矿山软岩巷道中拱形支架的受力分析及其应用

论文摘要

随着矿山开采条件的日益复杂和开采深度的增加,软岩巷道支护问题越来越突出。拱形支架具有可缩性能好,承载力大等特点,采用拱形支架支护软岩巷道可以适应软岩本身的大变形特性,达到“以柔克刚、缓冲让压、稳定支护”目的,是软岩巷道支护中有效的支护方式。本文针对矿山软岩巷道中拱形支架进行了研究,主要包括以下几个方面:(1)分析了软岩巷道变形特征及破坏形式,针对目前软岩巷道中所采用的支护形式,得出拱形支架能够有效地支护软岩巷道。(2)建立了拱形支架的计算模型,以荷载结构模型和力法原理为基础,对拱形支架进行了具体的力学分析,推导了拱形支架的水平反力。(3)从合理拱轴线的角度对拱形支架的轮廓曲线进行了优化,通过理论推导得出:在承受不等压荷载的巷道中,巷道顶部的最佳形状为椭圆形;针对巷道顶部的最佳形状为椭圆形的情况,采用荷载结构模型,运用力法原理,推导了椭圆形支架构件的内力表达式,研究结果对支架的设计计算和工程应用具有一定的参考价值。(4)简要介绍了作用在拱形支架上外荷载的计算方法,在此基础上,以算例为研究背景,运用本文推导出的内力计算公式对巷道拱形支架采用不同的方案进行了设计,并对不同的支护方案进行了比较,为软岩巷道中拱形支架支护提供了一定的指导意义。(5)拟定不同的工况对巷道拱形支架支护进行了优化,通过有限元计算分析得出了相应的结论,该结论对于拱形支架的设计和工程应用具有一定参考价值。另外,为了确定支架在支护过程中的薄弱部位,利用有限元对特定的支架进行计算分析,以便在实际支护中,对这些薄弱部位进行加强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 选题的背景
• 1.1.2 问题的提出
• 1.1.3 选题的意义
• 1.2 软岩巷道支护理论进展与现状
• 1.2.1 国外进展与现状
• 1.2.2 国内进展与现状
• 1.3 支架技术发展与应用
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 软岩巷道变形及破坏机理分析
• 2.1 软岩概念及特点
• 2.2 软岩巷道变形特征及破坏形式
• 2.3 软岩巷道破坏力学机理
• 2.4 软岩巷道变形影响因素
• 2.5 本章小结
• 3 拱形支架的力学分析
• 3.1 软岩巷道支护
• 3.1.1 支护形式
• 3.1.2 支护模型
• 3.2 拱形支架的计算简图及计算原理
• 3.2.1 计算简图
• 3.2.2 计算原理
• 3.3 拱形支架的内力分析
• 3.4 拱形支架轮廓曲线寻优
• 3.4.1 承受不等压荷载的矿山巷道
• 3.4.2 承受等压荷载的矿山巷道
• 3.5 椭圆形支架的计算简图及计算原理
• 3.5.1 计算简图
• 3.5.2 计算原理
• 3.6 椭圆形支架内力分析
• 3.7 拱形支架的强度校核
• 3.8 本章小结
• 4 作用在拱形支架上外荷载的确定及支架算例
• 4.1 外荷载大小的确定
• 4.2 支架算例
• 4.3 本章小结
• 5 拱形支架的有限元计算分析
• 5.1 有限元概述
• 5.2 拱形支架承载力的有限元计算分析
• 5.3 支架薄弱部位的有限元计算分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 对今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录