U型鋼架棚支護技術的研究與實踐

摘要：隨著經濟的發展，U型鋼在煤礦生產領域得到廣泛的使用，為了確保煤炭生產的安全性，需要提高U型鋼架棚支護巷道的抗壓強度。為此，本文通過創新U型鋼棚子頂撐子的連接方式，提高抗壓強度，進而豐富了U型鋼架棚支護技術。

關鍵詞：支護技術 U型鋼 抗壓強度

目前，在煤礦生產領域，U型鋼架棚支護已經無處不在，它主要應用于頂板破碎、壓力較大、支護困難的回采巷道及準備巷道，應用成本較高，是煤礦生產投入資金較大的一部分。其主要原因是受工作面壓力的影響，投入到一個工作面使用過后，就基本上變形的不能復用，需要不斷的投入新棚子，經濟投入巨大。甚至在很多工作面，不等到采面回采結束，巷道就基本上受壓變形損毀到不能滿足生產需求，這就需要不斷的去維修或者更換新棚，浪費了大量的人力及物力，甚至制約了生產和工作計劃的有序布置。另外，在維修期間，維修難度較大，給施工人員也造成了很多的不安全因素。所以，如何在基本上不增加經濟成本的基礎上，極大限度的提高U型鋼架棚支護巷道的抗壓強度，是解決問題的關鍵所在。本人根據這些年來對U型鋼拱形棚變形原因的追蹤分析，認為目前常規的U型鋼架棚支護技術存在著很大的弊端，通過改變架棚方式后，可極大的提高U型鋼拱形棚的抗壓強度，現已在我礦南、北大巷及皮帶下山初步試驗成功，效果顯著。

本項目詳細的科學技術內容就是通過對煤礦井下U型鋼架棚支護巷道變形的追蹤調查分析，運用新的技術方法提高棚子的承壓能力。在改善以前舊的施工技術方法的同時，對新的技術方案給予實驗驗證。具體詳細的技術改進原理及技術方案如下：

提高U型鋼棚梁的整體抗壓能力，實現棚子的均衡受壓。傳統的U型鋼棚架設方式為梁口搭接一致型，這樣棚梁的承壓很容易集中在巷道的一側，使下搭接承壓梁快速變形。因為，通過受力分析及巷道變形觀察來看，只要是巷道的正頂或兩囊的來壓，下搭接承壓梁承受力最大，在兩梁搭接口處變形也最嚴重，應力變形到一定程度的時候，整架棚子就會扭曲變形。長時間以后，因局部出現的這種沖壓區，就會導致整個巷道或者巷道部分段的棚子出現扭曲變形的后果。如果改變為左右梁上下交替壓茬的支護方式后，一架棚子的承壓梁在左側，另一架棚子的承壓梁就會在右側，這樣，在任意兩架棚子之間形成一個支撐平衡。以此類推，整個巷道棚梁受力左右均衡交替，也從而實現整條巷道棚子兩側的受力均衡，達到支護抗壓的目的。

改變U型鋼棚子頂撐子的連接方式。習慣上U型鋼棚子頂撐子的連接方式為直線型一字撐，這樣的連接方式，施工人員在施工時隨意性較大，再加上巷道測點易動的情況下，巷道施工的直線度很難有保證，多多少少、大大小小都會出現U型鋼棚腿里出外進、基準線或大或小的情況，巷道質量沒有保障，需要每班棚子架過后不斷的校正，浪費了大量的施工時間。另外，如果在巷道直線度沒有保證的情況下，巷道的整體抗壓能力就會大大減弱，猶如建房時地基不正、不穩一樣，很容易形成線大的U型棚子段局部受壓、迅速應力變形，最終形成很大一部分棚子聯鎖變形的現象。如果改變為斜型人字撐后，在棚梁的搭接尺寸及U型卡纜的固定位置不變時，再根據棚檔的大小，很容易算出斜撐的標準固定尺寸。這樣，施工人員在施工過程中，如果出現基準線錯的情況下，梁與梁中間的斜撐就基本上不能安裝上，從而在施工源頭緊緊把握住了工程的質量，增加了整體巷道的抗壓能力。

1 立項背景（相關科學技術及其存在問題、立項原因及推薦理由）

目前，在煤礦生產領域，U型鋼架棚支護已經無處不在，它主要應用于頂板破碎、壓力較大、支護困難的回采巷道及準備巷道，應用成本較高，是煤礦生產投入資金較大的一部分。其主要原因是受工作面壓力的影響，投入到一個工作面使用過后，就基本上變形的不能復用，需要不斷的投入新棚子，經濟投入巨大。甚至在很多工作面，不等到采面回采結束，巷道就基本上受壓變形損毀到不能滿足生產需求，這就需要不斷的去維修或者更換新棚，浪費了大量的人力及物力，甚至制約了生產和工作計劃的有序布置。另外，在維修期間，維修難度較大，給施工人員也造成了很多的不安全因素。所以，如何在基本上不增加經濟成本的基礎上，極大限度的提高U型鋼架棚支護巷道的抗壓強度，是解決問題的關鍵所在。本人根據這些年來對U型鋼拱形棚變形原因的追蹤分析，認為目前常規的U型鋼架棚支護技術存在著很大的弊端，通過改變架棚方式后，可極大的提高U型鋼拱形棚的抗壓強度，現已在我礦初步試驗成功，效果顯著。

