U型钢支架

U型钢支架（精选八篇）

U型钢支架 篇1

迄今, 众多学者对型钢支架的屈曲特性进行了研究。程鹏[2]对圆弧拱在各种载荷作用下的屈曲进行了线性精确解分析, 并求出了圆弧拱在几种载荷作用下的平面内反对称失稳的临界载荷;刘建庄等[3]引入了U型钢支架偏纵向受力的三维模型, 研究了29U型钢支架局部屈曲破坏的力学机制。众多学者在钢支架屈曲方面取得的大量成果对钢支架的研究和设计具有重要的指导意义[4,5]。为了解决巷道变形收缩后使用空间不足的问题, 林南仓矿采用六种新型大断面U型钢支架, 由于对六种支架的屈曲特性尚不明确, 本文基于林南仓矿大断面U型钢支架, 利用ABAQUS有限元软件, 采用线性屈曲分析对比六种新型大断面U型钢支架的屈曲特性, 为U型钢支架的优化提供一定的参考。

1 线性屈曲分析原理

进行线性屈曲分析目的是寻找分歧点, 评估结构的稳定性。在线性屈曲分析中求解特征值需要用到屈曲载荷因子和屈曲模态。

线性静力分析中包括了刚度矩阵[S], 它的应力状态函数为: ([K]+[S]) {x}={F} (1)

进行线性分析时, 可以对载荷和应力状态乘上一个常数, 此时: ([K]+λi[S]) {x}=λi{F} (2)

在一个屈曲模态中, 位移可能会大于{x+ψ}而载荷没有增加, 式 (2) 可进一步化简为: ([K]+λi[S]) {ψi}=0 (3)

式 (3) 就是在线性屈曲分析求解中用于求解的方程。结构屈曲的临界载荷可表示为:

式中, [K]为线性的小位移刚度矩阵;P为结构屈曲的临界载荷;[S]为结构总体的几何刚度矩阵;PQ为作用载荷;λi为屈曲特征值或屈曲载荷因子;{ψi}为屈曲模态。

另外, 为了得到正确的值, 作用载荷PQ的值是任意的, 如果PQ发生变化, 由式 (4) 求出的λi也会相应地发生变化, 它们的乘积保持不变。屈曲分析中有很多屈曲载荷因子和模态, 但是由于低阶模态是发生在高阶模态之前的, 前几阶模态的研究更有意义。

2 U型钢支架模型建立

2.1 支架设计

林南仓矿新型大断面U型钢支架包括三心拱和半圆拱两种断面形式, 断面面积从15m2~25.5m2, 具体参数见表1, 各部位对照U型钢支架断面设计如图1所示。

2.2 模型建立

林南仓矿大断面U型钢支架采用U29型钢, 弹性模量为210 GPa, 泊松比为0.3, 屈服强度为335MPa;采用solid实体单元, 约束条件为两端架腿固定约束, 各节U型钢之间, U型钢与卡缆之间均为绑定约束。在进行均布压力下支架的屈曲分析时, 施加1 MPa的均布荷载, 如图2所示。

3 数值模拟

利用ABAQUS有限元软件, 建立林南仓矿大断面U型钢支架的计算模型, 通过数值计算, 对比分析林南仓矿六种大断面U型钢支架在均布压力条件下的屈曲性能。

三节半圆形大断面U型钢支架在均布压力下的屈曲模态如图3所示。在一阶和二阶模态下, U型钢支架发生单向弯曲变形, 在三阶模态下发生扭转变形, 而在四阶模态下变形更加复杂。经过对其余五种U型钢支架的屈曲模态的分析表明, 屈曲模态展现出与三节半圆形大断面U型钢支架相似的特性。

六种大断面U型钢支架在均布压力下的屈曲载荷因子见表2。从表2中看出, 三节大断面U型钢支架的屈曲载荷因子最大, 五节大断面U型钢支架的屈曲载荷因子最小, 即随着U型钢支架断面面积的增大, 其屈曲载荷因子会减小。对比分析半圆形与三心拱U型钢支架, 相同断面面积的三心拱U型钢支架的各阶屈曲载荷因子要比半圆形U型钢支架的大, 即半圆形大断面U型钢支架更容易发生屈曲失稳。

4 结论

(1) 半圆拱和三心拱六种不同大断面U型钢支架在均布压力作用下的屈曲模态相似, 但从屈曲模态载荷因子上的差别来看, 断面面积较大的U型钢支架比断面面积较小的抗屈曲性能低, 即随着断面面积的增大U型钢支架的稳定性降低。

(2) 在均布压力作用下, 当支架的断面面积相同时, 三心拱U型钢支架的屈曲载荷因子比半圆形U型钢支架的屈曲载荷因子大, 更不容易发生屈曲失稳。

摘要：为了研究架型对型钢支架屈曲特性的影响, 以林南仓矿六种大断面U型钢支架为研究对象, 利用ABAQUS有限元软件, 模拟分析了U型钢支架在均布压力下的屈曲特性。数值模拟结果表明:在均布压力作用下, 断面面积较大的U型钢支架稳定性较差;对比相同断面面积的U型钢支架, 在均布压力作用下, 三心拱U型钢支架的稳定性要高于半圆形U型钢支架。

关键词：U型钢支架,屈曲载荷因子,屈曲模态,稳定性

参考文献

[1]郑西贵, 等.基于ANSYS的U型钢反拱梁承载性能及稳定性分析[J].采矿与安全工程学报, 2015, 32 (3) :459-464.

