U型钢支架结构稳定性及其控制技术.pdf

第 2 9卷增 2 2 0 1 0年 9月 岩石力学与工程学报 C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g V o 1 ． 2 9 S u p p ． 2 Se pt ． ， 2 01 0 U型钢支架结构稳定性及其控制技术 谢文兵 ，荆升国 ，王涛 ，任有奎 ，张农 1 ．中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐卅 I 2 2 1 0 0 8 2 ．中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州2 2 1 0 0 8 摘要；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。 关键词采矿工程；高应力软岩巷道；u型钢支架；结构失稳；结构补偿；稳结装置 中圈分类号T D 3 5 文献标识码A 文章编号1 0 0 06 9 1 5 2 0 1 0 增 2 3 7 4 3 0 6 S TRUCTURAL S TABI LI TY oF U． S TEEL SUPPoRT AND I TS CoNTRoL TECHNoLoGY XI E W e n bi n g ， J 1 NG S h e n g gu o ， W ANG Ta o ， REN Yo u ku i 2 ， ZHAN G No ng f 1 ． S t a t e K e yL a b o r a t o r y o fC o a l R e s o u r c e s a n d S a f e Mi n i n g ， C h i n a U n i v e r s i ty o f Mi n i n ga n dT e c h n o l o g y ， X u z h o u ， J i a n g s u 2 2 1 0 0 8 ， C h i n a ；2 ． C o l l e g e o f Mi n i n gE n g i n e e r i n g ，C h i n a U n i v e r s i tyo fMi n i n ga n dT e c h n o l o gy ，Xu z h o u ，J i a n g s u 2 2 1 0 0 8 ，C h i n a 、 Ab s t r a c t T o c o n t r o l s t r o n g d e f o r ma t i o n o f s u r r o u n d i n g r o c k a r o u n d s o ft r o c k r o a d wa y wi t h h i g h s t r e s s ，i mp r o v i n g s t a b i l i t y o f s u p p o r t s t r u c t u r e i s i mp o r t a n t b e s i d e s i n c r e a s i n g s u p p o r t s tre n g t h ．T h e c a u s e o f U s t e e l s u p p o r t i n s t a b i l i t y a n d s u p p o rt b e a ti n g c h ara c t e r i s t i c s d ur i n g wo r k i n g a r e a n a l y z e d b y t h e o r e t i c a l a n a l y s i s a n d l a b o r a t o r y e x p e r i me n t a n d fie l d t e s t ．The t e c h ni q ue o f s t e a d y i ng s u p po rt r e s i s t a nc e， t he p r i n c i pl e o f s u p po rt s t r uc t ur e c o mp e n s a t i o n a n d i t s t e c hn i q u e a r e pr o po s e d ．