锦丰金矿地下矿矿区断裂褶皱发育，地层支离破碎，产状局部直立甚至倒转。断裂带实质上是一个强构造应变带及强矿化蚀变带，带内岩石强烈变形。矿体及顶底板围岩以薄至中厚层砂岩与薄层粘土岩为主，粘土岩十分松软破碎，遇水软化、泥化，极易垮塌，工程地质条件复杂。
锦丰地下矿刚开始掘进主斜坡道时采用的支护方式为管缝式锚杆＋钢网。管缝式锚杆杆体壁厚３ｍｍ，直径Φ４７．５ｍｍ，长度２．４ｍ，开缝宽度１５ｍｍ。管缝式锚杆支护有许多优点，如安装方便、及时提供支撑抗力、当围岩发生显著位移时锚杆并不失去其支护抗力等，但同时也存在一些问题，包括锚固力低，锦丰金矿的管缝式锚杆抗拔力一般为６～１０ｔ，大大低于同等长度树脂锚杆的抗拔力；对钻孔孔径要求较严，孔径偏大，锚固力低；孔径偏小，锚杆容易弯曲，难以全部进入钻孔，锚固深度减少，锚固力降低；锚杆与空气接触，容易氧化锈蚀，特别在地下水较大的巷道，锚杆锈蚀更快，更严重。由于管缝式锚杆的以上缺点，它应用于巷道顶板支护和永久性巷道支护的可靠性很差。鉴于此，锦丰公司地下矿山引进了树脂锚杆，主要用于巷道顶板及一些使用寿命较长的地下工程，如主斜坡道、井下配电站、风井等。
１树脂锚杆的工作原理与参数选取
树脂锚杆由不同强度材质的杆体及其附件与配套树脂锚固剂一同使用，根据设计锚固长度，将杆体插入凿好的孔洞中，经过搅拌后，锚固剂产生化学反应，在一定时间内，将杆体与岩体粘合为一体。过了等待安装时间之后，在螺纹端装上托盘并拧紧螺母，对围岩施加一定的预紧力，使围岩处于三向应力状态，这样就改善了围岩的受力状态，使围岩的强度得到提高，起到加固围岩，防止其移动的作用，从而提高巷道的整体性、稳定性［１］。具体说来，树脂锚杆通过“悬吊、组合梁、挤压加固拱、减跨”等作用来对围岩进行支护、加固。
为确定合理的支护参数，对锦丰地下矿山的围岩开展了现场工程地质调查，根据调查结果，确定现场岩体Ｑ值一般在０．１～１５之间，其中Ｑ值在０．４～４范围内的岩体所占比例较大，其他Ｑ值范围内的岩体所占比例较小。
锦丰地下矿巷道的宽度为４．５～５ｍ，高度为５～５．５ｍ，开挖支护比（ＥＳＲ）在１．６～４之间。树脂锚杆直径为２５ｍｍ，根据更新后的Ｂａｒｔｏｎ的Ｑｓｕｐｐｏｒｔｃｈａｒｔ［２］（见图１），选取锦丰地下矿巷道的支护参数如下：锚杆排距１．１～１．５ｍ，同一排内锚杆间距１．１～１．３ｍ，喷浆厚度６５～７５ｍｍ，岩体质量好时选大值，岩体质量差时选小值。
锚杆长度选取采用以下两种方法：
（１）根据Ｂａｒｔｏｎ的锚杆长度计算公式得出的锚杆长度最大值为１．７２ｍ
式中：Ｌ———锚杆长度，ｍ；
Ｂ———巷道跨度，ｍ；
ＥＳＲ———开挖支护比。
（２）根据Ｌａｎｇ拟定的岩石锚杆网规范，锚杆长度为锚杆间距的两倍。基于Ｑ值选取的锚杆间距为１．１～１．３ｍ，所以相应的锚杆长度为２．２～２．６ｍ。岩石锚杆网规范是Ｌａｎｇ在制定澳大利亚雪山水力发电规则（ＴｈｅＳｎｏｗｙＭｏｕｎｔａｉｎＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＳｃｈｅｍｅ）期间拟定的，它仍被广泛用于确定“永久”硐室的锚杆长度和间距［３］。对于矿山巷道，锚杆长度的取值可以小一些。
综合以上两种方法得出的结果，同时考虑到锦丰地下矿所有巷道在安装锚杆前需要喷射一层６５～７５ｍｍ厚的混凝土，最后确定锦丰地下矿支护的锚杆长度为２．４ｍ。
２树脂锚杆施工工艺
巷道爆破出渣后，及时喷射一层６５～７５ｍｍ厚的混凝土。当喷射混凝土的单轴抗压强度达到１ＭＰａ后，开始安装树脂锚杆。锚杆施工顺序为逐排由外向迎头，排内由中间向拱脚。
经过现场反复摸索、试验，锦丰金矿实现了树脂锚杆的机械化安装，降低了工人的劳动强度，提高了锚杆安装效率，使巷道得到及时、有效支护。树脂锚杆的安装由Ｂｏｏｍｅｒ２８２台车完成，具体的安装程序如下：
