Vol.28 No.3 吴顺川等：二次动压巷道支护设计与参数优化 ·217· 表2阳泉3#煤层二次动压巷道正交分析第1~3计算方案计算结果 'Table 2 Computed results from the numeration schemes No.1~3 in Yangquan mining area 最大位移 顶底板 两帮 稳定安全 方案 矢量/cm 顶板位移/cm 底板位移/cm相对收敛率/% 左帮位移/cm右帮位移/cm相对收敛肃/% 系数，f。 27.87 -14.65 27.67 16.93 15.79 -16.47 8.07 1.45 2 33.19 -18.85 33.19 20.82 19.41 -20.15 9.89 1.36 3 36.91 -21.93 36.90 23.53 22.23 -22.53 11.19 1.33 (2)巷道相对收敛率，顶底板远大于两帮，表 应的最佳支护方案.由此可见，卷道的评价指标 明顶底板位移收敛率决定了巷道能否正常使用， 不同，各影响因素的影响程度也不尽相同，且对应 3巷道锚固支护参数优化 着不同的支护方案.总体上看，对于不同的评价 指标，应力环境影响程度最大.但是对于影响巷 3.1巷道支护参数的局部优化结果 道两帮变形，应力环境虽占主导因素，似乎顶板支 为了对各影响因素的影响程度进行定量评 护参数更重要，尤其是顶板锚杆参数，对控制巷道 价，采用影响因子的概念，影响因子越大，说明该 两帮变形具有重要作用.当然，在实际工程中，优 因素的影响程度也就越大6)，为消除不同应力系 化参数不仅应综合巷道的不同评价指标，而且还 数及其影响范围的影响，对于每一方案所计算的 应考虑巷道的支护费用、施工难度以及工作效率 评价指标值均除以应力系数和影响范围，并据此 等综合因素.因此，本文对各方案计算其具体费 来选择最佳支护方案 用，作为最终评价指标进行分析 表3列出了各影响因素的影响因子，以及对 表3巷道稳定性彭响因素因子值 Table 3 Values of influence factors on tunnel stability 顶板支护参数 两帮支护参数 影响因子 应力环境 锚杆 锚紫 锚杆侧 锚索侧 比例/% 比例/% 柱宽范围系数比例/%杆长杆数素长索数索距 杆长杆数素长索数索距 安全系数 3.06.411.343.60 3.45.02.23.72.535.401.82.42.7 1.01.9 20.60 顶底板收敛率16.14.89.645.706.811.33.41.82.238.201.01.24.41.72.416.00 两帮收敛率112.240.071.738.9062.1122.752.929.111.249.5023.412.516.06.71.110.60 最大位移矢量32.112.520.448.9817.120.38.74.51.038.933.55.04.51.61.5、12.09 3,2全局最优方案的优化决策 案及参数，在上述局部优化基础上，利用灰色理论 在实际工程中，优化参数不仅要考虑不同的 中的关联度分析[？】，对三种局部优化支护参数 评价指标，而且还应考虑巷道的支护费用、施工难 进行整体优化决策.仅列出三个支护方案的技术 度以及工作效率等因素，这种综合考虑不同评价 经济指标，如表4所示，根据关联度计算，得到第 准则、支护成本和施工难度所获得的优化方案称 13计算方案最优，最优支护参数和相应的计算指 之为全局优化方案，由此对应的支护参数称为全 标列于表5和表6. 局优化参数.为了获得二次动压巷道全局最优方 表4不同支护方案的关联度评价指标 Table 4 Evaluation targets by different reinforcement schemes 顶底板相对 两帮相对 最大位移 方案 总费用/元 安全系数 试验号 收敛率/% 收敛率/% 矢量/m 0 1109.2 0.00481 0.00016 0.00009 0.03534 13 1 1644.7 0.00481 0.00076 0.00032 0.12090 名 2 1109.2 0.00161 0.00016 0.00009 0.03534 7V o l . 2 8 N o . 3 吴顺川等 : 二次动压巷道支护设 计与参数优化 表 2 阳泉 3 #煤层二次动压巷道正交分析第 1一 3 计算方案计算结果 T a b l e 2 C o m P tu e d r e s u l t s f r o m t h e n u m e r a t i o n s e h e幻 n e s N o . 1一 3 i n Y a n g q n a n m i川 n g a re a 顶底板 方案 最大位移 矢量 / c m 顶板位移 / c m 两帮 底板位移 / c m 相对收敛率 / % 左帮位移 / 。 m 右帮位移 / c m 稳定安全 相对收敛率 / % 系数 , 几 2 7 . 8 7 一 1 4 . 6 5 2 7 . 6 7 , 16 9 3 15 . 7 9 一 1 6 . 4 7 8 . 0 7 2 3 3 . 19 一 18 . 