The r e s u l t s s ho w t h a t t h e ma i n r e a s o n s o f s u pp o r t s t ru c t u r e i n s t a b i l i ty are l o w i n t e n s i ty c o n n e c t o r ，i r r a t i o n a l i ty s t r u c t u r e c o n n e c t o r ，p o o r i n t e r a c t i o n r e l a t i o n b e t we e n s u r r o u nd i n g r oc k a nd s u p p o r t ，un s t a bl e s u p po rt s t r u c t u r e ，e t c ． Th e c o r r e s po n d i ng t e c h n i q u e，s uc h a s c o n ne c t o r wi t h h i g h s t r e n g t h a n d r a t i o n a l s t ruc t u r e ，i s a d o p t e d a c c o r d i n g t o t h e ma i n r e a s o n s o f t h e s u p p o r t s t ruc t u r e i n s t a b i l i ty． T h e s u p p o r t b e a r i n g c a p a b i l i ty i s u n s t a b l e a ft e r s u p p o r t s l i p p i n g ，a n d i n o r d e r t o k e e p a h i g h s u p p o rt r e s i s t a n c e d uri n g s u p p o r t b e a r i n g ，t h e s u p p o rt c o n n e c t o r s h o u l d b e r e t i g h t e n e d a ft e r s u p p o rt s l i p p i n g ． T h o u g h t h e wo r k i n g r e s i s t a n c e c a n b e i mp r o v e d g r e a t l y b y U s t e e l b a c k fi l l i n g o r U s t e e l b a c k g r o u t i n g ，b e c a u s e o f t h e i n s t a b i l i ty o f s u p p o r t s t r u c t u r e ，t h e s u p p o r t c a n s t i l l l o s e i t s s t a b i l i ty． Th e d e v i c e o f s t e a d y i n g s t r u c t u r e i s r a t i o n a l l y l a i d o u t t o s t ruc t u r a l c o mp e n s a t e f o r U s t e e l s u p p o r t a c c o r d i n g t o t h e d e f o r ma t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f s u r r o un d i n g r o c k a n d t h e s t r u c t u r a l i n s t a b l e t y p e o f U s t e e l s u p p o rt， a n d i t g r e a t l y i mp r o v e s t h e b e a r i n g c a p a c i ty o f t h e wh o l e s u p p o r t a n d i t s s t r u c t u r a l s t a b i l i t y ． Ke y wo r d s mi n i n g e n g i n e e r i n g ；s o f t r o c k r o a d wa y wi t h h i g h s tre s s ；U s t e e l s u p p o rt；s t r u c t u r a l i n s t a b i l i ty； s t ru c t u r a l c o mp e n s a t i o n； d e vi c e of s t a bl e s t ru c t u r e 收藕 E l 期l 2 0 0 9 0 7～ 2 4 傣回 日期l 2 0 0 9 0 9 2 9 基盒项目l国家 自然科学基金资助项 目 5 0 6 7 4 0 8 5 煤炭资源与安全开采国家重点实验室 自主研究i S K L C RS M0 8 X 0 1 作者简介l谢文兵 1 9 6 5一 ，男，1 9 8 8年毕业于中国矿业大学测物系矿 山测量专业，现为中国矿业大学教授、博士生导师，主要从事采矿工程方面 的教学与研究工作。