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[摘 要]锚网索支护对巷道支护具有较好的作用，针对色连二矿砂质泥岩的顶板采用经过数值模拟后的支护优化参数进行优化支护，对比优化前后矿压数据，确定可靠经济的支护方案。
[关键词]砂质泥岩；锚网索；矿压；优化设计
中图分类号：U455.7+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）27-0360-02
一、实施背景
锚网索支护是一种常用的能够与围岩共同变形的柔性支护，对围岩过度变形有良好的控制作用。然而，在巷道支护中，存在支护参数选取不合理，作用未能充分发挥的现象，这造成支护材料浪费，增加支护成本。因此对锚杆支护设计进行优化，改进支护参数设计以实现支护优化，是十分重要的和必要的。
色连二矿4煤顶板为较稳定的砂质泥岩，因此在掘进期间内巷道围岩变形量也很小。在掘进期间，顺槽顶底板移近量均不到35mm，两帮移近量也不到20mm，不仅顶板浅、深部岩层基本上没离层现象，而且锚杆和锚索载荷基本上维持在初始预紧力状态，说明4煤工作面顺槽锚索网支护矿压显现不明显。而且顶板也没有离层现象，从巷道矿压显现特征及围岩地质条件来看，4煤顺槽支护参数能够进一步优化。
此文主要针对4煤层砂质泥岩的支护参数优化进行设计，通过本项研究，确定安全可靠的支护方案，消除顶板安全威胁，指导4煤层掘进巷道的安全施工。为色连二矿实现高产高效提供必要条件。
二、成果创新点
根据现场实际情况，通过将顶、帮锚杆通过W钢带和梯子梁搭接布置形成一整体结构，提高顶板肩窝抹角处围岩的稳定性，而且还有利于控制巷道断面。并结合数值模拟分析确定如下优化方案（表1）：
4煤層支护优化后如图1、2所示：
三、成果的实施和主要做法
为了验证4-1煤层静压实体巷道锚索网支护参数优化是否合理，利用FLAC3D有限差分软件对4-1煤层静压实体巷道锚索网支护优化后参数进行数值模拟分析。
以12403工作面回风顺槽矩形断面为对象进行锚索网支护参数选择数值模拟计算。三维数值计算模型尺寸：长×宽×高=305×100×100m，三维模型共划分24600个单元，25639个结点。在建立过程中，对巷道周边区域网格进行加密划分，为了保证数值计算的准确程度，尽量减小整个模型网格尺寸差异，因为尺寸差异越大编码就越无效。数值模拟计算采用Mohr-Coulombplasticitymodel本构模型，应变模式采用大应变变形模式，模型侧面限制水平移动，模型底面限制垂直移动，按上覆岩层厚度施加均布荷载，材料破坏遵循Mohr-Coulomb强度准则，图3为三维数值计算模型图。
四、煤顺槽分析结果
（1）在顶板支护参数一致条件下，4煤帮部采用4根锚杆时，巷道顶板最大下沉值为35mm，底板最大底臌量为69mm，右帮最大位移值为58mm，左帮最大位移为57mm；当4煤帮部采用5根锚杆时，巷道顶板最大下沉值为32mm，底板最大底臌量为61mm，右帮最大位移值为46mm，左帮最大位移为45mm，虽然工况二围岩变形比工况一略小，但两者围岩变形差值不到15mm。
（2）4煤工况一中垂直应力峰值为11.4MPa，水平应力峰值为8.1MPa，垂直应力峰值出现在距巷道边缘3.3m位置处；4煤工况二中垂直应力峰值为11.0MPa，水平应力峰值为8.0MPa，垂直应力峰值出现在距巷道边缘3.1m位置处，虽然随着帮部支护强度的增强，应力峰值略有减小，但两种工况中巷道围岩均未出现拉应力区，说明上述两种工况都能够有效控制巷道围岩变形，不会造成巷道失稳情况，根据安全、技术及经济一体化原则，因此4煤顺槽可采用低成本工况一支护方案。
