深部岩巷U型钢支架屈曲变形失稳分析

根据朱集西煤矿11煤底板巷围岩工程地质条件和巷道变形破坏特征,结合U型钢多段支护特点,构建了U型钢支护支架—围岩承载力学模型,分析了深部软弱岩层条件下U型钢受力特征。通过支架承载能力的计算与校核,获得该条件下U型钢支架弯矩、剪力、轴力的分布特征,确定了应力集中分布的位置,对U型钢支架屈曲变形进行分析。提出了U型钢支护薄弱环节的加强支护方案,即在棚腿中部、肩窝和拱顶梁中部3个关键部位进行锚杆索配纵向钢带梁的支护方法,提高了支架—围岩的整体承载性能,使返修巷道的支护取得了良好的效果。     

U型钢棚支护效果优化

通过分析U型钢棚搭接部位的变形特征,发现其受压后产生"旋转"现象是引起卡缆预紧效果无法充分发挥和下部卡缆破坏的主要原因。经过分析煤矿U型钢棚支护巷道常见的失稳破坏形式,认为棚腿结构不稳定、出现危险截面是引起U型钢棚失稳的主要原因。在此基础上,提出了增加卡缆数量,提高卡缆扭矩、增大下部卡缆强度、充填搭接部位空间、间隔焊接防滑块、重点部位锚索结构补强等措施。工程实践表明:上述措施保证了U型钢棚支护承载结构的稳定性,从而使U型钢棚的支护效果得到了充分发挥。     

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.     

综放跨采巷道棚-索耦合协同支护技术

芦岭煤矿Ⅱ82运输上山受上方Ⅱ927综放工作面跨采影响且巷道围岩比较破碎,通过分析巷道围岩失稳机理得出了导致U型钢支架结构失稳的原因及锚索支护合理位置,提出了棚-索耦合支护技术方案;利用U型钢支架形成的基本承载结构,通过壁后充填注浆实现了破碎围岩与U型钢支架的第一次耦合,再根据巷道围岩的变形特征和U型钢支架的结构失稳类型,通过合理布置结构补偿锚索实现支护结构补偿,使U型钢支架与锚索形成二次耦合支护,进而提高支架的整体承载能力和支护结构的稳定性,在整个跨采期间巷道顶底板移近量累计475 mm,两帮移近量累计206 mm。     

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型支架承载能力及其优化分析

本文对U型钢支架的承载能力进行了理论计算分析,建立了偏载支架理论模型,计算分析了单侧偏载支架的承载性能,得出帮部、肩部、单侧整体偏载情况下,支架承载能力随着偏载程度的增加迅速下降,偏载载荷与均布载荷的比值为1.0-2.5时,支架承载能力下降最快,比值超过2.5之后,下降速度开始平缓,但已经处于较低的承载水平;对支架承载能力进行优化,使得支架承载能力得到改善,成功应用于工程实践,取得了良好的支护效果。     

高应力软岩巷道U型钢支架的结构稳定性及应用分析

为了解决构造应力场中软岩巷道的支护问题,分析了软岩巷道的变形特点,考虑轴力对弯曲变形的影响,通过理论分析得到了U型钢支架危险截面位置的解析解。在此基础上,提出护帮控顶技术,对U型钢支架的危险截面进行加固。理论分析表明,U型钢支架的危险截面位置取决于支架的截面面积、惯性矩、巷道的断面尺寸和侧压力系数。工程实践表明,采用护帮控顶技术对U型钢支架的危险截面进行加固,提高了U型钢支架的承载能力和稳定性,实现了支护体与围岩在强度、刚度和结构上的耦合,保证了巷道围岩的稳定性。     

