可缩性U型钢支架承载性能足尺试验研究

支架的工作阻力是评价可缩性U型钢支架优劣的重要指标,在工作过程中,支架所受载荷分布情况和搭接位置的卡缆连接件性能直接影响支架承载性能的发挥。通过设计室内足尺模型试验,对支架承载性能进行测试,揭示可缩性支架工作阻力变化规律,讨论载荷分布情况和卡缆类型对支架工作阻力的影响。研究结果表明:1)在相同载荷作用下,支架分别装配双槽夹板式卡缆(A型卡缆)与四螺栓双槽夹板式面卡缆(B型卡缆)时的拱腰收敛量相差较大,差值最大可达105.6 mm,而支架拱顶沉降量受卡缆类型的影响不大,差值小于等于6.16 mm;2)支架拱顶沉降量与侧顶压力比κ呈负相关,拱腰收敛量与κ呈正相关;3)在保证相同螺栓预紧力的前提下,装配双槽夹板式卡缆(A型卡缆)的支架始缩阻力和最大滑移阻力均比装配四螺栓双槽夹板式面卡缆(B型卡缆)时的高,而滑移次数的变化规律则恰好相反,说明前者对支架承载性能的提升作用大于后者的提升作用;4)在强侧压(κ=3)作用下,支架的始缩阻力和最大滑移阻力明显比强顶压(κ=1/3)作用下的大,且强侧压下装配A型和B型卡缆的支架最大滑移阻力相较于始缩阻力分别提高了30%和24%,强顶压下装配A型和B型卡缆的支架最大滑移阻力相较于始缩阻力分别降低了12%和22%,说明支架对于强侧压受力状态的适用性更好;5)在同等条件下,相较于对称载荷作用,支架在偏载作用下具有更低的始缩阻力和最大滑移阻力,表明偏载受力状态会影响支架工作性能的正常发挥。

基于有限元法的U型钢卡缆受力分析研究

随着煤矿开采深度增大,支护难度也成倍提升。U型钢可缩性支架被广泛地应用于深部矿山巷道支护。卡缆是U型钢可缩性支架的关键部件,其性能直接影响着U型钢支架的支护承载性能。在理论分析U型钢拱形支架在不同受载情况下的变形特点的基础上,借助ABAQUS有限元数值计算软件,分别研究了双槽夹板卡缆在圆弧形和椭圆弧形2种型钢搭接段滑移时的力学特性,并且分析了U型钢螺栓的受力特征,得到了双槽夹板卡缆对U型钢拱形支架的约束作用会受到搭接段曲率不匹配度的影响的结论,提出了控制U型钢失效的建议。对于确保地下工程U型钢支架的稳定支护具有重要意义。

煤矿“锚网索喷+U型钢支架”支护

沙梁煤矿三盘区135204工作面切眼附近的地质环境复杂,非常接近风氧化带边界。基于对煤层条件及工程地质分析,讨论该项目的支护方案、技术参数和支护形式,选定锚网索喷与U型钢支架的组合结构,归纳优势效果。叙述此种支护技术的实施过程与注意事项,研究结果发现,联合支护明显提升了作业效率,保障了巷道生产安全。

U型钢支架支护状态下巷道围岩变形特性

为了解U型钢支架支护时巷道围岩的变形特性,基于非接触式近景摄影测量系统,从宏观和微观两方面研究了不同竖向荷载作用下巷道围岩模型的裂纹产生过程,并对U型钢支架支护作用下巷道围岩的荷载应变关系进行深入分析。结果表明:竖向荷载作用下应力集中区主要分布在围岩模型的顶部和左右两侧的上部;巷道顶板受拉应力作用,随着竖向荷载的不断增加,围岩模型顶板拉应变不断增大;巷道两侧受压应力作用,随着竖向荷载的增加,巷道两侧上部的压应变值也不断增大,但增长速度较缓慢。可见,实际工程中U型钢支架支护状态下巷道围岩应加强顶板和左右两侧上部的变形监测,保证采煤通道的安全使用。

动压影响巷道U型钢支架-锚索协同支护机理及其承载规律

针对U型钢支架支护动压影响巷道强烈变形的支护难题,采用数值模拟方法,研究U型钢支架-锚索协同支护作用机理,提出了U型钢支架-锚索协同支护技术;在开展现场工业试验的同时,采用现场实测方法,监测动压影响由开始至结束过程中巷道围岩表面位移量、U型钢支架和结构补偿锚索实际承受载荷情况。研究结果表明:采用U型钢支架-锚索协同支护后明显改善巷道围岩应力分布,增大巷道浅部围岩残余强度,同时通过锚索的锚固作用,优化了U型钢支架承载性能,增大U型钢支架的承载能力和抗变形能力,提高了U型钢支架的整体稳定性,实现U型钢支架整体承载;当围岩变形压力较大时,U型钢支架随着围岩变形,巷道两帮和肩窝是变形压力最大的位置,相应地锚索为U型钢支架上述部位提供较大的抵抗变形力,阻止支架内突变形,同时U型钢支架作为一个整体结构,支架被束缚在有限的变形空间,而其余的大变形通过支架搭接部位缩动释放,实现了U型钢支架高阻可缩的特性。

