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U型钢支架破坏形式和原因分析
近l0年来，U型钢支架以其具有较高的初撑力， 增阻速度快，支护强度大
和具有一定的可缩性等优点．而被r'-泛应用在鹤壁各矿的主要巷道和软弱围岩地段，在延长巷道的服务年限中，起着愈来愈重要的作用。但同时又因为它架设技术要求高．重量大，架设困难．更主要是因为造价太高而限制了它的进一步发展利用。加上地下条件复杂，矿山压力大等原因，使u型钢支架受到不同程度的损坏．甚至失去作用。因而，合理有效的应用和维护，对延长u型钢支架的使用寿命、减少巷道的翻修时间、翻修次数、大量节省巷道维修资金具-N重要的意义。 1基本情况
鹤壁五矿三水平轨道下山位于五矿北翼采区．为联系三水平的3条主要下山之一。该下山处于正在开采的= 煤底板岩石中，岩性以中粒砂岩为主，部分地段为砂质泥岩。该矿砂质泥岩属于软岩类，尤其是在风化和水的侵蚀下，破坏速度很快。在其上方布置有3202．32043206等工作面，其中3：2134工作面已经结束，3202和3206工作面正在回采。三水平轨道因其埋探较大，部分岩石岩性较差和受采动影响等原因，巷道两帮和顶底板相对位移量大，-~A5形严重．给三水平的正常运输带来困难。在1995年架设的工字钢和u型钢支护．现又遭损坏。其中3204段破坏较轻，3202段次之，3206段破坏最重，大部分支
架已失去作用。2 U型钢支架遭受破坏的主要形式及原因在三水平轨道下山的翻修中，通过对各段u型钢支架破坏情况的仔细观测和分析，其破坏形式和原因主要有以下3种。
2．1柱腿的L形破坏
柱腿部位遭受强大的压力，在一侧或两侧发生L形弯曲变形，甚至在弯曲处发生断裂现象，俗称“下跪腿”。这种现象的产生使柱腿上部分随之向巷道中间移动，缩小了柱腿与顶粱接口到巷道中心的距离，使顶粱两侧在上部荷载的作用下，沿柱腿凹槽向下滑动，从而造成巷道围岩位移增大，断面收缩。以这种形式破坏的u型钢支架，主要发生在潮湿的砂质泥岩处，该处或有水流通过，或在导水小断层附近。
分析其破坏原因为：该处岩石为软弱泥岩．具有吸水膨胀、降低甚至丧失承载能力的特性(曾傲试验，这种岩石在地面通风和潮湿的地方，一个月左右就会因受侵蚀而松散成一堆，体积膨胀为原来的几倍，承载力大大降低)。当有水流通过时．岩石吸水膨胀．产生巨大的变形能，迫使柱腿向巷道中间阻力较小的或没-N阻力的地方移动。如果柱腿栽得较牢而上部又受到顶梁的牵制时，就会使柱腿被掩埋的以上部位发生变形，柱腿伸长弯曲，直至变成L形状，使支架受到损坏。
2．2顶梁一字形和v形破坏顶粱在上部均布荷载的作用下．沿柱腿上凹槽向下滑动，至一定部位．因受到柱腿和卡子的限制而不能再滑。此时顶粱受上部围岩压力。使顶梁拱部发生位移。轻微者会使顶粱扁平，严重者则使之呈现出轻度的V形。而且这种变形还可能将压力传递给柱腿。在顶粱与柱腿接口处形成压力集中，使之开裂破坏。通过分析发现，这种形式的破坏主要发生在受上部采煤工作面影响较大的地段。上部工作面采动时，产生采动地压．其峰值为静压时的3～
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5倍．加之跳采形成的2个移动着的应力叠加区的影响．从而导致支架长时间处在压力增高区内．荷载愈来愈大。U型钢支架因顶粱承受巨大压力而发生变形，拱部变成一字形，严重的使之变成平缓的v形。
2．3 u型钢支架的s形和磺粱的桃形破坏在整修巷道时，我们还发现，部分钢支架发生整体变形，呈不规则的歪s形，或顶粱被向上方、支架的一侧挤出，呈现各种桃形，且这种破坏形式随机分布在巷道各处。我们分析认为，这种形式破坏的直接原因是支架没有受到均衡载荷或虽受到均衡载荷而支架两腿之间存在力偶矩。间接原因是架设支架时没有控制好架设质量。架设u型钢支架后，支架受力而产生变形。如果此时有空帮、空顶现象存在，支架变形就会向不受阻碍的空帮、空顶处发展，久而久之，就会把该处挤出，形成各种各样的桃形。如果在架设钢支架时，出现迈步现象，会使支架在两侧受压形成力偶，造成支架整体发生扭曲，成不规则的S形。
3各种变形破坏的处理方法根据u型钢棚不同的变形破坏形式及原因分析．我们采娶了相应的措施和治理办法，收到了良好效果。(1)对于第一类柱腿下跪成L形的破坏，可采取喷射混凝土封闭围岩的方法，将该处的软弱、易受风化和流水浸蚀的岩面与外界隔离开，尽可能
地保持围岩的原来特性。如果有水流通／at或附近有小的导水断层，则首先要处tN_好水的问题，例如适当降低混土的7Y-；N比，挖引水沟等方法，减少或去掉水的影响，然后再喷射封闭，保养几天后就可pA~e-设u型钢支护结构。(2)x4于因为受采动影响，围-N-流变不止而造成的支架破坏，可以架设巷道人工卸压支护结构。即利用人工方法，定期对支架卸压，从而维持钢支架的正常使用。具体做法：在设架u型钢支架壁后，铺设一层孔距为lOO tara
×100 nm．直径6珊【I1的钢筋网背板。在支架与围-N-2：问预留3∞～4OOnm的间隙，用编织袋包装碎石充填其间，使支架均衡承载。当支架所受载荷接近支架的极限承载能力时，人工溢出编织袋中的碎石，使支架卸压。这种支~e-g．J人工卸压方法可以弥补现有支架的可缩量的不足,使支架在强度极限范围内工作，翻修周期得以延长，取得了较为理想的支护效果和经济效益 .
(3)对于由于第三种原因造成的支架变形和破坏，处理起来较为简单，只须加强对架设支架的质量监管即可要求井下验收人员加强责任心，把好质量关，在架设支架时或架设支架后，对支架认真进行如下检查：①粱、腿接口处是否严密吻合；②梁腿接口及棚腿两端至中线的距离；③支架有无歪扭、迈步，前倾后仰现象；④支架帮、顶是否按规定背紧背牢。如果发现上述几方面存在质量问题，应组织人员重新整修至台格为止。通／at严格把关。这类情况的发生是可以防止的。
