上盘破碎围岩长锚索整体加固方法

1.本发明涉及矿山开采加固技术，具体地，涉及一种上盘破碎围岩长锚索整体加固方法。


背景技术：

2.分段采矿法通过矿岩与所留设的矿柱来维持采场的稳定，适用围岩稳固的矿体的开采；然而，由于工程地质条件的不同，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。
3.倾斜且围岩破碎的中厚矿体在金属矿山中普遍存在，由于上盘围岩不稳固，回采难以保证采场的安全，其上盘三角矿体的开采一直面临着诸多困难。近年来随着中深孔分段采矿法等方法的推广，上盘暴露面也随之增大，当倾斜矿体的上盘围岩稳固性较差时，会给上盘三角矿体的回采带来极大的困难。此种工况下，经常采用倾斜矿体上盘岩层直立稳固、上盘围岩混凝土挡墙加固等方法对上盘围岩进行加固，然而这些支护方法需要留出部分上盘三角矿体辅助支撑加固，并且，在回采上盘矿体时，会崩落部分上盘围岩，从而造成矿石损失与矿石贫化，同时支护可靠性也较差。
4.锚索支护技术作为一种重要支护方式，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、挤压加固等作用，特别适用于层状岩体的支护。
5.因此，需要探寻一种可行的上盘破碎带支护方法，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。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种上盘破碎围岩长锚索整体加固方法，该上盘破碎围岩长锚索整体加固方法能够有效加固上盘围岩，保证采矿的安全稳定。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供一种上盘破碎围岩长锚索整体加固方法，包括如下步骤：
8.s1、沿各分段矿体下部的凿岩横巷或硐室掘进上盘围岩破碎带开凿脉外巷道，并向两侧拉开形成脉外硐室；
9.s2、对所述脉外硐室进行控顶；
10.s3、在所述脉外硐室中，沿矿体走向逐排向下钻凿锚索钻孔，所述锚索钻孔伸入上盘矿体边界1
‑
2m；
11.s4、沿每列的所述锚索钻孔布置加强梁，将长锚索一端穿入所述锚索钻孔，其另一端与所述加强梁固定连接；
12.s5、完成各所述长锚索的安装后，向所述锚索钻孔内注浆。
13.优选地，所述脉外硐室的高度向脉外方向逐渐减小。
14.优选地，在步骤s4中，所述加强梁向脉外方向伸出所述脉外硐室端部0.5
‑
1m。
15.具体地，所述加强梁上设置有与每列的各所述锚索钻孔对应的通孔，所述长锚索通过所述加强梁上的通孔后穿入对应的所述锚索钻孔内。
16.具体地，在每列的各所述锚索钻孔中，相邻所述锚索钻孔之间的孔距向脉外方向逐渐减小。
17.可选地，在每行的各所述锚索钻孔中，相邻所述锚索钻孔之间的孔距相同。
18.优选地，在每行的各所述锚索钻孔中，两端的所述锚索钻孔与所述上盘围岩的间距小于相邻所述锚索钻孔之间的孔距。
19.可选地，各所述锚索钻孔的孔底距相同。
20.具体地，在步骤s2中，采用喷锚联合支护法对所述脉外硐室进行控顶。
21.具体地，在步骤s5中，采用c30混凝土向所述锚索钻孔内注浆。
22.通过上述技术方案，本发明的有益效果如下：
23.在本发明基本技术方案中，凿岩横巷或硐室向脉外方向开凿脉外硐室，在脉外硐室中，沿矿体走向逐排向下钻凿锚索钻孔，通过长锚索对上盘围岩进行加固，能够有效维护采场的稳定，从而能够提高上盘三角矿体回采的安全性，同时，有利于提高上盘三角矿体的回采效率，降低矿石损失以及矿石贫化率；而且，采用加强梁与长锚索固定连接，能够使长锚索受到上盘围岩的拉应力时，加强梁为长锚索提供更好的受力点，使其受力极限更大、受力更为均匀。
