基于竹筋-鋼筋骨架的人工假頂首層充填厚度研究及現場應用①

王衍海， 王 方， 唐鳴東， 史秀志， 喻 智

(1.中南大學 資源與安全工程學院,湖南 長沙410083； 2.長沙礦山研究院有限責任公司,湖南 長沙410012)

破碎采場賦存條件復雜,礦體形態不規則,圍巖穩定性差,不當的開采易導致采場頂板失穩破壞,同時采場作業的擾動易引發周邊采場頂板大規模垮塌,出現安全事故。 為保證人員在破碎采場內正常作業,需在破碎采場構筑人工假頂。

人工假頂骨架是承重的關鍵,目前假頂設計中多采用全鋼筋骨架,文獻［1］曾提出使用既可保證其抗拉性能又能減少成本的竹筋替代部分鋼筋的配筋方式。 關于竹筋作為骨架結構的研究很多［2-5］,但大都停留在現場經驗探討或簡單力學性能研究上,對于竹筋替代鋼筋的可行性和具體替代效果并沒有明確的分析結果或結論,致使方案設計時無法科學合理地設計、分配竹筋。

首層充填厚度,即人工假頂的高度是人工假頂設計的重要參數,其設計效果需同時滿足強度高、穩定性好與經濟性佳的要求［6-7］。 本文從竹筋與鋼筋材料特性出發,首先分析了竹筋替代鋼筋作為人工假頂骨架的可行性,隨后運用簡支梁理論與數值模擬方法分析了竹筋-鋼筋人工假頂骨架的受力行為、破壞方式、合理配筋方式和設計方案。 經相互驗證,最終優選出了合理的竹筋-鋼筋配筋方式與最優首層充填厚度,并將其應用于凡口鉛鋅礦Shd-200m 試驗采場。

1 人工假頂首層充填厚度研究

1.1 竹筋替代鋼筋可行性研究

人工假頂需要骨架材料具有足夠高的抗拉強度,文獻［2］指出竹制品抗拉強度較大,約為鋼材抗拉強度的1/2,同時竹制品具有強重比大于鋼材、可塑性好、成本低、易獲得等優點。……