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

摘要：針對(duì)圍巖的強(qiáng)力變形情況，不僅需要提高支護(hù)的強(qiáng)度，同時(shí)必須保障支護(hù)的穩(wěn)定性。目前在我國(guó)的煤礦巷道當(dāng)中，尤其是在軟巖之上的支護(hù)問題較為嚴(yán)峻，在整個(gè)支護(hù)過程當(dāng)中，U型鋼支架遭受破壞的情況十分嚴(yán)重。導(dǎo)致此種情況的發(fā)生主要有兩個(gè)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(duì)不穩(wěn)定的因素和對(duì)策進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：U型鋼支架 穩(wěn)定性 控制技術(shù)

0 引言

由于在煤礦開采當(dāng)中一些地質(zhì)條件較為復(fù)雜的巷道，在巷道當(dāng)中壓力分布不均，加之U型鋼支架結(jié)構(gòu)之上的問題，進(jìn)而導(dǎo)致其承載力不高，遭受破壞較為嚴(yán)重，最終無法保障生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。要保障支護(hù)的安全性和穩(wěn)定性，不僅需要提高支護(hù)的強(qiáng)度，而且也要求結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的支架進(jìn)行支持，提高承載力和降低破壞。因此進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不足的因素分析，以及對(duì)于控制技術(shù)的研究非常有必要。

1 穩(wěn)定性缺乏的因素分析

1.1 縱向拉桿

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(dāng)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(huì)安裝兩根拉桿。

1.2 壁后充填

在此將古城煤礦當(dāng)做實(shí)例，通過觀測(cè)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。根據(jù)有關(guān)資料顯示，當(dāng)載荷的分布均勻之時(shí)，U型鋼支架整個(gè)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)遭受破壞，穩(wěn)定性低。針對(duì)載荷分布問題，進(jìn)行壁后充填能夠有效的解決這個(gè)問題。經(jīng)過充填之后，提高了支護(hù)的阻力，同時(shí)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(dá)到之前的三倍左右。

1.3 卡纜

U型鋼可縮性支架在強(qiáng)度范圍之內(nèi)工作之時(shí)，其的強(qiáng)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?yàn)槿狈Ｓ脛?dòng)力扳手，卡纜螺母扭矩一般在兩百以下。這就相應(yīng)的降低卡纜鎖緊度，同時(shí)降低工作阻力。通過多次的實(shí)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(dāng)其達(dá)到上限的50%左右之時(shí)方能保障支架的穩(wěn)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。

2 控制技術(shù)分析

2.1 支架滑移后其承載特性和穩(wěn)阻技術(shù) 通過對(duì)六架進(jìn)行試驗(yàn)，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(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

實(shí)驗(yàn)所用的支架是三節(jié)U36直腿拱形支架，相鄰節(jié)搭接長(zhǎng)度是500mm。同時(shí)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(yīng)的限位卡纜，預(yù)緊力矩超過300N·m。均勻的布置在支架周邊十二個(gè)千斤頂，每個(gè)千斤頂皆是50t液壓型，與此同時(shí)使用了MCJ 25型液壓枕進(jìn)行實(shí)際載荷的跟蹤監(jiān)測(cè)。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(shí)驗(yàn)當(dāng)中進(jìn)行均勻加載，與此同時(shí)進(jìn)行千斤頂?shù)募虞d，將每個(gè)液壓枕的讀數(shù)增加1MPa。如圖2所示，是支架在工作當(dāng)中的特性圖。

從圖中可以看出，在初期的加載當(dāng)中，支架的載荷幾乎是直線上升趨勢(shì)，由于支架發(fā)生了變形，所以整體結(jié)構(gòu)也會(huì)受到影響，導(dǎo)致在各加載點(diǎn)的支架實(shí)際承受載荷和施加的載荷不相符。在承受相對(duì)載荷較大的是支架拱部，承載較小的是幫部及其肩部。當(dāng)載荷達(dá)到5MPa左右時(shí)，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(gè)過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)整個(gè)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(duì)稱。通過整個(gè)試驗(yàn)可知，要提高支護(hù)的阻力，在發(fā)生滑移之后必須立刻將卡纜擰緊。

2.2 U型鋼支架結(jié)構(gòu)承載技術(shù)

為了保障承載的均勻性，可以進(jìn)行壁后填充工作或者壁后注漿。進(jìn)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(jìn)行，有效的簡(jiǎn)化施工，提高了工作效率，同時(shí)這種方式由于較為簡(jiǎn)單技術(shù)人員掌握十分便利。并且漿液的擴(kuò)散性良好，在注漿當(dāng)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。在提高整體承載力的同時(shí)，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(yīng)性，才能夠最終保障穩(wěn)定性。

2.3 結(jié)構(gòu)補(bǔ)償技術(shù)

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償技術(shù)之時(shí)，需要考慮兩個(gè)方面的內(nèi)容：第一，由于支架抗側(cè)壓能力差，在高應(yīng)力破碎軟巖巷道之中的底臌十分強(qiáng)烈，所以需要針對(duì)底腳進(jìn)行補(bǔ)償。在底腳做基本結(jié)構(gòu)補(bǔ)償之時(shí)，需要盡力與底板靠近。第二，充分考慮外部因素，并且以此決定進(jìn)行基本補(bǔ)償，或者進(jìn)行加強(qiáng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，直到符合相關(guān)要求方能停止補(bǔ)償。

3 工程實(shí)例

以下以臨渙煤礦東翼軌道石門為實(shí)例進(jìn)行分析。結(jié)合當(dāng)?shù)氐母鞣矫娴膶?shí)際情況，使用了高強(qiáng)度的雙槽夾板限位卡纜以及進(jìn)行壁后注漿、結(jié)構(gòu)補(bǔ)償。在幫腳進(jìn)行了基本補(bǔ)償，如圖3所示，圖中的BCC是進(jìn)行基本結(jié)構(gòu)補(bǔ)償?shù)腻^索，ICC則是加強(qiáng)補(bǔ)償?shù)腻^索。

從圖4可以看出，在進(jìn)行了基本補(bǔ)償之后，支架之上的潛在危險(xiǎn)截面位于支架的兩幫中央，針對(duì)這種情況應(yīng)該轉(zhuǎn)基本補(bǔ)償為加強(qiáng)補(bǔ)償。在進(jìn)行加強(qiáng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償之時(shí)，首先針對(duì)幫部進(jìn)行，保障兩幫的最大彎曲正應(yīng)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(shí)，拱部正負(fù)彎曲正應(yīng)力也大幅度降低，從270MPa降至120MPa。將彎曲應(yīng)力均勻分布在支架幫部，避免局部破壞。結(jié)果表明將拱部和幫部進(jìn)行了加強(qiáng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)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(bǔ)償，在兩個(gè)月左右之后發(fā)現(xiàn)，圍巖移動(dòng)變形情況被有效控制。

4 結(jié)語

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(jìn)而導(dǎo)致支架受力不均，在支護(hù)當(dāng)中無法發(fā)揮良好的實(shí)際效用。加之結(jié)構(gòu)本身的不足，比如卡纜問題等。這就要求在實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中要均勻分布承載，同時(shí)及時(shí)的調(diào)整卡纜鎖緊程度，并且進(jìn)行壁后填充或者壁后灌漿，以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)補(bǔ)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。

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