[2]程鹏.两铰圆弧拱非线性弯曲理论和弹塑性稳定[D].杭州:浙江大学, 2005.

[3]刘建庄.U型钢支架偏纵向受力及屈曲破坏分析[J].煤炭学报, 2011, 36 (10) :1647-1652.

[4]韩庆华, 等.工程结构临界屈曲的临界荷载分析[J].天津大学学报, 2005, 38 (12) :1051-1057.

专业生产U型钢厂家 篇2

所谓专业U型钢生产厂家，就是说不仅做工专业，而且质量、技术也必须达到标准。多少厂家能做到？有很多朋友都推荐鹏杰伟业冷弯有限公司。既然该厂家如此受欢迎，那肯定是不一般。

天津鹏杰伟业冷弯有限公司的厂房处在钢材基地，投资过了千万，总占地面的是12000平方米。它濒临京沪高速与104国道，水、陆交通都非常便利。生产U型钢在如此优越的环境里，这种厂家确实不多见。只有这就能说明专业吗？当然不止这些。

没有先进的技术，能成为专业吗？天津鹏杰伟业拥有10条全自动冷弯型钢生产线，8条半自动冷弯型钢生产线。只要把相关数据调控好，就可以自动生产U型钢。而且产出的钢材质量好、无瑕疵、角度直。而且每年生产、加工钢材大7万吨，产品远销世界多国国家和地区。

那它是专业的生产厂家吗？这个毫无疑问。天津鹏杰伟业冷弯有限公司是一家专业生产U型钢、C型钢、Z型钢、带钢、镀锌U型钢、镀锌Z型钢等冷弯型钢厂，生产U型钢采用的是轧

一、仁通、岐丰等集团的优质带钢，且公司已通过了ISO9002：2000国家质量体系认证。

U型钢支架 篇3

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。

1.2 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。

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 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, 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。

4 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。

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

参考文献

[1]经来旺, 姜清, 刘宁, 吴赟杰.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.

U型钢支架 篇4

朱仙庄煤矿Ⅱ水平第二部皮带机大巷位于矿井南部二水平Ⅱ3采区下部, 施工巷道区域内构造复杂, 断层较发育, 共计揭露大小断层8条, 落差在1.5m-20m之间, 其中F19正断层, 落差20.0±m;巷道施工层位主要在10煤下和一灰之间, 局部在一灰与二灰之间层位施工。受围岩破碎、软岩流变等地质条件的影响, 巷道支护难度大, 易表现出持续变形、长时间流变特征。长期以来虽采用多种复合支护形式, 巷道围岩仍得不到有效控制, 在短时间内就要维修, 成本居高不下, 不能满足生产需要。

针对上述情况, 朱仙庄矿通过对流变巷道变形特征的研究提出了高强支护结构优化, 强力支护系统合理支护的理论, 并应用柔刚性强力全封闭U型钢支架强力支护系统方案, 有效地控制了流变巷道的围岩稳定。现做一下简要说明:

2 巷道合理让压量与支护强度确定

2.1 巷道合理让压量

流变巷道掘出后变形初期一段时间, 随塑性区发展, 围岩体状态的趋向长期强度系数达到最低值, 围岩体发挥到最好状态, 确定此状态下的巷道变形量为“巷道合理初期变形量”。根据以往巷道施工后稳定45天后, 连续观测巷道位移得巷道合理让压量为, U0=100mm。

2.2 巷道支护强度确定

对应该状态的巷道围岩应力再转化至长期强度及流变停止状态必须的支护强度为流变巷道的“强力支护系统合理支护强度”。巷道总支护强度Q=0.9MPa

3 巷道强力支护系统及结构优化关键技术

强力全封闭支架系统及优化技术:强力全封闭支架架腿与底梁连接采用底梁端部与架腿插入式对接的连接技术, 减小了支架结构内力弯矩, 提高了承载力与安装效率;强力支架搭接段采用柔刚性连接方法, 支架具有让压、高工作阻力、大支护强度的特性。

3.1 巷道底梁与架腿插入式对接技术

强力全封闭支架架腿与底梁连接应用底梁端部与架腿插入式对接的连接技术, 支架结构优化、内力弯矩减小、承载力与安装效率提高;实现了巷道全封闭支护技术的新突破, 使我国复杂条件下软岩巷道及硐室围岩控制技术上了一个新台阶 (见图1) 。