24.而且，脉外硐室的高度向脉外方向逐渐减小，有利于减少开挖量，降低劳动强度，节约采矿成本。
25.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
26.下列附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：
27.图1是本发明具体实施方式的上盘破碎围岩长锚索整体加固方法的原理示意图；
28.图2是图1中
ⅰ‑ⅰ
向的剖面图；
29.图3是图1中
ⅱ‑ⅱ
向的剖面图；
30.图4是本发明具体实施方式的上盘破碎围岩长锚索整体加固方法的流程框图。
31.附图标记说明
32.1加强梁
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2长锚索
33.3脉外硐室
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4上盘三角矿体
34.5锚杆
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6上盘围岩
35.7硐室
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8底柱
36.9顶柱
具体实施方式
37.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实
施方式。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.此外，在本发明的描述中，需要理解的是，方位术语以实际操作时的方位为基准，例如，在实际操作中，操作人员需要自上而下钻孔；附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.如图1至图4所示，本发明基本实施方式的上盘破碎围岩长锚索整体加固方法，包括如下步骤：
41.s1、沿各分段矿体下部的凿岩横巷或硐室7掘进上盘围岩破碎带开凿脉外巷道，并向两侧拉开形成脉外硐室3；
42.s2、对所述脉外硐室3进行控顶；
43.s3、在所述脉外硐室3中，沿矿体走向逐排向下钻凿锚索钻孔，所述锚索钻孔伸入上盘矿体边界1
‑
2m；
44.s4、沿每列的所述锚索钻孔布置加强梁1，将长锚索2一端穿入所述锚索钻孔，其另一端与所述加强梁1固定连接；
45.s5、完成各所述长锚索2的安装后，向所述锚索钻孔内注浆。
46.本发明在使用分段采矿法的采切工程的基础上，对分段矿体下部的凿岩横巷或硐室7继续开凿，穿过上盘三角矿体4的边界开凿脉外巷道，并向脉外巷道的两侧继续开凿形成脉外硐室3，能够很好地配合原有的采准、切割与回采等工艺，具有较好得到经济技术性；在脉外硐室中，向下钻凿锚索钻孔，方便施工，尤其将锚索钻孔伸入上盘矿体边界1
‑
2m，即能够使长锚索2也伸入上盘矿体边界1
‑
2m，能够实现更好地加固效果，而且，采用加强梁1与长锚索2固定连接，能够使长锚索2受到上盘围岩的拉应力时，加强梁1为长锚索2提供更好的受力点，使其受力极限更大、受力更为均匀。
47.一般地，加强梁1可以为高强度金属制备的梁结构，例如钢梁、硬质合金制备的梁结构等。
48.具体地，可以采用喷锚联合支护法对所述脉外硐室3进行控顶；完成各所述长锚索2的安装后，可以采用c30混凝土向所述锚索钻孔内注浆，以完成对上盘围岩的加固。
49.需要说明的是，锚索的受拉件是钢绞线制作，受力较大，通常应用在大吨位锚固工程。长锚索2是指长度较长的锚索，在具体实施例中，根据安装位置不同，长锚索2为长度在2.4m到12.8m之间的钢丝绳，钢丝绳使用前需去油，例如，打直径65mm的中深孔，安装直径18mm的长锚索2，长锚索2，然后向中深孔内注浆，对长锚索2进行固定。