E - ma i h c u mt 1 6 8 8 1 2 6 ． c o m 3 7 4 4 岩石力学与工程学报 2 0 1 0 年 1 引 言 纵观我国煤矿巷道支护变革过程可以看出，随 着采深加大和支护难度加大，支护强度不断加大、 支护阻力不断提高L 1 】 。国内外在高应力软岩巷道围 岩控制机制及技术方面进行 了大量的研究工作，开 发了具有高阻可缩特性的 U型钢壁后充填技术 ，新 型锚注支护技术，以及高强成套锚 网支护技术等， 并在煤矿中得到了大面积推广应用 ，取得了显著的 技术经济效益【 2 1J 。但大量工程实践表 明，许多情 况下现有巷道围岩控制技术仍不能有效地控制高应 力软岩巷道的强烈变形，而且造成这种情况的原因 不是支护强度不够，而是由于现有支护承载结构的 结构稳定性较差，难 以有效控制巷道 围岩 的强烈变 形 。 高阻可缩 u型钢棚支护因其具有很高的承载能 力，且具有可缩特性 ，在高应力软岩巷道中得到广 泛应用，如在高应力破碎软岩巷道中，遇到随掘随 冒，锚网支护无法实施时，大多采用高阻可缩 u型 钢棚；在锚网支护巷道 出现强烈变形后 ，也大量采 用高阻可缩 u型钢棚。但大量工程实践表明，许多 情况下高阻可缩 U型钢拱形支架的承载性能尚未得 到充分发挥，支架承载结构便失稳破坏[ 8 1 5 1 。造成 这种情况的原因是什么应该采用怎样 的技术措施 来提高支护承载结构的稳定性这正是本文要讨论 的主要 问题，在实验室试验、理论分析和工程实践 的基础上，分析提高支护结构稳定性的支护技术。 2 U型钢支架结构失稳原因分析 大量工程实践表明，在高应力软岩巷道 中，高 阻可缩 u型钢棚失稳破坏， 除了强度方面的原因外， 更多的表现为结构性失稳。造成这种情况的原因很 多，归纳起来，主要有 3个方面原因。 2 ． 1连接件强度低或连接件结构不合理，引起支架 结构失稳 从现场支架滑移后卡缆的破坏特征看 ，连接件 的破坏形式有夹板产生塑性变形的，有卡缆螺栓拉 断或螺母滑丝的， 有卡缆外翻 的， 还有低阻滑移的。 第 1种情况主要是夹板的强度偏低或夹板厚度偏 薄；第 2种情况主要是螺栓强度偏低 、 或螺栓偏细、 或螺母丝 口强度低、或螺母丝 口长度偏短；第 3种 情况主要是限位卡缆结构不合理，造成卡缆受偏心 载荷作用，引起卡缆外翻；第 4种情况是卡缆结构 不合理，如螺杆夹板卡缆的螺杆与型钢 的接触面积 太小，卡缆提供的摩擦力较小。由于这些连接件的 强度偏低或结构不合理，造成支架结构容易失稳。 2 ． 2 支护 围岩相互作用关系差导致支架结构稳定 性差 受掘进爆破工艺、巷道 围岩岩性及围岩结构影 响，巷道成形后，支架与巷道 围岩间往往存在不均 匀间隙，导致支架与围岩的相互作用差，U型钢支 架的整体承载能力较低，支架的变形破坏通常表现 为结构性失稳。具体的结构失稳破坏形式与支架后 的不均匀间隙分布密切相关 ，如空顶时的尖项型破 坏 ，两侧肩窝空时的平顶型破坏、或一侧肩窝空时 的扭曲型破坏等。 2 ． 3 支架不适应巷道围岩变形特征，导致支架结构 性失稳 2 _ 3 ． 1支架承载性能 如图 1 a 所示，将 u型钢支架抽象为 2铰拱模 型，半圆拱的半径为 r ，墙高为 h ，从一侧帮到另一 侧帮的载荷分别为 q ，q ，q ， ，q ，q 。考虑最一般 a U型钢支架二铰拱模型 q q f b 拱部偏载对承载能力的影响规律 图 l u型钢支架力学模 型及载荷影响规律 Fi g ． 1 M e c h a n i c a l mo d e l o f U- s t e e l s u p p o r t a n d l o a d i n fl u e n t i a I 1 a WS 第 2 9卷增 2 谢文兵，等． u型钢支架结构稳定性及其控制技术 3 7 4 5 的情况，q ≠q 2 ≠q ， ≠q 4 ≠q 。由图可知，支架属一 次超静定，采用力法求解。支座垂直反力为 Ⅳl ，Ⅳ 2 ， 将固定铰支座 a中多余约束解除，转化为基本静定 结构，并以未知力 代替 ，显然支座 a的水平反力 为 。 