（一）

一、CAD的可視化技術在研究中的應用

1、CAD的可視化技術簡介

科學計算可視化是20世紀80年代后期提出并發展起來的，它是20世紀90年代計算機新技術的熱點。進入20世紀90年代，國外以三維礦床模型為代表的礦用軟件發展較快，涉及到地質資料處理、礦床建模、開采輔助設計等各個方面。目前CAO技術已經向三維實體、可視化和集成化發展，但對于礦業而言，還有相當長的路要走。是美國Autodesk公司研制開發的計算機輔助繪圖軟件，是目前國內使用最多的CAO軟件。可以使用軟件的三維建模技術繪制三維立體礦并巷道布置系統模型，達到可視化的目的，可以有效地解決采礦研究過程中遇到的一些問題。

2、使用CAD的可視化技術創建研究模型

采礦工程技術人員在分析現場問題過程中，要經常確定各個巷道之間的關系，從而才能進一步的分析各個巷道之間的礦山壓力的影響。多數工程技術人員在分析過程中，面對的是采掘工程平面圖，靠想象來確定其之間的空間位置關系。這種方法費時、費力，效率低。在分析研究采礦問題的過程中應要求首先學會三維知識，讓研究人員先把研究涉及巷道的三維空間關系繪制出來。這樣，工程技術人員在分析研究問題過程中，面對三維圖分析，會得到高效分析的效果。應鼓勵技術人員應用軟件的三維建模技術繪制三維立體礦并系統模型，把其所研究礦并的三維模型繪制出來。

(1)可以在繪制三維模型的過程中，更加深刻地了解礦并的三維空間結構，可能對所研究的問題有創新的想法。

(2)能夠使初涉采礦的工程技術人員，建立起三維礦山系統的概念。

(3)當一個采礦項目結題后，要向領導匯報，當匯報人員將平面圖轉換為三維礦并立體模型，結合這些模型匯報，會達到高效的效果。

二、數值模擬的可視化研究分析方法

1、采礦專業研究中存在的問題課程可視化的意義

礦山壓力與宕層控制問題涉及的一般為動態三維空間問題，工程技術人員很難建立動態三維空間的概念，對達到高效分析和研究目的相差較遠。即使工程技術人員到礦并現場實習，看到的僅僅是靜態的局部現象，如巷道的支護物破壞或失效、巷道的明顯變形、采場頂板的冒頂、煤壁的片幫等，而對產生礦壓顯現現象的礦山壓力及變形破壞過程沒有直觀的認識。采場或巷道周圍的應力是看不見的，只能從理論推導的公式和教材上的圖線去想像，對理解礦壓理論及培養解決實際問題的能力形成了障礙。通過觀測得到礦山開采過程中圍宕內任何一點的力，實際是非常困難的。針對上述問題，數值計算方法擁有得天獨厚的優勢。因而數值計算方法的發展引起采礦界的重視，并逐步引入作為計算礦山壓力的方法，在礦山壓力及其控制中發揮越來越重要的作用。

2、數值模擬程序簡介

采場上覆宕層運動是一個非常復雜的動態發展過程，要明確上覆宕層運動范圍就必須從頂板變形破壞過程著手。RFPA2D是一個能模擬宕石裂紋萌生，擴展直至斷裂全過程的數值分析軟件，基于連續介質力學和損傷介質力學原理，具有應力分析和破壞分析兩方面的功能。RFPA2D系統能對采動影響下宕體破裂與宕層移動過程進行較為系統的數值試驗研究。

3、可視化研究實例

(1)脾層開采過程頂板宕層受力變形過程模擬。模型對工作面的開挖過程進行模擬計算，模型上部為自由邊界，按照深度施加自重應力;模型左、右邊界為簡支邊津勺束水平位移;模型下邊界為固支。計算工作面不同推進距離時煤層頂板的垂直應力變化情況，以及老頂初次來壓和周期來壓時煤壁前后方支承壓力變化范圍。

(2)模擬結果的可視化處理。通過對計算結果的分析處理，可出頂板宕層隨煤層開采出現的離層、垮落過程及其對應的應力分布狀況。結果可直觀的用于分析研究的講解實例，達到可視化研究的目的，能夠對礦山壓力和宕層控制上的理論進行有益的補充。

