为探索巷道底板反拱支护结构失效机制,以刘园子煤矿+1100 m轨道石门为工程背景,采用现场勘察、理论分析、数值计算和工程实施相综合的研究方法,阐明底板反拱结构失稳的原因,揭示反拱结构失稳的力学机制,提出反拱结构失稳的"滑转梁"力学模型,并基于Lamé公式、弹塑性理论及力学原理给出"滑转梁"的平衡方程,以该方程分析摩擦因数、岩体内聚力、"锚护岩"深度和"滑转梁"厚度对反拱结构的稳定性及支护强度的影响。结果表明:1)底板反拱结构与U型支架连接处刚度不足是其失稳的关键;2)摩擦因数和底板岩体强度对反拱结构的稳定性有较大影响,而"锚护岩"深度和"滑转梁"厚度对其影响则不明显;3)"滑转梁"的力学状态决定底板的稳定性,当底板支护强度小于临界值时,反拱结构会发生"滑移上升""旋转上升""滑转上升"3种不同的失稳,每种失稳方式的判式及临界值亦不同;4)在巷道及其应力分布对称条件下,3种失稳判式可写成一个程式;5)通过增加反底拱结构与U型钢支架接触处的约束力,或增大底板岩体内聚力可有效控制底鼓;采用底板锚杆支护和增大反拱结构厚度亦能在一定程度上抑制底鼓。基于以上研究,采用底角锚杆+喷浇筑混凝土+36U型圆棚联合支护方案来提高巷道底角刚度及岩体强度,数值分析及现场实施结果均表明该方法能有效控制石门底鼓。

内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJZY17175)；国家自然科学基金重点项目(51634007)；