【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于采矿工程，具体涉及了一种高埋深、小间距巷道群岩柱荷载计算方法。
技术介绍
1、随着地下工程尤其是采矿工程的不断发展，越来越多的出现高埋深、小间距巷道群的问题。高埋深、小间距巷道群相比于独立巷道、大间距巷道或浅埋巷道，具有埋深大、巷道间距小、相互之间影响导致围岩应力复杂等一系列技术难点，如何合理、简单、有效地考虑该条件下的岩柱承受的荷载以及巷道的临界开挖宽度等问题就显得十分重要。
2、目前常见的巷道围岩压力计算方法有：铁道部经验公式法、采用弹性理论计算围岩压力法、岩体洞室分离块稳定理论计算围岩压力法、采用弹塑性理论计算深埋洞室松动围岩压力法、基于太沙基公式的土体隧洞松动土压力公式等。
3、上述公式在目前的地下工程围岩压力计算中均有广泛的应用。但上述公式均未能有效考虑小间距巷道群中，相邻巷道相互影响条件下围岩压力的计算问题，以及局部岩柱失稳条件下整体围岩压力的变化问题。
4、目前业界常用的普氏压力拱理论认为：巷道在开挖后，会在其开挖断面上方一定范围内形成抛物线平衡拱，该平衡拱上部岩体形成内部自平衡，平衡拱内部围岩的重量转化为相应的围岩压力。
5、普氏理论在自然平衡拱理论的基础上，作了如下的假设：
6、(1)岩体由于节理的切割，经开挖后形成松散岩体，但仍具有一定的粘结力；
7、(2)巷道开挖后，巷道顶岩体将形成一个自然平衡拱。在巷道侧壁处，沿与侧壁夹角为45°-φ/2的方向产生两个滑动面，其计算简图如图1所示。作用在巷道顶的围岩压力仅是自然平衡拱内的
8、根据上述计算模型，假定拱轴线是一条二次抛物线，计算得到作用于巷道顶部的竖向压力为：
9、q＝γ·b1；
10、其中，
11、
12、γ为上覆围岩重度；rc为围岩对应岩石的单轴抗压强度。
13、然而，(1)普氏理论将岩体看作为散体，而绝大多数岩体的实际情况并非如此。只是某些断裂破碎带或强风化带中的岩体才免强满足这种假定条件；(2)在普氏理论中，引进了岩体的坚固系数f的概念，该系数只与围岩强度相关，尚无法考虑现场岩体完整性、主要结构面产状等其它条件。
14、目前常用的岩柱荷载计算方法为面积承载理论，该理论认为岩柱所承受的荷载按其所分担面积区域内上覆荷载的重量，荷载计算高度从岩柱顶部计算至地表，将岩柱顶部至地表的荷载简化为作用在岩柱顶部的均布荷载。
15、上述理论在应用过程中存在如下问题：
16、(1)将荷载从岩柱顶部计算至地表，对于高埋深巷道而言，过于保守，根据普氏压力拱理论，巷道在一定范围内进行应力重分布后，该范围以上部分可自行稳定；
17、(2)对于小间距巷道群而言，相邻巷道上方的围岩压力相互影响、相互叠加，实际开挖巷道群后的围岩应力影响范围不止在单个巷道范围内，需考虑整个巷道群。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出符合高埋深、小间距巷道群围岩压力计算模型，计算该工况下上覆围岩压力荷载分布情况，再根据上覆围岩压力荷载分布情况计算作用在巷道群间岩柱上的荷载，即一种高埋深、小间距巷道群岩柱荷载计算方法。本专利技术基于传统的压力拱理论以及优化后的岩柱荷载计算公式，给出了高埋深、小间距巷道群岩柱荷载计算公式，根据岩柱所受荷载大小，可以直接用于巷道间岩柱尺寸设计；本专利技术提出的计算方法公式简单、现场可操作性强，具有一定的应用价值。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种高埋深、小间距巷道群岩柱荷载计算方法，包括以下步骤：
4、步骤一，确定塌落范围；
5、根据岩石力学和地下工程理论，开挖巷道后围岩塌落范围从墙角开始以45°-φ/2的方向向上延伸至巷道顶部位置，可得塌落拱跨度计算公式：
6、2a1＝2a+2h·tan(45°-φ/2)；
