三心拱巷道断面的改进.pdf

一 f I 第 l 3 卷第 2 期 1 9 9 5年 3月 中国锰业 CH I NA S M ANGANESE I NDUSTRY V。 1 ． 1 3No 2 M a y 1 99 5 三 心 拱 巷 道 断 面 的 改 进 关 之飘 广西靖西锰矿 ， 靖西 ， 5 3 3 8 0 3 一 r 、 摘要三心拱巷 道断 面的 图形决 定于三要素 ， 、 R、 r． 常规 三 心拱 图彤 R和 r 均 由于小数 位数 太 多而难 干记忆 ， 也 不便 于作 图． 为此 ， 对 R 和 r的取 值稍加改 进 ， 使得 三要 素 ，、 R、 r均能用比较 衙便 易记的式子 来表达 ， 方便作 图． 并使改进 后 的图形仍 然与 常规 三 拱图形十分接近 ， 仍然保 持 三 拱巷道 断 面的基本特 点． 改进后 ， 不但 没有影响巷道拱部 的结构强度 ， 甚至还会 使得巷道拱轴 更合理． 主 题词 ，查 兰 独三 苎 墨 查 改 进竺 堕 差 木 呈 1 概 述 较 好记的式子来表示， 如表2 所 示 三 心拱型 巷道 断面 如 图 1 ， 在地 下矿 山 应用 广泛 ． 三 心拱 图形通常 以不 同的矢拱高 ，来 区分 不同的图形特征． 最常用的有以下 3 种基本 图形 ， 寺B、 ， B、 ， B ． 常 规 三 心拱要 素如表 1所示 ． 表 1常规矿用三J 拱要素 由表 1可见 ， 常规 矿用三 心拱要 素除 f 比较好 记忆 之外 ， 其余 各要 素均 由于小数位 数太 多 而很 不 好记 忆 ， 作 图也 不 大方 便． 为 此 ， x ,1 - --心拱大 小圆弧的半径 和 r稍 加改 进 ， 使得 3个关 键的要 索 f、 R 、 r均能用 比 收稿 日 期 1 9 9 5 年 3月 1日 围 1三心拱巷道断面图 表 2改进矿用三心拱要素 比较表 1 和 表 2的 三要 素 f 、 R 、 r， 表 2的就好记 多了． 按 照表 2数值作图 ， 也很容 维普资讯 第 3 期 关之飘 t 三心拱巷道断面的改进 易地以等分的方法定出 3 个 圆心 O- 和 Oz 的 准确位置 ， 从而准确地画 出三 心拱 的图形来 ． 虽然表 2中的 户和 a两个 夹角要素仍然 不好 记忆 ， 然而 ， 这两个夹角要素在作图时是暂时 没有 用上 的 ， 只是在计算断面积时才用到 ， 所 以 和 a不好记忆亦 无妨． 2 改进三心拱 圆弧半径 的确定 ，、 R、 r这 3 个关键要素， 其中矢拱高 ， 是依旧不变的， 这里只对中弧半径 R和边弧 半径 r适当调整 就 可以 了． 对于 两 所求未 知数R和 r， 我们可先取其中的一个- 另一个 也就 可 以利 用 它 们之 间的相 互 关 系推 导 出 来． 问题 是先 取定 R不是先 取定 r比较恰 当． 为此 ， 我们先 来考察 一下常规 矿用三 心拱 的 R和r 以分数形式表达的情形． 对痘于 3种基本 图形 ， R和 r可 以表 示 为 ； J R1 _ 0 ． 6 9 lB 一 上1 , 4 4 5 B 一 B { 拱 ； 、 。 。 。 ’ 2 6 1 B B 且 B B 一 B ； 。 ‘1 7 2 B 一 B 一 且 I R B B B - 。 ． ．1 2 8 B B B ． 1 。 ． ． B 南 考 察 了以上几组 分式 ， 我 们认 为先 取定 r 依 次 为 寺 、 言 B 、 寺 B 时 ， 改 进 后 的 三 心 拱 图形最接近 于常规 矿用三 心拱 图形． 同时 认 为 ， 对于 同一拱轴跨 度和 同一矢拱高 的 拱 型巷道来说 ， 圆弧半径恰 当地取小一些 ， 将有 利于拱部 的结构强度． 因此 ， 我们 的愿望是 改 进后 三心拱图形 的 R和 r 不大于常规矿用三 心拱 图形 的 R和 r． 现将取定 r， 推导出 R算 式 ． 由图l 得 ； f R Ol M fOl O 2 r 1 【 O l M √o lo l MO l 2 由 1 、 2 式 可 以推 导 出 R 算 式 过程 从略 一 B r B 。 