分析u型鋼支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其控制技術(shù)

1、<p>　　分析U型鋼支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其控制技術(shù)</p><p>　　摘要：針對圍巖的強力變形情況，不僅需要提高支護的強度，同時必須保障支護的穩(wěn)定性。目前在我國的煤礦巷道當中，尤其是在軟巖之上的支護問題較為嚴峻，在整個支護過程當中，U型鋼支架遭受破壞的情況十分嚴重。導致此種情況的發(fā)生主要有兩個方面的因素，即內(nèi)在因素和外在因素。具體說來就是巖層的壓力以及U型鋼支架結(jié)構(gòu)存在的問題。以下主要針對不穩(wěn)定的因素和

2、對策進行了分析。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：U型鋼支架 穩(wěn)定性 控制技術(shù) </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　由于在煤礦開采當中一些地質(zhì)條件較為復雜的巷道，在巷道當中壓力分布不均，加之U型鋼支架結(jié)構(gòu)之上的問題，進而導致其承載力不高，遭受破壞較為嚴重，最終無法保障生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。要保障支護的安全性和穩(wěn)定

3、性，不僅需要提高支護的強度，而且也要求結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的支架進行支持，提高承載力和降低破壞。因此進行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不足的因素分析，以及對于控制技術(shù)的研究非常有必要。 </p><p>　　1 穩(wěn)定性缺乏的因素分析 </p><p><b>　　1.1 縱向拉桿 </b></p><p>　　使用縱向拉桿可以有效的將縱向之上的支架連為整體，防止支架在使用過程當

4、中出現(xiàn)歪斜現(xiàn)象。并且其能夠有效的保障支架穩(wěn)定性，以及提高整體承載力。一般情況，每節(jié)的構(gòu)件之上會安裝兩根拉桿。 </p><p><b>　　1.2 壁后充填 </b></p><p>　　在此將古城煤礦當做實例，通過觀測數(shù)據(jù)可以知道，變形之初內(nèi)頂板的下沉量是兩幫移近量的四倍以上，即頂板的下沉量是單側(cè)幫內(nèi)移量的八倍以上。這組數(shù)據(jù)說明，支架所承受的載荷均勻分布在巷道周邊。

5、根據(jù)有關(guān)資料顯示，當載荷的分布均勻之時，U型鋼支架整個結(jié)構(gòu)的最大承載力超過均勻載荷的二分之一。由此可見，如果載荷的分布不夠均勻，則容易導致結(jié)構(gòu)遭受破壞，穩(wěn)定性低。針對載荷分布問題，進行壁后充填能夠有效的解決這個問題。經(jīng)過充填之后，提高了支護的阻力，同時有效的加大了承載力度。并且通過壁后填充之后，U型鋼支架整體結(jié)構(gòu)的承載力大大提高，達到之前的三倍左右。 </p><p><b>　　1.3 卡纜 <

6、/b></p><p>　　U型鋼可縮性支架在強度范圍之內(nèi)工作之時，其的強度并不決定工作阻力，而是受到接頭處的摩擦阻力影響，卡纜的鎖緊程度決定了摩擦阻力。目前的U型可縮性支架，通常使用的卡纜是螺栓緊固式的。因為缺乏專用動力扳手，卡纜螺母扭矩一般在兩百以下。這就相應的降低卡纜鎖緊度，同時降低工作阻力。通過多次的實踐印證，要充分發(fā)揮支架的支撐力，就必須將工作阻力提升，當其達到上限的50%左右之時方能保障支架的穩(wěn)

7、定性。因此在提高支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性之上，必須提高卡纜摩擦力。 </p><p><b>　　2 控制技術(shù)分析 </b></p><p>　　2.1 支架滑移后其承載特性和穩(wěn)阻技術(shù) 通過對六架進行試驗，并且充分考慮了地質(zhì)因素等各方面的影響因素。如圖1所示是試驗模型。 </p><p>　　實驗所用的支架是三節(jié)U36直腿拱形支架，相鄰節(jié)搭接長度是50

8、0mm。同時在搭接處使用三付雙槽夾板卡纜，在接頭的上下分別使用了相應的限位卡纜，預緊力矩超過300N?m。均勻的布置在支架周邊十二個千斤頂，每個千斤頂皆是50t液壓型，與此同時使用了MCJ 25型液壓枕進行實際載荷的跟蹤監(jiān)測。在巷道的底板使用的是單體液壓支柱配合柔性枕木模擬。在實驗當中進行均勻加載，與此同時進行千斤頂?shù)募虞d，將每個液壓枕的讀數(shù)增加1MPa。如圖2所示，是支架在工作當中的特性圖。 </p><p>