三、結束語

隨著科學技術迅速發展，如何提高采礦工程工程技術人員對并下巷道空間的理解加何提高工程技術人員對計算機可視化和采礦問題研究的認識、理解的廣度和深度，都是采礦工程技術人員研究和改革的熱點。計算機可視化技術與采礦專業問題的有機結合，在提高采礦問題研究質量的同時，可有效地促進采礦工程問題研究結果高速完成，達到高效、正確。

作者：趙利強 單位：黑龍江大興安嶺古蓮河露天煤礦

（二）

一、影響錨桿支護質量的因素

1、錨固形式

現在大多數煤礦采用端錨錨桿錨固,雖然端錨錨桿錨固操作簡單,經濟實用,但是端錨錨桿對于圍巖松軟、破碎、地應力大的巷道的支護有著其局限性,只有采用全長錨固錨桿才能克服端錨錨桿的局限性。全長錨固錨桿與端錨錨桿相比具有以下優勢:全長錨固時,錨桿及圍巖的受力狀態好,實際錨固力大；全長錨固可以使錨桿具有較高的錨固力和抗剪能力；全長錨固能有效地提高錨桿支護系統的剛度,限制圍巖變形的發生；全長錨固可有效地約束頂板圍巖的變形和位移。

2、錨固劑

錨固劑材料原先都是采用快硬水泥錨固劑,這種錨固劑在使用過程中,存在水灰比難于掌握、凝結時間長、施工難度大、人為因素影響波動大等缺陷。錨桿與圍巖緊密接觸,可以使錨桿與巖體之間具備良好的傳力性能。采用樹脂錨固劑可以使桿體強度大大提高,尾部螺紋強度基本上與桿體本身等強。樹脂錨固劑可以縮短固化時間,安裝后15min,樹脂固化程度就可以達到80%~90%。與傳統錨固劑相比樹脂錨固劑具有:初錨力大、錨固可靠、超早強、微膨脹、承載快、便于操作等特性,可以減少人為因素的影響,達到最佳的錨固效果。近年來隨著礦井開采深度的增加和地質條件的不斷變化,使樹脂錨固劑的應用研究也進一步拓寬。

3、支護時間

煤礦巷道在開挖后,圍巖的受力狀態發生了改變,由原來的三向變為二向受力狀態,變形和位移開始加大。如果這時得不到及時支護,就有可能對巷道的安全造成隱患,準確把握支護時間,對于巷道支護效果至關重要,在工程實踐中,一般從放炮到錨桿的安裝以不超過4h為宜,在一些穩定性較差的巖層中,支護應緊跟工作面,以不超過2h為宜。

二、混凝土對支護質量的影響

1、混凝土噴射厚度對支護質量的影響

混凝土噴層的作用主要體現在兩個方面,一是起著參與并形成組合拱結構的作用,為了起到這個作用,必須是混凝土噴層與圍巖緊密結合并伴隨著圍巖的變形而不發生離層的現象,所以噴層并不是越厚越好,隨著混凝土噴層厚度的增加,其剛度也隨之增加,這就使得噴層與圍巖容易發生離層現象,從而最終導致巷道的破壞。二是起到保護巷道不被侵蝕的作用。在工程實踐中,一般巷道混凝土噴層以80mm~120mm為宜；對于穩定的巷道,也可在30mm~50mm之間；對于噴層厚度在50mm~100mm以上時,應該分層噴射,以達到噴射效果,并可降低成本。

