吴丽丽王慧徐翔武海鹏赵卫平

中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083

巷道是井工煤矿开采的必要通道,畅通、稳定的巷道是煤矿安全、高效开采的保障。巷道围岩常常会由于岩性变异、构造变异等出现冒顶、底鼓、大变形等地质灾害,特别是软岩大变形地质构造。地下工程软岩问题自20世纪60年代以来就作为世界难题备受关注[1-3]。由于软岩本身的可塑性、膨胀性、流变性和易扰动性等力学属性[4],以及巷道初期来压剧烈,采用硬岩的常规支护手段无法适应其变形特点,过去几十年国内外学者在软岩隧道(巷道)的支护方面做了大量的试验和理论研究工作[3-8],逐渐形成了锚喷、锚网喷、预应力锚索支护、金属钢架支护等技术[9-13]。

在金属支架方面,国内外一般用矿用工字钢和U 型钢作为支护材料。20世纪80年代,英国、德国、法国、俄罗斯、波兰等国针对不同的围岩采用不同类型的金属支架,金属支架用量约占支护总量的70% 左右[14]。矿用工字钢是井下巷道支护的专用型钢,其中,Yan 等[15]采用工字形钢支护,建立了巷道支护及围岩稳定性的力学模型;姚社军等[16]运用设计约束、模糊决策及计算机技术对矿用工字钢截面进行了优化设计;寇玉昌等[17]详细介绍了新型矿用工字钢的设计、试验和井下应用情况。我国过去采用工字钢支架的数量甚多,但刚性支架与围岩的变形不相适应,U 型钢可缩性支架因结构承载力较大、可缩性能较好[18]逐渐发展起来。其中,Tan 等[19]提出一种基于泡沫混凝土和U 型钢的联合支护体系,以减小U 型钢收缩量,用于软岩巷道中。……