深部高温巷道功能梯度隔热支护结构研究

摘要

针对传统隔热材料在治理深部矿井高温热害问题时存在的强度低和支护效果差等缺陷，采用改性陶粒和纤维提升隔热混凝土材料强度，并基于功能梯度理论优化混凝土结构形式，构建功能梯度隔热支护结构，结合工程实际开展相似模型试验和数值模拟，分析隔热支护效果。研究结果表明：构建的“支护层+隔热层”功能梯度结构，可有效控制围岩变形和阻隔围岩散热，相比普通混凝土结构，围岩散热减少量提升了28.74%；随着隔热层厚度的增加，围岩调热圈半径缩小，当隔热层厚度为50 mm时达到阈值，围岩散热减小量提升了30.26%，与模型试验结果一致；隔热支护结构下，围岩应力状态和巷道塑性区形态较普通混凝土结构均无明显变化，仍为类圆形塑性区，支护效果良好；通过功效系数法综合分析围岩散热、围岩应力及巷道变形情况，确定支护层厚度为50 mm、隔热层厚度为50 mm时隔热支护综合效果最佳。

关键词

功能梯度 / 隔热支护结构 / 隔热效果 / 围岩温度场 / 模型试验 / 数值模拟