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礦井防水閉墻體的厚度及抗剪強度校核

救災被稱為礦山的五大災難之一。由于此處小礦的私采、開采和跨境采礦,雨季供水量大,礦山總是面臨著巨大的事故風險。在可能來水的方向或巷道內砌筑料石墻防水閉,是礦井防治水常用的手段之一,而防水閉墻體的厚度是決定防水效果的關鍵因素。1巷道斷面位置井下防水閉多為料石砌筑,截面形式與巷道斷面一致,四周皆掏槽伸入巷道一定深度。下面以矩形斷面形式為計算模型(見圖1),其它可參照計算。2計算墻體的性能2.1墻體受約束的特征根據最高水位差Hm,可知墻體承受的最大壓力為P=9.8H×103Pa,考慮水壓特點和墻體的安全性,可忽略墻體的高度,墻基所受壓力值作為計算依據,即視墻體受力為均勻荷載。料石通過水泥砂漿粘結在一起成為墻體,雖然不是同一種介質的材料,但墻體有一點破壞,則整個墻體就隨之破壞,故視整個墻體為均勻介質材料。根據墻體受力分析及墻體受約束情況,為簡化計算,將墻體當作沿e-f(通縫)方向和c-d(齒縫)兩個方向上的簡支梁,即假設頂底板不受約束,只有兩幫受約束;假設兩幫不受約束,只有頂底板受約束兩種情況。根據簡支梁受力特點可知,梁兩端橫截面上的剪應力最大,而彎矩為零,容易發(fā)生剪切破壞;梁中心橫截面上彎矩最大,剪應力為零,容易發(fā)生彎曲破壞。所以,墻體在頂底板處的通縫截面上和兩幫處的齒縫截面上容易發(fā)生剪切破壞,而在墻體中間的通縫和齒縫截面上容易發(fā)生彎曲破壞。2.2墻體中間通縫截面上的最大彎矩m(1)沿齒縫(c-d)方向上的荷載:q=9.8lH×103N/m沿通縫(e-f)方向上的荷載:q′=9.8hH×103N/m所以墻體頂底板通縫截面上的最大剪應力為:Q=4.9hlH×103N墻體兩幫齒縫截面上的最大剪應力為:Q′=4.9hlH×103N墻體中間通縫截面上的最大彎矩:M=qh28=1.225lHh2×103Μ=qh28=1.225lΗh2×103N·m墻體中間齒縫截面上的最大彎矩:M′=q′l28=1.225hHl2×103Μ′=q′l28=1.225hΗl2×103N·m將Q、Q′、M、M′代入強度校核公式:[τ]≥QA[τ]≥QA[σ]≥MWz[σ]≥ΜWz式中:[τ]——沿通縫或齒縫破壞時的抗剪強度,Pa,可由《煤礦支護手冊》中查得;[σ]——沿通縫或齒縫彎曲破壞時的抗拉強度,Pa,可由《煤礦支護手冊》中查得;Q——最大剪應力,N;A——梁的橫截面積,A=ld1或hd2,m2;M——最大彎矩,N·m;Wz——抗彎截面模量,Wz=ld32/6或hd42/6即可求得A、A′、Wz、Wz′,由此可求得4個墻體厚度值d1、d2、d3、d4。2.3墻體厚度的確定由于墻體屬于脆性材料,根據脆性材料的特點,為保證安全,需要考慮一定的安全系數,一般取ns=2~3.5,但又由于墻體實際上是受四方約束,而不是假想的兩方約束,結合以上兩種因素,在4個墻體厚度值中取最大的一個即可作為墻體的實際厚度。3墻體厚度方向(1)由于墻體厚度與水位差成正比,水位差H較大時,計算出來的墻體厚度值就很大,這時在墻體厚度方向上,可采用梯形截面,或只砌筑兩邊,中間采用灌漿的方式,以減少工程量。(2)由于計算中只考慮了墻體的

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