R 瓦 一 3 分别 以3 组 不 同的 f、 r 代入 上式 ， 即 可求 出3 个相 应的 R分式 过程从略 R 知 、 R 学 B、 R 警 B 4 以上结 果均 与常规矿 用三心拱要 素十分 接近， 且都略小于常规矿用三心拱要素 R和 r， 满足了我们原先 的愿望 ． 由于 中弧圆心 0． 位于图形中心线或其延长线上， R与 ，关系 很 密切 ， 为了作 图方便 ， 还 可 将 4 式 改写 为以 ，来 表示 R 的形 式． 由此得到 改进三 心 拱 要素综合式为 ； l fB， R2 ，， rB； l 0 1 ， 一 寺B， R 3 - 5 f ， r 一 音B i 5 I 1 1 I ， 吉层 ， R 一 5 ’ 5 ， ， r 一 音茸 - 这 里得 到的 3组三 心拱要 素是 否满足 中 弧 与边 弧相 切连 接的条件呢 回答是肯定的． 由图 1可知 ， 只要满 足 R O。 O rO． M ，， 则 C点必定是 大 圆弧与小 圆弧的 内切 点． 而在 以上推 导 R算 式 的过 程中 ， 已应 用 了 R ol o2 rOl M f的 关系式． 即 ； R的算式是在满足 RO O。 rO M ，的条 件下 推导 出来 的 ， 所 以说连 接 点 C是 大 圆弧 中 弧 与小 圆弧 边 弧 的 内 切点 无 疑 ． 改进前后结构强度验算 与 比较 改变三 心拱要 索 以后 ， 结构强度如何 这 是 大家 共 同关心和 注意 的 主要 问题 ． 只有强 度 至 小不低 于原来 的水 平 ， 才能说 明改进方 案 可行 ． 为了说 明这个 问题 ， 现以 同等条件 ， 维普资讯 中国锰业 第 1 3 卷 表 3 擞截面力矩 、 法向力 Ⅳ和信心距 注 等 应用 办法分别验 算改进 前后 的结 构强度 ， 以 作 比较． 设基 础条 件 为 地 层 内摩擦 角 7 0 。 ， 地 层与结 构间摩擦系数 0 ． 3 ， 地层容重 2 ． 5 t ／ m。 ， 侧 向地层弹性 压缩系数 K 一0 ． 4 1 0 。 t ／ m。 ． 支护材 料采用 2 0 0号混 凝土 ． 其 弹性 模量 E 1 5 1 0 t ／ ． 材料容 量 r o z ． 3 t ／ m。 ， 支护厚 度 拱墙 等厚 d 0 ． 5 m， 拱轴跨度 工 6 m， 墙 高 h一4 m． 基本结 构 及几何尺寸如图 z 所示． 围 2 计算 简 围 根 据力法数 解公 式∞求得 拱部各截面的 力矩 和法 向力 Ⅳ 以及偏心距 ． 仅将拱顶 O 。 截面 和 拱脚 9 0 。 截 面 的计 算 成 果列 于 表 3 ． 并对拱顶和拱脚分别进行强度验算， 以 作 比较． 隧道 设计 规 范[ 2 要 求 “ 对 混凝土 结构 ， 当 e ≤0 ， 2 d时验算受压 ； 当 e 0 ． zd时验算 受拉． ” 强度验算公式 分别为 K Pa R a b d 6 7 Ⅳ 一 1 式 中 ～受压强度安全 系数 ， 受拉强度安全 系数 ； 混凝土结构 纵向弯曲系数 ， 。 轴 向力偏 心影响系数 ； Ra 混凝土的抗 压极 限强度 ； R 混凝土的抗拉极限强度} b 断面宽度 ； d 断面高度 此处为拱的厚度 ； Ⅳ 使用荷载 法 向力 ； 轴 向力偏心距． 根据上述隧道设计规范要求， 对照表 3 的 值， 则拱应按 7 式验算拱顶受拉强 度． 按 6 式验算拱脚受压强度； 拱和拱 均应按 7 式验算拱顶和拱脚 的受拉 强度 过 程从略 ， 成果 见表 4 ． 由表 4可知 ， 改进 后拱顶 截面 强度均 比 常规图形的强度稍高； 虽然拱脚截面强度 比 常规 图形 的强度 略低 ， 但相差甚微 ． 维普资讯 第 3 期 关之飘 三心拱曲遭断面的改进 裹 4拱截面置度验算成果裹 4 施工工作量和经济效益 比较 为此 ， 我们 可以用拱弧 长 S和 拱面积 这 2个因数来衡 量施工工作量 的太 小和经济 效益 的好 坏． 