（3）优化前后矿压对比：优化前在掘进期间，巷道内顶板离层仪变化范围为0～15mm，锚杆（索）测力计变化范围为0～35KN，两帮位移量基本无变化，顶底板位移量范围为0～30mm。优化后巷道内顶板离层仪变化范围为0～20mm，锚杆（索）测力计变化范围为0～45KN，两帮位移量基本无变化，顶底板位移量范围为0～35mm。优化前后的巷道压力显现对比并无明显变化。
五、实际应用及效益情况
上述优化参数在4煤层顺槽成功进行了试验及推广，取得了较大的经济和安全效益，具体如下：
在12403工作面回风顺槽成功进行了试验，并在12403工作面胶运顺槽、12401工作面回风顺槽及12404工作面胶带顺槽进行了推广。实践表明，通过对4煤顺槽锚索网支护结构及支护参数优化后，每米巷道节约材料费约700元，巷道进尺每月增加80m。
通过目前4煤层工作面掘进情况来看，巷道支护结构和支护参数的优化保证了巷道的支护要求，期间未出现锚杆（索）断裂失效等安全隐患，也满足了巷道（12403工作面已开始回采）在回采后的垮落要求。
巷道在回采后及时垮落，为后期采空区的防火提供了有利条件，降低了采空区因巷道顶板不能及时垮落而造成发生火灾的危险程度，同时也为工作面一氧化碳含量的控制提供了条件。
目前色连二矿通过该方案的优化，4煤顺槽已经累积施工8218m，共节约资金575万元，并且此优化方案可在4煤其他顺槽中应用实施，不仅大大降低了支护成本，而且也提高了巷道掘进效率。
参考文献
[1] 王旭红，等，复杂条件下回采巷道锚网索支护参数优化研究[J]，中国煤炭，2010，36（3）：48-51.
[2] 付民，等，深部软岩巷道锚网索耦合支护优化设计研究[J]，中国矿山工程，2009，38（2）：33-36.
作者简介
孙乘育（1989-），男，福建福鼎市人，2013年毕业于中国矿业大学安全工程专业，本科学历，现在内蒙古鄂尔多斯市中北煤化工有限公司色连二矿生产技术部从事矿井掘进管理工作；
李小根（1990-），男，江西吉安人，2013年毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业，本科学历，现在内蒙古鄂尔多斯市中北煤化工有限公司色连二矿从事采掘技术管理工作。
[关键词]砂质泥岩；锚网索；矿压；优化设计
中图分类号：U455.7+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）27-0360-02
一、实施背景
锚网索支护是一种常用的能够与围岩共同变形的柔性支护，对围岩过度变形有良好的控制作用。然而，在巷道支护中，存在支护参数选取不合理，作用未能充分发挥的现象，这造成支护材料浪费，增加支护成本。因此对锚杆支护设计进行优化，改进支护参数设计以实现支护优化，是十分重要的和必要的。
色连二矿4煤顶板为较稳定的砂质泥岩，因此在掘进期间内巷道围岩变形量也很小。在掘进期间，顺槽顶底板移近量均不到35mm，两帮移近量也不到20mm，不仅顶板浅、深部岩层基本上没离层现象，而且锚杆和锚索载荷基本上维持在初始预紧力状态，说明4煤工作面顺槽锚索网支护矿压显现不明显。而且顶板也没有离层现象，从巷道矿压显现特征及围岩地质条件来看，4煤顺槽支护参数能够进一步优化。
此文主要针对4煤层砂质泥岩的支护参数优化进行设计，通过本项研究，确定安全可靠的支护方案，消除顶板安全威胁，指导4煤层掘进巷道的安全施工。为色连二矿实现高产高效提供必要条件。
二、成果创新点
根据现场实际情况，通过将顶、帮锚杆通过W钢带和梯子梁搭接布置形成一整体结构，提高顶板肩窝抹角处围岩的稳定性，而且还有利于控制巷道断面。并结合数值模拟分析确定如下优化方案（表1）：
4煤層支护优化后如图1、2所示：
三、成果的实施和主要做法
为了验证4-1煤层静压实体巷道锚索网支护参数优化是否合理，利用FLAC3D有限差分软件对4-1煤层静压实体巷道锚索网支护优化后参数进行数值模拟分析。
