架设U型钢（精选八篇）
架设U型钢 篇1
1 概况
二一下山采区泵房位于二一下山采区, 用于服务二一下山采区和二二下段采区排水。巷道设计断面为半圆拱直墙, 原支护方式为锚网 (索) 喷+钢筋梯联合支护, 净高5.45m, 净宽5.3m, 腰线以上1.8m起拱, 长度74m。二一下山采区泵房, 因顶板岩性破碎、淋水, 出现顶板离层、开裂现象, 导致顶板出现局部冒顶, 冒顶范围:通尺22m~26m处、高约4m、宽约4m, 受冒顶影响, 冒顶区以里约15m巷道变形严重。
2 二一下山泵房冒顶的原因分析
二一下山采区泵房在修理过程中, 顶板的矿山压力活动过程中发生较大程度的变形, 先是沿着顶板节理出现裂隙, 产生离层现象, 顶板淋水逐渐加大, 围岩松动圈越大越难支护, 发生冒顶的原因很多而较多的是现场管理不当所造成的, 如果巷道支护质量有缺陷, 顶板管理不当, 压力继续增大岩石超过弹性变形极限这样就会出现片帮、断裂、跨落、或者局部冒顶的事故。
3 锚网索喷联合支护机理
自稳隐形拱理论表明受压体即使被破坏在挤压状态下仍具有一定的承载能力。对岩体内部造成压缩带的是锚杆支护, 这个压力拱起载荷结构作用, 在初期由于“悬吊”巷道上部软弱岩体导致离层、冒落、裂缝等现象, 其后期基于应力的作用下, 围岩因受到隐形拱和围岩爆破时的原生裂缝经喷浆后得以补强, 这就是使锚杆不一定要锚固到稳定坚固岩层之中的原因就在于在锚杆群的作用下也能够形成足够厚的挤压加固拱, 起到良好的支护作用。2#煤层主要顶板类型是粉砂岩, 便于半煤岩巷道的施工。2#煤层相对较薄为了加大围岩体支撑能力需要依靠锚杆 (索) 挤压加固与悬吊原理, 通过钢筋梯、金属网、喷射砼对-煤层-岩体进行有效锚固, 使每层与岩体成为一个整体结构, 这样在承受上部围岩压力同时还能承受自重能力, 同时使用金属网、喷射混凝土、钢筋梯、可以防止顶帮掉矸、片帮现象的出现。见加固作用图1。
4 U型钢可缩性支架、浇筑砼及喷浆联合支护巷道
采用架设U型钢可缩性支架、浇筑砼及喷浆联合支护巷道。架设位置:泵房内除去配水井、吸水井的巷道, 全断面架设。巷道净断面:宽4.6mm, 高5.1m, 喷浆厚度以覆盖U型钢支架的实测厚度为准。
U型钢施工说明:1) 施工前, 先加固维护冒顶区10m以外的巷道, 在原锚索之间再补打锚索, 原巷道锚索间距1.4m, 排距1.2m。补打锚索采用平行交叉布置, 即在原四根锚索中间补打一根锚索, 如果条件发生变化, 可根据现场实际情况, 对锚索位置进行调整。2) 锚索布置:顶部2组, 右肩、右帮各补打一组, 共计4组, 每根锚索依次装入1卷CK2360、2卷Z2360树脂锚固剂进行锚固。沿巷道方向, 每2根锚索用1根长2400mm的11号工钢作为托梁, 托梁外加装长300mm的16号槽钢, 用锁具压紧压牢, 锚索预紧力不小于100k N。3) 顶板加固部分, 预计补打8排锚索, 外部5排锚索规格Φ17.8mm×6500mm, 靠近冒顶区位置3排锚索规格Φ17.8mm×10000mm。
5 现场矿压观测
5.1 观测内容及方法
1) 观测内容。a.顶底移近量、水平移近量、顶板下沉量、底臌量及锚杆受力测试;b.巷道松动范围测试;c.观测断面及周围片帮、底臌、顶板下沉等观测和描述。
2) 观测方法及手段。a.移近量观测采用正交“+”字法布点法, 观测断面根据地质条件而设, 顶板基点以顶板锚索为准, 底板及帮基点为400~600mm木楔, 用铁锤打入, 用钢卷尺量测。要求设置基点处顶板和两帮支护完好, 底板平整, 便于观测, 因观测周期长, 还要注意基点安置坚固。b.观测断面片帮、底臌、顶板下沉、支架变形等观测和描述。
5.2 测站的建立
二一下山泵房每隔10m建一个观测站, 观测表面位移及顶板受力变化。松动范围测试根据现场情况而定。
5.3 效果
通过巷中每7个的矿压观测点观测, 巷道变形不大 (见表1) 。顶板最大下沉量10mm, 两帮最大移近量15mm, 仅局部片帮, 顶板裂开细缝、掉壳, 虽底鼓明显 (期间两次起底) , 但一直保证泵房正常使用, 安全、经济效益良好。
6 结束语
顶板管理不当, 巷道支护质量不好岩石压力超过弹性变形极限出现断裂、片帮等局部冒顶事故所以只有只有在巷道围岩变形稳定后, 方可组织巷修, 架设U型钢增加巷道的支护强度, 控制巷道围岩的变形。也可以在同一巷道中采用多种支护形式, 达到技术可行、安全可靠、经济合理, 以保证使用防止安全事故的发生。
摘要：近年来我过煤矿安全事故频发, 采煤工作面顶板事故, 巷道顶板事故占死亡事故比重较大。U型钢可缩性支架是广泛应用于矿山巷道的一种支护方式, 本文对二一下山泵房冒顶的原因分析, 采用架设U型钢可缩性支架、浇筑砼及喷浆联合支护巷道, 控制巷道围岩的变形, 进而提高矿井的安全生产和经济效益。
关键词：U型钢可伸缩性支架,力学模型,巷道支护设计
参考文献
[1]陈炎光, 陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1994.