7、式中：a1为塌落拱跨度的一半；a为巷道宽度的一半；h为巷道高度；φ为岩土体内摩擦角；
8、步骤二，确定塌落高度；
9、根据比尔鲍曼理论，塌落拱高度按下式进行计算：
10、
11、其中，
12、式中：b1为塌落拱高度；c为上覆岩层粘聚力；为上覆岩层内摩擦角；γ为上覆岩层重度；
13、步骤三，综合考虑其他因素修正后的塌落高度；
14、为综合考虑围岩上覆岩层岩石强度、完整性、地下水、主要结构面产状、初始应力状态因素，引入综合修正系数f，综合修正系数与上覆岩体质量指标bq值相关；bq值具体计算公式详见《工程岩体分级标准》(gb/t50218-2014)第4节、第5节，具体取值如表1所示：
15、修正后的塌落拱高度：
16、其中，综合修正系数f取值如下：
17、表1综合修正系数ff取值表
18、
19、步骤四，塌落拱曲线确定；
20、工程实践经验表明，塌落拱的形状比较符合二次抛物线，塌落拱曲线方程为：
21、
22、式中，x、y分别为塌落拱曲线的横坐标、纵坐标；
23、步骤五，计算岩柱荷载；
24、巷道间岩柱承担“扩大塌落拱”内对应的上部荷载，计算公式为：
25、
26、其中，hx为“扩大塌落拱”下岩柱对应分担荷载高度；l为相邻巷道间距；h1、h2分别为计算岩柱与两侧相邻岩柱间距一半位置处对应的塌落高度；γm—上覆岩层平均重度(按厚度加权平均)；
27、步骤六，根据步骤五计算出的巷道间岩柱的最大荷载，确定巷道间岩柱的施工尺寸，即：
28、巷道间岩柱的施工宽度b：
29、
30、其中，[σ]为岩柱允许强度。
31、本专利技术进一步说明，在步骤五中，所述“扩大塌落拱”为巷道间距小，相邻巷道间相互影响，巷道间岩柱受力集中，中间岩柱发生破坏后相邻两侧的岩柱会产生连锁破坏问题，最终整个巷道群的荷载将会转移至巷道群两边岩体上，形成一个“扩大塌落拱”。
32、本专利技术进一步说明，在步骤五中，所述h1和h2通过步骤四的塌落拱曲线确定。
33、本专利技术的优点：
34、1.本专利技术的计算方法基于传统的单个巷道围岩计算的塌落拱理论扩展至高埋深、小间距巷道群，并提出了适用于高埋深、小间距巷道群计算的“扩大塌落拱”理论。
35、2.常规压力拱理论只能考虑围岩强度，而在本专利技术中引入了综合修正系数f，f取值与岩体质量指标bq值相关，可综合考虑围岩岩石强度、完整性、地下水、主要结构面产状、初始应力状态等因素的影响。
36、3.本专利技术是根据“扩大塌落拱”理论，提出了一种兼顾安全与经济，且更为合理的岩柱荷载计算方法。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高埋深、小间距巷道群岩柱荷载计算方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高埋深、小间距巷道群岩柱荷载计算方法，其特征在于：在步骤五中，所述“扩大塌落拱”为巷道间距小，相邻巷道间相互影响，巷道间岩柱受力集中，中间岩柱发生破坏后相邻两侧的岩柱会产生连锁破坏问题，最终整个巷道群的荷载将会转移至巷道群两边岩体上，形成一个“扩大塌落拱”。
3.根据权利要求1所述的高埋深、小间距巷道群岩柱荷载计算方法，其特征在于：在步骤五中，所述h1和h2通过步骤四的塌落拱曲线确定。
【技术特征摘要】
1.一种高埋深、小间距巷道群岩柱荷载计算方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高埋深、小间距巷道群岩柱荷载计算方法，其特征在于：在步骤五中，所述“扩大塌落拱”为巷道间距小，相邻巷道间相互影响，巷道间岩柱受力集中，中间岩柱发生...
【专利技术属性】
技术研发人员：方延强，王晓琳，饶为国，赵靖钊，尹超能，时慧恩，周羁，
申请(专利权)人：广西科学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。