50.为了减少挖掘的工作量，可以使脉外硐室3的高度向脉外方向逐渐减小，形成脉外硐室3后，要立即使用锚杆对脉外硐室3进行预控顶喷锚联合支护。
51.此外，为了能够较好地固定加强梁1，可以使加强梁1向脉外方向延伸，伸出脉外硐室3端部0.5
‑
1m，使加强梁1的端部伸入上盘围岩，与上盘围岩固定，从而使加强梁1为长锚
索2提供更好的受力点，使其受力极限更大、受力更为均匀。
52.具体地，可以在加强梁1上设置多个通孔，各通孔与每列的各所述锚索钻孔一一对应，使长锚索2能够通过通孔穿入对应的所述锚索钻孔内，从而实现对上盘围岩的加固。其中，通孔的形状与长锚索2的横截面形状相适应，例如圆形孔、矩形孔等。
53.在施工所述锚索钻孔时，使用中深孔台车沿矿体走向逐排(按列排布)施工锚索钻孔，使锚索钻孔伸入上盘矿体边界1
‑
2m。
54.其中，每列中各相邻锚索钻孔之间的孔距向脉外方向逐渐减小，以适应对应长锚索承受的拉应力；由于靠近上盘围岩的长锚索2承受更大的拉应力，因此，布置锚索钻孔时，随着脉外硐室3向脉外方向的延伸方向，相邻锚索钻孔之间的孔距逐渐减小，即越靠近脉外硐室3端部的上盘围岩，锚索钻孔布置越密。
55.从横向排布来看，即在每行的各所述锚索钻孔中，相邻所述锚索钻孔之间的孔距相同。其中，在每行的各所述锚索钻孔中，位于两端的所述锚索钻孔与所述上盘围岩的间距小于相邻所述锚索钻孔之间的孔距。而且，各所述锚索钻孔的孔底距相同。
56.为了便于理解本发明的技术构思，以下对本发明的优选实施方式进行说明。
57.参照图1至图4，沿各分段底部开凿硐室7，向上盘围岩继续开凿脉外巷道，然后，将脉外巷道向两侧拉开形成脉外硐室3，为减少开挖量，脉外硐室3的高度向脉外方向逐渐减小，形成脉外硐室3后，立即使用锚杆5对脉外硐室3进行预控顶喷锚联合支护；
58.在脉外硐室3底部，使用中深孔凿岩台车，按纵向排布方式，即按列排布，开凿锚索钻孔，布置多列锚索钻孔，锚索钻孔伸入上盘矿体边界1
‑
2m，其中，在每列的锚索钻孔中，相邻锚索钻孔之间的孔距向脉外方向逐渐减小，以便能够较好地配合长锚索2承受拉应力的规律；从横向排布(按行排布)来看，在每行的各所述锚索钻孔中，相邻锚索钻孔之间的孔距相同；各锚索钻孔的孔底距相同；
59.沿每列的锚索钻孔布置加强梁，加强梁上设置有多个通孔，加强梁上通孔与每列的锚索钻孔一一对应布置，保证契合；
60.将长锚索2穿过加强梁上的通孔伸入对应的锚索钻孔，待长锚索2安装到位后，向锚索钻孔中注入c30混凝土，完成长锚索2的安装工作，使长锚索2与上盘围岩凝结为一体。
61.其中，注浆完成后，可以采用张拉器将锁扣、加强梁1和长锚索2固定。注浆采用液压砂浆泵，注浆管选用塑料管，采用后退式注浆，即将注浆管置于锚索钻孔底部，边注浆边退注浆管，直到将锚索钻孔注满为止。
62.由上述技术方案可以看出，在原有的硐室7的基础上，开凿脉外硐室3，能够很好地契合原有的的采准、切割与回采等采矿工艺，而且，脉外硐室3的高度向脉外方向逐渐减小，能够减少工作量，降低劳动强度，及时对脉外硐室3进行预控顶喷锚联合支护，保证施工安全。此外，向下开凿锚索钻孔，方便施工；由于脉外硐室3中靠近上盘围岩的长锚索2承受更大的拉应力，在每列的锚索钻孔中，相邻锚索钻孔之间的孔距向脉外方向逐渐减小。在脉外硐室3内布置加强梁1，长锚索2上端固定于加强梁1的不同位置，在长锚索2受到上盘围岩的拉应力时，加强梁1可为长锚索2提供更好的受力点，受力极限更大、受力更为均匀，加强梁1与长锚索2的安装区域覆盖上盘围岩上部的全部区域，长锚索2可以较为均匀的安装在整个上盘围岩，实现上盘围岩整体加固，加固效果更好。而且，上盘围岩使用长锚索2整体加固，维护了采场的稳定，提高了上盘三角矿体回采安全性；由于上盘围岩得到加固，因此有助于
