基于BlM技術的井下支護優化

（山西汾西宜興煤業有限責任公司 山西 032300）

BIM為建筑信息模式化，作為可視化技術多在工程項目中運用，工程項目剖面切面下利于直觀觀察圖表的形式，然后進行力學模擬和物理引擎，可關注到建筑工程的所有環節[1]。與此同時，在BIM技術支持下遵循安全作業原則處理，可以對井下支護作以優化，以此有效保障井下支護施工的效率。

1.井下支護優化重點研究

圍巖不穩定礦井，因受到地質條件因素所影響，因此會在掘進期間對巷道頂板、幫部支護時存在較大的難度，而這也是致使頂板安全事故發生的基本原因。針對某大型綜采礦區，每年需回采≥3個工作面，從而達到產量方面的要求、工藝改進需要。支護設計的過程保證頂板的安全，并作以井下支護優化設計，綜采工作面支護通過錨桿、錨索，以及金屬網和工字鋼梁等構成，在井下應用的過程觀察到這一方案支護強度較大，需獲得支護工藝的支持，要求對礦井工程加以準確計算，待巷道支護施工后圍巖應力分布集中于工作面頂部、底部，兩幫應力的強度非常小，此時可為支護優化奠定堅實基礎。礦山數據可視化階段，對于巖層應力分布描述的時候，需遵循著色標準進行設計，保證巷道頂部、底部為承壓主要區域，目的為達到設計的相關要求。

2.BlM技術基礎下井下支護優化對策探討

(1)井下支護方案優化對策

明確巷道圍巖應力分布狀態后，以支護材料、支護強度的角度出發，對巷道幫部支護加以簡化處理，將每排8根降低至每排6根，合理應用新型支護材料JM錨索鋼梁。頂部錨桿長度、幫部錨桿長度、錨索間距、錨索排距分別設置為：2200mm、2600mm、1600mm、1600mm，錨索直徑調整為φ20.5mm，如此一來可在支護正常工作下有效抵抗頂端應力，幫部錨桿間距、幫部錨桿排距調整為1200mm、1000mm，原支護11#礦用工字鋼調整為JM錨索梁。合理應用JM鋼帶取代11#礦用工字鋼支護巷道，錨索失效情況發生率較低，巷道頂板支護質量較好，如此一來能降低巷道后期維護的挑戰性。使用JM鋼索鋼帶利于嚴格控制巷道支護投入資金，同時可以降低巷道回采過程維護投入的資金，每年能節省支護資金約為60萬元。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強度，而且有助于切實提高支護工作的整體效率。通過新型支護材料的運用，巷道地質條件不佳和圍巖破碎條件下，可防止發生巷道變形、鋼帶撕裂的問題。通過研究發現，降低成本使用優化井下支護方案，錨桿支護間隔100m可降低80根左右錨桿，按照每根錨桿支護150元計算，支護方案錨桿費用可以節省12000元左右。使用JM錨索梁取代11#工字鋼，因11#礦用工字鋼單價高于JM錨索梁，所以可計算出100m巷道就可以節省20000元左右。錨索間排距加大，間隔100m巷道能降低錨索支護30根，約為35000元左右。由此能夠看出，使用井下優化支護方案，在節省巷道成本的同時，能夠有效保證支護方案的科學性、可行性，強支護區域能加強支護、稍弱支護區域可以降低支護強度，如此利于控制密集支護所致高強度勞動，防止發生工作強度過大，對工作人員操作質量、安全造成威脅的情況[2-3]。

