基于BlM技術(shù)的井下支護(hù)優(yōu)化

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 032300）

BIM為建筑信息模式化，作為可視化技術(shù)多在工程項(xiàng)目中運(yùn)用，工程項(xiàng)目剖面切面下利于直觀(guān)觀(guān)察圖表的形式，然后進(jìn)行力學(xué)模擬和物理引擎，可關(guān)注到建筑工程的所有環(huán)節(jié)[1]。與此同時(shí)，在BIM技術(shù)支持下遵循安全作業(yè)原則處理，可以對(duì)井下支護(hù)作以?xún)?yōu)化，以此有效保障井下支護(hù)施工的效率。

1.井下支護(hù)優(yōu)化重點(diǎn)研究

圍巖不穩(wěn)定礦井，因受到地質(zhì)條件因素所影響，因此會(huì)在掘進(jìn)期間對(duì)巷道頂板、幫部支護(hù)時(shí)存在較大的難度，而這也是致使頂板安全事故發(fā)生的基本原因。針對(duì)某大型綜采礦區(qū)，每年需回采≥3個(gè)工作面，從而達(dá)到產(chǎn)量方面的要求、工藝改進(jìn)需要。支護(hù)設(shè)計(jì)的過(guò)程保證頂板的安全，并作以井下支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，綜采工作面支護(hù)通過(guò)錨桿、錨索，以及金屬網(wǎng)和工字鋼梁等構(gòu)成，在井下應(yīng)用的過(guò)程觀(guān)察到這一方案支護(hù)強(qiáng)度較大，需獲得支護(hù)工藝的支持，要求對(duì)礦井工程加以準(zhǔn)確計(jì)算，待巷道支護(hù)施工后圍巖應(yīng)力分布集中于工作面頂部、底部，兩幫應(yīng)力的強(qiáng)度非常小，此時(shí)可為支護(hù)優(yōu)化奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。礦山數(shù)據(jù)可視化階段，對(duì)于巖層應(yīng)力分布描述的時(shí)候，需遵循著色標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證巷道頂部、底部為承壓主要區(qū)域，目的為達(dá)到設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。

2.BlM技術(shù)基礎(chǔ)下井下支護(hù)優(yōu)化對(duì)策探討

(1)井下支護(hù)方案優(yōu)化對(duì)策

明確巷道圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)后，以支護(hù)材料、支護(hù)強(qiáng)度的角度出發(fā)，對(duì)巷道幫部支護(hù)加以簡(jiǎn)化處理，將每排8根降低至每排6根，合理應(yīng)用新型支護(hù)材料JM錨索鋼梁。頂部錨桿長(zhǎng)度、幫部錨桿長(zhǎng)度、錨索間距、錨索排距分別設(shè)置為：2200mm、2600mm、1600mm、1600mm，錨索直徑調(diào)整為φ20.5mm，如此一來(lái)可在支護(hù)正常工作下有效抵抗頂端應(yīng)力，幫部錨桿間距、幫部錨桿排距調(diào)整為1200mm、1000mm，原支護(hù)11#礦用工字鋼調(diào)整為JM錨索梁。合理應(yīng)用JM鋼帶取代11#礦用工字鋼支護(hù)巷道，錨索失效情況發(fā)生率較低，巷道頂板支護(hù)質(zhì)量較好，如此一來(lái)能降低巷道后期維護(hù)的挑戰(zhàn)性。使用JM鋼索鋼帶利于嚴(yán)格控制巷道支護(hù)投入資金，同時(shí)可以降低巷道回采過(guò)程維護(hù)投入的資金，每年能節(jié)省支護(hù)資金約為60萬(wàn)元。因JM錨索鋼帶重量明顯低于11#礦用工字鋼梁，不但可降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，而且有助于切實(shí)提高支護(hù)工作的整體效率。通過(guò)新型支護(hù)材料的運(yùn)用，巷道地質(zhì)條件不佳和圍巖破碎條件下，可防止發(fā)生巷道變形、鋼帶撕裂的問(wèn)題。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，降低成本使用優(yōu)化井下支護(hù)方案，錨桿支護(hù)間隔100m可降低80根左右錨桿，按照每根錨桿支護(hù)150元計(jì)算，支護(hù)方案錨桿費(fèi)用可以節(jié)省12000元左右。使用JM錨索梁取代11#工字鋼，因11#礦用工字鋼單價(jià)高于JM錨索梁，所以可計(jì)算出100m巷道就可以節(jié)省20000元左右。錨索間排距加大，間隔100m巷道能降低錨索支護(hù)30根，約為35000元左右。由此能夠看出，使用井下優(yōu)化支護(hù)方案，在節(jié)省巷道成本的同時(shí)，能夠有效保證支護(hù)方案的科學(xué)性、可行性，強(qiáng)支護(hù)區(qū)域能加強(qiáng)支護(hù)、稍弱支護(hù)區(qū)域可以降低支護(hù)強(qiáng)度，如此利于控制密集支護(hù)所致高強(qiáng)度勞動(dòng)，防止發(fā)生工作強(qiáng)度過(guò)大，對(duì)工作人員操作質(zhì)量、安全造成威脅的情況[2-3]。

