轻质高强度拱在深巷道中的承载特性及影响机制

《Scientific Reports》：Bearing characteristics and influence mechanism of lightweight and high-strength arch in deep roadway

　　

摘要

深部地下工程常常面临高应力及极软岩等复杂地质条件。由于自重较大、承载能力不足以及施工效率低下等问题，传统的钢拱结构无法满足深部复杂环境下地下工程安全高效施工的要求。为此，研究人员开发了一种新型轻质高强度拱支护技术，并对这种轻质高强度拱与U36型拱进行了全尺寸力学试验。试验结果表明：与U36型拱相比，轻质高强度拱的初始抗滑能力和极限承载能力分别提高了37.6%和20.1%，同时其自重减轻了33.3%。该新型支护结构能够在降低施工难度的同时，为深部巷道围岩提供更强的支护力。在此基础上，建立了轻质高强度拱的全尺寸数值模型，阐明了其承载性能的影响机制，并推导出了相应的承载能力计算公式。以某典型高应力深部矿井为工程背景，对该轻质高强度拱支护技术进行了现场应用验证。