TBM掘进煤矿巷道装配式支护结构足尺试验

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3972.2和2763.2 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.