U型钢支架结构稳定性及其控制技术

控制高应力软岩巷道围岩的强烈变形,除了加大支护强度外,提高支护结构的稳定性至关重要。采用理论分析、室内试验和现场试验相结合的方法,分析U型钢支架失稳的原因和支架工作过程中的承载特性,提出支护稳阻技术、支护结构补偿原理和补偿技术。研究结果表明,引起支架结构失稳的主要原因是连接件强度低或连接件结构不合理、支护结构与围岩相互作用差、支架结构不稳定等。根据支架结构失稳破坏的主要原因,采取相应的技术措施,如采用强度高、结构合理的卡缆。支架滑移后其承载性能极不稳定,要保持支架工作过程中具有很高的支护阻力,支架滑移后应重新拧紧卡缆。采用U型钢壁后充填或U型钢壁后注浆后,支架承载能力得到大幅度提高,但由于其结构稳定性较差,支架仍然会失稳破坏。因此,应根据巷道围岩的变形特点和U型钢棚基本支护的结构稳定性,采用稳结装置对U型钢棚基本支护进行结构补偿,可大大提高支护结构的整体承载能力及其结构稳定性。

U型钢支架偏纵向受力及屈曲破坏分析

淮南某矿运输巷底抽巷29U支架破坏,主要表现为耳部的强力屈曲,机理分析需要引入偏纵向受力的三维机制。通过分析型钢支架几种典型破坏特征,提出了针对性防治措施,建立了偏纵向耳部受力模型,采用ANSYS数值模拟手段,研究了29U支架拱顶压平型破坏、大范围扭曲破坏及局部屈曲破坏的力学机制、应力分布与加载量级,揭示了一定尺度岩块的强力作用是耳部屈曲破坏的主因,偏纵向受力则发挥着加速变形的关键作用。

锚杆(索)和U型钢支架支护失效形式与控制技术

随矿井开采深度不断延伸,高应力、强采动导致U型钢支架与锚杆(索)支护破坏失效的问题越来越严重。通过理论分析与现场调研,将U型钢支架破坏失效划分为面内结构性受载破坏、搭接部位撕裂折损、卡缆失效破坏、拉杆和背板失效破坏、轴力错断型折损、纵向扭曲折损、综合性破坏等7类,将锚杆(索)支护失效形式划分为粘结失效型、围岩失效型、杆体破断失效型、护表构件失效型等4类。在此基础上,提出架型优选、壁后充填、薄弱点锚杆(索)强化等3项技术控制U型钢支架破坏失效,提出锚杆杆体强化、护表构件性能提升、树脂锚固剂性能改造、围岩滞后注浆等4项技术控制锚杆(索)支护破坏失效。

演马庄矿二一下山采区泵房架设U型钢可伸缩性支架的应用

近年来我过煤矿安全事故频发,采煤工作面顶板事故,巷道顶板事故占死亡事故比重较大。U型钢可缩性支架是广泛应用于矿山巷道的一种支护方式,本文对二一下山泵房冒顶的原因分析,采用架设U型钢可缩性支架、浇筑砼及喷浆联合支护巷道,控制巷道围岩的变形,进而提高矿井的安全生产和经济效益。

U型钢可缩性支架壁后充填应力分散技术研究

在无法使用主动支护的高应力软岩巷道中,U型钢可缩性支架是一种有效和成熟的支护方式,但是围岩性质复杂时,U型钢可缩支架的承载与围岩的作用无法有机的结合起来,造成U型钢的支架局部应力集中,致使U型钢支架局部屈服而U型钢支架整体失稳,使用U型钢可缩支架壁后充填技术改善了与围岩的关系,阻止了局部应力集中,使U型钢均匀承载,较充分发挥U型钢的支护性能。文章通过阐述U型钢支架失稳机理解释了壁后充填技术的科学性,并介绍了在应用中的实际效果。

U型钢支架-围岩应力耦合装置试验研究

针对u型钢支架在实际工程应用中存在被动支护、支护阻力滞后、结构受力不均等问题，研究了一种u型钢支架一围岩应力耦合装置，从其结构形式、作用机理和工作特性进行了试验分析。结果表明：该耦合装置能使围岩与支架结构二者形成共同的力学承载体系，在为围岩提供20～50kN初撑力的同时，可实现围岩压力的均匀传递和让压减震作用，从而大幅度提高支架的承载能力和支护效果，可通过改变其结构刚度和尺寸设计不同支护要求的耦合装置。

