基于加權(quán)平均評(píng)價(jià)法的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)研究

林繼凱

(山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100)

1 基于加權(quán)平均評(píng)價(jià)法的煤巷圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)方法

1.1 加權(quán)平均評(píng)價(jià)法數(shù)學(xué)模型

加權(quán)平均評(píng)價(jià)法是綜合考慮所有指標(biāo)信息，通過(guò)加權(quán)求和得到一個(gè)綜合分值，并以此綜合分值來(lái)評(píng)估評(píng)價(jià)對(duì)象的方法。其基本模型為：

式中：

y-綜合評(píng)價(jià)分值；

ci-第i個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)分值；

wi-第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

1.2 基于加權(quán)平均評(píng)價(jià)法的煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)

本文是在計(jì)算煤巷圍巖穩(wěn)定性等級(jí)基礎(chǔ)上，參考煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范及相關(guān)工程案例，來(lái)確定煤巷錨桿基本支護(hù)形式與主要參數(shù)。煤巷圍巖穩(wěn)定性等級(jí)具體計(jì)算方法如下：

依據(jù)《我國(guó)緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案》，選擇7個(gè)煤巷圍巖穩(wěn)定性影響因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將巷道圍巖穩(wěn)定性劃分為5個(gè)等級(jí)，詳見(jiàn)表1，利用層次分析法得到各指標(biāo)權(quán)重，詳見(jiàn)表2。

根據(jù)公式（1），結(jié)合上文確定的煤巷圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)及指標(biāo)權(quán)重，得到加權(quán)平均評(píng)價(jià)計(jì)算公式為：

式中：

ci-i=1，2，……，7，為對(duì)應(yīng)煤巷圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分值，具體取值參考表1。

煤巷的圍巖穩(wěn)定性取決于y的數(shù)值，標(biāo)準(zhǔn)為：極穩(wěn)定（0≤y＜2），穩(wěn)定（2≤y＜4），較穩(wěn)定（4≤y＜6），不穩(wěn)定（6≤y＜8），極不穩(wěn)定（8≤y≤10）。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 工程背景

經(jīng)坊煤業(yè)3-6012回風(fēng)順槽位于3#煤層內(nèi)，埋深約260m。3號(hào)煤層平均厚度約6.2m，煤層傾角2°～6°，煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為3.15m，基本頂為粗粒砂巖，平均厚度為8.3m，底板為砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)砂巖。頂?shù)装鍘r層分布情況詳見(jiàn)表3。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)分值對(duì)應(yīng)表

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表3 經(jīng)坊煤業(yè)3-6012回風(fēng)順槽頂、底板情況表

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)3-6012回風(fēng)順槽基本情況，總結(jié)出指標(biāo)數(shù)值，并結(jié)合表1得出各指標(biāo)評(píng)分值，詳見(jiàn)表4。將各評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分值代入公式（2），得到評(píng)價(jià)結(jié)果為：y=5.28，則確定3-6012回風(fēng)順槽圍巖為Ⅲ類較穩(wěn)定圍巖。

表4 3-6012回風(fēng)順槽圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)取值

2.3 支護(hù)參數(shù)確定

參照煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范推薦的Ⅲ類圍巖錨桿基本支護(hù)形式，綜合考慮生產(chǎn)技術(shù)條件、支護(hù)成本、巷道掘進(jìn)速度，最終確定經(jīng)坊煤業(yè)南翼六采區(qū)3-6012回風(fēng)順槽支護(hù)方案為：頂板錨桿直徑22mm，長(zhǎng)度2.4m，間排距0.85m，兩排錨桿打2根錨索，錨索長(zhǎng)度8.3m；巷幫錨桿直徑22mm，長(zhǎng)度2.0m，間排距0.8m。詳見(jiàn)圖1。

圖1 支護(hù)設(shè)計(jì)斷面圖

2.4 驗(yàn)證分析

（1）數(shù)值模擬

為驗(yàn)證上文提出的錨桿支護(hù)方案的有效性，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件計(jì)算支護(hù)前后巷道圍巖移近量。根據(jù)經(jīng)坊煤業(yè)3-6012回風(fēng)順槽工程地質(zhì)情況，煤層埋藏深度取260m，煤層厚度取6.2m，沿煤層底板掘進(jìn)，斷面尺寸4000×3000mm，模型共劃分24640個(gè)單元，27405個(gè)節(jié)點(diǎn)，模型網(wǎng)格劃分詳見(jiàn)圖2。

圖2 數(shù)值模擬模型網(wǎng)格劃分圖

通過(guò)對(duì)比支護(hù)前與采用支護(hù)后巷道圍巖變形情況，可知提出的支護(hù)方案能夠有效保證經(jīng)坊煤業(yè)3-6012回風(fēng)順槽圍巖的穩(wěn)定性，顯著地降低了巷道斷面收縮變形。從模擬結(jié)果變形圖中可以看出，無(wú)支護(hù)條件下頂板下沉量最大為19.7mm，兩幫移近量57mm。支護(hù)后巷道頂板下沉量和兩幫移近量均在10mm以下，說(shuō)明采用的錨桿支護(hù)方案改善了圍巖條件，極大地減少了圍巖位移量。詳見(jiàn)圖3、圖4。

（2）結(jié)果分析

通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果可知，經(jīng)坊煤業(yè)3-6012回風(fēng)順槽在無(wú)支護(hù)條件下圍巖變形量較小，圍巖穩(wěn)定性較好，所以將該巷道圍巖劃分為Ⅲ類較穩(wěn)定圍巖是合理的，說(shuō)明運(yùn)用加權(quán)平均評(píng)價(jià)法對(duì)巷道圍巖進(jìn)行分類的方法是可靠的。

對(duì)比分析支護(hù)前后數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果可知，提出的支護(hù)方案顯著控制了經(jīng)坊煤業(yè)3-6012回風(fēng)順槽圍巖變形，保障了圍巖穩(wěn)定性，說(shuō)明基于加權(quán)平均評(píng)價(jià)法的支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)方法是可行的。

圖3 支護(hù)前后垂直位移云圖

圖4 支護(hù)前后水平位移云圖

3 結(jié)論

本文提出了基于加權(quán)平均評(píng)價(jià)法的煤巷圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)計(jì)算分析得出經(jīng)坊煤業(yè)3-6012回風(fēng)順槽圍巖為Ⅲ類較穩(wěn)定圍巖，并以此為基礎(chǔ)確定支護(hù)方案為：頂板錨桿直徑22mm，長(zhǎng)度2.4m，間排距0.85m，兩排錨桿打2根錨索，錨索長(zhǎng)度8.3m；巷幫錨桿直徑22mm，長(zhǎng)度2.0m，間排距0.8m。通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，得到支護(hù)后巷道頂板下沉量和兩幫移近量均在10mm以下，驗(yàn)證了基于加權(quán)平均評(píng)價(jià)法的煤巷圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)方案是可靠的。