新型轻质高强拱架力学特性研究及应用
黄玉兵1
段儒刚1
王琦1
李东浩1
王鸣子1
皇亚坤1
张国川2
李自刚3
1.中国矿业大学(北京) 隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京) 力学与土木工程学院,北京 1000832.平顶山天安煤业股份有限公司,河南 平顶山 4670993.宝山钢铁股份有限公司,上海 201999
摘要：传统型钢拱架质量大、承载力低、安装劳动强度高,难以满足复杂条件下地下工程安全高效的建设要求.以深井软岩巷道为工程背景,采用高强高韧钢材研发了新型轻质高强拱架,利用全比尺拱架力学性能试验系统开展了新型拱架与传统U36型钢拱架的承载性能对比试验,明确了拱架变形破坏模式和承载特性.在拱架钢材性能方面,与传统U36型钢拱架相比,新型拱架所用钢材屈服强度提高了97%,屈服延伸率提升了41.9%;在拱架承载性能方面,新型拱架整体质量减轻了33.3%,但其极限承载力提升了 20.1%,稳定滑移阻力提升了 111.5%;在变形破坏特征方面,与传统U36型拱架相比,新型拱架极限承载状态下的面内平均变形量降低了 16.4%,新型和U36型拱架的应变最大位置均在拱顶或拱腿处.新型拱架具有轻质、高强、高阻、稳滑的特点.在此基础上,开展了现场应用研究,持续跟踪监测结果表明,单榀新型拱架的平均安装时间较U36拱架缩短了 40.5%,新型拱架最大变形量为 63 mm,最大应力为 101.3 MPa,且没有出现明显局部屈曲和面外失稳现象,安全储备高;围岩收敛变形在 30 d后基本稳定,整体受力由大到小为拱顶、拱肩、拱腰.新型拱架在承载能力和施工效率方面具有明显优势,为深部矿井拱架支护提供了一种轻质高强的材料选择.
关键词：轻质高强拱架全比尺试验承载特性变形特征现场应用
分类号：TD353(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2024YFC2909500)国家自然科学基金(42307213)国家自然科学基金(42177130)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-16（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 15-25 )
英文信息