岩层控制理论与工程设计详述.pptx

厚层状顶板岩层三铰拱平衡(pínghéng)结构
取三铰拱右半拱为力学平衡单元(dānyuán)，且对拱脚点取矩=0，则水平推力 T 为：
第一页，共80页。
锚固岩层剪胀平衡力学(lì xué)模型
1. 锚固岩层剪胀平衡力学系统符合 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(zēngjiā)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。
第二页，共80页。
锚固岩层(yáncéng)剪胀平衡理论
岩层(yáncéng)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(yìnglì)；
q——锚固岩层荷重（锚固岩层容重×厚度=γ ∑h ）。
第三页，共80页。
顶板锚固岩层(yáncéng)的预应力与自重应力
，
增加锚固岩层(yáncéng)厚度
(锚索长度)，对锚
固效果产生负效应。
条件(tiáojiàn)
结论
，
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。
第四页，共80页。
岩层(yáncéng)剪胀锚固原理
试验(shìyàn)曲线。【咀嚼原理】
、锚固应力是维系锚固岩层抗剪强度(qiángdù)的外在条件。
（小位移），锚固岩层的抗剪强度随位移的增加而增。
（大位移），锚固岩层的抗剪强度随位移的增加而降。
，会提高锚固岩层的峰值强度和残余强度。
：锚固岩层的抗剪强度，随剪切位移的增加而变化。
，被锚固岩层一旦发生过量变形，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。
第五页，共80页。
【例】
取：；h煤； h岩； h锚；排距l= ；
γ煤3； γ岩3； JRC=0；φb=30°
γ均=（×+×26）/5= (kN/m2)
则：
q总=×+×26= (kN/m2)
顶板锚固应力(yìnglì)：
（kN/m2）
取安全系数，则顶板岩层锚固强度
[p]=~ （kN/m2）；
或： （kN/排）
第六页，共80页。
William John Maquorn Rankine(1820 - 1872)
英国科学家，在热力学 、流体力学
及土力学等领域(lǐnɡ yù)均有杰出的贡献
Rankine 强度(qiángdù)准则
第七页，共80页。
巷道侧帮锚固计算(jì suàn)强度（贾喜荣，2008年）
由Rankine准则(zhǔnzé)（1857）有 ：
式中：σ3—巷帮锚固强度(qiángdù)；
qj—煤柱静载荷集度；
Φ—煤柱内摩擦角；
C—煤柱内聚力。
结论：
第八页，共80页。
取：采深：H=220m；巷宽：；
巷高：；顶板岩层(yáncéng)容重：γ=26 kN/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(zhuàngtài)，只需低支护强度可维护巷帮稳定。