【摘 要】U型鋼作為一種優(yōu)秀的支護(hù)方式應(yīng)用廣泛，文章對(duì)U型鋼支護(hù)的關(guān)鍵性因素做出了分析并應(yīng)用于工程實(shí)例，鹽井二礦軌道石門在受地質(zhì)構(gòu)造影響的煤系地層中采用U型鋼支護(hù)技術(shù)，極大的提高了支護(hù)的穩(wěn)定性，給安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。

【關(guān)鍵詞】U型鋼可縮支架；圍巖破碎；關(guān)鍵要素分析；應(yīng)用

1 引言

U型鋼是一種橫截面積像英文字母“U”的的型鋼，在煤礦支護(hù)中，U型鋼可縮支架是一種被動(dòng)支護(hù)，抗擊巷道中來(lái)自各個(gè)方向的壓力，確保巷道不變形。從理論上分析，其具有良好的力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度；同時(shí)具有良好的韌性性能，初撐力較高，支護(hù)強(qiáng)度大，可多次使用。U型鋼支架作為種有效、合理的支護(hù)形式，符合支護(hù)中“高阻可縮，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定”的思路。

U型鋼支架最佳的受力狀態(tài)是壁后充填密實(shí)后使其均勻受壓，當(dāng)作用于U型鋼支架上的圍巖壓力值達(dá)到一定值時(shí)，支架就會(huì)產(chǎn)生壓縮，使圍巖作用于U型鋼支架上的壓力下降，從而避免圍巖壓力大于U型鋼支架的承載力而使支架破壞。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，靈活地選擇U型鋼支架的型號(hào)、結(jié)構(gòu)形式和棚距，正確指導(dǎo)巷道U型鋼支架的施工，確保其有效、可靠地工作，對(duì)保障復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道施工安全，減少巷道后期返修量，獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，意義重大。

2 工程概況

鹽井二礦軌道石門設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面為半圓拱形，寬5200mm，高4000mm，墻高1500mm；是連接副立井井底車場(chǎng)和-150m水平運(yùn)輸大巷的重要通道，軌道石門依次穿過(guò)嘉陵江組（T1j） 、飛仙關(guān)組（T1f）、長(zhǎng)興組（P2c）、龍?zhí)督M（P2l）、茅口組（P1m）地層，當(dāng)軌道石門掘進(jìn)至龍?zhí)督M（P2l）地層時(shí)，由于該處地層受斷層及其次生構(gòu)造影響，圍巖極其破碎，自穩(wěn)能力極差。

根據(jù)原國(guó)家煤炭部分類標(biāo)準(zhǔn)屬于穩(wěn)定性較差的Ⅳ類圍巖，構(gòu)造影響嚴(yán)重，多數(shù)為斷層影響帶；層間膠結(jié)差，易風(fēng)化剝落或遇水易軟化；結(jié)構(gòu)面發(fā)育，以構(gòu)造裂隙為主，貫通性好，多數(shù)張開、夾泥，咬合力弱，構(gòu)成較多不穩(wěn)定塊體，巖體強(qiáng)度應(yīng)力比為0.5～1.0，巷道能維持穩(wěn)定1～3d，主要失穩(wěn)形式為大范圍冒落片幫，收斂變形速率達(dá)到100mm/d以上。

鑒于該巷道圍巖的實(shí)際情況，對(duì)該巷道采用U型鋼可縮支架支護(hù)，采用“一掘一支”，支護(hù)后對(duì)拱架壁后進(jìn)行密實(shí)充填。

3 巷道支護(hù)參數(shù)及工藝

3.1 U型鋼可縮性支架參數(shù)選擇

使用U29型鋼可縮性支架，4節(jié)棚（2根頂梁，2根柱腿），棚間500mm搭接，250mm柱窩，柱腿“穿鞋”（8mm×150mm×150mm鋼板）；每棚使用6副卡纜，4根φ20mm×1000mm螺紋鋼拉桿，棚間距600mm，使用φ6.5mm、100mm×100mm金屬網(wǎng)。噴射混凝土厚度200mm，強(qiáng)度等級(jí)C20。

3.2 施工工藝流程

巷道掘進(jìn)后，立即初噴50mm C20混凝土，后采用兩根內(nèi)注式單體支柱作為臨時(shí)支護(hù)架設(shè)U型鋼可縮支架并鋪設(shè)網(wǎng)片，后采用矸石對(duì)U型鋼進(jìn)行壁后密集充填，充填完成后進(jìn)行復(fù)噴漿，噴射厚度150mm，強(qiáng)度C20。

4 影響U型鋼性能的關(guān)鍵要素分析

4.1壁后充填

由于該處巷道圍巖為Ⅳ圍巖，巷道掘進(jìn)后，成型極差，雖經(jīng)過(guò)一次初噴砼，但巷道和U型鋼支架之間存在間隙，根據(jù)U型鋼受力分析，空頂和空幫會(huì)使支架受力狀況變化， 使U型鋼支架承受集中荷載和偏心荷，造成支架的承載能力降低，影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；支架壁后空間的存在使巷道圍巖松動(dòng)范圍擴(kuò)大，圍巖穩(wěn)定性降低，加大了作用在支架上的荷載，加劇了巷道圍巖的變形，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞，這也是促使其較早破壞的主要原因。所以，對(duì)U型鋼支架壁后進(jìn)行有效地充填，確保支架與圍巖緊密接觸，使支架和圍巖在強(qiáng)度、剛度和結(jié)構(gòu)上耦合，對(duì)于提高U型鋼支架的承載能力，保證其具有可縮性有著重要作用。

4.2 架間拉桿

架間拉桿將各U型鋼支架連接成一體，防止支架歪斜，大大提高支架的穩(wěn)定性和承載能力；同時(shí)，由于拉桿位置的統(tǒng)一，對(duì)U型鋼的架設(shè)質(zhì)量也有促進(jìn)。

4.3 U型鋼卡纜

U型鋼卡纜作為U型鋼支架的定位，要求受力高、安全穩(wěn)定、堅(jiān)固耐用， 29U型鋼可縮性支架卡纜的平均工作阻力要求不低于140kN。目前，我國(guó)的U型鋼支架卡纜普遍采用緊固式卡纜，卡纜螺母扭矩較低，嚴(yán)重影響了支架接頭摩阻力，從而降低了支架的支撐能力。因此，采用大力矩動(dòng)扭矩扳手，使卡纜螺母扭矩達(dá)到正常值，可以進(jìn)一步提高支架接頭的摩阻力和支架的支護(hù)性能。

4.4 柱腿“穿鞋”

U型鋼架設(shè)受力后，會(huì)向底板傳導(dǎo)，并出現(xiàn)下沉，拉斷架間拉桿，所以必須增大U型鋼支架與地板的接觸面積，顯著降低壓強(qiáng)，防止“鉆底”，必要時(shí)，可對(duì)柱腿下部進(jìn)行整體焊接，確保支架穩(wěn)定性。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）U型鋼可縮支架的初期投資較大，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)效益看，穩(wěn)定性較好，支護(hù)好，后期維修量少，具備經(jīng)濟(jì)性。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選擇合適的U型鋼支護(hù)參數(shù)極為重要，合適的支護(hù)參數(shù)利于其充分發(fā)揮支護(hù)性能。

（3）U型鋼的壁后充填是U型鋼支護(hù)技術(shù)成功與否的關(guān)鍵，只有密實(shí)的充填方能保證U型鋼的支護(hù)效果。

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