基本FLAC模擬與邊際分析的錨桿方案選擇

張穎超 曹佳

摘要本文通過建立巷道模型，通過使用計(jì)算機(jī)仿真軟件FLAC，模擬描述錨桿直徑變化對(duì)巷道受到應(yīng)力的變化，形成變量關(guān)系;運(yùn)用邊際理論分析，結(jié)合支護(hù)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(hù)是目前煤礦巷道支護(hù)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(dòng)強(qiáng)度，安全作業(yè)等方面有巨大優(yōu)勢(shì)[1]，對(duì)于錨網(wǎng)索支護(hù)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(hù)的具體參數(shù)有錨桿直徑，長(zhǎng)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(yùn)用邊際成本分析法，從桿徑，圍巖變量，支護(hù)成本三方面，對(duì)影響巷道圍巖穩(wěn)定性的錨桿直徑進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選，來(lái)確定合理最優(yōu)的方案。

1錨網(wǎng)索支護(hù)初步支護(hù)參數(shù)的確定

在現(xiàn)場(chǎng)采礦過程中，受重的載荷主要來(lái)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(jiǎn)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(zhǎng)方形，采集數(shù)據(jù)為長(zhǎng)65m，寬65米，高55m ;3）掘進(jìn)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(jī)取的四個(gè)點(diǎn)，用來(lái)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(yùn)用FLAC軟件模擬巷道的各個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力，隨機(jī)取頂板上的A，B，C，D四點(diǎn)位移變化，因此我們可以得到在FLAC模擬軟件下頂板四個(gè)點(diǎn)的不同變形量按照順序?yàn)椋?50.4mm，173.3mm，173.3mm，167mm，這四個(gè)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(duì)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(duì)圍巖變形量的影響，其它因素忽落假設(shè)桿長(zhǎng)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(jìn)行分析。

1）桿徑與巷道支撐的模擬

成本核算：16m桿徑對(duì)應(yīng)價(jià)格為41.9元，計(jì)算頂板的支護(hù)成本為：499.2元。運(yùn)用FLAC對(duì)整個(gè)巷道支護(hù)的效果模擬：重點(diǎn)對(duì)巷道的A，B，C，D點(diǎn)進(jìn)行取數(shù)，變形量?jī)煞謩e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(gè)目標(biāo)的成本結(jié)構(gòu)優(yōu)化[3]，因此，我們對(duì)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(duì)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(diǎn)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(shí)際選取時(shí)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(diǎn)為例。

根據(jù)表2，A點(diǎn)在不同的直徑下有對(duì)應(yīng)的邊際圍巖變形量，當(dāng)桿徑從22mm增加為25mm時(shí)，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(diǎn)角度考慮最優(yōu)選擇桿徑22mm.C點(diǎn)角度考慮最優(yōu)選擇桿徑20mm;D點(diǎn)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(hù)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(hù)。

4結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)影響圍巖變形的錨桿直徑，建立巷道模型，運(yùn)用FLAC仿真軟件隨機(jī)對(duì)整個(gè)巷道中挑出的四個(gè)支護(hù)點(diǎn)進(jìn)行分析，并在方案確定中將邊際分析法引入到支護(hù)效果評(píng)價(jià)中來(lái)，此方法也可以對(duì)其他影響圍巖變形的因素進(jìn)行科學(xué)分析，為我們進(jìn)一步研究錨桿對(duì)巷道的支護(hù)提供了一種方法。

參考文獻(xiàn)

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