1、1分析 U 型钢支架结构稳定性及其控制技术摘要：针对围岩的强力变形情况，不仅需要提高支护的强度，同时必须保障支护的稳定性。目前在我国的煤矿巷道当中，尤其是在软岩之上的支护问题较为严峻，在整个支护过程当中，U 型钢支架遭受破坏的情况十分严重。导致此种情况的发生主要有两个方面的因素，即内在因素和外在因素。具体说来就是岩层的压力以及 U 型钢支架结构存在的问题。以下主要针对不稳定的因素和对策进行了分析。 关键词：U 型钢支架 稳定性 控制技术 0 引言 由于在煤矿开采当中一些地质条件较为复杂的巷道，在巷道当中压力分布不均，加之 U 型钢支架结构之上的问题，进而导致其承载力不高，遭受破坏较为严重，最终
2、无法保障生产的安全性和稳定性。要保障支护的安全性和稳定性，不仅需要提高支护的强度，而且也要求结构稳定的支架进行支持，提高承载力和降低破坏。因此进行结构稳定不足的因素分析，以及对于控制技术的研究非常有必要。 1 稳定性缺乏的因素分析 1.1 纵向拉杆 使用纵向拉杆可以有效的将纵向之上的支架连为整体，防止支架在使用过程当中出现歪斜现象。并且其能够有效的保障支架稳定性，以及提高整体承载力。一般情况，每节的构件之上会安装两根拉杆。 21.2 壁后充填 在此将古城煤矿当做实例，通过观测数据可以知道，变形之初内顶板的下沉量是两帮移近量的四倍以上，即顶板的下沉量是单侧帮内移量的八倍以上。这组数据说明，支架所
3、承受的载荷均匀分布在巷道周边。根据有关资料显示，当载荷的分布均匀之时，U 型钢支架整个结构的最大承载力超过均匀载荷的二分之一。由此可见，如果载荷的分布不够均匀，则容易导致结构遭受破坏，稳定性低。针对载荷分布问题，进行壁后充填能够有效的解决这个问题。经过充填之后，提高了支护的阻力，同时有效的加大了承载力度。并且通过壁后填充之后，U 型钢支架整体结构的承载力大大提高，达到之前的三倍左右。 1.3 卡缆 U 型钢可缩性支架在强度范围之内工作之时，其的强度并不决定工作阻力，而是受到接头处的摩擦阻力影响，卡缆的锁紧程度决定了摩擦阻力。目前的 U 型可缩性支架，通常使用的卡缆是螺栓紧固式的。因为缺乏专用动
4、力扳手，卡缆螺母扭矩一般在两百以下。这就相应的降低卡缆锁紧度，同时降低工作阻力。通过多次的实践印证，要充分发挥支架的支撑力，就必须将工作阻力提升，当其达到上限的 50%左右之时方能保障支架的稳定性。因此在提高支架结构的稳定性之上，必须提高卡缆摩擦力。 2 控制技术分析 2.1 支架滑移后其承载特性和稳阻技术 通过对六架进行试验，并且充分考虑了地质因素等各方面的影响因素。如图 1 所示是试验模型。 3实验所用的支架是三节 U36 直腿拱形支架，相邻节搭接长度是500mm。同时在搭接处使用三付双槽夹板卡缆，在接头的上下分别使用了相应的限位卡缆，预紧力矩超过 300N?m。均匀的布置在支架周边十二个
5、千斤顶，每个千斤顶皆是 50t 液压型，与此同时使用了 MCJ 25 型液压枕进行实际载荷的跟踪监测。在巷道的底板使用的是单体液压支柱配合柔性枕木模拟。在实验当中进行均匀加载，与此同时进行千斤顶的加载，将每个液压枕的读数增加 1MPa。如图 2 所示，是支架在工作当中的特性图。 从图中可以看出，在初期的加载当中，支架的载荷几乎是直线上升趋势，由于支架发生了变形，所以整体结构也会受到影响，导致在各加载点的支架实际承受载荷和施加的载荷不相符。在承受相对载荷较大的是支架拱部，承载较小的是帮部及其肩部。当载荷达到 5MPa 左右时，出现了支架的初次滑移。将卡缆螺母拧紧之后，继续加载，在之后的整个过程当
6、中发现整个支架的承载不稳，出现持续的滑移现象，左右滑移量不对称。通过整个试验可知，要提高支护的阻力，在发生滑移之后必须立刻将卡缆拧紧。 2.2 U 型钢支架结构承载技术 为了保障承载的均匀性，可以进行壁后填充工作或者壁后注浆。进行壁后注浆，其作用和壁后填充相似。壁后注浆和壁后填充相比，可以在成巷之后进行，有效的简化施工，提高了工作效率，同时这种方式由于较为简单技术人员掌握十分便利。并且浆液的扩散性良好，在注浆当中是可以深入围岩，在一定程度之上使得破碎岩体得以加固。在提高整4体承载力的同时，无论是使用壁后注浆，还是壁后填充，都要求支架的整体承载性具有极高的适应性，才能够最终保障稳定性。 2.3
7、结构补偿技术 在进行结构补偿技术之时，需要考虑两个方面的内容：第一，由于支架抗侧压能力差，在高应力破碎软岩巷道之中的底臌十分强烈，所以需要针对底脚进行补偿。在底脚做基本结构补偿之时，需要尽力与底板靠近。第二，充分考虑外部因素，并且以此决定进行基本补偿，或者进行加强结构补偿，直到符合相关要求方能停止补偿。 3 工程实例 以下以临涣煤矿东翼轨道石门为实例进行分析。结合当地的各方面的实际情况，使用了高强度的双槽夹板限位卡缆以及进行壁后注浆、结构补偿。在帮脚进行了基本补偿，如图 3 所示，图中的 BCC 是进行基本结构补偿的锚索，ICC 则是加强补偿的锚索。 从图 4 可以看出，在进行了基本补偿之后，
8、支架之上的潜在危险截面位于支架的两帮中央，针对这种情况应该转基本补偿为加强补偿。在进行加强结构补偿之时，首先针对帮部进行，保障两帮的最大弯曲正应力有所降低，从之前的 510MPa 降至 295MPa，确保减少量在 42%左右。与此同时，拱部正负弯曲正应力也大幅度降低，从 270MPa 降至 120MPa。将弯曲应力均匀分布在支架帮部，避免局部破坏。结果表明将拱部和帮部进行了加强结构补偿之后，能够有效的提高 U 型钢支架整体结构的稳定性。通过结构补偿，在两个月左右之后发现，围岩移动变形情况被有效控制。 54 结语 综上所述，U 型钢支架结构整体稳定性不高，主要是由于其承载力不均匀分布，进而导致支
9、架受力不均，在支护当中无法发挥良好的实际效用。加之结构本身的不足，比如卡缆问题等。这就要求在实际的运用当中要均匀分布承载，同时及时的调整卡缆锁紧程度，并且进行壁后填充或者壁后灌浆，以及相应的结构补偿。以整体提高支架的稳定性，确保其工作的有效性和安全性。 参考文献： 1经来旺，姜清，刘宁，吴?杰.极松散煤层巷道 U 型钢支架的数值模拟与分析J.煤矿开采，2012，06：48-51. 2张宏学，姚卫粉，王运臣.深部软岩巷道 U 型钢支架承载能力增强技术J.煤炭科学技术，2013，05：39-42+46. 3周俊帆.柔刚性 U 型钢支架控制宁庄井软岩巷道变形应用研究D.河南理工大学，2010. 4罗勇.深井软岩巷道 U 型钢支架壁后充填技术研究J.力学季刊，2009，03：488-494.
