保 施 工 质 量 。 ２ ． ４ꢀ 支 护 效 果 ［ ５］ ꢀ 侯 ꢀ 琴 ． 锚 索 支 护 理 论 及 参 数 确 定 方 法 探 讨 ［ Ｊ］ ． 山 西 建 筑 ， ２００６， ３２（ ２１） ： ８８９０． 支 护 施 工 完 成 后 ， 对 隔 离 带 巷 道 顶 板 进 行 了 数 ［ ６］ ꢀ 王 瑞 星 ， 孙 洪 洲 ， 刘 志 义 ． 基 于 松 散 介 质 理 论 长 锚 索 支 护 网 度 月 跟 踪 检 查 ， 隔 离 层 稳 定 ， 层 内 进 路 轮 廓 完 好 ， 没 有 出 现 明 显 开 裂 或 冒 落 情 况 ， 隔 离 层 下 部 可 形 成 稳 定 优 选 ［ Ｊ］ ． 现 代 矿 业 ， ２０１４， ５３８（ ２） ： １４１１４２． （ 收 稿 日 期 ２０１５０５２０） 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 （ 上 接 第 １０７ 页 ） 形 成 了 初 始 矿 源 层 或 矿 化 体 。 在 进 一 步 开 展 找 矿 工 作 提 供 参 考 。 矿 源 层 形 成 之 后 ， 班 公 湖 — 怒 江 特 提 斯 洋 向 南 与 雅 鲁 藏 布 江 新 特 提 斯 洋 向 北 双 向 俯 冲 ， 强 烈 的 碰 撞 挤 压 作 用 使 得 隆 格 尔 — 念 青 唐 古 拉 岛 链 带 上 地 壳 增 厚 发 生 局 部 熔 融 并 形 成 大 量 的 岩 浆 ， 随 着 岩 浆 结 晶 分 异 作 用 的 进 行 ， 从 岩 浆 中 分 离 出 大 量 热 液 １］ 。 岩 浆 及 气 水 溶 液 在 上 升 过 程 中 从 地 层 和 早 先 金 属 物 质 富 集 的 区 域 萃 取 出 大 量 的 成 矿 物 质 。 气 水 热 液 沿 着 成 矿 有 利 地 层 及 构 造 带 经 渗 滤 交 代 和 扩 散 交 代 作 用 形 成 石 英 硫 化 物 矿 石 或 对 早 期 热 水 沉 积 作 用 形 成 的 矿 化 体 进 行 叠 加 改 造 并 富 集 。 据 此 ， 可 确 定 矿 床 成 因 类 型 为 热 水 沉 积 热 液 叠 加 改 造 型 矿 床 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 ［ １］ ꢀ 潘 桂 棠 ， 莫 宣 学 ， 侯 增 谦 ， 等 ． 冈 底 斯 造 山 带 的 时 空 结 构 及 演 化 ［ Ｊ］ ． 岩 石 学 报 ， ２００６， ２２（ ３） ： ５２１５３３． ［ ２］ ꢀ 朱 弟 成 ， 潘 桂 棠 ， 王 立 全 ， 等 ． 西 藏 冈 底 斯 带 中 生 代 岩 浆 岩 的 时 空 分 布 和 相 关 问 题 的 讨 论 ［ Ｊ］ ． 地 质 通 报 ， ２００８， ２７（ ９） ： １５３７ １５５０． ［ ［ ［ ３］ ꢀ 耿 全 如 ， 王 立 全 ， 潘 桂 棠 ， 等 ． 西 藏 冈 底 斯 带 石 炭 纪 陆 缘 裂 陷 作 用 ——— 火 山 岩 和 地 层 学 证 据 ［ Ｊ］ ． 地 质 学 报 ， ２００７， ８１ （ ９） ： １ ２５９１２７６． ４］ ꢀ 刘 ꢀ 君 ， 潘 ꢀ 亮 ， 赵 鹤 森 ， 等 ． 水 系 沉 积 物 测 量 在 老 挝 巴 乌 地 区 的 应 用 ［ Ｊ］ ． 金 属 矿 山 ， ２０１５（ ２） ： ９２９７． ［ ５］ ꢀ 常 ꢀ 鑫 ， 王 权 锋 ， 李 ꢀ 程 ， 等 ． 巴 丹 地 区 多 金 属 矿 地 球 化 学 特 征 及 找 矿 意 义 ［ Ｊ］ ． 金 属 矿 山 ， ２０１４（ ８） ： ８３８６． ６ ꢀ 结 ꢀ 语 在 分 析 西 藏 下 波 松 多 铅 多 金 属 矿 区 地 质 特 征 的 ［ ６］ ꢀ 蒋 艳 明 ． 因 子 分 析 法 在 水 系 沉 积 物 地 球 化 学 分 区 中 的 应 用 ［ Ｊ］ ． 现 代 矿 业 ， ２０１４（ ３） ： ４８４９． 基 础 上 ， 结 合 １∶ ５ 万 水 系 沉 积 物 测 量 成 果 分 析 了 区 （ 收 稿 日 期 ２０１５０７２０） １９１ 内 地 球 化 学 特 征 ， 并 讨 论 了 矿 床 特 征 及 成 因 ， 为 区 内