2、混凝土材料對支護質量的影響

錨噴用混凝土應當采用普通硅酸鹽水泥,這種水泥凝結硬度快,保水性好,早期強度增長快。可是火山灰質水泥、礦渣水泥的性質與它相反,故不宜采用,且標號以不低于400號為宜。粗骨料石子使用前應進行篩選,河卵粒徑應不大于25mm,碎石粒徑應不大于20mm,級配適中,應不含有雜質,實驗表明,選用級配適當的小粒徑碎石作為噴射混凝土骨料代替河砂,可獲得良好的噴射混凝土效果。速凝劑的摻量必須嚴格進行控制,而且應在噴射前的最短時間內加入,盡量做到隨攪隨噴,否則,對速凝效果和混凝土質量都有不良影響。據實驗資料表明,摻速凝劑后,混凝土的后期強度會有明顯的降低,與不摻速凝劑時對比,強度降低20%~30%,抗滲性和收縮性也會有所下降,當速凝劑的用量大于7%時,會產生一種水泥的急凝現象,會大大降低混凝土的強度。隨著建材行業的快速發展,一些水泥廠相繼研制出來了超早強水泥、煤矸石速凝早強水泥和噴射水泥,并在井下做了噴射混凝土支護工業性實驗,顯示出了速凝、快硬、早強、高強和微膨脹等優良技術性能。

三、提高煤礦錨噴支護質量的措施

通過對影響錨噴支護質量的因素的分析,提出了解決這些問題的一些措施,為錨噴支護的改進與完善提供借鑒。主要途徑如下:

1、建立一套合理的錨桿支護設計方法。隨著新奧法、收斂約束法在國際上的流行,美國、澳大利亞等國采用了“地質力學評估-計算機數值模擬進行初始設計-現場施工、監測-信息反饋、修改完善設計”的設計方法。

2、選擇合理的錨噴支護結構。由于井下地質條件復雜,巖體結構多變,在應用錨噴支護技術時必須根據具體情況分析,因地制宜,制定合理的錨噴支護結構。開發推廣適用性強的錨噴聯合支護形式,如錨噴網支護、錨噴網加型鋼聯合支護等。

3、進一步研究錨噴支護機理,完善支護工藝。研究高強度噴射混凝土及高強度的錨桿、錨索等支護材料,以解決深部巷道錨噴支護問題。

4、煤層巷道中采用錨桿與錨索聯合支護進行補強。由于煤礦綜放面回采巷道斷面大,圍巖松軟變形大,采用單一的錨桿支護已難以適應。在煤層巷道中采用錨桿與錨索聯合支護,變得越來越普遍。錨桿與錨索聯合支護既能最大限度地發揮錨桿和錨索各自的支護性能,又能根據其各自的支護特性,聯合取得最大的支護效果。

5、完善錨噴支護的監測工作。錨噴支護是一種隱蔽性很強的工程,只有完善錨噴支護的監測工作才能確保巷道的安全可靠性。由于理論和技術條件的限制,錨噴支護技術必然存在支護不足區域,只有采用各種監測方法,及時地發現問題,才能最大限度地控制事故的發生。

作者：李華健 單位：山東淄博礦業集團

（三）

孔按照提前設置后的順序,依次引爆的技術。在起始端炮孔爆炸后會按照預定的時間,下一個炮孔繼續爆炸,因此,兩個相鄰的炮孔爆炸時間是有間隔的。該種爆破技術的運用使得在生產中,成本大大降低,同時,爆破的震動較小,增加了安全性,鏟裝效率也得到明顯的提高,使得逐孔爆破技術能夠促進采礦業經濟效益的不斷提高。

一、采礦成本與爆破效果之間的關系

1、穿爆成本與爆破塊度之間也有著相互聯系

在爆破過程中,如果使用的炸藥單耗較高,而炮孔參數較小時,爆破的效果非常好,能夠達到爆破出較小塊度的效果,但是這種方法要求較高的穿爆成本。從綜合角度來講,雖然較小的塊度對于后面的生產環節成本又降低作用,但是整體上,沒有使得采礦的成本降低,反而會因此增加了采礦成本。反過來,如果在采礦中,使用的炮孔參數大,而炸藥的單耗降低時,所得到的塊度會較大,增加了后面鏟裝、運輸等環節的成本。

2、穿爆成本的合理控制范圍

因此,為了能夠達到一個最佳的節省成本的情況,既能夠保證爆破塊度不高,同時也要使得穿爆成本得到控制。因此,比較合理的方法就是,找到一個科學的范圍,將穿爆成本控制在此范圍內,以此范圍進行參照,才能在生產中不斷降低采礦成本,提高經濟效益。