(2)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系BlM模型建立優(yōu)化對(duì)策

參照初始設(shè)計(jì)方案，使用Revit基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系建模，模型在設(shè)計(jì)方案整合起來(lái)就可以。CAD設(shè)計(jì)圖導(dǎo)入Revit前作以簡(jiǎn)化處理，將圖紙中復(fù)雜構(gòu)建去除、刪除相關(guān)文字和圖塊，主要目的：防止建模期間對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度構(gòu)成不利影響。復(fù)雜項(xiàng)目條件應(yīng)作以不同專(zhuān)業(yè)協(xié)同建模處理，認(rèn)真處理好圖紙，然后經(jīng)專(zhuān)業(yè)工程師對(duì)二維圖紙建模。為滿(mǎn)足模型后期應(yīng)用可視化模擬要求、施工進(jìn)度模擬和碰撞檢查的需求，應(yīng)該按照基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝順序建模，支護(hù)樁建模、冠梁建模后，進(jìn)行錨索建模、鋼腰梁建模、其他基坑建模等工作。這個(gè)過(guò)程中首先應(yīng)將基坑平面布置圖DWG文件格式，導(dǎo)入到新建項(xiàng)目表格位置，按照初始設(shè)計(jì)方案繪制支護(hù)樁、擋土墻，然后完成樁頂冠梁建模。其次實(shí)行錨索布置、鋼腰梁布置工作，認(rèn)真進(jìn)行模型錨索碰撞檢查，借助檢測(cè)軟件的作用篩分導(dǎo)入構(gòu)件，要求錨索制作時(shí)對(duì)各個(gè)斷面命名、斷面不同錨索命名。錨索、鋼腰梁結(jié)構(gòu)平面標(biāo)高位置，合理調(diào)整標(biāo)高、入射角。其三，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受力建模后，對(duì)其他安全護(hù)欄建模、止水帷幕建模、掛網(wǎng)噴砼建模等，除此之外應(yīng)附著支護(hù)樁和冠梁。應(yīng)用BIM技術(shù)有效處理陽(yáng)角位置錨索問(wèn)題，這一基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模型能展示BIM軟件建模數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能、支護(hù)結(jié)構(gòu)屬性，所以便于為模型日后應(yīng)用提供良好支持，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在相關(guān)問(wèn)題要求科學(xué)設(shè)計(jì)，及時(shí)更新模型相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而從根本上提升井下支護(hù)施工的效率、安全性[4]。

圖1 支護(hù)樁、冠梁模

圖2 錨索和鋼腰梁布設(shè)情況

(3)族庫(kù)模型建立優(yōu)化對(duì)策

族，作為信息化因子承載構(gòu)件全部信息，通過(guò)不同的族構(gòu)成建筑信息模型，可將族構(gòu)件整合?；覤IM模型中錨索、擋土墻和排水溝等均未形成族，故此需要構(gòu)建新的族構(gòu)建，在基坑BIM模型中運(yùn)用。通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)族構(gòu)建，可重復(fù)載入到其他項(xiàng)目，從而充分發(fā)揮出BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