3.2 巷道强力支护技术具有让压和高工作阻力特性

发明、应用强力支架搭接段采用柔刚性连接方法, 支架初期可缩让压;让压完成后成为高强支架。具有让压和高工作阻力特性 (见图2) 。

巷道顶圆拱半径为2400mm。架间距500mm时, 强力支架支护半圆拱段支护强度为0.881Mpa, 强力支架较可缩支架支护强度成倍提高。

可缩支架支护巷道, 架间距500mm时, 支架半圆拱段支护强度仅为0.233Mpa。

强力支架支护强度为0.881Mpa+锚网支护强度0.15Mpa=1.031Mpa, 满足巷道支护强度为Q=0.9Mpa的要求。

4 强力支护围岩稳定控制方案

应用“柔刚性强力全封闭U型钢支架、高强锚杆配高承载托盘、架后喷射混凝土、围岩注浆”联合支护进行工业性试验, 实现了流变巷道的围岩稳定控制 (见图3) 。

强力全封闭马蹄形U型钢支架:

二水平皮带机大巷为新掘巷道, 巷道宽度取为4800mm。

强力全封闭马蹄形支架搭接段采用柔刚性连接方法。

支架初期可缩让压;让压完成后成为强力支架。具有让压和高工作阻力特性。巷道支架环向让压量为280mm。

强力马蹄形支架架腿与底梁连接采用底梁端部与架腿插入式对接的连接。

高强锚杆配高承载托盘支护:

锚杆托盘:采用长×宽=200×200mm方球型托盘;锚索采用长×宽=200×200mm小托盘配合长×宽=400×400mm大托盘组合使用。

锚杆为Φ22×2800mm高强螺纹钢树脂锚杆, 锚杆初锚力矩不小于300N.m, 锚杆间排距800×1000mm。

5 实施效果

通过现场实施, 流变巷道强力支护系统、高强支护结构优化支护技术相比先进, 解决了碎裂软弱围岩体大断面深部巷道的围岩体稳定控制难题。巷道实现了收敛变形停止、巷道处于稳定状态;并有效减少了巷道断面收敛率, 为矿井安全生产和通风、运输系统的形成和后期畅通创造了条件 (见图4) 。

实施巷道后期的日收敛速率两帮为0.03mm/d, 顶底收敛速率为0.06mm/d, 巷道收敛已经趋于稳定, 巷道支护的稳定与安全性得到保证。

流变巷道强力支护系统、高强支护结构优化支护技术提高了巷道有效断面面积和有效利用率;亦减少了巷道施工工序与时间。支架安装效率提高了31.5%;每米巷道减少底拱开挖0.315m3, 减少了开挖、出矸时间。

6 主要结论

6.1采用以“强力全封闭U型钢支架-高强锚杆配高承载托盘”为主体的强力支护系统, 具有高工作阻力特性, 满足了流变巷道围岩稳定性控制的要求。

“强力支架+锚网支护”的强度为1.031Mpa。

6.2.强力全封闭支架架腿与底梁连接采用底梁端部与架腿插入式对接的连接技术, 减小了支架结构内力弯矩, 提高了承载力与安装效率;强力支架搭接段采用柔刚性连接方法, 支架具有让压、高工作阻力特性。

6.3“高强锚杆配高承载托盘、强力全封闭U型钢支架、架后喷射混凝土、围岩注浆”联合支护, 通过工业性试验, 有效地实现了流变巷道的围岩稳定控制。

试验巷道后期的日收敛速率两帮为0.03mm/d, 顶底收敛速率为0.06mm/d, 巷道收敛已经趋于稳定, 巷道稳定与安全性得到保证。

6.4流变巷道强力支护系统、高强支护结构优化支护技术提高了巷道有效断面面积和有效利用率;亦减少了巷道施工工序与时间。

支架安装效率提高了31.5%;每米巷道减少底拱开挖0.315 m3, 减少了开挖、出矸时间。

摘要：针对淮北矿区朱仙庄矿碎裂软弱围岩体大断面深部巷道, 收敛变形控制效果差、具有持续变形特点的流变岩体稳定控制难题, 进行巷道合理初期变形量、治理流变巷道强力支护系统、高强支护结构优化、强力支护系统合理支护强度的研究, 提出并试验应用柔刚性强力全封闭U型钢支架强力支护系统方案, 以实现流变巷道的围岩稳定控制;并简化巷道施工工序、提高成巷速度。

U型钢支架 篇5

1 概况

二一下山采区泵房位于二一下山采区, 用于服务二一下山采区和二二下段采区排水。巷道设计断面为半圆拱直墙, 原支护方式为锚网 (索) 喷+钢筋梯联合支护, 净高5.45m, 净宽5.3m, 腰线以上1.8m起拱, 长度74m。二一下山采区泵房, 因顶板岩性破碎、淋水, 出现顶板离层、开裂现象, 导致顶板出现局部冒顶, 冒顶范围:通尺22m~26m处、高约4m、宽约4m, 受冒顶影响, 冒顶区以里约15m巷道变形严重。