9、　　從圖中可以看出，在初期的加載當中，支架的載荷幾乎是直線上升趨勢，由于支架發(fā)生了變形，所以整體結(jié)構(gòu)也會受到影響，導致在各加載點的支架實際承受載荷和施加的載荷不相符。在承受相對載荷較大的是支架拱部，承載較小的是幫部及其肩部。當載荷達到5MPa左右時，出現(xiàn)了支架的初次滑移。將卡纜螺母擰緊之后，繼續(xù)加載，在之后的整個過程當中發(fā)現(xiàn)整個支架的承載不穩(wěn)，出現(xiàn)持續(xù)的滑移現(xiàn)象，左右滑移量不對稱。通過整個試驗可知，要提高支護的阻力，在發(fā)生滑移之后必須立

10、刻將卡纜擰緊。 </p><p>　　2.2 U型鋼支架結(jié)構(gòu)承載技術(shù) </p><p>　　為了保障承載的均勻性，可以進行壁后填充工作或者壁后注漿。進行壁后注漿，其作用和壁后填充相似。壁后注漿和壁后填充相比，可以在成巷之后進行，有效的簡化施工，提高了工作效率，同時這種方式由于較為簡單技術(shù)人員掌握十分便利。并且漿液的擴散性良好，在注漿當中是可以深入圍巖，在一定程度之上使得破碎巖體得以加固。在

11、提高整體承載力的同時，無論是使用壁后注漿，還是壁后填充，都要求支架的整體承載性具有極高的適應性，才能夠最終保障穩(wěn)定性。 </p><p>　　2.3 結(jié)構(gòu)補償技術(shù) </p><p>　　在進行結(jié)構(gòu)補償技術(shù)之時，需要考慮兩個方面的內(nèi)容：第一，由于支架抗側(cè)壓能力差，在高應力破碎軟巖巷道之中的底臌十分強烈，所以需要針對底腳進行補償。在底腳做基本結(jié)構(gòu)補償之時，需要盡力與底板靠近。第二，充分考慮外部

12、因素，并且以此決定進行基本補償，或者進行加強結(jié)構(gòu)補償，直到符合相關(guān)要求方能停止補償。 </p><p><b>　　3 工程實例 </b></p><p>　　以下以臨渙煤礦東翼軌道石門為實例進行分析。結(jié)合當?shù)氐母鞣矫娴膶嶋H情況，使用了高強度的雙槽夾板限位卡纜以及進行壁后注漿、結(jié)構(gòu)補償。在幫腳進行了基本補償，如圖3所示，圖中的BCC是進行基本結(jié)構(gòu)補償?shù)腻^索，ICC則是

13、加強補償?shù)腻^索。 </p><p>　　從圖4可以看出，在進行了基本補償之后，支架之上的潛在危險截面位于支架的兩幫中央，針對這種情況應該轉(zhuǎn)基本補償為加強補償。在進行加強結(jié)構(gòu)補償之時，首先針對幫部進行，保障兩幫的最大彎曲正應力有所降低，從之前的510MPa降至295MPa，確保減少量在42%左右。與此同時，拱部正負彎曲正應力也大幅度降低，從270MPa降至120MPa。將彎曲應力均勻分布在支架幫部，避免局部破壞。結(jié)

14、果表明將拱部和幫部進行了加強結(jié)構(gòu)補償之后，能夠有效的提高U型鋼支架整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過結(jié)構(gòu)補償，在兩個月左右之后發(fā)現(xiàn)，圍巖移動變形情況被有效控制。 </p><p><b>　　4 結(jié)語 </b></p><p>　　綜上所述，U型鋼支架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性不高，主要是由于其承載力不均勻分布，進而導致支架受力不均，在支護當中無法發(fā)揮良好的實際效用。加之結(jié)構(gòu)本身的不足，比如

15、卡纜問題等。這就要求在實際的運用當中要均勻分布承載，同時及時的調(diào)整卡纜鎖緊程度，并且進行壁后填充或者壁后灌漿，以及相應的結(jié)構(gòu)補償。以整體提高支架的穩(wěn)定性，確保其工作的有效性和安全性。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]經(jīng)來旺，姜清，劉寧，吳?杰.極松散煤層巷道U型鋼支架的數(shù)值模擬與分析[J].煤礦開采，2012，06：48-

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