【正文】 5 圖 32 半個參考球示意圖 2AOC ??? 2OAB ??? 2NtBO ??? 2NtBA ??? COB o??? β o為層理面傾角 ,ac=0時臺階面與層理面傾向方位角之差，分別為 : 542??? 。 tc? 為 c? =0時的臺階面傾角； 有圖 12得 c o s ( ) s in2O B R tc R tc?? ? ? ? ? c o s s i n c o sA B O B o R tc o??? ? ? 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 cosNtB R tc?? sin sinOA tc o??? 22( ) ( )BN tA N B A B?? 2 2 2c o s c o s s i ntc o tcN tA R ?? ? ? ? 當層理面傾向不變，繞 OA軸轉(zhuǎn)動一個 ac:角時， Nc轉(zhuǎn)到 N’ c， Nt轉(zhuǎn)到 N， 39。 2tN B A ??? 39。 tcCOB ??? ? ? 臺階面的傾角 at變?yōu)?39。 2ttB N O a?? ? ? 2 2 239。39。t t cO B A B???? 2 2 2s i n c o s ( ) c o s c o s s i n ( )t t c tc o tc t ca N A B a? ? ?? ? ? ? ? ? ? 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 si n c os( ) c os c ot ( )t t c t t ca a N AB a??? ? ? ? 令 tkN AB a??，則已知層理面 產(chǎn)狀 c? 、 c? 和臺階面與層理面得夾角 tca ，便可按下式求得臺階面的產(chǎn)狀。 42???? tc? — 層理面傾角 0c?? 時的臺階面傾向方位角； 2cN OC ???。其中最大可動塊體的底寬等于 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 臨空面底寬。以下將從塊體的平衡原理論述這一問題。設(shè)巷道跨 度或臨空面跨度為 L，基本塊體長度為 a，平衡條件可按下列情況計算。它反映了支架圍巖共同作用原理。如圖 1一 5所示。 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 16懸梁組合式錨桿 如組合巖塊形成多鉸拱結(jié)構(gòu)不能滿足平衡條件，在有條件 的巷道，可將錨桿穿過滑動棱柱體，使其與母巖相連。 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 (2)對于破碎 塊狀 圍巖，開挖后的巖體強度等于殘余強度，殘 余強度取決于巖塊嚙合程度，巖體變形主要取決于巖塊移動，而不是塊體本身變形。 (6)錨桿長度應(yīng)大于滑動棱柱體的高度。但在實際施工過程中，總有錨桿支護失敗造成錨桿支護結(jié)構(gòu)體失穩(wěn)現(xiàn)象產(chǎn)生，造成安全事故。錨桿支護結(jié)構(gòu)體破壞 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 現(xiàn)象總結(jié)起來主要有下列幾種表現(xiàn)形式 : 破壞形式 (1):錨固區(qū)內(nèi)圍巖冒落 此現(xiàn)象主要發(fā)生在錨桿支護應(yīng)用初期和現(xiàn)在的一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)地方煤礦，表現(xiàn)形式為 :錨桿支護后產(chǎn)生桿體拉斷，造成錨固區(qū)內(nèi)圍巖失去支護而產(chǎn)生整體冒落。目前錨桿性能一般較好，其本身強度較大，能 有效控制錨固范圍內(nèi)圍巖穩(wěn)定性，錨桿支護后，巷道圍巖變形開始并不明顯，好像支護效果較好，但隨時間推移，圍巖作用力轉(zhuǎn)移于錨固范圍以外使錨固區(qū)界面產(chǎn)生離層，最終導(dǎo)致錨固結(jié)構(gòu)體整體塌落。 從上述錨桿支護結(jié)構(gòu)體破壞形式來看，其實引起圍巖破壞的原因只有一個，就是錨桿支護體在地層應(yīng)力 (包括自重應(yīng)力、變形應(yīng)力和構(gòu)造力 )作用下產(chǎn)生超出許用變形的大變形，從而破壞了錨桿支護結(jié)構(gòu)體的整體穩(wěn)定性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體的局部破壞或者整體破壞。錨桿支護結(jié)構(gòu)體是由錨桿和圍巖共同組成的一個整體，支護結(jié)構(gòu)體的變形要受到錨桿的變形和圍巖變形的約束和影響。