TBM掘进煤矿巷道装配式支护结构足尺试验

唐彬; 孙长红; 程桦; 王要平; 曹伟; 张大欢; 黄志鸿; 刘子默; 唐永志; 王传兵

doi:10.15961/j.jsuese.202101115

工程科学与技术 ›› 2023, Vol. 55 ›› Issue (02) : 242 -251. DOI: 10.15961/j.jsuese.202101115

TBM掘进煤矿巷道装配式支护结构足尺试验

唐彬, 孙长红, 程桦, 王要平, 曹伟, 张大欢, 黄志鸿, 刘子默, 唐永志, 王传兵

作者信息 +

Author information +

文章历史 +

摘要

随着全断面掘进机（TBM）在煤矿深井岩巷掘进中的推广应用，不良地层已成为影响TBM掘进煤矿深井岩巷施工安全性和掘进效率的主要因素。为解决TBM在煤矿不良地层中巷道围岩支护困难的问题，提出了TBM掘进煤矿巷道装配式支护结构，并加工制作了装配式支护结构足尺模型，使用煤矿井巷支护结构大型试验平台，开展不同侧压系数下的支护结构足尺加载试验；通过拉杆式位移计监测支护结构关键节点位移，采用应变片监测支护结构足尺模型应变分布演化规律，同时搭建足尺模型变形摄影测量监测系统，监测获得足尺模型变形数据；开展侧压系数为λ=1.0和1.5两种加载条件下的装配式支护结构足尺模型均载和非均载试验；试验研究装配式巷道支护结构的变形破坏形态、承载力和应变分布特征，厘定支护结构承载能力的影响因素，揭示支护结构失稳破坏机理；开展支护结构数值试验，获得足尺模型试验中难以监测的轴力、弯矩等参数。结果表明：支护结构在管片接头和跨中首先出现局部失稳，进而导致结构整体失稳；侧压系数λ=1.0和1.5时，支护结构极限承载力分别为3 972.2和2 763.2 kN；随侧压系数提高，支护结构承载力呈指数型下降，结构变形破坏也更为明显；足尺模型试验中支护结构极限承载力略小于数值试验，足尺模型试验和数值试验结果一致性较好；均载试验中，支护结构接头处轴力较大，接头和管片跨中处弯矩较大，弯矩均为正值，而非均载试验中，支护结构轴力略有降低，弯矩值正负皆有，且弯矩值高于均载试验值。