圆弧拱是一种常见的巷道断面形式,它由一段圆周组成,用于构建巷道拱部。这种拱形光滑均匀,能够有效地分散压力,从而改善支护结构的受力状况。由于其断面利用率高,可以减少开挖工作量,同时施工技术较为简单,因此在实际应用中被广泛采用。
形状特点
圆弧拱是由一段圆周组成的拱形,其特点是拱形光滑均匀,能够在巷道周围压力的作用下均匀分布应力,避免应力集中的情况发生。这种拱形的设计使得支护结构的受力状态良好,有助于保持巷道的稳定性。
应用背景
在中国煤矿的回采巷道中,常用的断面形式包括矩形、圆弧拱形和梯形等。选择合适的断面形式对于煤矿生产的安全性和经济效益至关重要。随着技术和设备的进步,现代矿井的工作面长度显著增加,这也就意味着回采巷道的服务年限也随之延长。为了确保巷道在整个服务期内的有效支护,以及适应大型机械化的生产和运输需求,选择合理的断面形式变得尤为重要。
设计与施工
圆弧拱的设计计算相对简单,施工过程中也易于控制形状。相较于其他断面形式,如“三心”拱和矩形断面,圆弧拱具有更高的断面利用率,同时也更加有利于围岩的稳定。特别是在“三软”煤层的情况下,圆弧拱能够更好地抵抗地压,防止巷道开裂。相比之下,矩形断面在直墙与顶板的接触部位易出现应力集中,可能导致围岩不稳定,进而引发巷道破坏。
经济效益
圆弧拱断面相对于半圆拱断面而言,具有更大的优势。在相同的高度和宽度条件下,圆弧拱的断面积通常比半圆拱大约10%,这意味着在满足同样的行人和运输需求时,圆弧拱的断面积可以减少约10%,从而降低了巷道的掘进量,提升了经济效益。然而,圆弧拱在施工时需要注意拱墙交接处的处理,如果操作不当,可能会导致过度挖掘,影响支护效果。尽管如此,随着综合掘进机驾驶员技术水平的提升,这个问题正在逐渐得到解决。