3、爆堆松散度與采裝費用間的關系

以合理的爆破塊度為前提,爆堆的松散度與采裝費用間也有著較大的關系。當松散度好并且前沖較小的的時候,鏟裝比較容易,費用達到相應的降低。相反,當爆堆的松散度較差,同時前沖大的情況下,采裝的費用會大大增加。因此,在爆破中,效果好的爆堆松散度也能夠降低采礦成本。

二、逐孔起爆技術對雷管精度的要求以及它的優勢所在

1、逐孔起爆技術的優勢所在

爆破不是一門簡單的學問,爆破的結果好壞受到很多因素的制約,例如:起爆的順序、炸藥的重量、巖性等多種因素。其中有些因素是我們在爆破過程中無法改變的,甚至有些我們無法預料的,因此,爆破效果往往出現意想不到的結果。但是,我們可以不斷改善可控因素,在現有的條件下,將爆破的順序合理進行分配,對于對于各孔的時間進行科學的設定,能夠對爆破效果進行一定程度的改善。近些年來,高精度的非電導雷管使用使得逐孔起爆技術更加完善,應用也更加廣泛。因為逐孔起爆技術是不存在兩個爆孔同時爆炸的情況,所以,大大降低了爆炸引起的震動。由于每個爆孔爆炸都是單獨進行的,所以其爆炸藥量可以認為等于單孔的最大藥量。每個爆孔起爆后,碎塊能夠在自由面進行完全的碰撞,增加了塊體的破碎程度。

2、準確的雷管延期時間是逐孔起爆技術的保障

我國目前存在的普通倒爆雷管的延期時間存在較大的誤差,時常會發生跳段和拒爆的現象,使得爆破效果不能夠得到掌控。然而,逐孔起爆技術要想得到較好的運用,必須配置以精準的延期時間,才能夠實現。隨著高精度非電導爆破雷管技術越來越成熟,國外已經有部分廠家進行生產,我國也有廠家進行生產,但是所生產的出的微差管的精度還有待提高。

三、導爆雷管試驗情況及數據對比分析

1、試驗情況介紹

試驗的場地選擇在某地區,根據該地區的冬季與夏季的溫差進行爆破設計。因此,將試驗分成兩組,第一組是在冬季中進行,使用導爆索進行爆破。第二組是在夏季季的時間,使用國產的普通導爆雷管起爆。在試驗進行中,對兩組導爆雷管的起爆器材進行更換,均使用奧瑞凱高精管,爆破中使用的炸藥劑量沒有發生改變。同時,對現有網孔參數情況下進行試驗,然后對網孔參數進行優化,在進行試驗,對比兩次的試驗結果。孔間延時往往能夠影響塊度的大小,而排間的延時則可以影響爆堆的松散度,孔間延時和排間延時是爆破中的兩種延時形式。在實際生產中,經過不斷地總結,得知較為合理的孔間延時時間范圍為3～8ms/m,而排間延時的合理時間范圍是8～15ms/m。本次試驗,分別使用了兩種不同的延時組合方式,25×65ms和42×65ms,為了能夠對爆破效果進行把控,先行使用了爆破軟件對爆區進行了模擬設計。

2、對試驗得到的數據進行對比分析

（1）選擇的對比指標及其產生依據

對兩組進行試驗,得到了一些具有有價值的數據。這些數據的對比是在作業條件相同的情況下,假設孔網參數相同,單耗相同。下面對比了一些比較重要的數據。臺班效率:在某個時間段內,同一電鏟在不同臺班的挖掘量。純作業時間效率:電鏟總挖掘量跟純作業時間在某個時期的比值。臺班的平均故障時間:在某個固定時期內,同一電鏟在不同臺班的故障時間。對比這些方面我們可以看出,要想提高礦產的生產能力,必須要提高臺班效率。電鏟的工作受到爆堆的松散度的影響,因此,反過來,純作業時間效率體現了爆破后爆堆的松散度。在生產中,電鏟容易因為快堆過大而造成故障,另外底跟也對它有影響,所我們可以認為臺班的平均故障時間從側面反映了爆破的效果。通過對這些指標進行對比,我們可以得出不同的爆破情況下,爆破效果的好壞,從而對比出高精度導爆管雷管和逐孔爆破技術的實際效果。

