回采巷道錨網(wǎng)索支護設計決策系統(tǒng)的應用與研究

1、 回采巷道錨網(wǎng)索支護設計決策系統(tǒng)的應用與研究 1、前言 錨桿支護作為一種新的巷道支護形式，與傳統(tǒng)支護方式相比，在改善支護效果、降低支護成本、加快成巷速度、減輕勞動強度、提高巷道斷面利用率、簡化回采面端頭區(qū)維護工藝等方面的優(yōu)越性非常突出。因而受到了世界主要產(chǎn)煤國家的普遍重視，代表了煤礦巷道支護技術的進展方向。目前，三河口礦在回采巷道支護中，普遍采納了"錨網(wǎng)索'聯(lián)合支護形式。雖然取得了較為顯著的經(jīng)濟效益和平安效果，但是，長期以來，錨網(wǎng)索支護參數(shù)始終以周邊鄰近礦區(qū)的閱歷為主，沒有針對礦的詳細地質(zhì)條件和開采條件進行科學合理的錨網(wǎng)索支護設計。因此，帶有較大的盲目性，導致支護設計參數(shù)缺乏

2、科學依據(jù)，給礦井的平安生產(chǎn)帶來了隱患。為了解決上述何題，針對的主采煤層3上煤層的地質(zhì)條件和目前巷道支護狀，能夠通過計算機可視化手段，建立一套錨網(wǎng)索支護的力學模型，打算開發(fā)3上煤層回采巷道錨網(wǎng)索支護設計系統(tǒng)，為回采巷道支護設計供應依據(jù)。2、3上煤層回采巷道支護現(xiàn)狀3上煤層回采巷道目前普遍采納矩形斷面，巷道凈高度一般為2.5m,巷道凈寬度一般為3.2-3.5m。采納錨網(wǎng)帶、錨索聯(lián)合支護。頂板選用18mm的螺紋樹脂錨桿，錨桿長度1. 8m。錨桿間排距為800mm 800mm（700mm800mm)，排距0. 8m（0. 7m），每排錨桿的錨桿數(shù)為5根，兩肩窩處錨桿的安裝角度為70，錨桿間距為0.8m

3、。（見圖1） 金屬網(wǎng)采納10#鐵絲編制成菱形網(wǎng)，網(wǎng)格為30mm30mm。為了加強頂板支護強度，每隔2. 4m安裝錨索2根。錨索長度5m，直徑15.24mm，由低松弛預應力鋼絞線絞合而成，與W鋼帶協(xié)作使用。W鋼帶型號為WX180/3. 0（幫助順槽），WX180/3.2（運輸順槽）。錨索孔間距為1200mm。 兩幫采納18mm的螺紋樹脂錨桿，錨桿長度1. 6m，每排2根、3根間隔布置。每隔1600mm加設一根長2000mm的鋼筋拉筋，拉筋為16鋼筋，雙股，用同型號鋼筋焊接，與錨桿聯(lián)合使用。在順槽的回采側，為了便于回采，有時也采納水泥錨固的竹錨桿。3、3上煤層回采巷道支護設計決策模型支護參數(shù)設計是

4、巷道支護設計實現(xiàn)定量決策的關鍵所在。當支護型式確定以后，參數(shù)設計正確與否，直接影響到支護效果和經(jīng)濟效益。當支護參數(shù)所供應的支護強度不夠，即使支護型式是合理的，也可能掌握不住巷道圍巖的嚴峻變形和破壞，最終導致巷道不得不翻修，影響正常生產(chǎn)和經(jīng)濟效益；當支護參數(shù)設計得過于保守，雖然能保證巷道在服務期間的穩(wěn)定狀況，但支護成本必定偏高。因此，科學地查找支護參數(shù)設計在平安和經(jīng)濟這兩方面之間的最佳點，對平安生產(chǎn)和經(jīng)濟效益的意義是顯而易見的。本課題與山東科技高校合作，依據(jù)"以巖層運動為中心的礦壓理論'的最新討論成果，首先建立起采場結構力學模型，為進一步計算出已采工作面四周煤體上的支承壓力分布

