[发明专利]一种锚杆-混凝土反拱控制底鼓结构的稳定性预判方法

说明书

本发明公开了一种锚杆‑混凝土反拱控制底鼓结构的稳定性预判方法。通过基本条件假设，建立锚杆‑混凝土反拱耦合控制底鼓结构力学模型，通过力学解析建立锚杆‑混凝土反拱耦合控制底鼓结构稳定性判别方程，从现场资料和算例分析结论中获取模型基本参数的数值，依次计算水平应力分量、垂直应力分量、力学系数，最后将力学系数和模型参数代入稳定性力学判定方程，得到实际矿井采用锚杆—混凝土反拱耦合控制底鼓结构后是否具有稳定性的预判结论。本发明对结构稳定性的预判准确、全面，对底鼓治理技术提供了可靠的力学理论依据，对于保障我国深部资源安全开采，提高开采作业人员安全有着重大的理论意义和实际工程应用价值。

技术领域

本发明涉及矿山支护技术与岩石力学领域，特别涉及一种锚杆-混凝土反拱控制底鼓结构的稳定性预判方法。

背景技术

底鼓是煤矿井巷中经常发生的一种动力现象，由于巷道受到采掘扰动，造成围岩应力状态发生变化，使顶底板及两帮围岩向巷道内移动，表现为底板向上隆起。大量数据表明，巷道变形大约有2/3体现为底鼓。发生底鼓后巷道内运输、通风、排水、行人都会受到不同程度的影响，巷道底鼓严重时甚至造成整个巷道报废，对矿山安全生产造成严重影响。近年来，许多专家学者投入到巷道底鼓机理与控制方面的研究中，取得了丰硕的研究成果，但由于巷道围岩的性质、应力环境及地质结构等的复杂性，使得巷道底鼓机理及相应的底鼓治理研究一直是一个难点。

国内外许多专家学者在治理底鼓方面做了大量的研究和试验工作，提出了许多底鼓防治技术，概括起来主要有：采用巷道的合理布置、加固法、卸压法、联合支护法和巷道中水的控制等。由于高应力作用下巷道底板围岩性质、破坏机理、应力状态及地质环境等的复杂性，使得控制底鼓的力学机理与方法变的复杂化。在高应力或底板较软的情况下，只注重底板的加固而忽略巷道两帮的加固，尤其是底帮破坏时，加固底板的构件在两帮失去了着力点，导致底板在高应力的作用下台升或破坏；现浇混凝土反拱、反拱掘底等措施均可以加固巷道的底板与底角，可抑制巷道底板的鼓起，若不打底板锚杆，其稳定性仍较差，从而不能理想地达到控制巷道底鼓的目的，国内外专家学者对锚杆—混凝土反拱耦合控制底鼓技术均注重结构与参数的设计，而对锚杆—混凝土反拱耦合控制底鼓结构的稳定性力学机理研究甚少。

发明内容

本发明目的是提供一种锚杆—混凝土反拱耦合控制底鼓结构的稳定性力学预判方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种锚杆-混凝土反拱控制底鼓结构的稳定性预判方法，其特征在于，步骤如下：

1)对采用锚杆—混凝土反拱耦合控制底鼓结构的矿井进行基本条件假设，将底板锚杆锚固区域内的浅部围岩与混凝土反拱结构视为复合底板水平梁且是弹性状态的连续梁，底部承受均匀应力载荷，锚杆等间距布置，底板锚杆锚固支护阻力集中于混凝土反拱上边界，建立锚杆-混凝土反拱耦合控制底鼓结构力学模型；

2)对力学模型进行力学解析，建立锚杆-混凝土反拱耦合控制底鼓结构的稳定性力学判别方程；

n为单数时，

n为偶数时，

3)从现场底鼓矿井巷道围岩资料和算例分析结论中获取模型基本参数的数值：所述基本参数包括锚杆根数n、矩形巷道底板宽H、底板跨度L、底板浅部围岩层弹性模量E_s、底板浅部围岩层锚固深度D_s、混凝土反拱层弹性模量E_c、混凝土反拱层抗拉强度设计值[σ_t]_C、混凝土反拱层抗压强度设计值[σ_c]_C、混凝土反拱层内摩擦角混凝土反拱层平均厚度D_c、拱脚高度D_b、混凝土反拱层与底板浅部围岩层锚固总厚度D、混凝土反拱层惯性矩J_c、混凝土底板浅部围岩层的惯性矩J_s；