煤矿掘进工作面技术管理系统探索

由于地质条件的复杂性和不确定性，爆破、支护工程设计中各种参数的选择、效果的最终评价都依赖个人知识水平和经验，造成无法用定量或统一的标准做判据，不免带有较大的随意性和盲目性。因此，应用计算机技术进行工作面爆破、支护设计的开发是现代化煤矿急需解决的问题。

1系统概述

1.1系统设计方法

系统采用程序设计OOP（Object-OrientedProgramming）方法，OOP方法总的设计原则是按照人们通常的思维方式建立问题领域的模型，设计出尽可能自然地求解方法的软件。这种程序设计方法简化了实现，使程序的整体结构清晰，使软件产品有可能像硬件一样作为插件组装，从而为程序设计的自动化奠定了基础。

1.2系统界面设计

系统界面设计如图1、图2所示：系统菜单栏分为辅助设计、原始条件输入、绘图参数预测、图表绘制、帮助几个主要部分。

1.3系统结构设计

采掘作业面技术管理集成系统分为两个子系统，分别为爆破方案决策子系统和支护方案决策子系统。各个子系统之间相互独立实现各自主要的功能，又相辅相成，相互之间有机结合。

1.4开发平台

基于VisualBasic、VisualC++开发语言和Windows环境下实现系统开发，爆破方案决策系统采用了VisualC++开发语言建立专家知识库，支护方案决策系统采用了VisualBasic实现了FLAC3D数值模拟。

2爆破方案决策子系统研究

2.1系统结构设计

2.1.1原始条件设计根据许厂矿的实际情况，并结合大量的爆破实例，归纳出爆破所需的以下原始条件为：日工作班数、循环进尺、节理发育程度、普氏系数、钻眼设备、软弱夹层、岩体结构、岩石的脆韧性、瓦斯及煤尘、掘进断面积、渗水情况、岩体可爆性级别等12个。2.1.2推理机设计（1）理论分析推理理论分析推理是以基础理论知识为基础，在岩体与施工参数已知的前提下，吸取控制爆破设计的专家知识进行运算，得出爆破设计方案并确定爆破参数的方法。（2）知识库设计知识库是存储于计算机中的知识的集合，是专家系统的核心之一。知识库中既包括理论分析专家知识又有工程类比专家知识设计。出于以上各方面因素的考虑，构建知识库时采用了模块化设计的方法。

2.2应用实例

梯形巷道设计：许厂煤矿330东翼轨道大巷应用爆破掘进专家系统进行设计，具体过程如下：运行程序，弹出原始条件对话框，在对话框中输入原始参数，确定后系统将弹出推理结果，其中包括对爆破器材和掏槽方式的选择及爆破效果的预测。实际爆破设计结果：现场设计采用打眼放炮的方法破岩，凿岩采用气腿式凿岩机，炸药使用煤矿乳化炸药，雷管选用毫秒延期雷管，正向装药，连线方式串联，掏槽方式为楔形掏槽，眼深1.8m，经现场应用实践，可以满足应用要求。如图3所示。

3支护系统

3.1系统结构设计

该系统包括咨询子系统、AutoCAD绘图子系统和帮助子系统三个子系统，以及系统给出方案的数值模拟部分。三个子系统又分为了三个模块结构。

3.2应用实例

3.2.1巷道情况3303工作面为大采高一次采全高工作面，回采巷道沿煤层顶板掘进。煤层及顶底板情况：主采3#煤层，位于二叠系下统山西组上部，标高为508~648m，煤层厚度平均为6.55m。老顶为中砂岩，厚度平均为3.5m；直接顶为粉砂岩，厚度平均为7.50m；直接底为粉砂泥岩，厚度平均为1.2m。支护巷道断面规格：掘进断面形状为矩形，掘进毛宽为5.0m，掘进毛高为3.8m。3.2.2锚杆支护数值模拟数值模拟模型：模拟范围的长宽分别为40m和60m，横向和纵向网格分别为40个和70个。采用库仑-摩尔模型来模拟岩层的应力-应变特征。各岩层之间采用Interface单元进行连接，以模拟岩层之间节理的力学行为。采用Cable单元模拟锚杆和锚索。数值模拟方案：根据具体的地质条件和技术条件，共建立31个模拟方案。3.2.3锚杆支护方案确定锚杆支护设计如下：巷道采用树脂锚固组合高强度锚杆支护系统，并且进行锚索补强。顶板支护方案：杆体采用22#左旋无纵筋螺纹钢，每排6根锚杆，间距为875mm，排距为1000mm。单根钢绞线长度为6300mm，间距为2000mm，排距为1000mm。巷帮支护方案：杆体采用22#左旋无纵筋螺纹钢，每排6根锚杆，间距为1000mm，排距为1000mm。锚杆支护断面布置如图5所示。

4结束语

针对许厂煤矿采掘技术管理方面所出现的关键技术难题进行攻关研究。通过井下现场调研、需求分析、方案设计、系统开发、系统运行调试、系统应用反馈等研究方法，选择合适的程序参数，开发了煤矿掘进工作面技术管理集成系统。（1）实现了巷道爆破与支护计算机辅助设计，达到炮眼合理布置、掏槽效果理想和炮眼利用率高的效果，有效提高了爆破与支护方案参数优化选择的合理性，提高爆破与支护质量，提高工作效率。（2）利用计算机和FLACE3D数值模拟技术，实现了巷道支护设计数字模拟的快速、自动化建模，优化的支护方案和参数。实现了合理化支护方案，节约生产成本。（3）该成果解决了许厂煤矿采掘工作面技术计算机集成系统辅助管理的问题，为煤矿采掘生产提供了一种强有力的新手段，其特点是准确、快捷、智能，指导煤矿高效、安全生产。

作者：徐芳 单位：淄博矿业集团有限责任公司许厂煤矿