（１）将似香肠状串在一起的四节树脂锚固剂依次放入ＰＶＣ塑料管内；
（２）把装有树脂锚固剂的ＰＶＣ塑料管放在台车左臂上，用台车左臂慢慢把ＰＶＣ塑料管推入钻孔内。ＰＶＣ管前端距孔底１０ｃｍ左右时停止推进，打开左臂冷却水阀门，用高压水把树脂锚固剂推送到孔底。
（３）回退并卸下ＰＶＣ塑料管，把锚杆杆体连同其附件一起装在台车右臂上。
（４）操作台车右臂，使锚杆对准孔口且角度一致，打开凿岩机推进和旋转手柄，使锚杆杆体旋转进入钻孔，锚杆在孔外剩余５～８ｃｍ长时停止推进，继续旋转锚杆使孔内树脂药卷搅拌均匀后停止转动，锚杆停止推进后锚固剂搅拌时间控制在１０～２０ｓ；从锚杆开始进入钻孔到搅拌结束，时间不超过４０ｓ；
（５）等树脂锚固剂充分凝固后，凿岩机再次旋转先拧断螺母联接销，进而拧紧螺母使锚片紧贴喷射混凝土。
３树脂锚杆支护应注意的问题
３．１最佳的树脂锚杆的“三径”配合
在使用树脂锚杆支护时，钻孔、锚杆、树脂药卷直径“三径”之间的合理匹配是获得最大锚固力和最大技术经济效益的关键。澳大利亚、英国等树脂锚杆支护技术先进的国家对此进行过一些研究，认为钻孔直径与无纵筋左旋螺纹钢直径相差４～５ｍｍ时的锚固力最大。杨振茂、马念杰等人的研究结果表明，适当地加大锚杆直径，不会明显增加支护成本，而锚杆的破断强度却可大幅度提高。而树脂锚固剂直径比钻孔直径小３～５ｍｍ为宜［４］。
结合当前锦丰公司正在进行的用直径Φ２２ｍｍ树脂锚杆代替原来直径Φ２５ｍｍ树脂锚杆的试验研究，笔者认为，该研究不能光考虑Φ２２ｍｍ树脂锚杆的抗拔力能不能达到设计要求，还应该对这两种不同直径的锚杆的破断力、价格进行综合对比，同时还要考虑岩体结构及其赋存条件、赋存环境的复杂性、多变性及不确定性。
３．２锚杆质量
锚杆杆体由螺纹钢加工而成，锚杆杆体及螺母的材质、杆体尾部丝扣、螺母丝扣的精度、长度和强度应满足标准要求。否则当锚杆受力时，特别是当巷道围岩压力较大时，锚杆容易损坏、失效，从而引发冒顶、片帮等事故。
锚杆托盘是配套用于锚杆支护的重要部件。若托盘外形不符合要求，螺母与托盘会闭合不严，造成锚杆扭矩力下降，预紧力降低。若托盘的规格尺寸、材质不符合要求，当巷道围岩应力增大时，易造成托盘变形，甚至被抽脱，极大降低锚杆的支护功能。
树脂锚固剂所使用的原材料、外观、直径、长度、树脂胶泥的稠度、固胶比、抗压强度、凝胶时间、等待安装时间、热稳定性等性能指标，对树脂锚杆的锚固性能影响很大。
为此，锦丰公司建立了严格的支护材料与产品质量检验与验收标准，标准详细规定了产品的形状、规格、材质及各项性能指标、允许的偏差等。所有的支护材料与产品必须有出厂合格证、质量鉴定文件等。此外，矿山定期进行支护材料与产品的现场抽检试验和材料外检工作，以确保支护材料与产品的质量。
３．３锚杆安装质量
锚杆孔太深则锚杆伸不到孔底，孔底锚固剂得不到搅拌，产生不了锚固效果，同时使锚固长度减小，锚固力降低；孔太浅，会使托盘无法安设，无法施加预应力，起不到主动加固围岩的作用。为此锦丰公司地压控制程序规定在穿凿锚杆孔时，必须在钻杆上作标记，保证钻孔深度符合设计要求。
锚杆眼内的粉尘和积水若不清洗干净，相当于在锚固剂配料中加入了粉尘和水，会削弱锚固剂的强度。为此，锦丰公司地压控制程序规定锚杆安装前必须用压风或水把打好的锚杆孔里面的岩粉、积水或其他杂质吹干净。
树脂锚固剂有其特定的凝胶时间和等待安装时间。安装树脂锚杆时，树脂药卷的搅拌时间太短，树脂胶泥与固化剂混合不均匀，将大大降低锚固剂与围岩及锚固剂与金属杆体之间的粘结力。搅拌时间太长，超过了凝胶时间，影响树脂胶泥与固化剂之间的化学反应，锚固剂与金属杆体、围岩之间的粘结力大为降低；而如果等待安装时间不到就上托盘拧紧螺母，锚固剂的强度还未得到充分发展，施加的预应力达不到设计值，也会降低树脂锚杆的锚固性能。
为此，锦丰公司有针对性地制定了树脂锚杆安装标准作业程序，该程序规定了台车司机必须严格按照规定的树脂锚固剂的搅拌时间、等待安装时间来进行树脂锚杆的安装作业。
