直墻半圓拱形鋼管混凝土支架力學(xué)性能實驗及應(yīng)用

高延法，王 軍，黃萬朋，陳冰慧，王 亮，王 超

(1.中國礦業(yè)大學(xué)，北京 100083；2.山東科技大學(xué)，山東 青島 266510；3.中煤國際工程集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120；4.大地工程開發(fā)(集團(tuán))有限公司，北京 100102)

直墻半圓拱形鋼管混凝土支架力學(xué)性能實驗及應(yīng)用

高延法1，王 軍1，黃萬朋2，陳冰慧1，王 亮3，王 超4

(1.中國礦業(yè)大學(xué)，北京 100083；2.山東科技大學(xué)，山東 青島 266510；3.中煤國際工程集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120；4.大地工程開發(fā)(集團(tuán))有限公司，北京 100102)

為研究直墻半圓拱形斷面巷道面臨的支護(hù)難題，設(shè)計了直墻半圓拱形鋼管混凝土支架與U型鋼支架力學(xué)性能對比實驗；實驗全面測試并分析了鋼管混凝土支架的承載力、位移與應(yīng)變，同時分析了熱煨彎曲對鋼管原材料抗拉性能的影響及C60混凝土配合比合理性；實驗證明鋼管混凝土支架具有突出的承載優(yōu)勢。在實驗指導(dǎo)下，對華豐礦-1100水平大巷動壓巷道和大淑村礦-450水平新東翼皮帶巷高應(yīng)力集中巷道做了直墻半圓拱形鋼管混凝土支架支護(hù)設(shè)計并應(yīng)用，實踐證明鋼管混凝土支架支護(hù)效果明顯，優(yōu)于同斷面U型鋼支架，同時也發(fā)現(xiàn)直墻半圓拱形封閉支架的底角為薄弱點(diǎn)，并進(jìn)行了改進(jìn)與結(jié)構(gòu)強(qiáng)化。

鋼管混凝土支架；直墻半圓拱斷面；力學(xué)性能實驗；巷道支護(hù)

0 引言

隨著采深的增加和開采條件的日益復(fù)雜，錨桿錨索已難以解決深井軟巖巷道支護(hù)，U型鋼等可縮性支架在支護(hù)實踐中也經(jīng)常出現(xiàn)支護(hù)不穩(wěn)定等問題，主要原因是地壓增大導(dǎo)致圍巖自承載力下降，錨桿錨索主動支護(hù)力不足，U型鋼支架支護(hù)反力有限，難以抵抗圍巖壓力[1-3]。鋼管混凝土支架作為一種新的支護(hù)架型，是將空鋼管熱煨成巷道斷面形狀，焊接各種附屬件，在井下安裝并灌注混凝土而成，具有支護(hù)能力強(qiáng)且施工安裝簡單等優(yōu)點(diǎn)，目前被越來越多地應(yīng)用于深井軟巖巷道中，已解決了全國20多個煤礦支護(hù)難題[4-8]。

許多學(xué)者對于鋼管混凝土支架的承載力計算、力學(xué)性能實驗、結(jié)構(gòu)設(shè)計與現(xiàn)場應(yīng)用等問題做了較為深入的研究[9-11]，并得到了一些重要成果。直墻半圓拱形斷面具有諸多優(yōu)點(diǎn)，是巷道支護(hù)中最常用的斷面形狀，但鋼管混凝土支架目前的實驗研究多集中于圓形斷面[12-13]，而對于常用的直墻半圓拱形支架結(jié)構(gòu)缺乏實驗研究；對于直墻半圓拱形鋼管混凝土支架與同斷面U型鋼支架承載力差別無實驗數(shù)據(jù)，同時對于無縫鋼管熱煨后的材料力學(xué)性能變化實驗研究較少。

本文設(shè)計了直墻半圓拱形鋼管混凝土支架與U29型鋼支架力學(xué)性能對比實驗。對鋼管混凝土支架做了承載力分析、位移分析與應(yīng)變分析，對U29型鋼支架做了承載力分析。同時對熱煨后的鋼管原材料做了抗拉實驗分析，對鋼管核心混凝土做了抗壓強(qiáng)度實驗分析。

在實驗結(jié)果指導(dǎo)下對華豐礦-1100水平大巷動壓巷道和大淑村礦-450水平新東翼皮帶巷高應(yīng)力巷道做了直墻半圓拱形鋼管混凝土支架支護(hù)設(shè)計并進(jìn)行應(yīng)用，實踐表明鋼管混凝土支架適合動壓或高應(yīng)力集中巷道支護(hù)，支護(hù)效果明顯優(yōu)于U型鋼支架支護(hù)。