专业生产U型钢厂家 篇2
所谓专业U型钢生产厂家，就是说不仅做工专业，而且质量、技术也必须达到标准。多少厂家能做到？有很多朋友都推荐鹏杰伟业冷弯有限公司。既然该厂家如此受欢迎，那肯定是不一般。
天津鹏杰伟业冷弯有限公司的厂房处在钢材基地，投资过了千万，总占地面的是12000平方米。它濒临京沪高速与104国道，水、陆交通都非常便利。生产U型钢在如此优越的环境里，这种厂家确实不多见。只有这就能说明专业吗？当然不止这些。
没有先进的技术，能成为专业吗？天津鹏杰伟业拥有10条全自动冷弯型钢生产线，8条半自动冷弯型钢生产线。只要把相关数据调控好，就可以自动生产U型钢。而且产出的钢材质量好、无瑕疵、角度直。而且每年生产、加工钢材大7万吨，产品远销世界多国国家和地区。
那它是专业的生产厂家吗？这个毫无疑问。天津鹏杰伟业冷弯有限公司是一家专业生产U型钢、C型钢、Z型钢、带钢、镀锌U型钢、镀锌Z型钢等冷弯型钢厂，生产U型钢采用的是轧
一、仁通、岐丰等集团的优质带钢，且公司已通过了ISO9002：2000国家质量体系认证。
大断面巷道U型钢支架屈曲特性分析 篇3
迄今, 众多学者对型钢支架的屈曲特性进行了研究。程鹏[2]对圆弧拱在各种载荷作用下的屈曲进行了线性精确解分析, 并求出了圆弧拱在几种载荷作用下的平面内反对称失稳的临界载荷;刘建庄等[3]引入了U型钢支架偏纵向受力的三维模型, 研究了29U型钢支架局部屈曲破坏的力学机制。众多学者在钢支架屈曲方面取得的大量成果对钢支架的研究和设计具有重要的指导意义[4,5]。为了解决巷道变形收缩后使用空间不足的问题, 林南仓矿采用六种新型大断面U型钢支架, 由于对六种支架的屈曲特性尚不明确, 本文基于林南仓矿大断面U型钢支架, 利用ABAQUS有限元软件, 采用线性屈曲分析对比六种新型大断面U型钢支架的屈曲特性, 为U型钢支架的优化提供一定的参考。
1 线性屈曲分析原理
进行线性屈曲分析目的是寻找分歧点, 评估结构的稳定性。在线性屈曲分析中求解特征值需要用到屈曲载荷因子和屈曲模态。
线性静力分析中包括了刚度矩阵[S], 它的应力状态函数为: ([K]+[S]) {x}={F} (1)
进行线性分析时, 可以对载荷和应力状态乘上一个常数, 此时: ([K]+λi[S]) {x}=λi{F} (2)
在一个屈曲模态中, 位移可能会大于{x+ψ}而载荷没有增加, 式 (2) 可进一步化简为: ([K]+λi[S]) {ψi}=0 (3)
式 (3) 就是在线性屈曲分析求解中用于求解的方程。结构屈曲的临界载荷可表示为:
式中, [K]为线性的小位移刚度矩阵;P为结构屈曲的临界载荷;[S]为结构总体的几何刚度矩阵;PQ为作用载荷;λi为屈曲特征值或屈曲载荷因子;{ψi}为屈曲模态。
另外, 为了得到正确的值, 作用载荷PQ的值是任意的, 如果PQ发生变化, 由式 (4) 求出的λi也会相应地发生变化, 它们的乘积保持不变。屈曲分析中有很多屈曲载荷因子和模态, 但是由于低阶模态是发生在高阶模态之前的, 前几阶模态的研究更有意义。