（2）兩組試驗的結果數據對比

第一階段的試驗主要是對比在爆破中分別使用高精導爆管與普通導爆管的產生的不同爆破效果,實驗過程為一個月的時間。第二個階段的試驗,主要是在電鏟生產處對比高精管與導爆索起爆所造成的不同程度的爆破效果,通過數據的對比分析,我們知道,高精管可以提高臺班效率和純作業時間。具體數據對比如表3所示。

四、結論

本輪文通過對兩組試驗的結果進行對比,得出了逐孔起爆技術以及高精度導爆管雷管能夠提高礦山生產能力的結論。由于逐孔起爆技術的具有安全性好、操作簡單、震動小,提高電鏟效率等多個優點,在生產中使用逐孔起爆技術將會大大降低采礦成本。因此,為了能夠促進采礦業的發展,提高企業的經濟效益,應該大力推廣使用逐孔起爆技術。

作者：張成忠 王輝聰 林野 陳亞強 單位：白山市江源區安全生產監督管理局江源縣郵政局江源區林業局

（四）

一、玻璃鋼錨桿的特點及應用前景

1、玻璃鋼錨桿的特點具有良好的切割性能

玻璃鋼錨桿重量僅為同等規格鋼錨桿的1/4。在隧道和煤礦等狹小空間使用施工更容易，從而減輕工人勞動強度。價格低:玻璃鋼錨桿剛開始在國內應用的時候，價格較高，質量較差，性價比不如金屬錨桿。但是玻璃鋼錨桿制造技術在我國進步很快，玻璃鋼錨桿的價格迅速下降，目前國內玻璃鋼錨桿比相同規格的鋼錨桿價格要低，以直徑?20mm，L=2000mm的錨桿為例，玻璃鋼錨桿的價格比螺紋鋼錨桿每套便宜8～10元。

2、應用前景分析

目前，玻璃鋼錨桿的質量已經可以滿足很多巷道的支護要求，同時它又具有價格低廉、重量輕、耐腐蝕、易切割等諸多優點，因此無疑具有廣闊的應用前景。新型粗尾全螺紋式玻璃鋼錨桿的研制成功，進一步提高了錨桿的質量，該錨桿生產方法簡單可靠，勢必會成為玻璃鋼錨桿中的主流產品，得到廣泛的應用。雖然玻璃鋼錨桿應用前景廣闊，但玻璃鋼這種材料具有自身的缺陷，其抗剪、抗扭、抗彎能力差，而這種缺陷是不能通過簡單地改變錨桿的結構或生產工藝而克服的，因此其應用范圍還是會受到一定的局限，不可能完全取代金屬錨桿。

二、玻璃鋼錨桿在我國采礦工程中的應用

1、在煤礦中的應用

玻璃鋼錨桿在我國的應用最早可以追溯到20世紀70年代，但那時玻璃鋼桿體主要是采用手工糊制，性能及成本不能滿足大量推廣應用的要求，因此實際應用非常少。到20世紀80～90年代，由于認識到玻璃鋼錨桿特別適合于高瓦斯礦井和回采巷道靠近工作面一側的支護，煤炭科學研究總院北京建井研究所開始研究玻璃鋼錨桿的生產方法，力求改變我國玻璃鋼錨桿研究應用落后的狀態。此后，到21世紀頭幾年，國內逐漸有一些煤礦開始試驗使用玻璃鋼錨桿進行巷幫支護。2000年，山西潞安礦業集團漳村煤礦將玻璃鋼錨桿應用于回采巷道工作面側幫支護中，并將其與另一種鋼竹組合錨桿進行支護效果對比，結果顯示，玻璃鋼錨桿安裝工序簡單、錨固力強、預緊效果好、強度高，明顯優于前者，另外玻璃鋼錨桿還具有阻燃、抗靜電、抗腐蝕的特點。2003年，晉城礦務局成莊煤礦進行了玻璃鋼錨桿用于開切眼煤幫的實驗，2004年，玻璃鋼錨桿在山西陽泉煤礦集團，河南平頂山煤礦成功應用。在這一階段，我國玻璃鋼錨桿的制造技術還比較落后，玻璃鋼錨桿強度不高，價格比傳統的金屬錨桿貴，但是由于玻璃鋼錨桿具有可切割性，用于回采巷道靠工作面一側的巷幫支護，采煤機回采時不用提前拆除采幫側的錨桿，從而簡化了生產工序，節省人力物力，經濟效益也很明顯。另外玻璃鋼錨桿在切割的時候不會產生火花，在高瓦斯礦井應用安全性大大高于金屬錨桿，因此還具有安全效益。我國玻璃鋼錨桿的質量在短短幾年內迅速提高，生產成本反而下降了。目前，玻璃鋼錨桿的價格已經明顯低于金屬錨桿，而質量則比以前有很大的提高。國內生產的玻璃鋼錨桿抗拉強度指標已經達到300MPa。