因为 ， 在巷 道拱轴跨度 L、 矢高 ，和 支护 厚度 d一 定的条件下 ， 拱弧 长 s减 小 ， 也就说 明拱支护工程量减少 ， 相应 地减 少 支 护 费用 ； 拱 面积 A减 小 ， 也 就说 明拱 部 掘 进工程量减少 ， 也相应地减 少掘进费用． 反之 亦然． 现按下列公式分别计算 改进前后拱弧长 s和拱面积 A ， 成果列入表 5 过 程从略 ． S R r d 8 南‘ R 。卢 r 一 R 一 ， ‘ 寺一 ， 9 式 中 中弧夹角之半 。 度 ； a 边弧夹角 ， 度 ； 其余符号意 义同前． 由表 5可见 ， 改进 图形 的拱 弧长 S和拱 面积 均 比常规图形 的略小 。 这就 说 明了改 进断 面结 构参数 以后 ， 巷 道施工 工作 量 比常 规 图形的减少 了 ， 工程 费用亦减少 了 。 也就是 说经济效益相对 提高 了． 5 结 语 改进三心拱要索以后。 除了前商提到的 便 于记 忆和方 便作 图外 ， 还稍 微提 高 了拱顶 的结 构强 度 。 减少 了拱部 施 工工 作量 ， 减少 了工程费用 ， 从而提高了经济效益． 虽然工程 量减少幅度甚徽 ， 但至少可 以说 ， 既不增加工 程量 ， 也 不影响 结构 强度． 因此 ， 不 管从 技术 角度 上 ， 还是从经济 角度 上去分析与评价 ， 均 认 为改进方案是 可行的． 参考文献 1 冶金工业部南 昌有色措金设计院编． 冶金矿山井巷设计 参考资料 下册 ， 北京 冶金工业 出版社 ， 1 9 7 7 l 5 9 ～ 1 99} 2 冶金工业部南昌有色冶金设计院编， 冶金矿山井巷设计 参考 资料 下册 ， 北京 冶金工业出版杜 ， 1 9 7 7 2 6 3 2 65 下 转 第 9页 维普资讯 第 3 期 姚敬劬 沉积锰矿镘暨分离的热力学分析和实验研究 9 环境和地 质 历史演化 过程 中 ， 造成 了不 同层 次 、 不 同规模 、 不同程度 的铁 锰分离 ， 具体 分 析 一个地 区的地球 化学 环境 ， 将 为寻找低 铁 优 质锰矿 指明方 向． 参考文献 1 刘英俊等． 元素地球化学， 北京 科学出版杜 ， 1 9 8 4 7 7 2 柬兆奇． 地质与勘探 ， 1 9 8 8 4 l ～7 3 饶纪龙． 地球化学中的热力学， 北京t 科学出版社 1 9 ／ 9 7 7 4 Va z e ms o v Mb - Gr a s s e l l y G Y_Ge o l o g y a n d G e c c h c m- i s t r y o f M a n ga n e s e，1 98 03 0 4 3 05 THERM oDYNAM I C S TUDY AND EXPERI M ENTS oF ’ S EPARATI oN oF I RoN AND M ANGANES E I N DEPoSⅡ ED M ANGANES E oRE ya o J { n g q u C e n t r a l S o u t h Re s e a r c h I mt i t t e o f Me t a l l u r g y a n d Ge o l o g y，Y i C h a n g， 4 4 3 0 D 3 ABS TRACT De t e r mi n a t i o n o f p H r a n g e s a n d f o r ms o f i r o n a n d ma n g a n e s e s e p a r a t i o n o c c u r r i n g i n t h p c o u r s e o f o r e d e p o s i t f o r ma t i o n a n d p r e d i c t i o n o f f a v o r a b l e g e o c h e mi c a l c o n d i t i o n s f o r t he s e p a r a t i o n a t e ma d e wi t h t h e h e l p o f t h e r mo d y n a mi c s t u d y a n d e x p e r i me n t s ．