張穎超 曹佳

摘要本文通過建立巷道模型，通過使用計算機仿真軟件FLAC，模擬描述錨桿直徑變化對巷道受到應(yīng)力的變化，形成變量關(guān)系;運用邊際理論分析，結(jié)合支護投入，確定最優(yōu)方案。

關(guān)鍵詞：? FLAC;錨桿直徑;巷道應(yīng)力; 邊際理論;? 最優(yōu)方案

引言

錨網(wǎng)索支護是目前煤礦巷道支護采用的主要方法，它從成巷道作業(yè)成本，作業(yè)速度，斷面的可重復(fù)利用率，人員勞動強度，安全作業(yè)等方面有巨大優(yōu)勢[1]，對于錨網(wǎng)索支護的選擇應(yīng)用，除了巖層等外界條件外，其本身的性能也很重要，如影響巷道支護的具體參數(shù)有錨桿直徑，長度，間距等 。

本文從錨桿直徑角度入手，基于模擬軟件數(shù)值，運用邊際成本分析法，從桿徑，圍巖變量，支護成本三方面，對影響巷道圍巖穩(wěn)定性的錨桿直徑進行評價篩選，來確定合理最優(yōu)的方案。

1錨網(wǎng)索支護初步支護參數(shù)的確定

在現(xiàn)場采礦過程中，受重的載荷主要來自于巖層上部，也就是上部巖層的自重;根據(jù)采集到的某礦一段采煤區(qū)域，簡化為以下模型：1）只考慮上層地質(zhì)與巖重，巖石材料與重量為厚砂巖26m、，厚粉砂巖3.0m、厚砂巖10.8m，弱層1.2m;2）開采區(qū)域模型為長方形，采集數(shù)據(jù)為長65m，寬65米，高55m ;3）掘進巷道為梯形，位于開采區(qū)域的中間，底5m，上幫高4m，下幫高3m。

其中：A、B、C、D是頂板上隨機取的四個點，用來作為觀察模擬持續(xù)受到相同同的巖重壓力，不同的桿徑產(chǎn)生的相應(yīng)的變形量。

運用FLAC軟件模擬巷道的各個點的應(yīng)力，隨機取頂板上的A，B，C，D四點位移變化，因此我們可以得到在FLAC模擬軟件下頂板四個點的不同變形量按照順序為：150.4mm，173.3mm，173.3mm，167mm，這四個數(shù)值可以作為選擇影響圍巖穩(wěn)定性其中因子錨桿直徑的參考對比值。

2.錨桿直徑變化與圍巖變形量的函數(shù)關(guān)系

本文研究錨桿直徑對圍巖變形量的影響，其它因素忽落假設(shè)桿長一定為，頂板的錨桿的間排的距離一定，在如上A，B，C，D參數(shù)基礎(chǔ)上，取錨桿常用的直徑16，18，20，22，25 mm[2]，進行分析。

1）桿徑與巷道支撐的模擬

成本核算：16m桿徑對應(yīng)價格為41.9元，計算頂板的支護成本為：499.2元。運用FLAC對整個巷道支護的效果模擬：重點對巷道的A，B，C，D點進行取數(shù)，變形量兩分別為150.8mm，173.8mm，173.7mm，167.5mm

這樣，我們可以出16，18.20.22.25桿徑的相應(yīng)模擬參數(shù)如表1：

3 邊際分析法方案選擇

按照如上的模擬分析可以看出方案的選擇在于平衡錨桿，圍巖變化量，成本，三者之間的關(guān)系，最優(yōu)者為最佳桿徑，邊際分析法廣泛應(yīng)用于多個目標(biāo)的成本結(jié)構(gòu)優(yōu)化[3]，因此，我們對于如上的數(shù)據(jù)分析引用邊際分析。

通過表1與基礎(chǔ)數(shù)值對比，我們可以得到邊際圍量與桿徑關(guān)系表2：

邊際成本在幾何中代表從表“U”型曲線[3]，最初隨投入增加產(chǎn)出減少，當(dāng)達(dá)到U型最低點后，隨投入的增加而產(chǎn)出增加;因此我們把桿徑看作投入，圍巖變形量看作產(chǎn)出，當(dāng)圍巖變形量為0理論上為最佳，實際選取時應(yīng)選擇趨向0，并不可持續(xù)增加桿徑，基礎(chǔ)于此分析A點為例。

根據(jù)表2，A點在不同的直徑下有對應(yīng)的邊際圍巖變形量，當(dāng)桿徑從22mm增加為25mm時，邊際圍巖變形量已減少為0。根據(jù)邊際理論我們選擇的桿徑為22mm。

同理我們可以得出：B點角度考慮最優(yōu)選擇桿徑22mm.C點角度考慮最優(yōu)選擇桿徑20mm;D點角度最優(yōu)選擇桿徑22mm，因此該煤礦可以選擇桿徑22mm或者20mm。

最后結(jié)合我們的支護成本，按照成本最低選擇，最優(yōu)方案為桿徑為20mm的錨桿支護。

4結(jié)束語

本文針對影響圍巖變形的錨桿直徑，建立巷道模型，運用FLAC仿真軟件隨機對整個巷道中挑出的四個支護點進行分析，并在方案確定中將邊際分析法引入到支護效果評價中來，此方法也可以對其他影響圍巖變形的因素進行科學(xué)分析，為我們進一步研究錨桿對巷道的支護提供了一種方法。

參考文獻

[1]張智鵬. 深部巷道錨網(wǎng)索聯(lián)合支護效果模擬分析[M]. 中國礦山工程，2018，2

[2]鞏寧. 煤礦掘進巷道中錨桿支護技術(shù)的應(yīng)用 . 現(xiàn)代礦業(yè)，2019，5

[3]張貴祥. 邊際分析法在管理經(jīng)濟學(xué)中的運用研究. 現(xiàn)代經(jīng)濟信息，2016，8