1、前言
錨桿支護(hù)作為一種新的巷道支護(hù)形式，與傳統(tǒng)支護(hù)方式相比，在改善支護(hù)效果、降低支護(hù)成本、加快成巷速度、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高巷道斷面利用率、簡(jiǎn)化回采面端頭區(qū)維護(hù)工藝等方面的優(yōu)越性十分突出。因而受到了世界主要產(chǎn)煤國(guó)家的普遍重視，代表了煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向。
目前，三河口礦在回采巷道支護(hù)中，普遍采用了“錨網(wǎng)索”聯(lián)合支護(hù)形式。雖然取得了較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益和安全效果，但是，長(zhǎng)期以來，錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)一直以周邊鄰近礦區(qū)的經(jīng)驗(yàn)為主，沒有針對(duì)礦的具體地質(zhì)條件和開采條件進(jìn)行科學(xué)合理的錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)計(jì)。因此，帶有較大的盲目性，導(dǎo)致支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)缺乏科學(xué)依據(jù)，給礦井的安全生產(chǎn)帶來了隱患。為了解決上述何題，針對(duì)的主采煤層
——3上煤層的地質(zhì)條件和目前巷道支護(hù)狀，能夠通過計(jì)算機(jī)可視化手段，建立一套錨網(wǎng)索支護(hù)的力學(xué)模型，決定開發(fā)《3上煤層回采巷道錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)》，為回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
2、3上煤層回采巷道支護(hù)現(xiàn)狀
3上煤層回采巷道目前普遍采用矩形斷面，巷道凈高度一般為2.5m,巷道凈寬度一般為3.2-3.5m。采用錨網(wǎng)帶、錨索聯(lián)合支護(hù)。頂板選用Ф18mm的螺紋樹脂錨桿，錨桿長(zhǎng)度1. 8m。錨桿間排距為800mm ×800mm（700mm×800mm)，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70º，錨桿間距為0.8m。（見圖1）

金屬網(wǎng)采用10#鐵絲編制成菱形網(wǎng)，網(wǎng)格為30mm×30mm。為了加強(qiáng)頂板支護(hù)強(qiáng)度，每隔2. 4m安裝錨索2根。錨索長(zhǎng)度5m，直徑15.24mm，由低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線絞合而成，與W鋼帶配合使用。W鋼帶型號(hào)為WX180/3. 0（輔助順槽），WX180/3.2（運(yùn)輸順槽）。錨索孔間距為1200mm。
兩幫采用Ф18mm的螺紋樹脂錨桿，錨桿長(zhǎng)度1. 6m，每排2根、3根間隔布置。每隔1600mm加設(shè)一根長(zhǎng)2000mm的鋼筋拉筋，拉筋為16＃鋼筋，雙股，用同型號(hào)鋼筋焊接，與錨桿聯(lián)合使用。在順槽的回采側(cè)，為了便于回采，有時(shí)也采用水泥錨固的竹錨桿。
3、3上煤層回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)決策模型
支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)是巷道支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)定量決策的關(guān)鍵所在。當(dāng)支護(hù)型式確定以后，參數(shù)設(shè)計(jì)正確與否，直接影響到支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)支護(hù)參數(shù)所提供的支護(hù)強(qiáng)度不夠，即使支護(hù)型式是合理的，也可能控制不住巷道圍巖的嚴(yán)重變形和破壞，最終導(dǎo)致巷道不得不翻修，影響正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益；當(dāng)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)得過于保守，雖然能保證巷道在服務(wù)期間的穩(wěn)定狀況，但支護(hù)成本必然偏高。因此，科學(xué)地尋找支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)在安全和經(jīng)濟(jì)這兩方面之間的最佳點(diǎn)，對(duì)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的意義是顯而易見的。
本課題與山東科技大學(xué)合作，根據(jù)“以巖層運(yùn)動(dòng)為中心的礦壓理論”的最新研究成果，首先建立起采場(chǎng)結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，為進(jìn)一步計(jì)算出已采工作面周圍煤體上的支承壓力分布規(guī)律，確定出內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的范圍，從根本上解決沿空順槽的煤柱尺寸問題奠定基礎(chǔ)。
以采場(chǎng)支承壓力結(jié)構(gòu)力學(xué)模型和錨網(wǎng)索支護(hù)的理論研究成果為依據(jù)，結(jié)合三河口礦十幾年來的工程實(shí)踐，參考臨近礦區(qū)的開采經(jīng)驗(yàn)，建立3上煤層回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)決策模型。
3. 1沿空順槽煤柱尺寸計(jì)算模型（模型1）
3.1.1模型決策目標(biāo)
該模型決策目標(biāo)是沿空順槽煤柱尺寸S
3.1.2輸入?yún)?shù)
相鄰工作面長(zhǎng)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(yīng)用舉例
由于3上煤層今后均采用放頂煤技術(shù)進(jìn)行回采，主要礦壓運(yùn)動(dòng)參數(shù)尚沒有觀測(cè)數(shù)據(jù)，因此采用《頂板控制設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)》進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
3上煤層其他相關(guān)參數(shù)如下：
工作面長(zhǎng)度：70～150m;
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(jì)算出3上煤層采空區(qū)周圍的內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)范圍。
可見，在工作面長(zhǎng)度為70-150m的范圍內(nèi)，采深為350-600m左右時(shí)，內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)范圍一般為6. 3-9. 3m?？紤]到的順槽寬度一般為3-4m,因此，為了把順槽布置在內(nèi)應(yīng)力區(qū)，煤柱尺寸應(yīng)該為：S=（6.3-9.3）－（3-4）=3-6m如圖2所示。

