1、前言
錨桿支護作為一種新的巷道支護形式，與傳統支護方式相比，在改善支護效果、降低支護成本、加快成巷速度、減輕勞動強度、提高巷道斷面利用率、簡化回采面端頭區維護工藝等方面的優越性十分突出。因而受到了世界主要產煤國家的普遍重視，代表了煤礦巷道支護技術的發展方向。
目前，三河口礦在回采巷道支護中，普遍采用了“錨網索”聯合支護形式。雖然取得了較為顯著的經濟效益和安全效果，但是，長期以來，錨網索支護參數一直以周邊鄰近礦區的經驗為主，沒有針對礦的具體地質條件和開采條件進行科學合理的錨網索支護設計。因此，帶有較大的盲目性，導致支護設計參數缺乏科學依據，給礦井的安全生產帶來了隱患。為了解決上述何題，針對的主采煤層
——3上煤層的地質條件和目前巷道支護狀，能夠通過計算機可視化手段，建立一套錨網索支護的力學模型，決定開發《3上煤層回采巷道錨網索支護設計系統》，為回采巷道支護設計提供依據。
2、3上煤層回采巷道支護現狀
3上煤層回采巷道目前普遍采用矩形斷面，巷道凈高度一般為2.5m,巷道凈寬度一般為3.2-3.5m。采用錨網帶、錨索聯合支護。頂板選用Ф18mm的螺紋樹脂錨桿，錨桿長度1. 8m。錨桿間排距為800mm ×800mm（700mm×800mm)，排距0. 8m（0. 7m），每排錨桿的錨桿數為5根，兩肩窩處錨桿的安裝角度為70º，錨桿間距為0.8m。（見圖1）
金屬網采用10#鐵絲編制成菱形網，網格為30mm×30mm。為了加強頂板支護強度，每隔2. 4m安裝錨索2根。錨索長度5m，直徑15.24mm，由低松弛預應力鋼絞線絞合而成，與W鋼帶配合使用。W鋼帶型號為WX180/3. 0（輔助順槽），WX180/3.2（運輸順槽）。錨索孔間距為1200mm。
兩幫采用Ф18mm的螺紋樹脂錨桿，錨桿長度1. 6m，每排2根、3根間隔布置。每隔1600mm加設一根長2000mm的鋼筋拉筋，拉筋為16＃鋼筋，雙股，用同型號鋼筋焊接，與錨桿聯合使用。在順槽的回采側，為了便于回采，有時也采用水泥錨固的竹錨桿。
3、3上煤層回采巷道支護設計決策模型
支護參數設計是巷道支護設計實現定量決策的關鍵所在。當支護型式確定以后，參數設計正確與否，直接影響到支護效果和經濟效益。當支護參數所提供的支護強度不夠，即使支護型式是合理的，也可能控制不住巷道圍巖的嚴重變形和破壞，最終導致巷道不得不翻修，影響正常生產和經濟效益；當支護參數設計得過于保守，雖然能保證巷道在服務期間的穩定狀況，但支護成本必然偏高。因此，科學地尋找支護參數設計在安全和經濟這兩方面之間的最佳點，對安全生產和經濟效益的意義是顯而易見的。
本課題與山東科技大學合作，根據“以巖層運動為中心的礦壓理論”的最新研究成果，首先建立起采場結構力學模型，為進一步計算出已采工作面周圍煤體上的支承壓力分布規律，確定出內應力場的范圍，從根本上解決沿空順槽的煤柱尺寸問題奠定基礎。
以采場支承壓力結構力學模型和錨網索支護的理論研究成果為依據，結合三河口礦十幾年來的工程實踐，參考臨近礦區的開采經驗，建立3上煤層回采巷道支護設計決策模型。
3. 1沿空順槽煤柱尺寸計算模型（模型1）
3.1.1模型決策目標
該模型決策目標是沿空順槽煤柱尺寸S
3.1.2輸入參數
相鄰工作面長度L;
相鄰工作面老頂巖梁初次來壓步距C0；