2 二一下山泵房冒顶的原因分析

二一下山采区泵房在修理过程中, 顶板的矿山压力活动过程中发生较大程度的变形, 先是沿着顶板节理出现裂隙, 产生离层现象, 顶板淋水逐渐加大, 围岩松动圈越大越难支护, 发生冒顶的原因很多而较多的是现场管理不当所造成的, 如果巷道支护质量有缺陷, 顶板管理不当, 压力继续增大岩石超过弹性变形极限这样就会出现片帮、断裂、跨落、或者局部冒顶的事故。

3 锚网索喷联合支护机理

自稳隐形拱理论表明受压体即使被破坏在挤压状态下仍具有一定的承载能力。对岩体内部造成压缩带的是锚杆支护, 这个压力拱起载荷结构作用, 在初期由于“悬吊”巷道上部软弱岩体导致离层、冒落、裂缝等现象, 其后期基于应力的作用下, 围岩因受到隐形拱和围岩爆破时的原生裂缝经喷浆后得以补强, 这就是使锚杆不一定要锚固到稳定坚固岩层之中的原因就在于在锚杆群的作用下也能够形成足够厚的挤压加固拱, 起到良好的支护作用。2#煤层主要顶板类型是粉砂岩, 便于半煤岩巷道的施工。2#煤层相对较薄为了加大围岩体支撑能力需要依靠锚杆 (索) 挤压加固与悬吊原理, 通过钢筋梯、金属网、喷射砼对-煤层-岩体进行有效锚固, 使每层与岩体成为一个整体结构, 这样在承受上部围岩压力同时还能承受自重能力, 同时使用金属网、喷射混凝土、钢筋梯、可以防止顶帮掉矸、片帮现象的出现。见加固作用图1。

4 U型钢可缩性支架、浇筑砼及喷浆联合支护巷道

采用架设U型钢可缩性支架、浇筑砼及喷浆联合支护巷道。架设位置:泵房内除去配水井、吸水井的巷道, 全断面架设。巷道净断面:宽4.6mm, 高5.1m, 喷浆厚度以覆盖U型钢支架的实测厚度为准。

U型钢施工说明:1) 施工前, 先加固维护冒顶区10m以外的巷道, 在原锚索之间再补打锚索, 原巷道锚索间距1.4m, 排距1.2m。补打锚索采用平行交叉布置, 即在原四根锚索中间补打一根锚索, 如果条件发生变化, 可根据现场实际情况, 对锚索位置进行调整。2) 锚索布置:顶部2组, 右肩、右帮各补打一组, 共计4组, 每根锚索依次装入1卷CK2360、2卷Z2360树脂锚固剂进行锚固。沿巷道方向, 每2根锚索用1根长2400mm的11号工钢作为托梁, 托梁外加装长300mm的16号槽钢, 用锁具压紧压牢, 锚索预紧力不小于100k N。3) 顶板加固部分, 预计补打8排锚索, 外部5排锚索规格Φ17.8mm×6500mm, 靠近冒顶区位置3排锚索规格Φ17.8mm×10000mm。

5 现场矿压观测

5.1 观测内容及方法

1) 观测内容。a.顶底移近量、水平移近量、顶板下沉量、底臌量及锚杆受力测试;b.巷道松动范围测试;c.观测断面及周围片帮、底臌、顶板下沉等观测和描述。

2) 观测方法及手段。a.移近量观测采用正交“+”字法布点法, 观测断面根据地质条件而设, 顶板基点以顶板锚索为准, 底板及帮基点为400~600mm木楔, 用铁锤打入, 用钢卷尺量测。要求设置基点处顶板和两帮支护完好, 底板平整, 便于观测, 因观测周期长, 还要注意基点安置坚固。b.观测断面片帮、底臌、顶板下沉、支架变形等观测和描述。

5.2 测站的建立

二一下山泵房每隔10m建一个观测站, 观测表面位移及顶板受力变化。松动范围测试根据现场情况而定。

5.3 效果

通过巷中每7个的矿压观测点观测, 巷道变形不大 (见表1) 。顶板最大下沉量10mm, 两帮最大移近量15mm, 仅局部片帮, 顶板裂开细缝、掉壳, 虽底鼓明显 (期间两次起底) , 但一直保证泵房正常使用, 安全、经济效益良好。

6 结束语

顶板管理不当, 巷道支护质量不好岩石压力超过弹性变形极限出现断裂、片帮等局部冒顶事故所以只有只有在巷道围岩变形稳定后, 方可组织巷修, 架设U型钢增加巷道的支护强度, 控制巷道围岩的变形。也可以在同一巷道中采用多种支护形式, 达到技术可行、安全可靠、经济合理, 以保证使用防止安全事故的发生。

摘要：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。

关键词：U型钢可伸缩性支架,力学模型,巷道支护设计

参考文献

[1]陈炎光, 陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1994.