为了简化模型，将拱部均分为 3段， 为 的 作用范围，然后考虑各段不同载荷对支护体 内力的 影响。首先确定不同组合载荷情况下支护体所能承 受的最大载荷，然后按该组合载荷确定整个支护体 承受的载荷 Q，并与均布载荷 g下支护体承受的载 荷 进行 比较。即 旦 二 二 Q 均 2 h g 图 l b 为两肩偏载对支护体承载能力的影响规 律 。由图 l b 可 以看 出，随着两肩偏载的增大 ，支 护体的承载能力急剧下降，如 q q q 5 q ， q 2 ／ q g ／ q 0时，支护体 内的承载能力为均布载荷时的 0 ． 8 3倍；当 g ／ q0 ，q 4 ／ q1时，支护体的承载能 力仅为均布载荷时的 0 ． 1 9倍 ；当两肩载荷相等时， 随着载荷增大，承载能力逐渐增大；这表明拱部均 匀承载对发挥拱的承载能力较为有利，由此说明支 架拱部的充填密实尤为重要 。 进一步分析表明，偏载对支架承载能力的影响 大于拱顶对支架承载能力的影响，两帮载荷无论是 对称还是偏载，随着载荷 的增大，支架的承载能力 都急剧下降。帮部载荷较小，拱部均匀承载时较能 发挥支护整体承载能力。偏载增大，支护体承载能 力急剧下降。按支护体所能承受的载荷考虑，最不 利载荷下的承载能力是均布载荷时的 0 ． 2 4倍，帮部 载荷较小、拱部均匀承载时支护体的承载能力是均 布载荷时的 5 ． 3 4倍，最不利载荷、均布载荷及帮部 载荷小拱部均匀承载时，3种情况下支护体承受载 荷的比是 1 7 3 8 。 2 ． 3 ． 2支架稳定性分析 高应力软岩巷道往往四周来压，除顶板下沉外， 两帮的变形都较大，而且由于巷道底板一般不进行 支护，底臌量较大。底臌加速两帮内移 ，两帮内移 促进底臌。由上述支架承载性能的分析可知，u 型 钢支架拱部承载能力较大 ，而棚腿的抗侧压能力较 小，支架的承载特性不适应高应力软岩巷道围岩变 形特征，导致支架易出现结构性失稳，如帮压大时 引起的棚腿内凸、 底臌诱导支架两底脚强烈内移等 。 3 U型钢支架高阻稳结技术分析 对上述 3类支架结构失稳 ，需根据支架结构失 稳破坏原因采取相应的技术措施。对于第 1 类 由卡 缆强度或结构不合理，包括 U型钢支架本身的强度 不足导致的支架结构失稳 ，可 以通过提高强度或改 善卡缆结构加 以解决。对于第 2类 由支护结构与围 岩相互作用差导致的支架结构失稳，需要采取相应 的措施改善支护围岩的相互作用关系。对于第 3类 由于支架结构不稳定导致的支架结构失稳，需要根 据围岩条件、围岩变形特征和支架的结构稳定性分 析，采用结构补偿措施。当然实际支架结构失稳的 原因可能是其中某 2或 3种 的综合，需要根据支架 承载结构具体的破坏特征进行分析，并采用相应的 提高支架结构稳定性 的技术措施。 3 ． 1 支架滑移后支架承载特性及稳阻技术分析 为了研究 u型钢支架实际承载过程中的工作性 能，在中国矿业大学支架实验 台上采用现场实际使 用 的支架进行了试验，u型钢支架试验模型及结果 如图 2 a 所示 。根据现场地质条件 ，考虑 了多种可 能的载荷分布，包括顶压大、帮压大、顶帮压都大 等多种情况，共试验了 6架 。 一 室 a 】试验模型 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 l 1 l 2 l 3 1 4 l 5 l 6 试验加载次数 b U型钢支架实际承载曲线 图 2 U型钢 支架试验模型及结果 F i g ． 2 T e s t mo d e l a n d r e s u l t s o f U s t e e l s u p p o 8 7 6 5 4 3 2 l 0 3 7 4 6 岩石力学与工程学报 2 0 1 0 证 实验支架为 3 节 U3 6直腿拱形支架，相邻节搭 接长度为 5 0 0 1T I 1 T I ，每个搭接处采用 3付双槽夹板卡 缆，其 中搭接头的上位和下位分别采用上、下限位 卡缆，卡缆预紧力矩不低于 3 0 0 N m。 在支架周边 均匀布置 1 2个 5 0 t 液压千斤项，并配备 MC J 一 2 5 型液压枕，跟踪监测支架实际承受的载荷 ，巷道底 板采用单体液压支柱配合柔性枕木模拟。实验过程 中均匀加载 ， 每一加载循环，逐个千斤顶同步加载， 使每个液压枕读数增加 1 MP a 。 支架承载过程中的工作特性 曲线见 图 2 b ，由 图中可见，加载初期支架载荷近似呈线性增加，由 于支架变形，同时受支架整体结构影响，使得各加 载点支架实际承受载荷与施加载荷并不完全相符， 支架拱部载荷相对较大，支架帮部和肩部承受载荷 相对较小。