I t i s c o n s i d e r e d t h a t t h e f o r ma t i o n o f a ma n g a n e s e o r e d e p o s i t wi t h 1 o w i r o n c o nt e n t i s a b l e t o b e f i n a l i z e d i U s t a f t e r t h e t wi c e e f f e c t i v e s e p a r a t i o n s i n o r i g i n a l a n d d e p o s i t r e g i o n s ． KEY W ORDS De p o s i t e d ma n g a n e s e o r e I r o n a n d ma n g a n e s e s e p a r a t i o n Th e r mo d y - na m i c s 上接 第 1 3页 I M PRoVEM ENT oF TRI PLE ARCHED RoADW AY S ECTI oNS Guan Zhi p i a o Y i n Xi M a n ga n e s e M i n e ，Gu a n g xi Pr o v i n c e ， 5 3 3 8 0 3 ABS T RACT Th e f i g u r a t i o n o f t r i p l e a r c h e d r o a d wa y s e c t i o n s i s d e p e n d e nt o n t h r e e e l e me n - t a r y f a c t r s ，i ． e ．f ， R a n d r ，Th e c o mmo n R a n d r v a l u e s o ft h et r i p l e a r c h e d r o a d wa y a r e d i f f i e u l t t o b e r e me mb e r e d d u e t o g r e a t n umb e r o f t h e i r d e c i ma l p l a c e s ．Th i s a l s o c a u s e s t r o u b l e s f o r d r a wi n g a di a g r a m．Th e r e b y a n a l t e r a t i o n i n v a l u a t i o n o f R a n d r i s ma d e f o r a s i re p i e e x p r e s s i o n t o f ．R a n d r ．The f i g u r e f o r me d b y t h e a l t e r a t i o n c o me s v e r y c l o s e t o t h e p r e v i o u s o n e wh i l e t h e b a s i c f e a t u r e s o f t h e t r i pl e a r c h e d r o a d wa y s e c t i o n s i s s t i l 1 u n c h a n g e d ． Th e a l t e r a t i o n d o e s n o t a f f e c t t h e s t r u c t u r a 1 s t r e n g t h o f t h e a r c h o f t h e r o a d wa y b u t h a v e t he a r c h a me s mo r e r a t i o n a 1 ． KEY W oRD M i n e Ro a d wa y s e c t i o n ． 维普资讯