冲击地压矿井巷道U型钢支护极限承载能力研究

王宏伟，邓代新，姜耀东，石瑞明，周宏伟，崔帅

1.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083；2.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院，北京 100083

冲击地压作为煤岩动力灾害之一，是矿山井巷和采场周围煤岩体应变能释放而产生的突然、急剧、猛烈破坏现象。在冲击地压巷道“三级”支护体系中，U型钢支护具有良好的护表性、稳定的承载力、较高的回收率及快速组装的优点，可提供足够大的支护阻力来提高巷道围岩稳定性，在冲击地压矿井中是常用的巷道支护构件[1-4]。

为了深入探讨U型钢支护效果，学者进行了大量的研究。徐连满等[5]提出一种评价冲击地压等级的新指标——冲击地压破坏系数，用于冲击地压巷道O型棚支护参数设计。曾祥华等[6]通过室内实验和有限元软件模拟，研究了29U型钢支架搭接处卡缆在不同预紧力情况下支架的初始工作阻力及其轴向承载能力变化规律及特征。Jiao等[7]进行了现场试验，比较了极软厚煤层条件下传统U型钢和改良U型钢的应力应变特性。张守宝等[8]通过对无铰拱U型钢支护结构的力学分析，提出对煤矿巷道治理有较好效果的反底拱倒T型结构控制机理。Li等[9]基于传统强度理论，对U型钢现有压弯极限判据进行了改进，并利用FISH编程语言实现了梁单元的修正及U型钢屈服失效的模拟。Barla等[10]通过现场实例和数值分析，研究巷道开挖过程中挤压性围岩的性能，优化了U型钢支护体系。Mitri等[11]经过大量的研究对U型钢支架的类型进行了分类，其研究结果表明深部巷道最常用的U型钢支架的类型是圆形拱、半圆形拱、直墙半圆形拱以及斜腿形弧拱。……