U型钢架棚支护技术的研究与实践 篇6

本项目详细的科学技术内容就是通过对煤矿井下U型钢架棚支护巷道变形的追踪调查分析, 运用新的技术方法提高棚子的承压能力。在改善以前旧的施工技术方法的同时, 对新的技术方案给予实验验证。具体详细的技术改进原理及技术方案如下:

提高U型钢棚梁的整体抗压能力, 实现棚子的均衡受压。传统的U型钢棚架设方式为梁口搭接一致型, 这样棚梁的承压很容易集中在巷道的一侧, 使下搭接承压梁快速变形。因为, 通过受力分析及巷道变形观察来看, 只要是巷道的正顶或两囊的来压, 下搭接承压梁承受力最大, 在两梁搭接口处变形也最严重, 应力变形到一定程度的时候, 整架棚子就会扭曲变形。长时间以后, 因局部出现的这种冲压区, 就会导致整个巷道或者巷道部分段的棚子出现扭曲变形的后果。如果改变为左右梁上下交替压茬的支护方式后, 一架棚子的承压梁在左侧, 另一架棚子的承压梁就会在右侧, 这样, 在任意两架棚子之间形成一个支撑平衡。以此类推, 整个巷道棚梁受力左右均衡交替, 也从而实现整条巷道棚子两侧的受力均衡, 达到支护抗压的目的。

改变U型钢棚子顶撑子的连接方式。习惯上U型钢棚子顶撑子的连接方式为直线型一字撑, 这样的连接方式, 施工人员在施工时随意性较大, 再加上巷道测点易动的情况下, 巷道施工的直线度很难有保证, 多多少少、大大小小都会出现U型钢棚腿里出外进、基准线或大或小的情况, 巷道质量没有保障, 需要每班棚子架过后不断的校正, 浪费了大量的施工时间。另外, 如果在巷道直线度没有保证的情况下, 巷道的整体抗压能力就会大大减弱, 犹如建房时地基不正、不稳一样, 很容易形成线大的U型棚子段局部受压、迅速应力变形, 最终形成很大一部分棚子联锁变形的现象。如果改变为斜型人字撑后, 在棚梁的搭接尺寸及U型卡缆的固定位置不变时, 再根据棚档的大小, 很容易算出斜撑的标准固定尺寸。这样, 施工人员在施工过程中, 如果出现基准线错的情况下, 梁与梁中间的斜撑就基本上不能安装上, 从而在施工源头紧紧把握住了工程的质量, 增加了整体巷道的抗压能力。

1立项背景 (相关科学技术及其存在问题、立项原因及推荐理由)

目前, 在煤矿生产领域, U型钢架棚支护已经无处不在, 它主要应用于顶板破碎、压力较大、支护困难的回采巷道及准备巷道, 应用成本较高, 是煤矿生产投入资金较大的一部分。其主要原因是受工作面压力的影响, 投入到一个工作面使用过后, 就基本上变形的不能复用, 需要不断的投入新棚子, 经济投入巨大。甚至在很多工作面, 不等到采面回采结束, 巷道就基本上受压变形损毁到不能满足生产需求, 这就需要不断的去维修或者更换新棚, 浪费了大量的人力及物力, 甚至制约了生产和工作计划的有序布置。另外, 在维修期间, 维修难度较大, 给施工人员也造成了很多的不安全因素。所以, 如何在基本上不增加经济成本的基础上, 极大限度的提高U型钢架棚支护巷道的抗压强度, 是解决问题的关键所在。本人根据这些年来对U型钢拱形棚变形原因的追踪分析, 认为目前常规的U型钢架棚支护技术存在着很大的弊端, 通过改变架棚方式后, 可极大的提高U型钢拱形棚的抗压强度, 现已在我矿初步试验成功, 效果显著。

2详细科学技术内容 (技术与原理、关键、技术方案和主要指标)

本项目详细的科学技术内容就是通过对煤矿井下U型钢架棚支护巷道变形的追踪调查分析, 运用新的技术方法提高棚子的承压能力。在改善以前旧的施工技术方法的同时, 对新的技术方案给予实验验证。具体详细的技术改进原理及技术方案如下:

2.1提高U型钢棚梁的整体抗压能力, 实现棚子的均衡受压。传统的U型钢棚架设方式为梁口搭接一致型, 这样棚梁的承压很容易集中在巷道的一侧, 使下搭接承压梁快速变形。因为, 通过受力分析及巷道变形观察来看, 只要是巷道的正顶或两囊的来压, 下搭接承压梁承受力最大, 在两梁搭接口处变形也最严重, 应力变形到一定程度的时候, 整架棚子就会扭曲变形。长时间以后, 因局部出现的这种冲压区, 就会导致整个巷道或者巷道部分段的棚子出现扭曲变形的后果。如果改变为左右梁上下交替压茬的支护方式后, 一架棚子的承压梁在左侧, 另一架棚子的承压梁就会在右侧, 这样, 在任意两架棚子之间形成一个支撑平衡。

