XXXX岩层控制理论与工程设计(2).ppt

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1、厚层状顶板岩层三铰拱平衡结构取三铰拱右半拱为力学平衡单元，且对拱脚点取矩=0，则水平推力T为：锚固岩层剪胀平衡力学模型1.锚固岩层剪胀平衡力学系统符合R.E.Goodman试验曲线；2.层面法向应力（锚固应力）σ，随岩层剪切位移量的增加而发生改变；3.三铰拱块体的抗剪强度τ，随锚固应力和层面滑移量的不同而发生改变。锚固岩层剪胀平衡理论岩层层面剪力：层面平均剪应力：层面法向锚固应力：层面剪胀摩擦角：顶板岩层锚固强度计算公式：p=σ+q式中：p——顶板岩层锚固强度；σ——岩层层面锚固应力；q——锚固岩层荷重（锚固岩层容重×厚度=γ∑h）。顶板锚固岩层的预应力与自重应力1.同等预紧力情况下，

2、增加锚固岩层厚度(锚索长度)，对锚固效果产生负效应。条件结论2.锚固岩层厚度越大，要求预紧力越高。取：顶板预应力为pA；岩层自重应力为q；则：当pA＜q时，岩层会沿层面发生离层。岩层剪胀锚固原理2.锚固岩层剪胀平衡力学系统符合R.E.Goodman试验曲线。【咀嚼原理】3.预应力、锚固应力是维系锚固岩层抗剪强度的外在条件。4.峰值强度前（小位移），锚固岩层的抗剪强度随位移的增加而增。5.峰值强度后（大位移），锚固岩层的抗剪强度随位移的增加而降。6.增加预紧力，会提高锚固岩层的峰值强度和残余强度。1.试验结果说明：锚固岩层的抗剪强度，随剪切位移的增加而变化。7.工程中，被锚固岩层一旦发生

3、过量变形，其抗剪强度会从峰值强度降低到残余强度，最终会导致锚固系统失效，巷道失稳。【例】取：B=4.3m；h煤=2.0m；h岩=3.0m；h锚=5.0m；排距l=0.8m；γ煤=1.4t/m3；γ岩=2.6t/m3；JRC=0；φb=30°γ均=（2.0×14.0+3.0×26）/5=21.2(kN/m2)则：q总=2.0×14.0+3.0×26=106.0(kN/m2)顶板锚固应力：P=[σ]+q=39.47+106.0=145.47（kN/m2）取安全系数K=1.2~1.3，则顶板岩层锚固强度[p]=174.56~189.11（kN/m2）；或：[p]=600.5~650.5（kN

4、/排）WilliamJohnMaquornRankine(1820-1872)英国科学家，在热力学、流体力学及土力学等领域均有杰出的贡献Rankine强度准则巷道侧帮锚固计算强度（贾喜荣，2008年）由Rankine准则（1857）有：式中：σ3—巷帮锚固强度；qj—煤柱静载荷集度；Φ—煤柱内摩擦角；C—煤柱内聚力。结论：取：采深：H=220m；巷宽：B=4.3m；巷高：h=3.0m；顶板岩层容重：γ=26kN/m3；煤柱单轴抗压强度：σc=13MPa=13000kN/m2由煤柱临界宽度计算公式有：此时，煤柱处于极限平衡状态，只需低支护强度可维护巷帮稳定。【前例】煤柱临界宽度计算【例】

5、巷帮支护强度计算取：H=220m；B=4.3m；h=3.0m；γ=26kN/m3；σc=13000kN/m2；W=13.0m；φ=35°；Kd=1.1且：则巷帮支护强度：式中：p—巷帮支护强度；σp—煤柱强度；qj—煤柱静载荷集度；Kd—动载系数。【例】巷帮支护强度计算取：H=220m；B=4.3m；h=3.0m；γ=2.6t/m3；σc=1300t/m2；W=12.0m；φ=35°；Kd=1.1且：则巷帮支护强度：7股高强度钢绞线（锚索）及锁具7股高强度钢绞线技术参数公称直径（mm）强度等级（MPa）抗拉力（kN）公称截面积（mm）15.242000280.0140.0017.802

6、000382.0190.0021.6017701860504.0530.0285.00弧形锚具与球形锚具普通直面锚具、球形锚具与斜锚索配合受力状况普通直面锚具、球形锚具与倾斜顶板垂直锚索配合受力状况锚索偏载拉力实验装置α=5°～20°时，装配普通直面锚具的锚索断裂情况装配球形锚具的锚索断裂情况KM18直面锚具不垂直度与锚索KM18球形锚具不垂直度与锚索破断力试验数据（Φ17.8锚索）破断力试验数据（Φ17.8锚索）外露段与受拉段间夹角(°)破断力（kN）平均值（kN）效率系数（η）0356359.70.9836336010326329.70.9032833520288289.70.7

7、9289292外露段与受拉段间夹角(°)破断力（kN）平均值（kN）效率系数（η）0366365.01.00036436512364364.00.99736336520366365.31.000365365外露段与受拉段间夹角(°)破断力（kN）平均值（kN）效率系数（η）0560558.00.9955655810505501.00.8950049820425424.00.75427420外露段与受拉段间夹角(°)破断力（kN）平均值（kN）效