以12403工作面回风顺槽矩形断面为对象进行锚索网支护参数选择数值模拟计算。三维数值计算模型尺寸：长×宽×高=305×100×100m，三维模型共划分24600个单元，25639个结点。在建立过程中，对巷道周边区域网格进行加密划分，为了保证数值计算的准确程度，尽量减小整个模型网格尺寸差异，因为尺寸差异越大编码就越无效。数值模拟计算采用Mohr-Coulombplasticitymodel本构模型，应变模式采用大应变变形模式，模型侧面限制水平移动，模型底面限制垂直移动，按上覆岩层厚度施加均布荷载，材料破坏遵循Mohr-Coulomb强度准则，图3为三维数值计算模型图。
四、煤顺槽分析结果
（1）在顶板支护参数一致条件下，4煤帮部采用4根锚杆时，巷道顶板最大下沉值为35mm，底板最大底臌量为69mm，右帮最大位移值为58mm，左帮最大位移为57mm；当4煤帮部采用5根锚杆时，巷道顶板最大下沉值为32mm，底板最大底臌量为61mm，右帮最大位移值为46mm，左帮最大位移为45mm，虽然工况二围岩变形比工况一略小，但两者围岩变形差值不到15mm。
（2）4煤工况一中垂直应力峰值为11.4MPa，水平应力峰值为8.1MPa，垂直应力峰值出现在距巷道边缘3.3m位置处；4煤工况二中垂直应力峰值为11.0MPa，水平应力峰值为8.0MPa，垂直应力峰值出现在距巷道边缘3.1m位置处，虽然随着帮部支护强度的增强，应力峰值略有减小，但两种工况中巷道围岩均未出现拉应力区，说明上述两种工况都能够有效控制巷道围岩变形，不会造成巷道失稳情况，根据安全、技术及经济一体化原则，因此4煤顺槽可采用低成本工况一支护方案。
（3）优化前后矿压对比：优化前在掘进期间，巷道内顶板离层仪变化范围为0～15mm，锚杆（索）测力计变化范围为0～35KN，两帮位移量基本无变化，顶底板位移量范围为0～30mm。优化后巷道内顶板离层仪变化范围为0～20mm，锚杆（索）测力计变化范围为0～45KN，两帮位移量基本无变化，顶底板位移量范围为0～35mm。优化前后的巷道压力显现对比并无明显变化。
五、实际应用及效益情况
上述优化参数在4煤层顺槽成功进行了试验及推广，取得了较大的经济和安全效益，具体如下：
在12403工作面回风顺槽成功进行了试验，并在12403工作面胶运顺槽、12401工作面回风顺槽及12404工作面胶带顺槽进行了推广。实践表明，通过对4煤顺槽锚索网支护结构及支护参数优化后，每米巷道节约材料费约700元，巷道进尺每月增加80m。
通过目前4煤层工作面掘进情况来看，巷道支护结构和支护参数的优化保证了巷道的支护要求，期间未出现锚杆（索）断裂失效等安全隐患，也满足了巷道（12403工作面已开始回采）在回采后的垮落要求。
巷道在回采后及时垮落，为后期采空区的防火提供了有利条件，降低了采空区因巷道顶板不能及时垮落而造成发生火灾的危险程度，同时也为工作面一氧化碳含量的控制提供了条件。
目前色连二矿通过该方案的优化，4煤顺槽已经累积施工8218m，共节约资金575万元，并且此优化方案可在4煤其他顺槽中应用实施，不仅大大降低了支护成本，而且也提高了巷道掘进效率。
参考文献
[1] 王旭红，等，复杂条件下回采巷道锚网索支护参数优化研究[J]，中国煤炭，2010，36（3）：48-51.
[2] 付民，等，深部软岩巷道锚网索耦合支护优化设计研究[J]，中国矿山工程，2009，38（2）：33-36.
作者简介
孙乘育（1989-），男，福建福鼎市人，2013年毕业于中国矿业大学安全工程专业，本科学历，现在内蒙古鄂尔多斯市中北煤化工有限公司色连二矿生产技术部从事矿井掘进管理工作；
李小根（1990-），男，江西吉安人，2013年毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业，本科学历，现在内蒙古鄂尔多斯市中北煤化工有限公司色连二矿从事采掘技术管理工作。