直墙半圆拱U型钢封闭支架控底力学模型及应用

针对深部巷道底臌治理难题,建立了直墙半圆拱整体支架的力学模型,运用极限载荷法推导了高应力条件下的支架承载能力和反拱临界失稳载荷,将反拱拱高与半径的比值定义为反拱控底影响因子ζ,研究了ζ在0-0.7范围内不同巷道宽度的反拱支架受力特征及稳定性。计算表明：对于净宽为5 m的巷道,反拱矢跨比宜取值在0.2-0.3,反拱控底影响因子和反拱半径的最佳取值分别为0.2和4 m,在淮南矿业集团丁集矿西11-2开拓巷道50 m试验段工程实践表明该支架对底臌具有良好的控制能力,2 a期的巷道底臌小于50 mm,且不需要卧底返修。

深部软岩巷道U型钢支架承载能力增强技术

为了解决深部软岩巷道支护中U型钢支架承载能力和稳定性不足的问题,采用力法原理,建立了U型钢支架的结构力学模型,得到了U型钢支架危险截面位置的解析解,并计算得出U型钢支架的危险截面位置与支架的截面面积、惯性矩、巷道的断面尺寸和侧压系数有关。最后提出利用锚杆和槽钢对U型钢支架危险截面位置进行锁腿支护技术,工程实践表明:U型钢支架采用锚杆和槽钢锁腿后,煤巷两帮最大移近量仅为125.62 mm,顶底板最大移近量为172.36 mm,确保了深部软岩巷道围岩的稳定性。

“U”型钢支架搭接处力学性能

为研究"U"型钢支架搭接处力学性能,通过室内实验和ABAQUS/EXPLICIT有限元软件模拟研究29"U"型钢支架搭接处卡缆在不同预紧情况下,支架的初始工作阻力及其轴向承载能力变化规律及特征;同时研究搭接处的受力、变形和缩动特性.研究结果表明:当螺母的预紧扭力增大时,支架的初始工作阻力、相对平稳期轴向承载能力和解除预紧的扭力都增大;"U"型钢支架搭接处轴向承载力不稳定,发生间歇性骤降,卡缆螺杆发生突然错动,支架的收缩性能不稳定;卡缆螺杆发生严重偏斜,造成螺杆超过抗拉强度发生断裂,导致搭接处卡缆失去作用,影响整个支架的完整性、稳定性和承载能力,影响煤矿安全生产.这对改善"U"型钢支架搭接处的搭接形式和接触方式具有一定的指导意义.

U型钢支架壁后充填支护技术及其工程实践

对Ｕ型钢支架壁后充填的护巷机理及其材料选择、工艺实施等问题进行了探讨，并报道了一个成功的工程实例。

极松散煤层巷道U型钢支架的数值模拟与分析

采用数值模拟方法,以极松散煤层巷道U型钢支架支护作为模型,简化出相关的力学模型,并利用基于有限元方法软件ABAQUS的强大非线性分析功能,分析了在不同围岩压力作用形式下U型钢支架的承载机理,结果显示U型钢支架在加入补偿结构下承载力显著提高。以淮北某矿处于极松散煤层的8203机巷U型棚支护为工程背景进行了研究成果井下试验,由此得到相关结论,建立了针对该问题的基本分析流程和方法。

U型钢可缩性支架支护设计及应用研究

U型钢可缩性支架是广泛应用于矿山巷道的一种支护。本文采用数值模拟方法,以鹤壁四矿2126综放回采巷道的地质条件为工程背景,从围岩变形特征、应力分布特征以及围岩应力状态出发,对U型钢可缩性支架支护的巷道断面进行了优化研究,结果表明,直墙拱形巷道断面采用U型钢可缩性支架支护效果较好。在数值模拟计算结果的基础上,采用理论计算的方法对鹤壁四矿2126综放回采巷道U型钢可缩性支架的支护参数进行了设计,并进行了现场工业性试验。

U型钢可缩性支架缩动后的内力计算

缩动是U型钢可缩性支架的重要特性 ,按支架缩动后进行强度计算是必要的。介绍了U型钢可缩性支架缩动后的内力计算方法。算例表明 ,支架缩动所产生的内力在支架的内力计算中不但是不可忽视的 ,而且往往占有重要的地位。

U型钢可缩性支架卡缆性能研究

本文就目前使用的双槽夹板式卡缆的结构对其力学性能的影响以及热处理强化工艺进行了试验研究。

适用于软岩巷道支护的椭圆形U型钢可缩性支架

综合分析了软岩巷道的基本特点及软岩巷道支架的结构形式,在此基础上,提出了椭圆形U型钢可缩性支架的结构形式及工作原理,理论分析及模拟试验结果表明,该支架具有良好的支护性能,可满足软岩巷道的支护要求。