3. 2回采巷道錨桿支護(hù)參數(shù)決策模型（模型2）
由于3上煤層采用放頂煤技術(shù)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的情況下，頂煤厚度大約為2.5m。由于頂煤較厚，其冒落形狀為拱形，故可按照普氏免壓拱理論進(jìn)行錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)。
3. 3錨索支護(hù)參數(shù)決策模型（模型3）
錨索的長(zhǎng)度由3部分組成：頂煤厚度、砂質(zhì)泥巖厚度和深入到白灰色細(xì)砂巖中的厚度。因此，錨索的基本長(zhǎng)度為：
L錨索＝頂煤厚度＋砂質(zhì)泥巖厚度＋深入到白灰色細(xì)砂巖中的厚度
4、3上煤層回采巷道錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)計(jì)決策支持系統(tǒng)
DSS實(shí)質(zhì)上是在管理信息系統(tǒng)和運(yùn)籌學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。即DSS的出現(xiàn)，它不同于MIS數(shù)據(jù)處理，也不同于模型的數(shù)值計(jì)算，而是它們的有機(jī)集成。它既具有數(shù)據(jù)處理功能又具有數(shù)值計(jì)算功能。助決策有幾種方式：（1）以數(shù)據(jù)形式輔助決策；（2）以模型和方法的形式輔助決策；（3）以多模型組合形式輔助決策。
決策支持系統(tǒng)即人機(jī)交互系統(tǒng)（對(duì)話部件）、模型庫(kù)系統(tǒng)（模型部件）、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（數(shù)據(jù)部件）。
決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3。

決策支持系統(tǒng)是三個(gè)部件的有機(jī)結(jié)合，即對(duì)話部件（人機(jī)交互系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)部件（數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)）、模型部件（模型庫(kù)管理系統(tǒng)和模型庫(kù)）的有機(jī)結(jié)合。
人機(jī)對(duì)話部件包括如下幾方面的功能：①提供豐富多彩的顯示和對(duì)話形式；②輸入輸出轉(zhuǎn)換；③控制決策支持的有效運(yùn)行。
數(shù)據(jù)部件的集成語(yǔ)言由所編制的DSS控制程序來完成。數(shù)據(jù)部件包括數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。
模型部件由模型庫(kù)和模型庫(kù)管理系統(tǒng)組成。包括：①模型的表示形式：②模型的動(dòng)態(tài)形式；③模型庫(kù)管理系統(tǒng)；④模型庫(kù)管理系統(tǒng)的特定功能等。
5、3上煤層回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)決策支持系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
在前述研究工作的基礎(chǔ)上，開發(fā)了《3上煤層回采巷道錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)計(jì)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(guān)的數(shù)據(jù)。

6、結(jié)語(yǔ)
回采巷道錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)計(jì)決策系統(tǒng)在三河口礦已得到成功應(yīng)用，是科學(xué)理論指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的具體體顯。經(jīng)過巷道支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)為科學(xué)管理頂板，正確選擇支護(hù)參數(shù)、合理確定支護(hù)強(qiáng)度，提供了科學(xué)的依據(jù)，該系統(tǒng)的應(yīng)用不僅取得安全生產(chǎn)，取得了較好的社會(huì)效益，而且節(jié)約材料消耗，減少了工人的勞動(dòng)量，提高了勞動(dòng)效率；每百m巷道節(jié)約純材料費(fèi)用10358元。目前該系統(tǒng)還能根據(jù)特殊的地質(zhì)情況，采取相應(yīng)的支護(hù)設(shè)計(jì)。