1 鋼管混凝土支架力學(xué)實驗

1.1 支架結(jié)構(gòu)

使用中頻熱煨彎管機(jī)將無縫鋼管彎制成設(shè)計斷面形狀，分4段組裝。中頻熱煨彎管采用中頻電感應(yīng)加熱鋼管，使鋼管溫度升高到塑性狀態(tài)。900～940 ℃時，將工件在局部加熱的條件下進(jìn)行彎曲。

支架分4段：頂弧段1個、側(cè)幫段2個和反底拱1個。其中頂弧段與側(cè)幫段之間采用接頭套管連接，側(cè)幫段與反底拱之間采用法蘭盤連接，如圖1所示。

支架型號為φ194×8，即鋼管直徑為194 mm，壁厚為8 mm，材料單位質(zhì)量36.7 kg/m，等同于U36型鋼單位質(zhì)量；接頭套管采用φ219×8鋼管。

1.2 核心混凝土配比

鋼管內(nèi)核心混凝土強(qiáng)度等級為C60，水泥為快硬硫鋁酸鹽水泥，核心混凝土配比及用量見表1。

1.3 實驗中的支架約束與加載方式設(shè)計

支架從頂部加壓，為模擬支架在實際巷道中的受力，在支架上下設(shè)2塊弧形承壓板，在鋼管混凝土支架側(cè)幫段設(shè)4對水平拉桿，如圖2所示。承壓板選用大型槽鋼熱煨彎曲成弧形，拉桿選用8根φ58 mm的Q235圓鋼；同時，為防止支架在加壓過程中可能向兩側(cè)傾斜，在實驗臺兩側(cè)加上2根槽鋼進(jìn)行加固。

在支架頂部集中加載，加載力作用于頂部承壓板，以期鋼管混凝土支架通過承壓板均勻受力。

圖1 鋼管混凝土支架結(jié)構(gòu)尺寸圖(單位：mm)

表1 核心混凝土配比與用量Table 1 Mixing ratio and consumption of core concrete

圖2 支架加載與約束圖

1.4 實驗測試內(nèi)容與測試方法

主要測試內(nèi)容為支架承載力、支架水平與豎向位移和支架關(guān)鍵部位的荷載-應(yīng)變關(guān)系。

通過液壓加載記錄找出支架極限承載力，通過位移計監(jiān)測水平與豎向位移，通過應(yīng)變片監(jiān)測關(guān)鍵部位荷載-應(yīng)變關(guān)系。位移計及應(yīng)變片布置如圖3所示。

圖3 位移計及應(yīng)變片布置圖

1.5 U29型鋼支架實驗

設(shè)計一組直墻半圓拱形U29型鋼支架實驗，U29型鋼支架采用與鋼管混凝土支架相同的約束與加載方式，測試其承載能力與位移。U29型鋼支架無反底拱，支架寬度大于鋼管混凝土支架，如圖4所示。

圖4 U型鋼支架實驗設(shè)計圖

1.6 鋼管材料與混凝土強(qiáng)度實驗

為分析鋼管混凝土支架中鋼管和混凝土材料的力學(xué)特性，分別設(shè)計了鋼管材料實驗與混凝土強(qiáng)度實驗。加工支架過程中從熱煨彎曲余料中截取3塊鋼管材料進(jìn)行材料抗拉實驗。在支架灌注過程中制作3組9塊混凝土試件進(jìn)行混凝土強(qiáng)度實驗。

2 鋼管混凝土支架實驗成果分析

2.1 鋼管混凝土支架承載力分析

支架加載過程如圖5所示，當(dāng)荷載超過2 000 kN時，鋼管混凝土支架頂部開始下沉；荷載到達(dá) 2 107 kN時，支架接頭套管屈服變形，承載力短暫波動后開始下降。因此,鋼管混凝土支架的最大承載力為2 107 kN。

2.2 鋼管混凝土支架水平與豎向位移變化分析

水平位移隨荷載的變化在加載初期基本成線性變化，支架整體處于彈性階段；當(dāng)荷載接近極限荷載時,水平位移急劇增大，支架整體處于塑性階段，最大水平位移為86.07 mm，如圖6所示。

