深井復(fù)雜條件下巷道支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

王新建

【摘 要】錨桿支撐是深井圍巖支護(hù)最常用的支撐方法。隨著智能算法的應(yīng)用越來(lái)越普遍，該算法可以作為圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)的參考。論文以分組算法用于優(yōu)化螺栓支撐設(shè)計(jì)，使螺栓支撐設(shè)計(jì)更加合理。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)提出的初步參數(shù)，采用數(shù)值參數(shù)優(yōu)化支撐參數(shù)，得到具有指導(dǎo)意義的研究成果。

【Abstract】Anchor support is the most commonly used supporting method for deep well surrounding rock support. With the application of intelligent algorithm is more and more popular， this algorithm can be used as a reference for surrounding rock support design. In this paper， the grouping algorithm is used to optimize the bolt support design to make the bolt support design more reasonable. According to the preliminary parameters proposed by the engineering experience， the numerical parameters are used to optimize the supporting parameters， and the research results with guiding significance are obtained.

【關(guān)鍵詞】深井;參數(shù)優(yōu)化;力學(xué)分析

【Keywords】 deep well; parameter optimization; mechanical analysis

【中圖分類號(hào)】TP393.08 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2019）02-0141-02

1 引言

隨著采礦規(guī)模和采礦強(qiáng)度的增加，淺層資源逐漸減少，資源開(kāi)發(fā)已成為人類的必然選擇。圍巖軟化明顯，巷道變形嚴(yán)重，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，具有典型的深部開(kāi)采特征。為研究深部巷道圍巖穩(wěn)定性控制理論，有必要研究深部巷道圍巖的分類方法和標(biāo)準(zhǔn)?？梢哉f(shuō)，深度采礦的關(guān)鍵技術(shù)是道路支持。但是，現(xiàn)有的普通巷道支護(hù)技術(shù)，支護(hù)材料和配套設(shè)備已不能滿足高壓巷道支護(hù)的要求。因此，在深入研究高壓巷道支護(hù)理論的基礎(chǔ)上，支撐材料和支護(hù)設(shè)備的研究和開(kāi)發(fā)對(duì)于深部采煤技術(shù)提供技術(shù)支持具有重要意義。

在21世紀(jì)之初，越來(lái)越多的金屬礦將進(jìn)入深采。深土壓力問(wèn)題將成為制約我國(guó)礦山安全生產(chǎn)、資源回收和經(jīng)濟(jì)效益的主要因素之一。大深度和高地壓下的采礦壓力將成為金屬礦業(yè)企業(yè)面臨的主要技術(shù)問(wèn)題。解決深井壓力問(wèn)題必將成為中國(guó)礦業(yè)的主要技術(shù)發(fā)展方向[1]。為此，國(guó)家專門開(kāi)展了關(guān)于開(kāi)采深井硬巖礦山的采礦、地面壓力和巖爆問(wèn)題的研究。圍巖支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化是巷道支護(hù)設(shè)計(jì)定量決策的關(guān)鍵。確定支持參數(shù)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效率具有重大影響。螺栓支撐在各種形式的支撐中起著重要作用。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)深井圍巖支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)行了深入研究。

2 巖爆巷道支護(hù)機(jī)理

在簡(jiǎn)化復(fù)雜支護(hù)體系時(shí)，可分為圍巖加固和懸索支護(hù)兩大支撐功能。在這兩個(gè)功能中，加強(qiáng)周圍巖石并用作懸架的支撐單元是螺栓，且支撐單元由金屬網(wǎng)、噴射混凝土、電纜或其組合完成。圍巖和錨的加固是為了增加周圍巖石的強(qiáng)度，形成能夠承受周圍巖石應(yīng)力的巖拱。

懸索支護(hù)功能是將深部巖體中的破碎巖石通過(guò)錨桿和作為懸掛支撐的單元加以限制。在正常低應(yīng)力條件下，這種影響主要是基于安全考慮，而不是圍巖本身的穩(wěn)定性。然而，先前的研究表明，在正常的低應(yīng)力條件下，裂縫巖體和支撐單元（如金屬網(wǎng)格和支撐單元）將裂隙巖體限制為深部巖體，從而保證了巷道在高應(yīng)力條件下的穩(wěn)定性[2]。在高應(yīng)力下，巖石明顯斷裂，常伴有大的巖石變形。巖體的破壞通常伴隨著巖體的變形過(guò)程。通過(guò)維持裂隙巖體，可以有效地控制巖體的連續(xù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)單元的功能組合，能夠擁有上述兩種支撐結(jié)構(gòu)單元的一些特征。在支撐系統(tǒng)中，錨對(duì)于加固圍巖的作用非常大，錨桿進(jìn)入圍巖，在周圍巖石的一起作用之下，將變形的功能進(jìn)行吸收，提高了圍巖的自我支撐能力，在整體支撐結(jié)構(gòu)之中，其不僅僅是基本單元，還可用于加固和鎖定地表裂隙巖體，并且具有良好的彎曲剛度與金屬網(wǎng)，將沖擊載荷均勻地分配給加固單元（錨）。

3 巖爆巷道支護(hù)應(yīng)考慮的因素

確定地震中心對(duì)隧道巖爆支護(hù)設(shè)計(jì)的貢獻(xiàn)必須確定微震活動(dòng)中心。目前唯一的方法是使用聲發(fā)射地震系統(tǒng)來(lái)確定微源。因此，必須首先研究礦山微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以確定地震的震級(jí)、事件頻率、空間分布等。此外，必須正確地理解造成損壞的微地震事件，并且還必須確定主沖擊事件或余震是否造成損壞。在開(kāi)采過(guò)程中，最關(guān)鍵的余震是應(yīng)變巖爆。雖然這些余震比主要的震動(dòng)小很多，但它們?cè)诮咏缆窌r(shí)可能會(huì)造成嚴(yán)重的破壞。

巖爆/微震巷道引起巷道破壞的原因是巖爆/微震引起的圍巖破壞，基于兩種不同的機(jī)制：巖爆本身的作用以及由巖爆引起的微震波的作用。巖爆本身的作用是在道路周圍引起巖爆，直接導(dǎo)致巖爆破壞。微地震波的作用是將巖體深部巖爆所產(chǎn)生的地震波在巷道周圍的高應(yīng)力狀態(tài)下傳遞到巖體中。了解巷道巖爆/微震的破壞機(jī)理和破壞模式對(duì)正確選擇支護(hù)形式具有重要意義。支撐系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)負(fù)載的機(jī)械響應(yīng)特性決定了支持系統(tǒng)可以執(zhí)行的功能。僅通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)（單元）可以形成完整且滿意的支撐系統(tǒng)。在道路被毀之前，必須加強(qiáng)支撐以增加巖體的強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)深井硬巖礦的配套研究尚處于起步階段。根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，今后需要加強(qiáng)的領(lǐng)域有：建立相應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng);加強(qiáng)對(duì)圍巖發(fā)生機(jī)理和破壞機(jī)制的研究;對(duì)支護(hù)的理論研究;新的巖石爆破支護(hù)研究。支護(hù)結(jié)構(gòu)與材料;巷道沖擊地壓防治措施研究;制定支護(hù)安全法規(guī)和管理措施等。

【參考文獻(xiàn)】

【1】劉文寶，吳龍泉，劉增平，等.深井復(fù)雜條件下巷道支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 煤炭工程， 2009（3）：5-7.

【2】倪先杰.深井復(fù)雜條件下的巷道支護(hù)技術(shù)[J].江西煤炭科技，2012（2）：37-39.