还有一点要注意的是，当围岩特别松散、破碎时，要适当增加树脂锚固剂的数量，让树脂锚固剂能够密实地充满杆体与孔壁之间的环形空间，保证树脂锚杆有足够的锚固力。２０１５年５月，锦丰露天矿南部边坡发生滑坡，造成地下矿主斜坡道４８０～５００ｍＲＬ段喷射混凝土开裂，围岩严重破坏。在修复该段主斜坡道时使用了大量树脂锚杆，但每个钻孔中树脂锚固剂的数量还是４节。过后对这些树脂锚杆进行抗拔力抽查时发现它们的锚固力只有１６～６０ｋＮ。后来重新打孔安装树脂锚杆，每个钻孔中装入８节树脂锚固剂，抗拔力达到２００ｋＮ以上。
４技术效果与经济利益
树脂锚杆与原使用的管缝式锚杆的技术参数比较见表１。
从技术上分析，树脂锚杆锚固能力是管缝式锚杆的两倍以上，而且孔径比管缝式锚杆小，材料的屈服强度、抗拉强度均优于管缝式锚杆，这对于锦丰金矿巷道的顶板管理以及延长重点井巷工程的服务年限有着非常重要的意义。从经济上分析，树脂锚杆（包括锚固剂）的价格比管缝式锚杆高２４元／套，按井巷支护消耗树脂锚杆３．８万套／ａ计算，锦丰因使用树脂锚杆每年增加成本约９１．２万元，但每年节约巷道返修费用约１５０万元，经济效益十分可观。
与管缝式锚杆相比，树脂锚杆具有支护及时、防腐能力强、锚固力大、对岩体进行主动支护、安全可靠等优点。树脂锚杆结合湿喷混凝土有效地控制了巷道顶板变形，减少了顶板冒落事故的发生，提高了地下矿山井巷的稳定性，大大减少了巷道的维修工程量，延长了重点工程的使用寿命，为锦丰地下矿的安全、正常生产提供了有利保证。
参考文献：
［１］李龙水．浅谈树脂锚杆支护在井巷掘进应用应注意的问题［Ｊ］．能源与环境，２０１４（５）：５３－５６．
［２］Ｓｏｎｇｌｃｏ＿ａｒ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＲｏｃｋＭａｓｓＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｙｓ－ｔｅｍｓＦｏｒｆｕｔｕｒｅＳｕｐｐｏｒｔＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｄ＿ｍＴｕｎｎｅｌＮｅａｒ
Ａｌａｎｙａ［Ｃ］／／ＡＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏｔｈｅｇｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆ
ＮａｔｕｒａｌａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅｓｏｆＭｉｄｄｌｅＥａｓｔＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉ－
ｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２００４：２４－２４．
［３］Ｂ．Ｈ．Ｇ．Ｂｒａｄｙ，Ｅ．Ｔ．Ｂｒｏｗｎ．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓｆｏｒＵｎｄｅｒ－
ｇｒｏｕｎｄＭｉｎｉｎｇ［Ｒ］．ＴｈｉｒｄＥｄｉｔｉｏｎ，２００４：３３３．
［４］杨振茂，马念杰，官山月，等．锚杆钻孔、杆体、树脂卷直径的合理匹配［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３（４），６５９－６６３．
文章来源：《采矿技术》；2017.17（3）
文章作者：章海象，吴岩佩;贵州锦丰矿业有限公司，贵州贵阳550001
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