2 U型钢支架模型建立
2.1 支架设计
林南仓矿新型大断面U型钢支架包括三心拱和半圆拱两种断面形式, 断面面积从15m2~25.5m2, 具体参数见表1, 各部位对照U型钢支架断面设计如图1所示。
2.2 模型建立
林南仓矿大断面U型钢支架采用U29型钢, 弹性模量为210 GPa, 泊松比为0.3, 屈服强度为335MPa;采用solid实体单元, 约束条件为两端架腿固定约束, 各节U型钢之间, U型钢与卡缆之间均为绑定约束。在进行均布压力下支架的屈曲分析时, 施加1 MPa的均布荷载, 如图2所示。
3 数值模拟
利用ABAQUS有限元软件, 建立林南仓矿大断面U型钢支架的计算模型, 通过数值计算, 对比分析林南仓矿六种大断面U型钢支架在均布压力条件下的屈曲性能。
三节半圆形大断面U型钢支架在均布压力下的屈曲模态如图3所示。在一阶和二阶模态下, U型钢支架发生单向弯曲变形, 在三阶模态下发生扭转变形, 而在四阶模态下变形更加复杂。经过对其余五种U型钢支架的屈曲模态的分析表明, 屈曲模态展现出与三节半圆形大断面U型钢支架相似的特性。
六种大断面U型钢支架在均布压力下的屈曲载荷因子见表2。从表2中看出, 三节大断面U型钢支架的屈曲载荷因子最大, 五节大断面U型钢支架的屈曲载荷因子最小, 即随着U型钢支架断面面积的增大, 其屈曲载荷因子会减小。对比分析半圆形与三心拱U型钢支架, 相同断面面积的三心拱U型钢支架的各阶屈曲载荷因子要比半圆形U型钢支架的大, 即半圆形大断面U型钢支架更容易发生屈曲失稳。
4 结论
(1) 半圆拱和三心拱六种不同大断面U型钢支架在均布压力作用下的屈曲模态相似, 但从屈曲模态载荷因子上的差别来看, 断面面积较大的U型钢支架比断面面积较小的抗屈曲性能低, 即随着断面面积的增大U型钢支架的稳定性降低。
(2) 在均布压力作用下, 当支架的断面面积相同时, 三心拱U型钢支架的屈曲载荷因子比半圆形U型钢支架的屈曲载荷因子大, 更不容易发生屈曲失稳。
摘要：为了研究架型对型钢支架屈曲特性的影响, 以林南仓矿六种大断面U型钢支架为研究对象, 利用ABAQUS有限元软件, 模拟分析了U型钢支架在均布压力下的屈曲特性。数值模拟结果表明:在均布压力作用下, 断面面积较大的U型钢支架稳定性较差;对比相同断面面积的U型钢支架, 在均布压力作用下, 三心拱U型钢支架的稳定性要高于半圆形U型钢支架。
关键词：U型钢支架,屈曲载荷因子,屈曲模态,稳定性
参考文献
[1]郑西贵, 等.基于ANSYS的U型钢反拱梁承载性能及稳定性分析[J].采矿与安全工程学报, 2015, 32 (3) :459-464.
[2]程鹏.两铰圆弧拱非线性弯曲理论和弹塑性稳定[D].杭州:浙江大学, 2005.
[3]刘建庄.U型钢支架偏纵向受力及屈曲破坏分析[J].煤炭学报, 2011, 36 (10) :1647-1652.
[4]韩庆华, 等.工程结构临界屈曲的临界荷载分析[J].天津大学学报, 2005, 38 (12) :1051-1057.