這個過程中圍巖的變形量可達幾十毫米甚至一百毫米以上。支護結(jié)構(gòu)體在巷道開挖后，在地層應(yīng)力作用下產(chǎn)生有限變形。所謂限制是指錨桿在此階段同圍巖一起共同承受外部荷載，或者說通過錨桿提供的強大支撐力和通過錨桿 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 而提高的圍巖本身強度來抵抗外部荷載控制和限制支護結(jié)構(gòu)體的自由變形，而使支護結(jié)構(gòu)體處于穩(wěn)定狀態(tài)，此階段錨桿受力迅速提高，圍巖處于塑性破碎、塊體嚙合狀態(tài)，支護結(jié)構(gòu)體變形量一般在 100 毫米左右。從上述錨桿、圍巖、支護結(jié)構(gòu)體變形特性分析可知，支護結(jié)構(gòu)體為錨桿和圍巖構(gòu)成的復(fù)合承載體，支護結(jié)構(gòu)體圍巖為塊狀嚙合體，其強度為殘余強度，錨桿在支護結(jié)構(gòu)體中起主要的承載作用，支護結(jié)構(gòu)體的變形破壞受錨桿變形破壞的影響。組合梁理論在于形成足夠強度的能夠抵抗外部荷載的梁結(jié)構(gòu)體 。巖體變形破壞的最大變形研究方法的指導(dǎo)思想就是以支護結(jié)構(gòu)體的變形作為評價其穩(wěn)定性的依據(jù)。 (3)支護結(jié)構(gòu)體的變形是地層壓力和結(jié)構(gòu)體強度相互作用的綜合表現(xiàn)，能夠準確地科學(xué)地反映支護結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性。如果支護結(jié)構(gòu)體圍巖塊體相對位移 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 趨于穩(wěn)定，支護結(jié)構(gòu)體不發(fā)生破壞，那么說明支護效果較好，支護結(jié)構(gòu)體處于穩(wěn)定階段。 (1)1 錨桿處于彈性變形階段，錨桿桿體最大受力狀態(tài)達到屈服點時錨桿最大變 形量為 : △ L1=% L 式中 :△ LI— 錨桿變形量 。L L— 錨桿長度。 根據(jù)建筑材料規(guī)范規(guī)定，螺紋鋼在進行冷加工時，要求控制伸長率和控制冷拉應(yīng)力不超過一個定值，此時鋼筋處于良好受力狀態(tài)，超過此值則可能處于不利狀態(tài)。一種是 I類光圓鋼筋，一種是無縱筋螺紋鋼筋 (相當于 Ⅲ 類鋼筋 )。此變形警戒值的意義在于 :當錨桿的變形量在 5%范圍以內(nèi)時，錨桿受力處于良好狀態(tài)，能充分發(fā)揮錨桿與圍巖的共同支護作用，使支護結(jié)構(gòu)體保持在整體穩(wěn)定狀態(tài)。 (4)支護結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性最終取決于其變形，當變形達到某一警戒變形值時，即產(chǎn)生破壞。 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 研究采場應(yīng)力分布及控制頂板巖層運動規(guī)律是確定采場控制方案的重要依據(jù)。再利用彈塑性理論中的變分原理或其它方法，建立單元節(jié)點的力和位移之間的力學(xué)特性關(guān)系，得到一組以節(jié)點位移為未知量的代數(shù)方程組，從而求解節(jié)點的位移分量。 (2)適用性強，應(yīng)用范圍極為廣泛 。 ANSYS多物理場禍合的功能，允許在同一模型上進行各式各樣的藕合計算，如 :熱 — 結(jié)構(gòu)禍合、磁 — 結(jié)構(gòu)禍合以及電 — 磁 — 流體 — 熱藕合，在 CP機上生成的模型同樣可運行于巨型機上，這樣就確保了 ANSYS 對多領(lǐng)域多變工程問題的求解。大量的工程實踐表明，巖體結(jié)構(gòu)特征在空間上的分布既具有一定的規(guī)律性，又有一定的隨機性。 煤層頂?shù)装鍘r石性質(zhì) (1)煤層頂板 老頂 :細砂巖，厚 ，灰黑色，粘土質(zhì)膠結(jié)為主，分選差 。 煤及頂?shù)装鍘r層力學(xué)特性 見 表 31 東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 表 3 一 1 煤層及頂?shù)装鍘r層力學(xué)特性表 序號 巖層厚度 （ m） 巖石名稱 RQD 指標 彈性模量 （ GPa） 泊松比 單軸抗壓 強度 （ MPa） 抗拉 強度 （ MPa） 內(nèi)聚力（ MPa） 內(nèi)摩擦角 容重 （ g/cm179。主要資料數(shù)據(jù)見表 32。 (2)模型要根據(jù)計算目的突出重點因素，可以適當忽略一些次要因素 。 模擬巷