矿井防水闭墙体的厚度及抗剪强度校核

矿井防水闭墙体的厚度及抗剪强度校核

救灾被称为矿山的五大灾难之一。由于此处小矿的私采、开采和跨境采矿，雨季供水量大，矿山总是面临着巨大的事故风险。在可能来水的方向或巷道内砌筑料石墙防水闭,是矿井防治水常用的手段之一,而防水闭墙体的厚度是决定防水效果的关键因素。1巷道断面位置井下防水闭多为料石砌筑,截面形式与巷道断面一致,四周皆掏槽伸入巷道一定深度。下面以矩形断面形式为计算模型(见图1),其它可参照计算。2计算墙体的性能2.1墙体受约束的特征根据最高水位差Hm,可知墙体承受的最大压力为P=9.8H×103Pa,考虑水压特点和墙体的安全性,可忽略墙体的高度,墙基所受压力值作为计算依据,即视墙体受力为均匀荷载。料石通过水泥砂浆粘结在一起成为墙体,虽然不是同一种介质的材料,但墙体有一点破坏,则整个墙体就随之破坏,故视整个墙体为均匀介质材料。根据墙体受力分析及墙体受约束情况,为简化计算,将墙体当作沿e-f(通缝)方向和c-d(齿缝)两个方向上的简支梁,即假设顶底板不受约束,只有两帮受约束;假设两帮不受约束,只有顶底板受约束两种情况。根据简支梁受力特点可知,梁两端横截面上的剪应力最大,而弯矩为零,容易发生剪切破坏;梁中心横截面上弯矩最大,剪应力为零,容易发生弯曲破坏。所以,墙体在顶底板处的通缝截面上和两帮处的齿缝截面上容易发生剪切破坏,而在墙体中间的通缝和齿缝截面上容易发生弯曲破坏。2.2墙体中间通缝截面上的最大弯矩m(1)沿齿缝(c-d)方向上的荷载:q=9.8lH×103N/m沿通缝(e-f)方向上的荷载:q′=9.8hH×103N/m所以墙体顶底板通缝截面上的最大剪应力为:Q=4.9hlH×103N墙体两帮齿缝截面上的最大剪应力为:Q′=4.9hlH×103N墙体中间通缝截面上的最大弯矩:M=qh28=1.225lHh2×103Μ=qh28=1.225lΗh2×103N·m墙体中间齿缝截面上的最大弯矩:M′=q′l28=1.225hHl2×103Μ′=q′l28=1.225hΗl2×103N·m将Q、Q′、M、M′代入强度校核公式:[τ]≥QA[τ]≥QA[σ]≥MWz[σ]≥ΜWz式中:[τ]——沿通缝或齿缝破坏时的抗剪强度,Pa,可由《煤矿支护手册》中查得;[σ]——沿通缝或齿缝弯曲破坏时的抗拉强度,Pa,可由《煤矿支护手册》中查得;Q——最大剪应力,N;A——梁的横截面积,A=ld1或hd2,m2;M——最大弯矩,N·m;Wz——抗弯截面模量,Wz=ld32/6或hd42/6即可求得A、A′、Wz、Wz′,由此可求得4个墙体厚度值d1、d2、d3、d4。2.3墙体厚度的确定由于墙体属于脆性材料,根据脆性材料的特点,为保证安全,需要考虑一定的安全系数,一般取ns=2～3.5,但又由于墙体实际上是受四方约束,而不是假想的两方约束,结合以上两种因素,在4个墙体厚度值中取最大的一个即可作为墙体的实际厚度。3墙体厚度方向(1)由于墙体厚度与水位差成正比,水位差H较大时,计算出来的墙体厚度值就很大,这时在墙体厚度方向上,可采用梯形截面,或只砌筑两边,中间采用灌浆的方式,以减少工程量。(2)由于计算中只考虑了墙体的