豎直位移隨荷載變化曲線形態(tài)與水平位移隨荷載的變化曲線形態(tài)基本一致，豎直位移為距離縮減，水平位移為距離增加,最大豎向位移為40.60 mm,如圖7所示。圖中黑點(diǎn)實線為加載過程，虛線為卸載過程，下列各圖同樣，不再說明。

圖5 鋼管混凝土支架加載過程曲線

圖6 水平位移荷載曲線

圖7 豎直位移荷載曲線

2.3 鋼管混凝土支架應(yīng)變分析

從頂弧段、側(cè)幫段和反底拱的應(yīng)變片測點(diǎn)數(shù)據(jù)曲線中分別取關(guān)鍵曲線，分析荷載-應(yīng)變關(guān)系。

2.3.1 頂弧段荷載-應(yīng)變關(guān)系

頂弧段應(yīng)變檢測位置如圖8所示，頂弧段拱頂內(nèi)側(cè)應(yīng)變隨荷載的變化曲線如圖9和圖10所示，頂弧段右側(cè)應(yīng)變隨荷載的變化曲線如圖11和圖12所示。

在荷載作用下，支架拱頂內(nèi)側(cè)鋼管長軸方向受拉，在加載初始階段應(yīng)變隨荷載成線性變化，鋼管壁彈性拉伸。當(dāng)荷載接近極限荷載時拱頂內(nèi)側(cè)鋼管屈服，發(fā)生塑性變形。其他各點(diǎn)總體上沿軸線方向內(nèi)側(cè)受拉，垂直于軸線方向受拉。

圖8 頂拱應(yīng)變片位置

圖9 拱頂內(nèi)側(cè)鋼管軸向應(yīng)變-載荷曲線(A0)Fig.9 Curve of axial strain of steel tube on inner side of crown Vs load (A0)

圖10 拱頂內(nèi)側(cè)鋼管環(huán)向應(yīng)變-載荷曲線(A1)Fig.10 Curve of circumferential strain of steel tube on inner side of crown Vs load (A1)

圖11 頂弧右側(cè)鋼管環(huán)向應(yīng)變-荷載曲線(C0 )Fig.11 Curve of circumferential strain of steel tube on the right side of the crown arc Vs load(C0)

圖12 頂弧右側(cè)鋼管軸向荷載-應(yīng)變曲線(C1)Fig.12 Curve of axial strain of steel tube on the right side of the crown arc Vs load(C1)

從以上曲線可以看出，在極限荷載作用下頂拱各處都進(jìn)入了塑性階段，并且塑性變形較大，尤其A0處在卸載后變形無法恢復(fù)。實驗后通過對支架的觀察，發(fā)現(xiàn)該處出現(xiàn)了細(xì)微的裂縫，是由于卸載后變形無法恢復(fù)的原因。

2.3.2 側(cè)幫段荷載-應(yīng)變關(guān)系

側(cè)幫段應(yīng)變檢測位置如圖13所示，側(cè)幫段內(nèi)側(cè)應(yīng)變隨荷載的變化曲線如圖14和圖15所示，側(cè)幫段側(cè)面應(yīng)變隨荷載的變化曲線如圖16和圖17所示。

圖13 側(cè)幫段應(yīng)變片位置圖

圖14 側(cè)幫段內(nèi)側(cè)豎向荷載-應(yīng)變曲線圖(G0)Fig.14 Curve of strain on inner side of side wall Vs vertical load (G0)

圖15 側(cè)幫段內(nèi)側(cè)水平方向荷載-應(yīng)變曲線(G1)Fig.15 Curve of strain on inner side of side wall Vs horizontal load(G1)

圖16 側(cè)幫段側(cè)面豎向荷載-應(yīng)變曲線圖(F0)Fig.16 Curve of strain of side face of the side wall Vs vertical load (F0)

圖17 側(cè)幫段側(cè)面水平方向荷載-應(yīng)變曲線(F1)Fig.17 Curve of strain of side face of the side wall Vs horizontal load (F1)

從圖14—16可以看出，壓應(yīng)變的峰值點(diǎn)并不是在最大荷載處，而是出現(xiàn)在1 500 kN附近，峰值點(diǎn)過后壓應(yīng)變開始減小，同時側(cè)幫段內(nèi)側(cè)后期出現(xiàn)較大拉應(yīng)變，這說明在加載過程中因拉桿承受較大水平荷載使側(cè)幫段鋼管受彎矩作用發(fā)生彎曲，因而內(nèi)側(cè)出現(xiàn)受拉變形。