当支架拱部载荷达到 5 MP a 左右时，支 架发生初次滑移 ，左右两侧支架搭接处滑移量分别 为 8 ，1 8 mm，支架拱部和帮部载荷瞬间降至 3 MP a 左右。支架滑移后暂时不对卡缆螺母重新拧紧，继 续进行加载，由承载曲线可 以看 出，加载过程中支 架承受载荷极不稳定，支架持续 出现滑移，且支架 两侧滑移量受加载过程影响并不对称。当支架拱部 载荷达到 7 MP a时，支架瞬间出现大幅度滑移，支 架搭接部位单次滑移量右帮达到 4 5 mm， 左帮为 2 2 mm， 支架拱部载荷降为 0 ， 而帮部载荷降低至 3 MP a 左右。随后对支架卡缆螺母的扭矩进行检测 ，发现 上限位卡缆螺母扭矩 已不足 5 0 N m，中问卡缆螺 母的扭矩丧失较小，而下限位卡缆螺母扭矩未降低 。 现场支架滑移后，卡缆扭矩也存在降低 问题。 一 般 3付卡缆 中至少有 1 付卡缆扭矩下降很大甚至 丧失，但总有 1付卡缆的扭矩没有降低 ，这也是支 架滑移后仍能持续承载的重要原因。 将支架卡缆螺母进行 2次拧紧后继续加载 ，如 图 2 f b 所示，支架承载力迅速增加 ，当帮部载荷达 到 7 MP a ，拱部载荷达到 7 ． 2 MP a时，支架达到屈 服极限，支架帮部出现急剧塑性变形。试验结果表 明，要保持支架在工作过程中具有很高的支护阻力， 在支架滑移后应重新拧紧卡缆，这比支架失稳后重 新扩巷扶棚经济有效 ，是保持支架高支护阻力的重 要措施。因此，实现支架高阻可缩，需要控制好支 架承载过程 。 3 ． 2 u型钢支架整体承载技术分析 煤矿中许多软岩巷道的支护阻力 ，不仅取决于 支架构件的屈服强度，更取决于支架与围岩的相互 作用关系I l 】 。支架周边与巷道围岩呈不规则的点线 接触 ，随着 围岩的强烈变形，支架会受到不均匀的 集中载荷和偏心载荷作用 ，造成支架承载能力大幅 度降低。测试表 明，软岩巷道支架因集中载荷和偏 心载荷而损坏的数量要占支架破坏总量 的 9 0 ％。支 架受力恶化而失效是煤矿软岩巷道长期不能有效治 理的症结所在 J 。 采用 U型钢壁后充填，可使支架均匀承载，实 现 围岩 一 充填体 一 支护结构三者共同承载的力学体 系，大幅度提高支架的工作阻力以及发挥 围岩的 自 承能力I l 】 。理论分析结果表 明，支架壁后充填后 ， 支架受到的轴力、弯矩 、剪力都得到不同程度的减 小，但 由于支架受到的载荷与围岩岩性、围岩结构 以及围岩应力紧密相关，还与支架的承载特性密切 相关，壁后充填后 ，支架 由集中和偏心载荷 引起的 局部承载转变为整体承载 ，但不是均匀承载。 壁后注浆是在 U型钢壁后进行以充填作用为主 的注浆，它的主要作用与 U型钢壁后充填类似，但 与 U型钢壁后充填相比，U型钢壁后注浆，可将注 浆工艺放在成巷后进行 ，简化 了掘进迎头施工的难 度和复杂性，提高了施工速度 ，容易被现场工程技 术人员所接受 。另外，注浆浆液的扩散性较好，可 以渗入围岩一定深度 ，加固浅部破碎岩体。 尽管采用 u 型钢壁后充填或 u 型钢壁后注浆 后，支架承载能力和支护 阻力得到大幅度提高，但 由于其 自身的承载性能不适应 巷道围岩 的变 形特 点， 支架的结构稳定性较差，支架仍然会失稳破坏。 3 ． 3 结构补偿技术分析 支护结构补偿原理是根据 U型钢支架结构力学 分析模型，针对载荷作用下支护结构整体稳定性， 通过在合理位置施加一定大小的结构补偿力，大幅 度降低支护结构危险截面承受 的应力，使得支护体 的承载性能得以充分发挥 ，提高支护结构的整体承 载 能力及其结构稳定性 。 结构补偿的技术核心是根据巷道 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 置实现对 u型钢棚基本支护的结构补偿。它的技术 关键是根据支护结构补偿原理，合理确定结构补偿 位置。支护结构补偿位置的合理选择 ，是基于结构 补偿后能够大幅降低支护结构危险截面和结构整体 承受的应力，提高支护结构的整体稳定性。根据 U 型钢支架的实际承载状况，确定支护结构补偿的基 本原则如下 1 由于支架抗侧压能力差，且在高应力破碎 软岩巷道中底臌十分强烈，因此 ，必须考虑在两帮 第2 9卷增 2 谢文兵，等． u型钢支架结构稳定性及其控制技术 3 7 4 7 底脚附近施加一组补偿力作为基本结构补偿，并应 尽量靠近巷道底板布置。 2 根据巷道 围岩条件 ，在充分考虑外部最不 利载荷作用下，通过基本结构补偿后，若能保证支 护结构承受的最大弯曲应力小于许用应力，则对基 本支护仅实施基本结构补偿，否则应实施加强结构 补偿 。