应用竖直中深孔爆破落矿等回采效率更高的采矿方法回采上盘三角矿体，有利于提高上盘三角矿体的回采效率；实现围岩破碎的上盘三角矿体全部回采，且回采时无废石混入，避免了矿石损失与矿石贫化。
63.此外，当一个分段开采完毕后，整个分段包括脉外硐室3都将被充填，只有正在开采的分段脉外硐室3暴露在上盘围岩里，暴露面较小，具有很好的上盘围岩的加固效果。同时，由于脉外硐室3暴露时间有限(分段开采后就会被立即充填)，因此，降低了脉外硐室3的维护费用，也更好的维护了上盘围岩的稳定。而且，直接在已有的分段硐室7继续开凿，不需要额外的脉外工程。
64.下面结合三山岛金矿1700
‑
1708采场具体操作实例及图1至图3对本发明作进一步说明：
65.三山岛金矿1700
‑
1708采场
‑
915～
‑
870m中段矿体平均倾角52
°
，上盘围岩6不稳固，上盘三角矿体4开采支护难度较大。中段采用预控顶中深孔上下盘分采分段嗣后充填采矿法，将矿体每45m高度划分为一个中段，沿矿体走向每8m间隔划分为矿房与矿柱，矿房与矿柱间隔布置。矿房与矿柱内每12m高度设置分段，中段底部和顶部分别留6m高度的底柱8和顶柱9，各分段底部开凿3m
×
8m硐室7作为爆破自由面与出矿空间。
66.结合本发明的上盘破碎围岩长锚索整体加固方法，具体步骤如下：
67.沿各分段底部已形成的3m
×
8m硐室7，向上盘围岩6方向(脉外方向)开凿脉外巷道，脉外巷道长度为12m，然后向脉外巷道的两侧拉开形成脉外硐室3，为了减少开挖量，脉外硐室3向脉外方向高度逐渐减小。形成脉外硐室3后，立即使用锚杆5+喷注混凝土的喷锚联合支护法对脉外硐室3进行预控顶。
68.使用中深孔凿岩台车在脉外硐室3底部开凿孔径为110mm的锚索钻孔，沿脉外硐室3延伸方向，在脉外硐室3底部按列排孔，每排锚索钻孔间距为1.85m，最外两排锚索钻孔距离对应侧的围岩均为0.3m。就单排锚索钻孔而言，由于脉外硐室3中越远离硐室7的长锚索2承受的拉应力越大，因此，布孔时随着脉外硐室3的延伸方向相邻锚索钻孔之间的孔距逐渐减小。例如，单排布孔的数量设计为7个，孔距设计为2.5m、2.2m、1.9m、1.6m、1.3m、1.0m，每排锚索钻孔的两端锚索钻孔距离脉外硐室3的脉外边缘与内部边缘(即上盘三角矿体4的边界)距离分别为1.2m与0.3m。其中，锚索钻孔伸入上盘三角矿体4的边界1m，两排相邻锚索钻孔之间孔底距设计为2.0m。
69.每排锚索钻孔布置1个的加强梁1，加强梁1安装在锚索钻孔的上部，加强梁1长为12.5m，向脉外硐室3的脉外方向的端头伸出0.5m，加强梁1上每隔一段距离预留有圆孔，与每排锚索钻孔之间孔距一致，保证契合。
70.将长锚索2穿过加强梁1上的圆孔放置于锚索钻孔中，向锚索钻孔中浇筑混凝土，完成长锚索2的安装工作，使长锚索2与上盘围岩6凝结为一体。
71.针对分段采矿法，本发明的上盘破碎围岩长锚索整体加固方法上盘破碎围岩长锚索整体加固方法基本保持了分段采矿法原有工艺，通过延伸硐室7至上盘围岩形成脉外硐室3，然后，沿脉外硐室3延伸方向，在脉外硐室3底部向下钻孔，锚索钻孔按排布置，并沿每排布置加强梁1，按一定的网度与角度，使长锚索2穿过加强梁1上的圆孔并安装于锚索钻孔中，待长锚索2安装到位后，向锚索钻孔内注浆，使长锚索2与上盘围岩6凝结为一体，达到加固上盘破碎围岩的目的。
72.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。