2.2改变U型钢棚子顶撑子的连接方式。习惯上U型钢棚子顶撑子的连接方式为直线型一字撑, 这样的连接方式, 施工人员在施工时随意性较大, 再加上巷道测点易动的情况下, 巷道施工的直线度很难有保证, 多多少少、大大小小都会出现U型钢棚腿里出外进、基准线或大或小的情况, 巷道质量没有保障, 需要每班棚子架过后不断的校正, 浪费了大量的施工时间。如果改变为斜型人字撑后, 在棚梁的搭接尺寸及U型卡缆的固定位置不变时, 再根据棚档的大小, 很容易算出斜撑的标准固定尺寸。这样, 施工人员在施工过程中, 如果出现基准线错的情况下, 梁与梁中间的斜撑就基本上不能安装上, 从而在施工源头紧紧把握住了工程的质量, 增加了整体巷道的抗压能力。

2.3在地面加工U型钢棚腿时, 用U型钢废料大约100mm左右, 用电焊镶嵌在梁与腿搭接处, 距腿顶部400mm左右, 焊紧焊牢。这样在架棚子时, 梁与腿之间就多了一块抗缩块, 不至于在梁与腿之间的U型卡子上不紧或顶部来压时, U型钢棚子很快缩性变形, 最终导致巷道不断收缩, 从而影响生产巷道断面的需求。

2.4按照“黄金分割”比例原理, 棚子高宽比例设计为0.618:1, 根据巷道断面尺寸要求, 高2.8m, 宽4.53m, 或者高3m, 宽4.85m, 完全满足生产的需要。另外, 此规格尺寸的棚子用到回采巷道的风巷后, 就不在用单独设计车场, 整个巷道尺寸能基本上保持一致性, 增加了巷道的美观程度。此设计还比较符合煤矿工程设计手册的抗压设计原理, 能全面提高棚子的抗压强度。

2.5交岔点组合型桥式抬棚梁的应用, 完全符合拱形桥梁的设计思想。它主要的设计原理为梯形棚与拱形棚的组合运用, 在原来梯形抬棚梁下架拱形棚梁, 然后再用卡子把两款棚子可靠联锁, 使抬棚梁形成强有力的支撑力。这样, 既满足交岔点施工时空间的需求, 又满足以前交叉点施工后抬棚梁抗压能力弱的缺点。

3存在问题及改进措施

目前, 据了解在新阳煤业多架U型钢棚子的巷道, 基本上都是以前传统的施工方法, 很少有从改变施工方法上来提高同类型U型棚子的施工质量和抗压强度。传统的施工方法, 在施工过程中随意性较大, 工程质量很难保证, 总是在施工完毕后再进行维修, 这样不仅浪费时间, 而且维修质量不高, 造成巷道整体抗压强度下降。改变施工工艺后, 不仅从施工源头保证了质量, 而且从多方面环节上提高了巷道的整体抗压强度。但主要的制约因素是对棚子的加工质量及精度要求相对较高, 不然会给职工在施工中造成困难。

4经济效益

(1) 该施工方式大大的加快了施工进度, 提高了生产效率, 保证了施工质量。

(2) 减少了工人维修时的劳动强度及风险, 提高了采面推进时的安全系数, 确保了安全生产的顺利进行。

(3) 减少了巷道后期维修中物料的投入, 降低了生产成本, 加快了采面的推进度, 提高了经济效益。

准备在我矿所有工作面中推广应用。

摘要：随着经济的发展, U型钢在煤矿生产领域得到广泛的使用, 为了确保煤炭生产的安全性, 需要提高U型钢架棚支护巷道的抗压强度。为此, 本文通过创新U型钢棚子顶撑子的连接方式, 提高抗压强度, 进而丰富了U型钢架棚支护技术。

关键词：支护技术,U型钢,抗压强度

参考文献

[1]何力强.煤巷锚杆支护技术研究[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2009 (06) .

[2]李志超.综采工作面停采的顶板支护技术研究[J].价值工程, 2013 (21) .

U型钢支架 篇7

河北钢铁集团宣钢连轧中型生产线的设计产品为角钢、槽钢、圆钢、工字钢和矿用U型钢, 全线采用13架高刚度短应力线轧机, 实现了无扭轧制, 具有国内先进水平, 该生产线的设计年能力为70万吨 (具有80万吨年生产能力) , 成品最大轧制速度为5m/s。该生产线采用国内成熟可靠的先进工艺技术与装备, 达到国内先进水平, 以满足优质产品的生产需要, 设备全部为国产先进设备。

宣钢连轧中型生产线投产后陆续开发了φ50~φ110共计十四个规格的圆钢, 16#、20#两个规格槽钢, 8#~20#十二个规格的角钢, 25#、29#、36#三个规格矿用U型钢。

2 生产工艺流程及主要设备

2.1 生产工艺流程

宣钢连轧中型生产线的生产工艺流程为:加热炉加热→粗轧机组轧制→1#飞#剪切头→精轧机组轧制→2#飞剪倍尺分段→冷床冷却及矫直机矫直→冷锯机锯切→码垛机堆垛→打捆、挂牌、入库。