2 詳細科學技術內容（技術與原理、關鍵、技術方案和主要指標）

本項目詳細的科學技術內容就是通過對煤礦井下U型鋼架棚支護巷道變形的追蹤調查分析，運用新的技術方法提高棚子的承壓能力。在改善以前舊的施工技術方法的同時，對新的技術方案給予實驗驗證。具體詳細的技術改進原理及技術方案如下：

2.1 提高U型鋼棚梁的整體抗壓能力，實現棚子的均衡受壓。傳統的U型鋼棚架設方式為梁口搭接一致型，這樣棚梁的承壓很容易集中在巷道的一側，使下搭接承壓梁快速變形。因為，通過受力分析及巷道變形觀察來看，只要是巷道的正頂或兩囊的來壓，下搭接承壓梁承受力最大，在兩梁搭接口處變形也最嚴重，應力變形到一定程度的時候，整架棚子就會扭曲變形。長時間以后，因局部出現的這種沖壓區，就會導致整個巷道或者巷道部分段的棚子出現扭曲變形的后果。如果改變為左右梁上下交替壓茬的支護方式后，一架棚子的承壓梁在左側，另一架棚子的承壓梁就會在右側，這樣，在任意兩架棚子之間形成一個支撐平衡。

2.2 改變U型鋼棚子頂撐子的連接方式。習慣上U型鋼棚子頂撐子的連接方式為直線型一字撐，這樣的連接方式，施工人員在施工時隨意性較大，再加上巷道測點易動的情況下，巷道施工的直線度很難有保證，多多少少、大大小小都會出現U型鋼棚腿里出外進、基準線或大或小的情況，巷道質量沒有保障，需要每班棚子架過后不斷的校正，浪費了大量的施工時間。如果改變為斜型人字撐后，在棚梁的搭接尺寸及U型卡纜的固定位置不變時，再根據棚檔的大小，很容易算出斜撐的標準固定尺寸。這樣，施工人員在施工過程中，如果出現基準線錯的情況下，梁與梁中間的斜撐就基本上不能安裝上，從而在施工源頭緊緊把握住了工程的質量，增加了整體巷道的抗壓能力。

2.3 在地面加工U型鋼棚腿時，用U型鋼廢料大約100mm左右，用電焊鑲嵌在梁與腿搭接處，距腿頂部400mm左右，焊緊焊牢。這樣在架棚子時，梁與腿之間就多了一塊抗縮塊，不至于在梁與腿之間的U型卡子上不緊或頂部來壓時，U型鋼棚子很快縮性變形，最終導致巷道不斷收縮，從而影響生產巷道斷面的需求。

2.4 按照“黃金分割”比例原理，棚子高寬比例設計為0.618：1，根據巷道斷面尺寸要求，高2.8m，寬4.53m，或者高3m，寬4.85m，完全滿足生產的需要。另外，此規格尺寸的棚子用到回采巷道的風巷后，就不在用單獨設計車場，整個巷道尺寸能基本上保持一致性，增加了巷道的美觀程度。此設計還比較符合煤礦工程設計手冊的抗壓設計原理，能全面提高棚子的抗壓強度。

2.5 交岔點組合型橋式抬棚梁的應用，完全符合拱形橋梁的設計思想。它主要的設計原理為梯形棚與拱形棚的組合運用，在原來梯形抬棚梁下架拱形棚梁，然后再用卡子把兩款棚子可靠聯鎖，使抬棚梁形成強有力的支撐力。這樣，既滿足交岔點施工時空間的需求，又滿足以前交叉點施工后抬棚梁抗壓能力弱的缺點。

3 存在問題及改進措施

目前，據了解在新陽煤業多架U型鋼棚子的巷道，基本上都是以前傳統的施工方法，很少有從改變施工方法上來提高同類型U型棚子的施工質量和抗壓強度。傳統的施工方法，在施工過程中隨意性較大，工程質量很難保證，總是在施工完畢后再進行維修，這樣不僅浪費時間，而且維修質量不高，造成巷道整體抗壓強度下降。改變施工工藝后，不僅從施工源頭保證了質量，而且從多方面環節上提高了巷道的整體抗壓強度。但主要的制約因素是對棚子的加工質量及精度要求相對較高，不然會給職工在施工中造成困難。

4 經濟效益

①該施工方式大大的加快了施工進度，提高了生產效率，保證了施工質量。

②減少了工人維修時的勞動強度及風險，提高了采面推進時的安全系數，確保了安全生產的順利進行。

③減少了巷道后期維修中物料的投入，降低了生產成本，加快了采面的推進度，提高了經濟效益。

準備在我礦所有工作面中推廣應用。

參考文獻：

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[2]李志超.綜采工作面停采的頂板支護技術研究[J].價值工程，2013（21）.

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