側(cè)幫段的荷載-應(yīng)變曲線較為復(fù)雜，內(nèi)側(cè)應(yīng)變較大，并產(chǎn)生了很大的塑性變形；側(cè)向的應(yīng)變方向基本不變，且在極限荷載下仍處于彈性階段，沒有產(chǎn)生塑性變形。從圖14和圖15中還可以看出內(nèi)側(cè)的應(yīng)變方向發(fā)生了改變，產(chǎn)生這種變化的原因是側(cè)幫段鋼管發(fā)生了彎曲。實驗無法模擬實際煤礦中巷道兩幫對于支架的均勻約束，雖然采用了多對拉桿進(jìn)行約束，但仍然是一種集中約束，在大荷載作用下必然會導(dǎo)致鋼管以拉桿和鋼管接觸處為支點(diǎn)發(fā)生彎曲，并且這種彎曲會加劇頂弧段的塑性破壞，使得實驗測得的極限荷載偏低?？梢酝茰y，如果側(cè)幫段不發(fā)生發(fā)生彎曲，可以承載來自頂拱的壓力。

2.3.3 反底拱荷載-應(yīng)變關(guān)系

反底拱應(yīng)變檢測位置如圖18所示，反底拱內(nèi)側(cè)應(yīng)變隨荷載的變化曲線如圖19和圖20所示。

圖18 反底拱應(yīng)變片位置

圖19 反底拱內(nèi)側(cè)鋼管軸向應(yīng)變-荷載曲線(J0)Fig.19 Curve of axial strain of steel tube on inner side of invert Vs load (J0)

圖20 反底拱內(nèi)側(cè)鋼管環(huán)向應(yīng)變-荷載曲線(J1)Fig.20 Curve of circumferential strain of steel tube on inner side of invert Vs load (J1)

從圖18和圖19可以看出，反底拱鋼管在環(huán)向和垂向都發(fā)生了很大的塑性變形。

2.4 U29型鋼支架實驗結(jié)果

U29型鋼支架實驗中，液壓千斤頂逐級加載，支架出現(xiàn)了3次卡纜滑動，即可縮性支架在承載力達(dá)到極限后，為了避免支架破壞，進(jìn)行了3次卸載。當(dāng)荷載達(dá)到396 kN時頂部下沉速度明顯增加，支架承載能力下降，因此U29型鋼支架的極限承載力為396 kN。實驗中U29型鋼支架頂部下沉較多，超過300 mm，水平方向位移不明顯。

2.5 鋼管材料力學(xué)性能實驗與混凝土強(qiáng)度實驗結(jié)果

根據(jù)文獻(xiàn)[14]，壁厚小于16 mm的20#無縫鋼管的屈服強(qiáng)度為245 MPa，抗拉強(qiáng)度≥410 MPa。

為研究熱煨彎曲對20#無縫鋼管材料性能產(chǎn)生的變化，從支架中截取3塊鋼管材料進(jìn)行材料性能實驗，實驗結(jié)果如表2所示。實驗表明，鋼管熱煨后材料屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均有所增加。

表2鋼管材料力學(xué)性能實驗結(jié)果
Table 2 Results of experiment on material mechanical property of steel tube

試樣號屈服強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa延伸率/%E/GPa135958319．8165236957724．0185336359023．1180

在鋼管混凝土支架灌注過程中制作9塊100 mm×100 mm×100 mm立方體混凝土試件，分為3組，分別養(yǎng)護(hù)1，3，28 d后進(jìn)行混凝土強(qiáng)度實驗?；炷? d即有強(qiáng)度明顯增長，28 d強(qiáng)度測試平均值為63.6 MPa，符合C60強(qiáng)度要求。

2.6 鋼管混凝土支架實驗結(jié)果應(yīng)用價值

直墻半圓拱形斷面是巷道常用斷面，具有空間利用率高、頂部穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。直墻半圓拱形鋼管混凝土支架和U29型鋼支架實驗測試成果，對巷道支護(hù)具有重要的應(yīng)用價值。

實驗中，直墻半圓拱加反底拱形鋼管混凝土支架的極限承載力為2 107 kN，直墻半圓拱形U29型鋼支架的承載力為396 kN，前者承載力是后者的5倍以上，充分證明鋼管混凝土支架承載力的優(yōu)越性，應(yīng)用鋼管混凝土支架進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計將大大提高支護(hù)穩(wěn)定性。支護(hù)中采用U型鋼支架等常規(guī)支護(hù)不能保證巷道穩(wěn)定的地段，可以嘗試采用鋼管混凝土支架支護(hù)設(shè)計。

