煤炭科学技术

作者：黄玉兵, 段儒刚, 王琦, 李东浩, 王鸣子, 皇亚坤, 张国川, 李自刚,

关键词：轻质高强拱架, 全比尺试验, 承载特性, 变形特征, 现场应用,

传统型钢拱架质量大、承载力低、安装劳动强度高，难以满足复杂条件下地下工程安全高效的建设要求。以深井软岩巷道为工程背景，采用高强高韧钢材研发了新型轻质高强拱架，利用全比尺拱架力学性能试验系统开展了新型拱架与传统U36型钢拱架的承载性能对比试验，明确了拱架变形破坏模式和承载特性。在拱架钢材性能方面，与传统U36型钢拱架相比，新型拱架所用钢材屈服强度提高了97%，屈服延伸率提升了41.9%；在拱架承载性能方面，新型拱架整体质量减轻了33.3%，但其极限承载力提升了20.1%，稳定滑移阻力提升了111.5%；在变形破坏特征方面，与传统U36型拱架相比，新型拱架极限承载状态下的面内平均变形量降低了16.4%，新型和U36型拱架的应变最大位置均在拱顶或拱腿处。新型拱架具有轻质、高强、高阻、稳滑的特点。在此基础上，开展了现场应用研究，持续跟踪监测结果表明，单榀新型拱架的平均安装时间较U36拱架缩短了40.5%，新型拱架最大变形量为63 mm，最大应力为101.3 MPa，且没有出现明显局部屈曲和面外失稳现象，安全储备高；围岩收敛变形在30 d后基本稳定，整体受力由大到小为拱顶、拱肩、拱腰。新型拱架在承载能力和施工效率方面具有明显优势，为深部矿井拱架支护提供了一种轻质高强的材料选择。

来源：2025年第12期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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