2008年以后，玻璃鋼錨桿在我國的應用進一步得到推廣，淮南礦業集團、鶴崗礦業集團、兗礦集團、山西西山晉興能源有限責任公司、河北金牛能源股份有限公司等都對玻璃鋼錨桿的應用進行了試驗并取得了成功。其應用范圍不僅僅局限于高瓦斯區域和回采巷道工作面側幫，還擴大到了回采巷道的兩幫。2011年，雞西礦區進一步將玻璃鋼錨桿應用范圍擴大到巷道頂板的支護中，該礦區應用玻璃鋼錨桿支護試驗成功后，規定該礦所有煤巷、半煤巷的幫支護，綜掘施工的尾排巷、高抽巷的幫、頂的支護都必須使用玻璃鋼錨桿支護。可見，玻璃鋼錨桿已經大受煤礦企業的歡迎。2011年，平頂山捷利德增強塑料有限公司開發出一種新型粗尾全螺紋式玻璃鋼錨桿。這種錨桿是在全螺紋錨桿的基礎上通過帶螺紋的尾部螺紋模具進行模壓尾部螺紋，尾部螺紋直徑大于桿體螺紋直徑，其結構改變了全螺紋錨桿螺紋不均勻、拉拔力低的缺點，具有承壓能力更高、抗剪切能力更強、使用效果更好等優點。其在性能上明顯比普通全螺紋玻璃鋼錨桿優越。

2、在金屬礦山中的應用

如今，玻璃鋼錨桿在金屬礦山，也有人研究使用它進行支護。馬生徽、王文杰以高峰銅礦為背景，采用FLAC3D軟件對鋼質管縫錨桿與玻璃鋼錨桿支護效果進行了對比模擬分析，結果顯示，在相同的支護條件下，玻璃鋼錨桿對巷道的支護效果略優于管縫錨桿，采用玻璃鋼錨桿支護有利于發揮圍巖自身承載力，可以用其代替鋼質管縫錨桿用于圍巖控制。鄒常富等人在金山店鐵礦開展了玻璃鋼錨桿支護研究，將玻璃鋼錨桿和螺紋鋼錨桿做對比實驗，根據對巷道收斂的監測，發現兩種錨桿支護效果一致，玻璃鋼錨桿完全可以控制巷道的變形。目前，玻璃鋼錨桿在金屬礦山的應用研究尚處于起步階段，相信隨著該項技術的進一步發展，玻璃鋼錨桿在金屬礦山中的應用也會更加廣泛。

三、結論

(1)目前國內生產的玻璃鋼錨桿質量較之以前已經有了很大的提高，可以滿足大部分回采巷道的支護需求。玻璃鋼錨桿應用范圍雖然已經擴大了很多，但是目前該錨桿在煤礦的應用仍然局限于服務年限短的回采巷道的支護。

(2)新型粗尾全螺紋式玻璃鋼錨桿，其性能比普通的全螺紋式玻璃鋼錨桿更加優越。

(3)玻璃鋼錨桿在金屬礦山的應用也已經處于探索階段。

(4)由于玻璃鋼本身的力學性能缺陷，決定了玻璃鋼錨桿的應用范圍是有限的，不可能完全取代金屬錨桿。

作者：張萬斌 單位：安徽理工大學能源與安全學院