规定支护结构 向巷道内侧的弯 曲变形为负， 加强结构补偿应位于结构负弯 曲变形最大处 ，然后 计算基本支护承受的最大弯 曲应力， 若不符合要求， 再进行加密，直到符合要求为止 。 4 工程实例 4 ． 1 工程概况 临涣煤矿东翼轨道石 门是矿 井未来生产 中通 风、运输及行人的咽喉要道，其巷道支护状况直接 关系矿井能否安全高效生产，该轨道石 门将穿过断 层落差 2 0 0 m 的大吴家断层 ，根据断层揭露状况 ， 该段巷道围岩极为松散破碎，且存在很高的构造应 力，围岩 以泥岩为主，遇水强烈膨胀变形。巷道掘 进过程中，由于围岩破碎 ，顶板随掘随冒，支护难 度极大，现有单一支护都难以控制巷道围岩的强烈 变形。 4 ． 2 结构稳定性分析 针对临涣煤矿东翼轨道石门的围岩条件和 以往 类似巷道出现的破坏特征，从避免支架产生失稳破 坏的角度出发，采取了多项措施，如采用高强度双 槽夹板限位卡缆，保证卡缆的强度和结构合理 ，其 次采用 U型钢壁后注浆 ，改善支护结构与围岩相互 作用，然后根据该地质条件下的围岩变形特征和 结 构稳定性，对 u型钢棚支护进行结构补偿 ，基本结 构补偿位于帮脚，距底板 0 ． 2 m 处，如图 3 a 所示， 图中 B C C为基本结构补偿锚索， I C C为加强结构补 偿锚索。 图 4为结构补偿对支护结构 内弯 曲正应力的影 响。由图 4 a 可知，实施基本结构补偿后，支架潜 在危险截面位于支架两帮中央 ，应进行加强结构补 偿。先对帮部实施加强结构补偿，巷道两帮的最大 弯曲正应力由加强结构补偿前 的 5 1 0 MP a降低到 2 9 5 MP a ，减小量接近 4 2 ％，巷道拱部的正负弯 曲 正应力也大幅度 降低 ，由加强结构补偿前的 2 7 0 MP a降低到 1 2 0 MP a ，支架帮部的弯曲应力分布更 加均匀，降低了局部破坏的可能性。再对拱部实施 加强结构补偿 ，由图 4 f b 可知，巷道帮部和拱部的 f a 结构补偿模型 f b 支护状况 图 3 临涣煤矿东翼轨道石门分析模型及支护状况图 Fi g ． 3 An a l y t i c a l mo d e l a n d s u p p o s t a t e o f e a s t r a i l wa y c r o s s c u t i n Li n h u a n c o a l mi n e R 毯 鲁 {扑 塞 魍 甜一 ～ 一 支架帮部距底板距离／ m a 帮部支架 NN ． b ⋯ ／ ＼ 一 帮部补偿 ／ ＼ 一 偿 、 ． ． ． ． ． ． ”、、 。。 ． 支架拱部与水平方向夹角／ 。 f b 1拱部支架 图 4 结构补偿对支护结构 内弯 曲正应力 的影响 F i g ． 4 I n fl u e n c e s o f s t r u c t u r e c o mp e n s a t i o n o n fle x u o u s n o r ma l s t r e s s i n s u p p o s t r u c t u r e 弯 曲应力进一步降低，但降低幅度有所减小。分析 结果表明，由于拱部的承载能力较高，实施帮部加 0 O O O 0 0 O O 0 0 如 ∞ 如加 m m 加 如 ∞ 3 7 4 8 岩石力学与工程学报 2 0 1 0 笠 强结构补偿可大幅度降低支护结构的弯曲应力，支 架结构稳定性得到大幅度提高，采用结构补偿技术 后，巷道顶板、两帮位移速度在掘进 2 0 3 0 d 后基 本上控制在 1 mm／ d以下，1 ～2个月后围岩基本稳 定，围岩移动变形总量不大 ，围岩移动变形得 到 有效控制，临涣煤矿 东翼轨道石 门的支护状况 如 图 3 f b 1 所示 。 5 结论 f 1 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； f 2 根据支架结构失稳破坏的原因，采取相应 的技术措施 。对于第 1 类支架结构失稳，可采用高 强度且结构合理的卡缆； 3 支架滑移后支架承受载荷极不稳定 ，支架 持续 出现滑移，支架滑移后应重新拧紧卡缆是保持 支架工作过程中具有很高的支护阻力的重要措施； f 4 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 自身 的承载性能不适应巷道 围岩的变形特点，支架的结 构稳定性较差，支架仍然会失稳破坏 ； 5 1根据巷道围岩的变形特点和 u型钢棚基本 支护结构稳定性，采用稳结装置对 U型钢棚基本支 护进行结构补偿，大大提高支护结构的整体承载能 力及其结构稳定性。 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