(2)基坑支護結構體系BlM模型建立優化對策

參照初始設計方案，使用Revit基坑支護結構體系建模，模型在設計方案整合起來就可以。CAD設計圖導入Revit前作以簡化處理，將圖紙中復雜構建去除、刪除相關文字和圖塊，主要目的：防止建模期間對計算機運行速度構成不利影響。復雜項目條件應作以不同專業協同建模處理，認真處理好圖紙，然后經專業工程師對二維圖紙建模。為滿足模型后期應用可視化模擬要求、施工進度模擬和碰撞檢查的需求，應該按照基坑支護結構施工工藝順序建模，支護樁建模、冠梁建模后，進行錨索建模、鋼腰梁建模、其他基坑建模等工作。這個過程中首先應將基坑平面布置圖DWG文件格式，導入到新建項目表格位置，按照初始設計方案繪制支護樁、擋土墻，然后完成樁頂冠梁建模。其次實行錨索布置、鋼腰梁布置工作，認真進行模型錨索碰撞檢查，借助檢測軟件的作用篩分導入構件，要求錨索制作時對各個斷面命名、斷面不同錨索命名。錨索、鋼腰梁結構平面標高位置，合理調整標高、入射角。其三，基坑支護結構受力建模后，對其他安全護欄建模、止水帷幕建模、掛網噴砼建模等，除此之外應附著支護樁和冠梁。應用BIM技術有效處理陽角位置錨索問題，這一基坑支護結構模型能展示BIM軟件建模數據儲存功能、支護結構屬性，所以便于為模型日后應用提供良好支持，如果發現設計中存在相關問題要求科學設計，及時更新模型相關數據，進而從根本上提升井下支護施工的效率、安全性[4]。

圖1 支護樁、冠梁模

圖2 錨索和鋼腰梁布設情況

(3)族庫模型建立優化對策

族，作為信息化因子承載構件全部信息，通過不同的族構成建筑信息模型，可將族構件整合。基坑BIM模型中錨索、擋土墻和排水溝等均未形成族，故此需要構建新的族構建，在基坑BIM模型中運用。通過參數設計族構建，可重復載入到其他項目，從而充分發揮出BIM技術的應用價值。

(4)井下支護材料優化對策

支護材料管理時，應認真實行支護方案優化工作、材料質量檢驗制度，針對質量不達標材料不可進入井下。與此同時，要求施工企業采購支護材料有合格證、材料檢驗合格報告，材料進入井下前經技術部門提供檢驗方面資金，然后通過審核后進入井下。技術部門方面定期需要認真做好支護材料抽樣送檢方面工作，旨在達到支護材料質量標準。以往，預應力錨索容易受到外界因素影響，發生預應力錨索支護失效問題，而這也是引發工程冒頂的基本原因。掘進工作面地質情況下，使用恒組大變形錨索為支護設備，便于發揮出其抗沖擊、適應圍巖大變形高恒組、強度高、預緊力高等方面優勢、與以往預應力錨索進行比較，恒組大變形錨索存在防斷恒阻特性，能避免發生巷道頂板離層、錯動的現象，而且支護原理清晰，如果遇到圍巖變形狀況可以在恒定支護阻力狀況下延長長度，有效規避錨索驗收過大所致破斷問題的發生[5]。

(5)井下支護工藝優化對策

樹脂錨固劑安防工藝，多在綜采礦區綜采工作面支護施工中應用，鉆機施工錨索安裝孔后安放樹脂錨固劑，錨索支護需置入≥3根錨固劑。施工工藝能將錨固劑置于孔中，這時必然遺留安全隱患。需要注意的是，裝入錨固劑期間工作人員可進行臨時支護操作，對于圍巖巷道支撐有一定影響；同時頂板條件不佳情況下，因煤體破碎、鉆孔壁無法保持光滑狀態，使用正常錨固劑裝入工藝不能連續裝藥，待裝到第二支后會卡在鉆孔中，不利于連續安裝作業。因而，這時需重新施工錨索安裝孔后裝藥[6-7]。隨著科學技術的快速發展下，錨固技術因運而生能將錨固劑通過U型卡鏈連接起來，形成完整錨固劑后裝填。如此一來，在加強錨固劑剛度、避免發生破碎頂板卡住問題、節省時間、降低裝填期間的風險等方面的優勢突出，利于切實提高企業安全生產效率。

圖3 裝填工藝優化

3.結語

井下綜采工作面支護的階段，在BIM技術下實行支護方案、工藝、材料等優化為有效、可行的。同時，優化井下支護利于嚴格控制成本、提高企業的競爭力，所以基于BIM技術下進行井下支護優化非常必要，以便保證井下支護施工質量和安全，并充分發揮BIM技術的作用。