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浅拱底梁支架底鼓控制技术研究(2)
时间：2015-10-22 11:44 文章来源：http://www.lunwenbuluo.com 作者：刘建庄\杨忠东2，刘树 点击次数：
敏感，弯曲应力所占比重较小。该类加载条件下，空间失稳特征值均低于面内失稳，固定约束下屈曲时浅拱载荷集度平均为127.6kN/m，深拱为41.4kN/m，绞约束下二者分别为121.7kN/m和46.6kN/m，可见空间失稳是最危险的底梁变形折损型式，浅拱较深拱更趋稳定。此外，对底梁采取纵向限位以加强空间稳定，可提高其屈曲特征值和抗压能力。
梁端加载水平集中载荷1kN、跨中限位且梁端滑动约束下，2种底梁的正应力极值点均位于跨中，浅拱极值应力4.26?6.51MPa(94%~96%源于弯曲)，深拱极值应力8.76?13.3MPa(97%~98%源于弯曲)。
在水平挤压作用下，底梁弯曲受力为主要承载模式，弯矩与应力随着矢高的加大线性増加，浅拱底梁优越的抗水平变形能力显而易见，较深拱更能控制剪切滑移底角的内移。该类条件下面内失稳与空间失稳的特征值相差不大，影响支架承载能力的主导因素为屈服强度。
图4显示了SR400和DR800这2种底梁在不
同加载条件下的应力分布状况。图中显示，浅拱底梁危险截面的分布点位于跨中，深拱则位于过渡点或跨中，这些部位是耦合支护中予以强化的重点。后者的极值应力分布范围较前者集中，这说明深拱底梁承载中，更大范围的钢材强度没有发挥，特别是均布载荷下搭接部位的集中受力非常突出。
3工程应用
开溧林南仓矿设计能力1.2Mt/a，-650m轨道石门、-650m回风石门是贯通南部区域的重要工程，因地应力较高(第一主应力21.1MPa)且方向与石门正交，围岩岩性软弱，巷道掘进后，煤8以上及穿煤段以水沟内翻为特征发生剪切滑移型底鼓，煤8至煤12间部分泥质软岩段因蒙脱石含量高，有小构造导通煤5顶板砂岩水，发生遇水膨胀型底鼓。巷道施工以来，大量人力消耗在底鼓清挖及帮顶刷扩上，先后尝试锚(索)喷-注、密集支架、全断面浇筑等支护技术，但综合成本、施工效率或支护效果不够理想，这为浅拱底梁的现场应用提供了比对条件。
试验点位于-650m轨道石门的煤12至煤6段，其中可判定为剪切滑移型底鼓段累计265m(穿煤段40m、煤8顶120m、煤8底105m)，煤8底遇水膨胀型底鼓段86m。采用锚-架-充-注联合支护(图5)，施工过程为:迎头破岩后020mmxi2000mm的HR350右旋螺纹钢锚杆临时护顶并初喷，间排距800mmx600mm；紧跟迎头扶13.36m2的29U棚，棚距600mm；随复喷进行支架壁后喷浆充填，充填层厚度300~400mm；而后预埋规格020mmxi1800mm注浆锚杆，铺底梁、浇筑地坪；滞后迎头30?50m进行全断面注浆，帮顶注浆压力1.5~2.5MPa，底板注浆压力2.0~3.0MPa。此夕卜，煤12至煤8间还试验了锁腿锚杆和帮部锚索补强，锁腿利用大卡缆一腿两杆，棚档间补打015.24mmx_L5300mm锚索。
为期200余天十字断面法表面位移观测表明：剪切滑移型底鼓段两帮和顶底收敛不超过265mm，帮部变形稍大于顶底变形，底鼓量不超过150mm，长期收敛速度在5mm/d以下。截至2012年12月，该矿采用封闭的浅拱底梁支架，结合锚-喷-充-注，顺利穿越了煤12至煤6间的高水平应力泥质软岩和煤体，后期在-650m西大巷、-850m回风斜井的二次修复中推广了浅拱底梁，均取得了较好的工程效果。
但是，在局部淋水量较大的构造切割段，特别是煤9顶(25架棚)和煤8顶(31架棚)处，巷道底鼓为典型的遇水膨胀型，全断面底鼓量达400?600mm，造成上方轨道扭曲偏转，被迫撤除底梁，因涉及上方铁轨移除而一度造成了迎头运料的中断，后期修复极为困难。可见：浅拱底梁支架结合壁后充填、锚杆(索)和注浆等形成联合支护，对于剪切滑移型底鼓造成的巷道失稳有较好的工程效果；但在遇水较为充分的膨胀性软岩中，因底梁抵抗垂直变形能力有限，工程效果不佳，盲目应用会给后续工作带来极大困难。在-650m轨道石门的同层位巷道中，采取底板锚注、预留变形量或整体浇筑，很好控制了遇水膨胀型底鼓的发展。
4结论
1)针对深拱支架在加工、施工和安装等方面的缺陷，开发设计了两节式浅拱底梁，摸索了焊接卡缆实现梁腿搭接的方式，为保障底梁规格质量设计应用了简易焊接台，浅拱底梁具有对底板、棚脚变形的双向控制力，其水平限制力更为明显。
2)分析了支架承载力计算方法，采用ANSYS12.1模拟了单位载荷下浅拱底梁、深拱底梁的内力变化特征和极值点分布状况，开展屈曲特征值计算。均布载荷下，浅拱结构最大承载部位因约束方式不同而分别位于梁端或跨中，深拱则为梁端或过渡点；较之深拱，浅拱底梁应力受矢高变化影响更为敏感，弯曲应力所占比重较小，空间稳定性更强。在水平挤压作用下，底梁弯曲受力为主要承载模式，弯矩与应力随着矢高的加大线性増加，浅拱底梁抵抗水平变形能力远远优于深拱底梁，因而更适合对于剪切滑移底角的控制。
3)以开溧林南仓矿的软岩巷道为背景，实践了浅拱底梁支架为主的锚-架-喷-充-注联合支护。在剪切滑移型底鼓治理中，浅拱底梁的结构优势更能发挥，取得了较好的工程效果；而蒙脱石含量较高的膨胀型围岩中，因底鼓膨胀力超过了底梁竖向承载极限，控制效果不佳，盲目应用可能给后续维修带来极大难度，需要采取底板锚注、预留变形量甚至整体浇筑才能实现稳定支护。
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