不同侧压比荷载下U型约束混凝土拱架全尺寸试验研究

以直腿半圆形UCC拱架为对象,进行了不同侧压比荷载条件下的全尺寸拱架试验研究,从变形破坏形态、承载力、材料应变等方面进行对比分析,掌握了新型拱架的承载特性和屈服失稳机制。拱架受力初期处于线弹性变形阶段,拱架内力呈显著压弯状态,由于部分截面出现了强度破坏而导致拱架整体屈服,而后随持续加载拱架出现整体结构失稳,进而彻底丧失承载能力。UCC29试验拱架在λ=1.0加载条件下整体屈服承载力为1 230 k N,是相同尺寸U36拱架的1.56倍。拱架屈服承载力随侧压比λ(λ≥0.5)呈指数型降低趋势,且拱架变形形态及危险截面位置也受侧压比影响显著。对于直腿半圆形拱架而言,侧压比在一定范围内越小,拱架内力越接近轴压状态,拱架能够承担的荷载也越高。     

U型钢可缩性支架壁后充填试验研究

基于在复杂性质围岩的巷道中,U型钢可缩支架的承载与围岩的作用无法有机的结合的这一情况,对U型钢支架失稳机理进行了阐述,并研究分析了壁后充填技术的科学性,表明使用U型钢可缩支架壁后充填技术,可有效改善支架与围岩的关系,使U型钢均匀承载,充分发挥U型钢的支护性能.工程应用效果表明,U型钢可缩支架壁后充填技术的实际效果较理想.     

U型棚支护设计改造与应用研究

煤矿巷道支护中U型棚作为棚式支护的一种,属于被动的待压支护,支架的稳定性仅靠背帮、背顶获得,稳定性较差。文章以凉水井煤矿3-1煤开拓大巷过火烧区U型棚支护为背景,对U型棚支护过程中受载不匀失稳、放炮倒棚、冒顶推棚、棚腿下扎、支架S型扭曲变形等问题,对U型支架进行四项改造和应用研究,增强了支架支护强度和稳定性;支护流程的优化降低了劳动强度,提高了掘进施工效率和生产安全性,取得了很好的经济效益。     

ZFY8000/18/37D型支架顶梁承载状态影响因素研究与分析

针对两柱放顶煤液压支架在使用过程中出现顶梁承载状态异常现象,采用三维软件绘制出ZFY8000/18/37D型支架模型,分析支架顶梁立柱承载区、平衡千斤顶受压承载区和受压承载区;构建支架平面力学模型,计算支架顶梁承载方程、合力作用点位置方程、立柱承载区方程、平衡千斤顶受压承载区方程和受拉承载区方程,通过现场数据验证其算法的合理性,得出结论：支架立柱工作阻力和平衡千斤顶能够直接影响支架承载能力;支架立柱固定点不能影响支架顶梁承载能力,但是能够影响顶梁“三区”的位置及大小;所推导的计算支架顶梁承载能力的算法与现场数据很贴切,对支架顶梁承载状态分析有一定的指导意义。     

“三软”煤层轨道上山支护技术研究

为解决"三软"煤层轨道上山支护难题,通过对某矿11采区轨道上山地质条件和巷道变形破坏特征的现场调查,指出巷道围岩强度较低、没有充分发挥U型钢支架承载性能及底板未采取支护措施是巷道失稳破坏的主要原因。从提高并充分发挥支护承载结构、承载能力及保障巷道长期支护效果出发,提出了全断面支护技术。     

巷道交岔点联合支护技术

U型钢支护巷道交岔点开口采用U型钢矩形棚与U型钢半圆拱形棚联合支护方法,有效解决了使用矿用工字钢及U型钢棚连锁抬棚时大断面开口抗压能力低、支架变形快、巷道维护难度大等问题,大大提高了三岔口支护强度,U型钢异型可缩性支架比较简单,承载能力大,可缩性较好,满足了通风、运输、行人需要,取得了良好效果。     

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。     

采空区下主要运输巷道支护方式研究

通过对新景矿43108工作面掘进后工字钢顶梁压弯变形,棚腿弯曲向内移等问题的研究,得到巷道失稳变形的主要原因及不同支护方式下巷道围岩变形位移和工字钢支架弯矩分布特征。研究结果表明:提高围岩残余强度,发挥围岩承载能力,加强支护以及形成稳定有效的承载结构对于巷道围岩变形能够起到有效的控制作用。提出了以高强预应力锚杆和锚索联合支护为主、工字钢支护为辅的高稳型支护方式,实践结果证明该支护方式对于巷道围岩变形的控制效果良好。     