2.2 主要设备

宣钢连轧中型生产线的主要设备为双蓄热汽化冷却步进式加热炉一座;全线13架高刚度无牌坊短应力线轧机, 其中粗轧机组5架 (Φ800×3+Φ700×2) ;精轧机组8架 (Φ700×8) , 均由交流变频电机单独传动;飞剪两台;悬臂辊式矫直机两台;冷锯三台;型钢自动堆垛装置2套和。

3 存在的问题

宣钢连轧中型生产线于2009年开始开发矿用U型钢, 首先是U25型钢, 使用的坯料为200m m×285m m×9900m m连铸坯, 成品总长度为184m左右, 需使用2#倍尺飞剪对成品钢进行分段。

宣钢连轧中型生产线在开发矿用U25型钢时, 因成品形状为异型, 在使用平剪刃进行倍尺剪切分段过程中随着剪刃的闭合U型钢的两条腿被压扁, 切口部位被压平成为直线。而后续矫直工序中因孔型也是异型, 导致U型钢成品头部不易咬入矫直机, 生产时被迫采用人工氧气切头的方法将变形区切掉, 才能进入矫直工序, 严重影响了正常生产产量, 且增加了端部剪切长度影响到成材率等重要技术经济指标。

对此, 针对平剪刃不能满足U型钢剪切的实际情况, 对2#飞剪进行异型剪刃技术改造, 将2#飞剪剪刃工作面形状改为类似U型钢断面形状, 实现U型钢断面剪切无变形。

4 改进措施

宣钢连轧中型生产线技术人员对2#飞剪应用异型剪刃的方案进行了设计和校验, 认真分析剪切过程中剪刃各点的运动轨迹, 轧件在剪切变形过程中剪刃的重合量和侧间隙是否满足剪切要求。通过认真校核, 该剪刃能够满足剪切要求。设计的矿用U型钢剪刃形状由水平段、圆弧段、直线段组成, 其形状如图1所示。上、下剪刃的形状类似于齿轮的单个齿形状, 由顶部的水平段、两侧斜圆弧段、底部两侧的直线段组成, 与成品矿用U型钢形状相吻合, 使得剪切后的切口形状与成品形状接近, 能顺利完成剪切, 也为后面轧制生产过程如顺利上冷床、矫直创造有利条件。

因异型剪刃水平方向无重合量, 故设计剪刃的高度比矿用U型钢成品高度高5~7毫米, 以保证剪断成品。受上下剪臂尺寸限制, 剪刃的圆弧段需旋转一定角度来降低高度, 保证轧件剪切能够顺利通过且不影响矫直机咬入, 且减少了切头尾, 提高了成材率。各规格矿用U型钢的剪刃高度见表1。

通过对2#飞剪异型剪刃的设计并实施, 有效的解决了平剪刃剪切U型钢所产生的问题, 剪切后的钢件能够满足正常生产的要求。

5 结语

宣钢连轧中型生产线通过对2#飞剪进行异型剪刃的设计和实施, 解决了平剪刃对成品钢的剪切变形问题, 剪切后的钢件能够满足正常生产的要求, 解决了实施前为便于矫直机咬入需进行的切头工作, 不但减少了二次切头的金属损失, 而且也大大降低了职工的劳动强度。

宣钢连轧中型生产线做为代表国内先进水平的型钢连轧线, 该技术开发应用的成功起着至关重要的作用, 为U型钢连轧生产的发展提供了新的技术支持, 在连轧复杂断面型钢的技术进步和产品开发方面有着较高的推广价值。

摘要：宣钢连轧中型生产线为解决矿用U型钢生产时2#飞剪倍尺分段造成的剪切变形问题, 对2#飞剪进行异型剪刃改造, 最终实现了矿用U型钢无变形剪切, 保证了矿用U型钢生产的连续性, 同时也提高了技济指标。

U型钢支架 篇8

红庆梁煤矿主斜井穿过白垩系志丹群、侏罗系安定组、直罗组和延安组地层, 其中安定组含水软岩层和延安组含水砾岩层为红庆梁井筒施工工程的技术难点。本矿区地层具有富水性强、岩性软弱、地质条件复杂等特点。

主斜井中砂岩、泥岩等软弱岩层遇水泥化[1,2], 使得锚杆施工困难、锚杆锚固力达不到设计要求, 导致现有的锚网喷+锚索+金属支架支护体系不能充分与围岩耦合作用, 原有的锚网喷架支护结构失效;延安组含水砾岩层岩石坚硬但岩体破碎, 砾岩段岩石破碎、涌水量大将导致主斜井的施工掘进速度慢、原设计的锚网索喷支护方式, 特别是锚杆、索施工困难。此外水动力作用一方面将导致砾岩间充填物的流失, 砾岩层内形成泄水通道, 使得巷道工作面水量越来越大;另一方面, 砾岩间充填物或胶结物的流失, 将导致砾岩胶结性越来越差, 引发砾岩脱落, 造成巷道冒顶、片帮等严重灾害, 甚至诱发工程事故[3,4]。

