[发明专利]一种煤矿地下水库人工坝体及其设计、施工方法

权利要求书

1.一种煤矿地下水库人工坝体，其特征在于，其包括：

位于联络巷道内的坝体本体，所述坝体本体包括沿所述联络巷道的延伸方向排列的至少两层混凝土层，所述混凝土层外表面以及任意两层所述混凝土层之间设置防水层；

穿设于所述坝体本体的若干第一锚杆，所述第一锚杆的两侧端部分别位于所述混凝土层的外侧；

套设于所述锚杆上的紧固组件，所述紧固组件将所述第一锚杆锁紧于所述坝体本体上。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿地下水库人工坝体，其特征在于，所述联络巷道由位于底侧的底部围岩、位于顶侧的顶部围岩以及位于左右两侧的侧部围岩形成，所述底部围岩、所述顶部围岩以及所述侧部围岩上分别设置第二锚杆，所述第二锚杆的另一端伸入所述坝体本体的侧壁。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿地下水库人工坝体，其特征在于，所述坝体本体成型为长方体，沿所述坝体本体的长度和高度方向上，若干所述第一锚杆按矩阵排列。

4.一种如权利要求1-3任一所述煤矿地下水库人工坝体的设计方法，其包括如下步骤：

根据所述联络巷道断面尺寸确定所述坝体本体的长度和高度；

根据所述坝体本体的力学模型稳定性分析确定所述坝体本体的厚度；

根据所述坝体本体的力学模型的承载力分析确定所述坝体本体的分层数目及所述锚杆的间排距。

5.根据权利要求4所述的煤矿地下水库人工坝体的设计方法，其特征在于，所述根据所述坝体本体的力学模型稳定性分析确定所述坝体本体的厚度具体包括：

将所述坝体本体的力学模型设置为矩形简支板，计算所述矩形简支板的沿长度方向以及高度方向的跨中弯矩M_a、M_b；其中，所述跨中弯矩M_a、M_b采用以下公式获得；

其中，M_a0、M_b0为混凝土板的弯矩系数；q为所述矩形简支板受到的均布载荷；b为所述矩形简支板的高度；

根据以下公式获得所述矩形简支板的抗弯截面系数W；

σ_max＝M_max/W；

其中，σ_max为所述矩形简支板的最大弯曲应力；M_max＝max{M_a,M_b}；

根据所述坝体本体的抗弯截面系数W获得所述坝体本体的厚度h；

W＝ah³/6；其中，a为所述坝体本体的长度。

6.根据权利要求4所述的煤矿地下水库人工坝体的设计方法，其特征在于，所述根据所述坝体本体的力学模型承载力分析确定所述坝体本体的分层数目具体包括以下步骤：

将所述坝体本体的力学模型设置为组合梁；

根据以下公式获得所述坝体本体的层数n：

σ’_max＝6M_max/(b(nh)²)

其中，σ’_max为锚固后组合梁跨中的最大拉应力；σ’_max≤f_t(f_t为所述混凝土的抗拉强度设计值；M_max为未锚固时组合梁跨中最大弯矩；h为所述坝体本体的厚度，b为所述坝体本体的高度。

7.根据权利要求4所述的煤矿地下水库人工坝体的设计方法，其特征在于，所述根据所述坝体本体的力学模型的承载力分析确定所述锚杆的间排距具体包括：

将若干层所述混凝土层的力学模型设置为组合梁；

根据以下公式获得所述锚杆的间排距a：

τ_a为锚杆抗剪强度；d为锚杆直径；h为所述坝体本体的厚度；l为所述组合梁跨度；q为所述组合梁所受的均布载荷。