回采巷道锚网索支护设计决策系统的应用与研究.docx

回采巷道锚网索支护设计决策系统的应用与研究回采巷道锚网索支护设计决策系统的应用与研究1、前言锚杆支护作为一种新的巷道支护形式，与传统支护方式相比，在改善支护效果、降低支护成本、加快成巷速度、减轻劳动强度、提高巷道断面利用率、简化回采面端头区维护工艺等方面的优越性十分突出。因而受到了世界主要产煤国家的普遍重视，代表了煤矿巷道支护技术的发展方向。目前，三河口矿在回采巷道支护中，普遍采用了“锚网索”联合支护形式。虽然取得了较为显著的经济效益和安全效果，但是，长期以来，锚网索支护参数一直以周边邻近矿区的经验为主，没有针对矿的具体地质条件和开采条件进行科学合理的锚网索支护设计。因此，带有较大的盲目性，导致支护设计参数缺乏科学依据，给矿井的安全生产带来了隐患。为了解决上述何题，针对的主采煤层3 上煤层的地质条件和目前巷道支护状，能够通过计算机可视化手段，建立一套锚网索支护的力学模型，决定开发3 上煤层回采巷道锚网索支护设计系统，为回采巷道支护设计提供依据。2、3 上煤层回采巷道支护现状3 上煤层回采巷道目前普遍采用矩形断面，巷道净高度一般为 2.5m,巷道净宽度一般为 3.2-3.5m。采用锚网带、锚索联合支护。顶板选用18mm 的螺纹树脂锚杆，锚杆长度 1. 8m。锚杆间排距为 800mm800mm（700mm800mm)，排距 0. 8m（0. 7m），每排锚杆的锚杆数为 5 根，两肩窝处锚杆的安装角度为 70，锚杆间距为 0.8m。（见图 1）金属网采用 10#铁丝编制成菱形网，网格为 30mm30mm。为了加强顶板支护强度，每隔 2. 4m 安装锚索 2 根。锚索长度 5m，直径 15.24mm，由低松弛预应力钢绞线绞合而成，与 W 钢带配合使用。W 钢带型号为WX180/3. 0（辅助顺槽），WX180/3.2（运输顺槽）。锚索孔间距为1200mm。两帮采用18mm 的螺纹树脂锚杆，锚杆长度 1. 6m，每排 2 根、3 根间隔布置。每隔 1600mm 加设一根长 2000mm 的钢筋拉筋，拉筋为 16钢筋，双股，用同型号钢筋焊接，与锚杆联合使用。在顺槽的回采侧，为了便于回采，有时也采用水泥锚固的竹锚杆。3、3 上煤层回采巷道支护设计决策模型支护参数设计是巷道支护设计实现定量决策的关键所在。当支护型式确定以后，参数设计正确与否，直接影响到支护效果和经济效益。当支护参数所提供的支护强度不够，即使支护型式是合理的，也可能控制不住巷道围岩的严重变形和破坏，最终导致巷道不得不翻修，影响正常生产和经济效益；当支护参数设计得过于保守，虽然能保证巷道在服务期间的稳定状况，但支护成本必然偏高。因此，科学地寻找支护参数设计在安全和经济这两方面之间的最佳点，对安全生产和经济效益的意义是显而易见的。本课题与山东科技大学合作，根据“以岩层运动为中心的矿压理论”的最新研究成果，首先建立起采场结构力学模型，为进一步计算出已采工作面周围煤体上的支承压力分布规律，确定出内应力场的范围，从根本上解决沿空顺槽的煤柱尺寸问题奠定基础。以采场支承压力结构力学模型和锚网索支护的理论研究成果为依据，结合三河口矿十几年来的工程实践，参考临近矿区的开采经验，建立 3上煤层回采巷道支护设计决策模型。3. 1 沿空顺槽煤柱尺寸计算模型（模型 1）3.1.1 模型决策目标该模型决策目标是沿空顺槽煤柱尺寸 S3.1.2 输入参数相邻工作面长度 L;相邻工作面老顶岩梁初次来压步距 C0；相邻工作面超前支承压力高峰位置距煤壁的距离 S3；相邻工作面老顶岩梁总厚度 M;相邻工作面支承压力集中系数 K;采深 H。3.1.3 模型公式：3.1.4 应用举例由于 3 上煤层今后均采用放顶煤技术进行回采，主要矿压运动参数尚没有观测数据，因此采用顶板控制设计专家系统进行了预测。3 上煤层其他相关参数如下：工作面长度：70150m;支承压力高峰位置距煤壁的距离 S3=20m;工作面支承压力集中系数取 K=2.6;采深 H=350-600m将上述参数代入模型中，计算出 3 上煤层采空区周围的内应力场范围。可见，在工作面长度为 70-150m 的范围内，采深为 350-600m 左右时，内应力场范围一般为 6. 3-9. 3m。考虑到的顺槽宽度一般为 3-4m,因此，为了把顺槽布置在内应力区，煤柱尺寸应该为：S=（6.3-9.3）（3-4）=3-6m 如图 2 所示。3. 2 回采巷道锚杆支护参数决策模型（模型 2）由于 3 上煤层采用放顶煤技术开采，顺槽沿着煤层底板布置，巷道顶板为煤层，在巷道高度为 2.5m 的情况下，顶煤厚度大约为 2.5m。由于顶煤较厚，其冒落形状为拱形，故可按照普氏免压拱理论进行锚杆支护参数设计。3. 3 锚索支护参数决策模型（模型 3）锚索的长度由 3 部分组成：顶煤厚度、砂质