3 鋼管混凝土支架在巷道支護(hù)中的應(yīng)用

3.1 華豐煤礦-1100水平大巷鋼管混凝土支架支護(hù)

華豐煤礦-1100水平大巷埋深1 230～1 250 m，巷道穿層掘進(jìn)，受深井地壓和2次采煤工作面采動壓力的影響，巷道使用U36型鋼支架多次支護(hù)返修均不能穩(wěn)定。2011年初采用直墻半圓拱加反底拱形鋼管混凝土支架返修，支架選用φ194×8無縫鋼管，材料單位質(zhì)量36.7 kg/m，支架分4段，接頭套管連接。

巷道支護(hù)后至穩(wěn)定，經(jīng)現(xiàn)場觀測，支架累計變形小于80 mm，鋼管混凝土支架支護(hù)巷道現(xiàn)狀如圖21所示。

圖21華豐煤礦鋼管混凝土支架支護(hù)巷道
Fig.21 Roadway supported by concrete-filled steel tube supports in Huafeng coal mine

3.2 大淑村煤礦高地壓巷道鋼管混凝土支架支護(hù)

大淑村煤礦一采區(qū)-450水平東翼皮帶巷新掘巷道埋深約500 m，巷道布置于孤島煤柱下，屬高應(yīng)力集中巷道。采用鋼管混凝土支架支護(hù)設(shè)計，支架型號φ194×8，分4段，支護(hù)情況如圖22所示。

圖22大淑村煤礦鋼管混凝土支架支護(hù)巷道
Fig.22 Roadway supported by concrete-filled steel tube supports in Dashucun coal mine

選擇8架鋼管混凝土支架做監(jiān)測，從2011年4月10日開始，對巷道頂?shù)装搴蛢蓭瓦M(jìn)行了150 d的變形監(jiān)測。監(jiān)測到第2個月末時發(fā)現(xiàn)支架開始變形，支架頂?shù)装逡平考s3 mm/d，兩幫移近量約4 mm/d，且支架底角焊口出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，主要原因是底角容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。隨后及時采取措施，對底角進(jìn)行了強(qiáng)化，到第4個月時支架變形趨于穩(wěn)定，底角未出現(xiàn)再次開裂，如圖23所示。

巷道變形監(jiān)測結(jié)束后，支架頂?shù)装逡平蛢蓭鸵平偭考s100 mm，巷道至今穩(wěn)定。

圖23 支架底角加固前后對比圖Fig.23 Foot corner of steel tube support before consolidation Vs that after consolidation

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

通過直墻半圓拱形鋼管混凝土支架力學(xué)性能實驗及工程應(yīng)用，得出以下主要結(jié)論。

1)實驗證明鋼管混凝土支架具有較高承載力，φ194×8支架承載力達(dá)2 107 kN，U29型鋼支架承載力為396 kN，前者承載力是后者的5倍以上。

2)鋼管原材料經(jīng)熱煨彎曲加工后，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均得到提高。

3)直墻半圓拱形鋼管支架應(yīng)用于高應(yīng)力巷道支護(hù)，支護(hù)效果良好，能解決U型鋼支架不能解決的巷道穩(wěn)定問題。

4.2 存在問題與建議

1)因?qū)嶒炇軠?zhǔn)備條件限制，鋼管混凝土支架與U型鋼支架的實驗對比未能建立在完全相同斷面與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上。為保證實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性，必須對后續(xù)支架對比實驗進(jìn)行改進(jìn)。

2)實驗中未進(jìn)行鋼管原材料熱煨前力學(xué)性能測試，而是直接參考國家標(biāo)準(zhǔn)，不夠嚴(yán)謹(jǐn)，后續(xù)實驗需進(jìn)行改進(jìn)。

3)直墻半圓拱形封閉支架的底角連接不宜采用折線形拐角，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中而導(dǎo)致連接處開裂，應(yīng)采用弧形過渡形，有利于壓力傳遞，同時可避免應(yīng)力集中。

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[10]李學(xué)彬.鋼管混凝土支架強(qiáng)度與巷道承壓環(huán)強(qiáng)化支護(hù)理論研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院,2012.(LI Xuebin.Steel tube confined concrete strength and the roadway compression ring enhanced support theory [D].Beijing：School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining and Technology,2012.(in Chinese))