(4)井下支護(hù)材料優(yōu)化對(duì)策

支護(hù)材料管理時(shí)，應(yīng)認(rèn)真實(shí)行支護(hù)方案優(yōu)化工作、材料質(zhì)量檢驗(yàn)制度，針對(duì)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)材料不可進(jìn)入井下。與此同時(shí)，要求施工企業(yè)采購(gòu)支護(hù)材料有合格證、材料檢驗(yàn)合格報(bào)告，材料進(jìn)入井下前經(jīng)技術(shù)部門(mén)提供檢驗(yàn)方面資金，然后通過(guò)審核后進(jìn)入井下。技術(shù)部門(mén)方面定期需要認(rèn)真做好支護(hù)材料抽樣送檢方面工作，旨在達(dá)到支護(hù)材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。以往，預(yù)應(yīng)力錨索容易受到外界因素影響，發(fā)生預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)失效問(wèn)題，而這也是引發(fā)工程冒頂?shù)幕驹颉＞蜻M(jìn)工作面地質(zhì)情況下，使用恒組大變形錨索為支護(hù)設(shè)備，便于發(fā)揮出其抗沖擊、適應(yīng)圍巖大變形高恒組、強(qiáng)度高、預(yù)緊力高等方面優(yōu)勢(shì)、與以往預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行比較，恒組大變形錨索存在防斷恒阻特性，能避免發(fā)生巷道頂板離層、錯(cuò)動(dòng)的現(xiàn)象，而且支護(hù)原理清晰，如果遇到圍巖變形狀況可以在恒定支護(hù)阻力狀況下延長(zhǎng)長(zhǎng)度，有效規(guī)避錨索驗(yàn)收過(guò)大所致破斷問(wèn)題的發(fā)生[5]。

(5)井下支護(hù)工藝優(yōu)化對(duì)策

樹(shù)脂錨固劑安防工藝，多在綜采礦區(qū)綜采工作面支護(hù)施工中應(yīng)用，鉆機(jī)施工錨索安裝孔后安放樹(shù)脂錨固劑，錨索支護(hù)需置入≥3根錨固劑。施工工藝能將錨固劑置于孔中，這時(shí)必然遺留安全隱患。需要注意的是，裝入錨固劑期間工作人員可進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)操作，對(duì)于圍巖巷道支撐有一定影響；同時(shí)頂板條件不佳情況下，因煤體破碎、鉆孔壁無(wú)法保持光滑狀態(tài)，使用正常錨固劑裝入工藝不能連續(xù)裝藥，待裝到第二支后會(huì)卡在鉆孔中，不利于連續(xù)安裝作業(yè)。因而，這時(shí)需重新施工錨索安裝孔后裝藥[6-7]。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下，錨固技術(shù)因運(yùn)而生能將錨固劑通過(guò)U型卡鏈連接起來(lái)，形成完整錨固劑后裝填。如此一來(lái)，在加強(qiáng)錨固劑剛度、避免發(fā)生破碎頂板卡住問(wèn)題、節(jié)省時(shí)間、降低裝填期間的風(fēng)險(xiǎn)等方面的優(yōu)勢(shì)突出，利于切實(shí)提高企業(yè)安全生產(chǎn)效率。

圖3 裝填工藝優(yōu)化

3.結(jié)語(yǔ)

井下綜采工作面支護(hù)的階段，在BIM技術(shù)下實(shí)行支護(hù)方案、工藝、材料等優(yōu)化為有效、可行的。同時(shí)，優(yōu)化井下支護(hù)利于嚴(yán)格控制成本、提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，所以基于BIM技術(shù)下進(jìn)行井下支護(hù)優(yōu)化非常必要，以便保證井下支護(hù)施工質(zhì)量和安全，并充分發(fā)揮BIM技術(shù)的作用。