8 5 3 3 . 1 9 2 0 . 8 2 1 9 . 4 1 一 2 0 . 1 5 9 . 8 9 1 . 4 5 1 3 6 3 3 6 . 9 1 一 2 1 . 9 3 3 6 . 9 0 2 3 5 3 2 2 . 2 3 一 2 2 . 5 3 1 1 . 1 9 1 . 3 3 ( 2) 巷道相 对收 敛率 , 顶 底 板远大于 两 帮 , 表 明顶底板 位移收敛率决定 了巷道能 否正 常使 用 . 3 巷道锚 固支护参数优化 3 . 1 巷道支 护参数 的局部 优化 结果 为 了对 各 影 响 因素 的影 响 程 度 进 行 定 量 评 价 , 采用 影 响 因子 的概 念 , 影响 因子 越大 , 说明该 因素的影 响程度也 就越大 [ “ 〕 . 为 消除不 同应力 系 数及 其影响范 围的 影 响 , 对 于 每一 方案 所计算的 评价指标值均 除以应 力 系 数和 影 响范 围 , 并据此 来选 择最佳 支护方 案 . 表 3 列 出 了各 影 响 因 素的 影 响 因子 , 以及对 应 的最 佳 支护 方 案 . 由此 可 见 , 巷 道 的评 价指 标 不 同 , 各影 响 因素的影响 程度也 不尽相 同 , 且对 应 着不 同的支护 方 案 . 总 体上 看 , 对 于 不 同的评价 指标 , 应 力 环 境影 响 程度 最大 . 但是对 于 影 响巷 道两 帮变形 , 应力环 境虽 占主导 因素 , 似乎 顶板支 护参数 更重要 , 尤其是 顶板锚杆参 数 , 对控 制巷道 两 帮变形 具 有重要 作用 . 当然 , 在实 际工程 中 , 优 化参数不仅应 综合巷 道 的不 同评价 指 标 , 而 且还 应考虑巷道 的支 护 费用 、 施 工难度 以及 工 作效率 等综 合 因素 . 因此 , 本 文 对 各方 案计算其具体费 用 , 作 为最终评价指标 进行分析 . 表 3 巷道稳定性影响因素因子值 介b l e 3 V a l ue s o f i n 口u e n c e af e t o sr o n t u nu e l s t a b ili yt 影响 因子 应力环境 顶板支护参数 锚杆 锚索 两帮支护参数 比例/ % 柱宽 范围 安全系数 3 . 0 6 . 4 顶底板收敛率 16 . 1 4 . 8 两 帮收敛率 1 12 . 2 40 . 0 最大位移矢量 犯 . 1 12 . 5 系数 比 例/ % 杆长 4 3 . 6 0 3 . 4 4 5 . 7 0 6 . 8 3 8 . 9 0 6 2 . 1 4 8 . 9 8 1 7 . 1 杆数 索长 索数 2 . 2 3 . 4 索距 2 . 5 锚杆侧 锚索侧 比 例/ % — — 杆长 杆数 索长 索数 索距 3 5 . 4 0 1 . 8 2 . 4 2 . 7 1 . 0 1 . 9 3 8 . 2 0 1 . 0 1 . 2 4 . 4 1 . 7 2 . 4 4 9 . 5 0 2 3 . 4 12 . 5 1 6 . 0 6 . 7 1 . 1 3 8 . 9 3 3 . 5 5 . 0 4 . 5 1 . 6 1 . 5 2 0 . 6 0 1 l 12 2 8 2 . 2 16 . 0 0 7 5艾{ . 9 2 9 . 1 1 1 . 2 1 0 . 6 0 12 . 0 9 3 . 2 全局最优 方案 的优化决 策 在 实际工程 中 , 优 化参数 不仅 要 考虑 不 同 的 评价指 标 , 而 且还应考 虑巷道 的支护 费用 、 施工难 度 以及 工作效 率等因素 . 这种 综合考虑 不 同评价 准则 、 支 护成本 和 施工 难度所 获 得 的优 化 方 案称 之为全局 优化 方 案 , 由此 对 应 的支 护参数称为全 局优化 参数 . 为 了获得二次 动压巷道 全局最 优方 案及 参数 , 在上述局部优化基础 上 , 利用 灰色理论 中的关联 度 分 析 〔7一 , 对三 种 局 部 优 化 支护 参数 进行 整体优化决 策 . 仅 列 出三 个支护方 案的技术 经 济指标 , 如表 4 所 示 . 根据 关联度 计算 , 得到 第 13 计算方案最优 , 最优 支护 参数 和相 应 的计 算指 标列 于表 5 和表 6 . 表 4 不同支护方案的关联度评价指标 T a b l e 4 E v a l u a t i o n t a r g e t s 勿 d i fe er n t er i n fo r e e m en t s e h e m e s 方案 总费用 / 元 安全系数 顶 底板相对 收敛率 / % 两帮相对 收敛率/ % 132 1 10 9 7 . 2 0 . 0 0 4 8 1 0 . 0 0 0 1 6 0 . 0 0 0 0 9 1 6 4 4 . 7 0 . 0 0 4 8 1 0 . 0 0 0 7 6 0 . 0 0 0 32 10 9 . 2 0 . 0 0 1 6 1 0 . 0 0 0 1 6 0 . 0 0 0 0 9 最大位移 矢量 / m 0 . 0 3 5 3 4 0 . 1 2 0 9 0 0 . 0 3 5 34 试验号