综上所述, 红庆梁煤矿主斜井穿越岩层为工程软岩, 围岩等级为Ⅳ级~Ⅴ级。该地区巷道围岩单轴抗压强度低, 具有中膨胀性, 开挖后松动圈大等特点。综合以上数据分析可确定该地区软岩为兼有膨胀性软岩特点和软弱破碎型软岩特点的复合型软岩。同时主斜井井筒穿越地层涌水量大, 造成巷道掘进、支护和排矸的施工困难, 而这将不可避免的影响井筒支护效果, 延误施工进度、增加工程投资, 甚至诱发工程事故。

针对这些不足, 本文在确保巷道安全稳定的前提下, 将主斜井目前的“锚—网—喷”联合支护体系更改为“锚—喷—网—U型钢支架”联合支护体系, 对支护参数进行优化, 在保证巷道稳定的前提下, 减少了锚杆锚索的数量, 节约了成本, 加快了掘进速度。

1 锚杆支护参数设计

锚杆长度根据悬吊理论[5,6]及免压拱理论[7,8]计算, 即:

其中, l1取0.15 m;l2为冒落拱高度h;l3为锚杆的锚固长度, 根据现场实际施工情况, 取l3=0.8 m。

根据莫斯特科夫理论计算冒落拱高度, 即:。

其中, k=1.5;砾岩层段位于沿主斜井长度为1 434.5 m~1 530.5 m, 对应垂直深度应为395.411 m<H<421.89 m, 因此取k=1.5;m取0.2;α0取180°, 巷道净宽5.4 m。

锚杆长度为:l=l1+l2+l3=2.57 m≈2.6 m。锚杆间排距根据岩体的稳定性计算。支护结构承受荷载为:q=k2γh, 其中, h为冒落拱高度;k2取0.75;γ取21.1 k N/m3。则q=k2γh=0.75×21.1×1.62=25.64 k N/m2, 因q<4rl=4×2.85×2.6=29.64 k N/m2, 则锚杆间排距为:, 其中, c取19.7 k N/m2;l=2.6 m。则。

斜井巷道断面形状为三心拱断面, 其拱顶和两帮毛断面周长为2.036 5×2+4.252 5=8.325 5 m。则拱顶及帮部的锚杆数目为8.325 5/0.779=10.69, 取11根。实际间距为8.325 5/11=0.757 m, 满足要求。为施工安全, 锚杆的间、排距可取800 mm。

锚杆直径计算, 设锚杆锚固力为Q, 锚杆杆体承载力为P, 锚杆锚固力值。

Q为锚杆锚固力值, 根据规范规定锚杆每延长米锚固力不小于25 k N, 依据锚杆长度2.6 m则锚杆锚固力不小于65 k N, 根据经验取锚固力值Q为100 k N;σt取300 MPa。

2 喷射混凝土

喷射混凝土主要由水泥、砂、石子和速凝剂组成。水泥采用425号普通硅酸盐水泥, 喷射混凝土的配比为:水泥∶砂∶石=1∶2∶2, 速凝剂的掺量 (占水泥重量) 为3%。每立方米混凝土中各种材料的用量见表1。

3 金属网片及现场施工设计

为保证喷层有较大的柔性和强度, 应在喷射混凝土层中加设金属网。施工采用ф8 mm圆钢焊接网, 网格尺寸为100 mm×100 mm, 片网的尺寸为1 000 mm×1 000 mm。锚杆托盘采用150 mm的方形铸铁件。U型钢支架采用25号U型钢支架。

树脂锚杆选用树脂锚固剂, 要求锚杆的锚固力在80 k N以上。锚杆安装完成后, 施加预应力, 其值为初锚固力的80%。锚杆的初锚固力, 通过锚杆拉拔计在现场实测得到。

锚—喷—网—U型钢支架联合支护形式示意图见图1。支护方案中主要支护技术参数为11根树脂锚杆, 间排距800 mm×800 mm, 长度L=2 600 mm, 直径ф=22 mm, 护棚锚杆6根。

4 结语

主斜井典型软弱围岩段变形收敛监测结果表明:在弱胶结富水软岩采用25号U型钢棚+金属网片+喷射混凝土的支护方式, 在主斜井井筒围岩收敛变形取得了较好的效果。其中断面1 (340 m) 顶底板的397 d变形量为29.59 mm, 断面2 (350 m) 顶底板的397 d变形量为33.79 mm。断面3 (360 m) 顶底板的33 d变形量为3.64 mm, 两帮移近量0.77 mm, 稳定后变形速率均小于0.1 mm/d。这一支护形式表明在保障井下作业安全的前提下, 一举破解了岩体破碎、涌水量大导致的主斜井的施工掘进速度慢、原设计的锚网索喷支护中锚杆、锚索施工困难的问题, 减轻了工人劳动强度, 提高了劳动效率, 累计减少支护投入300多万元, 取得良好经济效益。

参考文献

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[7]王博楠.巷道围岩锚杆支护作用的加固拱理论及应用研究[D].西安:西安科技大学, 2013.