浅析锚索在支护承载体的补强作用

针对某矿直墙半圆拱形巷道,结合锚网支护以及U型钢棚式支护失稳的破坏特征,通过数值模拟软件分析,得出由于巷道薄弱部位未进行结构补强支护而产生局部失稳诱导巷道整体失稳,通过预紧力锚索对支护承载体薄弱部位的结构补强,大大提高了支护承载体的整体稳定性和强度。     

煤矿巷道直墙半圆拱形波形钢腹板支架稳定承载性能

将新型波形钢腹板支架用于煤矿巷道金属支架结构中,采用试验研究和有限元数值模拟分析相结合的方法,研究波形钢腹板支架结构的稳定承载性能。设计了2榀直墙半圆拱形波形钢腹板支架的模型试验,得到支架的失稳破坏形态、应变与位移发展规律,并分析了波形钢腹板翼缘厚度变化对支架承载力的影响程度。结果表明:波形钢腹板支架破坏形态为整体非对称失稳,支架翼缘厚度由12 mm增加为16 mm时,即增幅为33%,支架的承载力提高27. 38%,表明翼缘厚度对支架的承载性能有显著影响。试验结果与有限元分析结果吻合良好,验证了有限元模型的正确性。同时采用有限元方法对用钢量基本相同的矿用工字钢支架和波形钢腹板支架进行对比,结果表明:波形钢腹板支架承载力比矿用工字钢提高了31. 68%,其变形约为矿用工字钢的4/5。通过数值模拟分析波形钢腹板支架截面各参数对支架弹性和弹塑性屈曲荷载的影响,发现腹板高度和厚度是较敏感参数;并比较了波形钢腹板支架和矿用工字钢支架分别在静水压力作用下、垂直单向应力作用下和垂向力为主的荷载作用下的支护性能,发现在相同的用钢量情况下,波形钢腹板支架具有较高的抗剪承载力,在高厚比很大的情况下不容易发生屈曲,且翼缘用钢量集中,使得截面的抗弯和轴压稳定承载力也大幅度提高,故它在各种荷载状态下的变形量均小于矿用工字钢支架,其支护效果优于矿用工字钢支架。     

掩护式液压支架顶梁承载特性及其适应性研究

为研究掩护式液压支架顶梁承载特性及其对顶板载荷的适应性,基于空间载荷对称假设构建了单区承载条件下液压支架全高度范围载荷平衡区力学模型,分析了液压支架顶梁载荷平衡区分布特征及其影响因素。随后结合液压支架实际工况,分析了双区承载条件下液压支架顶梁极限平衡条件,进一步拓展了平衡区理论。最后运用ADAMS构建了液压支架的多体动力学模型,分别对液压支架单区、双区承载工况进行了模拟。通过与理论的对比分析表明,改善液压支架承载条件、合理优化平衡千斤顶及立柱参数等均可有效提高掩护式支架顶梁对顶板的适应性。     

直墙半圆拱U型钢支架最大轴向应力影响因素分析

针对直墙半圆拱U型钢支架校核准则问题,提出直墙半圆拱U型钢支架的最大轴向应力强度标准,并基于理论计算给出了直墙半圆拱U型钢支架的最大轴向应力计算公式。在此基础上分析了棚腿高度、拱顶半径、载荷集度和应力集中系数4个因素对不同断面型号的直墙半圆拱型支架的最大轴向应力影响规律。     

提高U型钢支架整体承载能力的研究

本文通过对易被现场忽视的、而又是影响U型钢支架整体承载能力的主要因素如壁后充填、卡缆螺母扭矩、纵向拉杆等进行了具体的分析研究,并提出了提高U型钢支架整体承载能力的有效技术措施.