【摘 要】
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近年来,随着我国智能化矿山建设的兴起,全断面掘进机（TBM）在深井煤矿岩巷掘进中的推广应用得到快速发展。但与之配套的锚网喷支护因工序转换多,支护施工进度常滞后于TBM掘进速度,以及不能满足复杂岩层段支护强度要求等问题,已成为制约TBM在上述工况下掘进效率、影响施工安全的技术瓶颈,亟待研究解决。故此,开展TBM掘进煤矿巷道新型装配式钢板支护结构变形与力学特性研究,对解决TBM深井煤矿岩巷掘进存在的技
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目“TBM掘进煤矿深部巷道围岩准静态卸荷力学响应（资助号:51804006）”； 安徽高校自然科学研究重大项目“TBM掘进煤矿深井巷道围岩时效变形与装配式拱架协同作用机理研究（资助号:KJ2021ZD0049）”； 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室自主课题“煤矿深井巷道TBM快速掘进围岩扰动机理研究（
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近年来,随着我国智能化矿山建设的兴起,全断面掘进机（TBM）在深井煤矿岩巷掘进中的推广应用得到快速发展。但与之配套的锚网喷支护因工序转换多,支护施工进度常滞后于TBM掘进速度,以及不能满足复杂岩层段支护强度要求等问题,已成为制约TBM在上述工况下掘进效率、影响施工安全的技术瓶颈,亟待研究解决。故此,开展TBM掘进煤矿巷道新型装配式钢板支护结构变形与力学特性研究,对解决TBM深井煤矿岩巷掘进存在的技术难题,具有一定的理论意义和应用价值。论文以淮南某矿高抽巷TBM掘进为工程背景,采用实验室足尺结构模型强度试验和数值分析分析相结合的方法,开展了均布、非均布荷载下该种新型支护结构的受力变形特性、失稳破坏特征、承载能力等研究。主要研究内容与结果如下:1.开展了均布荷载作用下,TBM掘进煤矿巷道新型装配式钢板支护结构钢板支护结构足尺模型强度试验研究。基于试验结果分析表明,支护结构呈先管片薄弱面后整体失稳特征;除个别钢管片局部屈曲处外,各钢管片均以环向受压为主,最大压应变值达5500με左右,最大径向变形发生在各管片中部,破坏时最大径向变形量为37.52mm;钢板支护结构屈服荷载为2703.4k N,极限承载力为3972.2k N。2.开展了非均布荷载（λ=1.5）作用下,TBM掘进煤矿巷道新型装配式钢板支护结构钢板支护结构足尺模型强度试验研究。分析表明,非均布荷载作用下,钢板支护结构整体径向位移呈大荷载管片处向环内、小荷载管片处向环外特征,破坏时最大径向变形量为86.42mm;支护结构屈服荷载为2720.496k N,极限承载力为2763.2k N;与均布荷载试验相比,非均布荷载作用下的结构屈服荷载降低了29.1%,极限承载力降低了30.4%,破坏时最大变形量增加了130.3%。3.进行了钢板支护结构数值分析研究。通过ABAQUS建立了钢板结构模型,开展了均布和非均布（λ=1.5）荷载作用下的数值分析分析,并得到足尺试验结果验证。结果表明,均布加载条件下,支护结构接头处轴力较大,接头和管片中部处弯矩大于其它部位;非均布加载（λ=1.5）条件下,支护结构轴力略有降低,弯矩值正负皆有,且弯矩高于均布加载;结构的极限承载能力与侧压系数λ呈指数负相关(Fu=7770e-0.6λ)。图[76]表[6]参[76]
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