相鄰工作面超前支承壓力高峰位置距煤壁的距離S3；
相鄰工作面老頂巖梁總厚度M;
相鄰工作面支承壓力集中系數K;
采深H。
3.1.3 模型公式：
3.1.4應用舉例
由于3上煤層今后均采用放頂煤技術進行回采，主要礦壓運動參數尚沒有觀測數據，因此采用《頂板控制設計專家系統》進行了預測。
3上煤層其他相關參數如下：
工作面長度：70～150m;
支承壓力高峰位置距煤壁的距離S3=20m;
工作面支承壓力集中系數取K=2.6;
采深H=350-600m
將上述參數代入模型中，計算出3上煤層采空區周圍的內應力場范圍。
可見，在工作面長度為70-150m的范圍內，采深為350-600m左右時，內應力場范圍一般為6. 3-9. 3m。考慮到的順槽寬度一般為3-4m,因此，為了把順槽布置在內應力區，煤柱尺寸應該為：S=（6.3-9.3）－（3-4）=3-6m如圖2所示。
3. 2回采巷道錨桿支護參數決策模型（模型2）
由于3上煤層采用放頂煤技術開采，．順槽沿著煤層底板布置，巷道頂板為煤層，在巷道高度為2.5m的情況下，頂煤厚度大約為2.5m。由于頂煤較厚，其冒落形狀為拱形，故可按照普氏免壓拱理論進行錨桿支護參數設計。
3. 3錨索支護參數決策模型（模型3）
錨索的長度由3部分組成：頂煤厚度、砂質泥巖厚度和深入到白灰色細砂巖中的厚度。因此，錨索的基本長度為：
L錨索＝頂煤厚度＋砂質泥巖厚度＋深入到白灰色細砂巖中的厚度
4、3上煤層回采巷道錨網索支護設計決策支持系統
DSS實質上是在管理信息系統和運籌學的基礎上發展起來的。即DSS的出現，它不同于MIS數據處理，也不同于模型的數值計算，而是它們的有機集成。它既具有數據處理功能又具有數值計算功能。助決策有幾種方式：（1）以數據形式輔助決策；（2）以模型和方法的形式輔助決策；（3）以多模型組合形式輔助決策。
決策支持系統即人機交互系統（對話部件）、模型庫系統（模型部件）、數據庫系統（數據部件）。
決策支持系統的結構如圖3。
決策支持系統是三個部件的有機結合，即對話部件（人機交互系統）、數據部件（數據庫管理系統和數據庫）、模型部件（模型庫管理系統和模型庫）的有機結合。
人機對話部件包括如下幾方面的功能：①提供豐富多彩的顯示和對話形式；②輸入輸出轉換；③控制決策支持的有效運行。
數據部件的集成語言由所編制的DSS控制程序來完成。數據部件包括數據庫和數據庫管理系統。
模型部件由模型庫和模型庫管理系統組成。包括：①模型的表示形式：②模型的動態形式；③模型庫管理系統；④模型庫管理系統的特定功能等。
5、3上煤層回采巷道支護設計決策支持系統的實現
在前述研究工作的基礎上，開發了《3上煤層回采巷道錨網索支護設計決策支持系統》，系統主界面如圖4,圖5,圖6,圖7所示。然后系統彈出數據編輯窗口，如圖5所示。以后可以在此界面中輸入與巷道相關的數據。
6、結語
回采巷道錨網索支護設計決策系統在三河口礦已得到成功應用，是科學理論指導生產實踐的具體體顯。經過巷道支護優化設計為科學管理頂板，正確選擇支護參數、合理確定支護強度，提供了科學的依據，該系統的應用不僅取得安全生產，取得了較好的社會效益，而且節約材料消耗，減少了工人的勞動量，提高了勞動效率；每百m巷道節約純材料費用10358元。目前該系統還能根據特殊的地質情況，采取相應的支護設計。
