[发明专利]一种三心拱巷道断面参数确定方法及装置

说明书

本申请公开了一种三心拱巷道断面参数确定方法及装置，本申请实施例采用平衡拱理论，针对不同围岩物理力学性质，将影响三心拱断面形状设计的参数量化，通过力学计算确定三心拱巷道临界拱高，针对不同功能和服务年限的巷道引入安全系数k，在安全上保证一定富裕度的情况下，确定大圆弧半径、小圆弧半径和设计拱高，从而获得三心拱巷道断面拱形，设计的最终三心拱断面在力学上具有可信度，结果是唯一的，为矿山巷道断面设计提供了一种行之有效的方法。

技术领域

本申请涉及三心拱巷道技术领域，特别涉及一种三心拱巷道断面参数确定方法及装置。

背景技术

三心拱断面具有顶部空间利用率高，巷道顶部由于采用圆弧与巷道端墙连接，受力情况较好，不产生应力集中，能够有效地将顶部受力传至巷道两侧围岩等明显优点而在金属矿山中得以广泛应用。

现有三心拱设计方法是根据巷道不同宽度确定三心拱拱高，常用的三心拱拱高为巷道宽度的1/3、1/4和1/5，拱高确定的情况下，三心拱大圆弧半径、小圆弧半径通过查表或作图法即可确定，因此便确定了唯一的三心拱断面形状。事实上，同一拱高时，三心拱具有多个大圆弧和小圆弧的组合，为说明问题，列出三个同一拱高的三心拱断面不同形状，具体参见图1。同一拱高具有不同的三心拱断面形状，但是目前技术难以保证在多个三心拱断面形状中选择出最优断面。

因此，如何确定最适合的三心拱巷道断面参数，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种三心拱巷道断面参数确定方法及装置，以解决现有技术中不能确定最适合的三心拱巷道断面参数的问题。

第一方面，本申请提供一种三心拱巷道断面参数确定方法，所述确定方法包括：

获取围岩内摩擦角；

根据所述围岩内摩擦角，确定巷道两帮移动角；

获取巷道稳定性安全系数、巷道围岩普氏系数和巷道宽度；

根据所述巷道两帮移动角、巷道稳定性安全系数、巷道围岩普氏系数和巷道宽度，确定三心拱拱高；

根据所述巷道宽度、三心拱拱高和巷道两帮移动角，确定三心拱的大圆弧半径和大圆弧圆心；

根据所述大圆弧半径、巷道宽度和三心拱拱高，确定三心拱的小圆弧半径和小圆弧圆心。

进一步地，所述根据所述围岩内摩擦角，确定巷道两帮移动角按照以下公式确定：

其中，为巷道围岩内摩擦角，单位°；α为巷道两帮移动角，单位°。

进一步地，根据所述巷道两帮移动角、巷道稳定性安全系数、巷道围岩普氏系数和巷道宽度，确定三心拱拱高按照以下公式确定：

其中，H1为三心拱拱高，单位m；k为巷道稳定性安全系数；B为巷道宽度，单位m；H为巷道墙高，单位m；f为巷道围岩普氏系数。

进一步地，根据所述巷道宽度、三心拱拱高和巷道两帮移动角，确定三心拱的大圆弧半径按照以下公式确定：

其中，R为大圆弧半径，单元m；H1为三心拱拱高，单位m；α为巷道两帮移动角，单位°；B为巷道宽度，单位m。

进一步地，所述大圆弧圆心位于巷道中心线上，且距离三心拱拱顶的距离为大圆弧半径。

进一步地，根据所述大圆弧半径、巷道宽度和三心拱拱高，确定三心拱的小圆弧半径按照以下公式确定：