高应力软岩地质条件下的支护设计与施工效益分析报告

《高应力软岩地质条件下的支护设计与施工》经济与社会效益分析技术研究报告前言赵固二矿矿井高应力断面软岩地质巷道掘进地层位于二叠系下统山西组下部二1煤层顶板砂岩段，本段二1煤层底板标高为-690m～-710m,距主要含水层L8灰岩35m～55m。根据目前已揭露资料来看，井底水仓处于煤层顶板的细粒砂岩中，本层砂岩厚约13m，硬度较大，含较多白云母碎片，局部中到粗砂岩含方解石及石英矿物。水仓所处岩层主要是砂质泥岩,局部段为粉砂岩。产生较大的垂直压力；从而使得中央水仓在高构造应力和高地应力的作用上发生严重变形破坏，顶板破碎，两帮内敛，底膨变形量大，特别是巷道两帮在掘进后较短时间内即发生片帮鼓出，使得支护失效，且两帮整体位移量极大，使锚杆随围岩整体内移，不能发挥支护作用，造成巷道原有锚网索喷支护失效，随后的直墙半圆拱12#工钢棚也变形严重，无法保证中央水仓的初步和长期稳定。从巷道掘进后一直维修不断，维护成本高，施工进度缓慢，严重影响矿井的正常生产与安全。同时，顶板破碎，具有很强的亲水性，吸水极易膨胀变形，在深部高应力作用下和膨胀应力作用下，原有锚网索喷+直墙半圆拱12#工钢棚根本无法保证水仓的稳定，顶板发生严重下沉，底鼓变形非常大，急需解决巷道的变形破坏与长期稳定性问题。为此，经研究决定，在高应力软岩地质巷道中提出采用锚网索喷注+椭圆型工钢棚支护方案，在巷道局部围岩支护中采用锚注支护方案，获得了较好的支护的效果，维持了巷道的稳定，保证了矿井的正常生产。一.施工巷道概况及支护方案简介1支护试验方案简介（1）高应力软岩地质巷道锚网索喷注+椭圆型工钢棚支护技术应用研究针对高应力软岩地质巷道在原锚网索喷+直墙半圆拱工钢棚支护作用下无法维持巷道稳定的实际情况，根据研究决定，提出采用“锚网索喷注+椭圆型工钢棚支护”返修方案，并结合数值计算成果，确定了“锚网索喷注+椭圆型工钢棚支护”技术参数。自2010年9月至2011年5月，在赵固二矿中央水仓采用“锚网索喷注+椭圆型工钢棚支护”技术进行了现场试验和推广应用，总工程量达到300余米。锚网索喷注+椭圆型工钢棚支护主要支护理参数包括：1）二次锚注加固支护参数：局部在一次锚网索喷支护的基础上，在顶帮底上打眼安装内注浆锚杆，封好孔口后及时进行顶帮注浆加固。内注浆锚杆规格为22mm×2000mm，间排距为1600mm×1600mm，采用1卷MSCK2850树脂药端锚；2）架设椭圆型12#工钢棚并全断面喷浆封闭完成全断面注浆后，再架设椭圆型12#工钢棚，棚后背网在预留的释放压力空间充填矸石，然后再全断面喷浆，以封闭工钢棚和网。二、巷道支护基本费用构成巷道维护基本费用按费用的性质不同可分为材料费、人工费、机械台班费、水电费及辅助运输等五项。本次试验支护成本对于机械台班费及水电费、辅助输等均未单列入，只计算了材料费、人工费及其他辅助费。修复加固及支护中可能使用的所有材料及单价如表3-1所示。表3-1施工材料价格表(注：均为赵固二矿提供的进货价格)序号材料名称规格单价序号材料名称规格单价1水泥425#普硅530元/t8火药/7250元/t2沙子中细砂95元/t9雷管/2元/发3石子5~10mm36元/t10钻杆1.2m45元/根4速凝剂/1180元/t11树脂药卷K2850,K3530,K35353元/卷5螺纹钢锚杆φ18×2100m58元/套12铁丝22#5元/Kg6金属网φ6mm,100×1001000×200038/元m213工字钢12#3400元/t7注浆锚杆M22×2000mm37元/套14锚索8.5m/条67.2元/套三、经济效益分析赵固二矿中央水仓按照原来锚网索喷+直墙半圆拱12#工字钢棚方案初期支护成本为6697.20元/m，返修巷道的支护成本为5745.7元/m。考虑到在高应力作用下巷道变形破坏严重，严重影响正常生产需要和安全，则巷道翻修次数可能不止一次，因中央水仓使用服务年限同矿井服务年限。如果从巷道掘出至最后回采结束平均按返修2次计算（将不止2次），则在服务年限内该巷道的实际维护成本为11491.4元/m。然而采用锚网索喷注+椭圆型工钢棚支护方案后，取得了良好的支护效果维持了巷道稳定，而支护成本仅9491.4元/m，则对于300余m的大巷可节省巷道多次翻修费用约为280余万元。四、社会效益分析赵固二矿中央水仓高应力软岩地质条件下的支护设计与施工试验及推广应用的成功，进一步说明了“锚网索喷注+椭圆型工钢棚支护”在技术可行，安全上可靠，经济上合理，更重要的是它的实施，为赵固二矿煤矿深部高应力巷道的全面治理提供了一条行之有效的技术途径。锚网索喷注+椭圆型工钢棚支护方案具有施工速度快，且安全可靠，为矿井的高产高效及加快巷道的修复速度提供了保证。它不仅具有显著的经济效益，而且该项技术基本解决了高应力复杂软岩巷道支护的难题，减少了巷道的维修量，减轻了工人了劳动强度，提高了生产的安全性，为本矿区及国内类似条件下巷道支护问题供了一条很好的技术途径，因此具有很好的社会效益。现成品PLC防跑车装置每套价格约6万元，而我们研制的每套价格4.3万元，材料费每套2800元，制作人工费用每套600元，即每套比成品便宜6-4.3=1.7万元，，每套利润为43000-2800-600=39000元，我项目部每年约用23套，即产值为4.3*23=98.9万元，利润为39000*23=89.7万元，一年节约1.7*23=39.1万元，2010年应用成果6个月，即每个项目2010年为全年的1/2,2011年到目前应用6个月。谢谢！山东方大公司矿建2011/7/3