[11]王強(qiáng),臧德勝.鋼管混凝土支架模型力學(xué)性能試驗研究[J].建井技術(shù),2008,29(2): 33-35.(WANG Qiang,ZANG Desheng.Experiment and research on mechanics performances of steel pipe concrete support model[J].Mine Construction Technology,2008,29(2): 33-35.(in Chinese))

[12]王波.軟巖巷道變形機(jī)理分析與鋼管混凝土支架支護(hù)技術(shù)研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，2009.(WANG Bo.Analysis on the laws of tunnel deformation in soft rock and the supporting technology of concrete-filled steel tube support[D].Beijing：School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining and Technology,2009.(in Chinese))

[13]王強(qiáng).鋼管混凝土支架力學(xué)性能試驗研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院,2006.(WANG Qiang.Concrete filled steel tube support mechanics performance experimental study[D].Huainan: School of Civil Engineering and Architecture，AnHui University of Science and Technology,2006.(in Chinese))

[14]GB/T 8162—2008 結(jié)構(gòu)用無縫鋼管[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

國內(nèi)最大矩形盾構(gòu)進(jìn)場組裝

2014年元旦剛過，中鐵隧道集團(tuán)股份有限公司鄭州市下穿中州大道隧道工程1標(biāo)施工現(xiàn)場便迎來了又一個施工高潮，項目部經(jīng)過前期的精心組織和合理策劃，加班加點(diǎn)地完成了盾構(gòu)始發(fā)井主體結(jié)構(gòu)施工。

2014年1月8日，國內(nèi)斷面最大矩形盾構(gòu)頂管機(jī)陸續(xù)開始運(yùn)進(jìn)盾構(gòu)始發(fā)井，目前矩形盾構(gòu)部分組件正在緊張有序地組裝施工，計劃于2014年春節(jié)前將斷面長為10.12 m，高7.27 m，質(zhì)量為400多t的機(jī)動車道矩形盾構(gòu)頂管機(jī)和斷面長為7.52 m，高5.42 m的非機(jī)動車道矩形盾構(gòu)頂管機(jī)全部組裝調(diào)試完畢。

(摘自 中華鐵道網(wǎng) http://www.chnrailway.com/html/20140113/337858.shtml 2014-01-13)

ExperimentonMechanicalPropertyofStraight-wallSemicircle-archConcrete-filledSteelTubeSupportanditsApplication

GAO Yanfa1,WANG Jun1,HUANG Wanpeng2,CHEN Binghui1,WANG Liang3,WANG Chao4

(1.ChinaUniversityofMining&Technology,Beijing100083,China;2.ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266510,Shandong,China; 3.BeijingHuayuEngineeringCo.,Ltd.,Sino-CoalInternationalEngineeringGroup,Beijing100120,China;4.GeotechnicalEngineeringDevelopment(Group)Co.,Ltd.,Beijing100102,China)

Mechanical property experiment is designed to compare the performance of straight-wall semicircle-arch concrete-filled steel tube support and that of U-shaped steel support,so as to solve the instability problem of the support for roadways with conventional straight-wall semicircle-arch cross-section.In the experiment,the load bearing capacity,displacement and strain of the concrete-filled steel tube support are measured and analyzed,and the influence of the roasted bend on the anti-tensioning property of the raw material of the steel tubes,as well as the rationality of the mixing ratio of the C60 concrete,are analyzed.The experiment shows that the concrete-filled steel tube support has outstanding load-bearing advantages.Guided by the experiment results,straight-wall semicircle-arch concrete-filled steel tube support is designed and applied for the 1100 horizontal dynamic pressure roadway of Huafeng coal mine and the 450-level new east wing high stress roadway of Dashucun coal mine.The practice shows that the concrete-filled steel tube support has good supporting effect and is superior to the U-shaped steel support with the same profile.It is also found that the foot corners of the closed straight-wall semicircle-arch support are weak points and need to be improved and strengthened.

concrete-filled steel tube support; straight-wall semicircle-arch cross-section; mechanical property experiment; roadway support

2013-09-12;

2013-11-19

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目(51134025)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項科研基金(20100023110009)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金項目(2010YL03)；中國礦業(yè)大學(xué)(北京)博士研究生拔尖創(chuàng)新人才培育基金資助(00800015z643)

高延法(1962—)，男，山東泰安人，1991年畢業(yè)于武漢水利水電學(xué)院巖土工程專業(yè)，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事巖石力學(xué)和巷道支護(hù)研究工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.01.002

U 45

A

1672-741X(2014)01-0006-07