5、規(guī)律，確定出內(nèi)應力場的范圍，從根本上解決沿空順槽的煤柱尺寸問題奠定基礎。以采場支承壓力結構力學模型和錨網(wǎng)索支護的理論討論成果為依據(jù)，結合三河口礦十幾年來的工程實踐，參考接近礦區(qū)的開采閱歷，建立3上煤層回采巷道支護設計決策模型。3. 1沿空順槽煤柱尺寸計算模型（模型1）3.1.1模型決策目標該模型決策目標是沿空順槽煤柱尺寸S3.1.2輸入?yún)?shù)相鄰工作面長度L;相鄰工作面老頂巖梁初次來壓步距C0；相鄰工作面超前支承壓力高峰位置距煤壁的距離S3；相鄰工作面老頂巖梁總厚度M;相鄰工作面支承壓力集中系數(shù)K;采深H。3.1.3 模型公式： 3.1.4應用舉例 由于3上煤層今后均采納放頂煤技術進行回采，主要

6、礦壓運動參數(shù)尚沒有觀測數(shù)據(jù)，因此采納頂板掌握設計專家系統(tǒng)進行了猜測。3上煤層其他相關參數(shù)如下：工作面長度：70150m;支承壓力高峰位置距煤壁的距離S3=20m;工作面支承壓力集中系數(shù)取K=2.6;采深H=350-600m將上述參數(shù)代入模型中，計算出3上煤層采空區(qū)四周的內(nèi)應力場范圍?？梢姡诠ぷ髅骈L度為70-150m的范圍內(nèi)，采深為350-600m左右時，內(nèi)應力場范圍一般為6. 3-9. 3m。考慮到的順槽寬度一般為3-4m,因此，為了把順槽布置在內(nèi)應力區(qū)，煤柱尺寸應當為：S=（6.3-9.3）（3-4）=3-6m如圖2所示。 3. 2回采巷道錨桿支護參數(shù)決策模型（模型2） 由于3上煤層采納放

7、頂煤技術開采，順槽沿著煤層底板布置，巷道頂板為煤層，在巷道高度為2.5m的狀況下，頂煤厚度大約為2.5m。由于頂煤較厚，其冒落外形為拱形，故可根據(jù)普氏免壓拱理論進行錨桿支護參數(shù)設計。3. 3錨索支護參數(shù)決策模型（模型3）錨索的長度由3部分組成：頂煤厚度、砂質(zhì)泥巖厚度和深化到白灰色細砂巖中的厚度。因此，錨索的基本長度為：L錨索頂煤厚度砂質(zhì)泥巖厚度深化到白灰色細砂巖中的厚度4、3上煤層回采巷道錨網(wǎng)索支護設計決策支持系統(tǒng)DSS實質(zhì)上是在管理信息系統(tǒng)和運籌學的基礎上進展起來的。即DSS的消失，它不同于MIS數(shù)據(jù)處理，也不同于模型的數(shù)值計算，而是它們的有機集成。它既具有數(shù)據(jù)處理功能又具有數(shù)值計算功能。助

8、決策有幾種方式：（1）以數(shù)據(jù)形式幫助決策；（2）以模型和方法的形式幫助決策；（3）以多模型組合形式幫助決策。決策支持系統(tǒng)即人機交互系統(tǒng)（對話部件）、模型庫系統(tǒng)（模型部件）、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（數(shù)據(jù)部件）。決策支持系統(tǒng)的結構如圖3。 決策支持系統(tǒng)是三個部件的有機結合，即對話部件（人機交互系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)部件（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫）、模型部件（模型庫管理系統(tǒng)和模型庫）的有機結合。 人機對話部件包括如下幾方面的功能：供應豐富多彩的顯示和對話形式；輸入輸出轉(zhuǎn)換；掌握決策支持的有效運行。數(shù)據(jù)部件的集成語言由所編制的DSS掌握程序來完成。數(shù)據(jù)部件包括數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。模型部件由模型庫和模型庫管理系統(tǒng)組成。包括：模型的表示形式：模型的動態(tài)形式；模型庫管理系統(tǒng)；模型庫管理系統(tǒng)的特定功能等。5、3上煤層回采巷道支護設計決策支持系統(tǒng)的實現(xiàn)在前述討論工作的基礎上，開發(fā)了3上煤層回采巷道錨網(wǎng)索支護設計決策支持系統(tǒng)，系統(tǒng)主界面如圖4,圖5,圖6,圖7所示。然后系統(tǒng)彈出數(shù)據(jù)編輯窗口，如圖5所示。以后可以在此界面中輸入與巷道相關的數(shù)據(jù)。 6、結語 回采巷道錨網(wǎng)索支護設計決策系統(tǒng)在三河口礦已得到勝利應用，是科學理論指導生產(chǎn)實踐的詳細體顯。經(jīng)過巷道支護優(yōu)化設計為科學管理頂板