[00907485]U型钢支架承载能力评定与强化支护技术

所属科学技术领域：矿山支护工程。 主要技术内容：围绕深井巷道出现的U型钢支架批量弯折、大范围扭转翘曲、耳部屈曲等现象，探究支架低阻折损的力学本质，综合运用ANSYS和FLAC3D软件模拟评定支架承载能力，预判支架结构失稳的薄弱点位，形成注浆、壁后充填、锚杆索等耦合受载的强化控制方法。在二维弹性线单元分析基础上，突破了FLAC3D与ANSYS单元内力传输的接口障碍，解决了支架折损分类不清、无定量弹塑性方法、加载方式与约束方式单一、腰耳定位失稳机制不明等技术难题，通过支架三维弹塑性受力计算，发现了支架3D单元的内力分布特征，揭示了跨中、棚脚、肩角部位内力失稳的原因，形成了支架承载评判+锚注充补强+矿压反馈优化的动态支护方法，取得了如下创新性成果： 1、发明了“防突水注浆锚杆”、“可拆卸锚索锁具”、“帮孔锚杆钻机平台”、“充填料浆参量监测方法及装置”等装置与技术，可针对性解决注浆孔突水和封堵不实、固棚锚索不便拆解、帮部造孔质量和效率低下、壁后充填料浆输送堵管等技术难题，实现了支架薄弱点位的协同强化。 2、发现了U型钢支架的七种折损力学机制，提出了ANSYS和FLAC3D组合模拟验算支架承载能力的技术方法，可完成复杂载荷下支架多类约束、面外失稳、耳部翘曲的定量计算和安全评定。 3、研发了浅拱底梁支架、双层棚子壁后充填、全断面浇筑等强化支护技术，实践优化了大断面支架封底闭合、棚腿限位、棚挡补强等结构强化方法，为架-锚-喷-注-充的动态施工和稳定支护提供了保障。 技术经济指标：（1）能力评定由整架挤压实验变革为计算机模拟运算，可实现不同规格支架复杂加载的弹塑性分析，与现场实际实测结果更为吻合，技术评判准确度在80%以上，单架实验周期由2~3天降为1~1.5小时；（2）通过施工方式和结构强化的创新，架锚喷注充各类支护效能总体发挥70%以上；（3）杜绝了巷道掘进突水与冒顶事故，表面位移控制在150~200mm以内，平均月成巷速度提升20~50m。 推广应用及效益情况：发表论文8篇（EI收录3篇），获发明专利5项、实用新型专利1项。三年内，在开滦、郑煤、库尔勒等矿区6个矿井4700余米巷道得到应用，新增计划外产量20.7万吨，新增利税3309.3万元，节支总额202.2万元。通过架型优选、结构补强和动态施工，避免了支架大范围折损，复用次数平均3~5次，巷道维护状况良好。 推动科技进步的作用：研究成果为煤矿支架断面规格设计、架型与棚距选择、薄弱点位补强提供了定量指导和施工方法，确保了困难支护条件下碎裂围岩巷道安全施工和稳定支护，在支架分析、注浆、锚杆（索）固定棚腿、浅拱底梁等方面的系列创新，丰富了深井软岩巷道支护理论与技术方法。