架设U型钢 篇4
由于在煤矿开采当中一些地质条件较为复杂的巷道, 在巷道当中压力分布不均, 加之U型钢支架结构之上的问题, 进而导致其承载力不高, 遭受破坏较为严重, 最终无法保障生产的安全性和稳定性。要保障支护的安全性和稳定性, 不仅需要提高支护的强度, 而且也要求结构稳定的支架进行支持, 提高承载力和降低破坏。因此进行结构稳定不足的因素分析, 以及对于控制技术的研究非常有必要。
1 稳定性缺乏的因素分析
1.1 纵向拉杆
使用纵向拉杆可以有效的将纵向之上的支架连为整体, 防止支架在使用过程当中出现歪斜现象。并且其能够有效的保障支架稳定性, 以及提高整体承载力。一般情况, 每节的构件之上会安装两根拉杆。
1.2 壁后充填
在此将古城煤矿当做实例, 通过观测数据可以知道, 变形之初内顶板的下沉量是两帮移近量的四倍以上, 即顶板的下沉量是单侧帮内移量的八倍以上。这组数据说明, 支架所承受的载荷均匀分布在巷道周边。根据有关资料显示, 当载荷的分布均匀之时, U型钢支架整个结构的最大承载力超过均匀载荷的二分之一。由此可见, 如果载荷的分布不够均匀, 则容易导致结构遭受破坏, 稳定性低。针对载荷分布问题, 进行壁后充填能够有效的解决这个问题。经过充填之后, 提高了支护的阻力, 同时有效的加大了承载力度。并且通过壁后填充之后, U型钢支架整体结构的承载力大大提高, 达到之前的三倍左右。
1.3 卡缆
U型钢可缩性支架在强度范围之内工作之时, 其的强度并不决定工作阻力, 而是受到接头处的摩擦阻力影响, 卡缆的锁紧程度决定了摩擦阻力。目前的U型可缩性支架, 通常使用的卡缆是螺栓紧固式的。因为缺乏专用动力扳手, 卡缆螺母扭矩一般在两百以下。这就相应的降低卡缆锁紧度, 同时降低工作阻力。通过多次的实践印证, 要充分发挥支架的支撑力, 就必须将工作阻力提升, 当其达到上限的50%左右之时方能保障支架的稳定性。因此在提高支架结构的稳定性之上, 必须提高卡缆摩擦力。
2 控制技术分析
2.1 支架滑移后其承载特性和稳阻技术
通过对六架进行试验, 并且充分考虑了地质因素等各方面的影响因素。如图1所示是试验模型。
实验所用的支架是三节U36直腿拱形支架, 相邻节搭接长度是500mm。同时在搭接处使用三付双槽夹板卡缆, 在接头的上下分别使用了相应的限位卡缆, 预紧力矩超过300N·m。均匀的布置在支架周边十二个千斤顶, 每个千斤顶皆是50t液压型, 与此同时使用了MCJ 25型液压枕进行实际载荷的跟踪监测。在巷道的底板使用的是单体液压支柱配合柔性枕木模拟。在实验当中进行均匀加载, 与此同时进行千斤顶的加载, 将每个液压枕的读数增加1MPa。如图2所示, 是支架在工作当中的特性图。
从图中可以看出, 在初期的加载当中, 支架的载荷几乎是直线上升趋势, 由于支架发生了变形, 所以整体结构也会受到影响, 导致在各加载点的支架实际承受载荷和施加的载荷不相符。在承受相对载荷较大的是支架拱部, 承载较小的是帮部及其肩部。当载荷达到5MPa左右时, 出现了支架的初次滑移。将卡缆螺母拧紧之后, 继续加载, 在之后的整个过程当中发现整个支架的承载不稳, 出现持续的滑移现象, 左右滑移量不对称。通过整个试验可知, 要提高支护的阻力, 在发生滑移之后必须立刻将卡缆拧紧。
2.2 U型钢支架结构承载技术
为了保障承载的均匀性, 可以进行壁后填充工作或者壁后注浆。进行壁后注浆, 其作用和壁后填充相似。壁后注浆和壁后填充相比, 可以在成巷之后进行, 有效的简化施工, 提高了工作效率, 同时这种方式由于较为简单技术人员掌握十分便利。并且浆液的扩散性良好, 在注浆当中是可以深入围岩, 在一定程度之上使得破碎岩体得以加固。在提高整体承载力的同时, 无论是使用壁后注浆, 还是壁后填充, 都要求支架的整体承载性具有极高的适应性, 才能够最终保障稳定性。
2.3 结构补偿技术
在进行结构补偿技术之时, 需要考虑两个方面的内容:第一, 由于支架抗侧压能力差, 在高应力破碎软岩巷道之中的底臌十分强烈, 所以需要针对底脚进行补偿。在底脚做基本结构补偿之时, 需要尽力与底板靠近。第二, 充分考虑外部因素, 并且以此决定进行基本补偿, 或者进行加强结构补偿, 直到符合相关要求方能停止补偿。
3 工程实例
以下以临涣煤矿东翼轨道石门为实例进行分析。结合当地的各方面的实际情况, 使用了高强度的双槽夹板限位卡缆以及进行壁后注浆、结构补偿。在帮脚进行了基本补偿, 如图3所示, 图中的BCC是进行基本结构补偿的锚索, ICC则是加强补偿的锚索。
从图4可以看出, 在进行了基本补偿之后, 支架之上的潜在危险截面位于支架的两帮中央, 针对这种情况应该转基本补偿为加强补偿。在进行加强结构补偿之时, 首先针对帮部进行, 保障两帮的最大弯曲正应力有所降低, 从之前的510MPa降至295MPa, 确保减少量在42%左右。与此同时, 拱部正负弯曲正应力也大幅度降低, 从270MPa降至120MPa。将弯曲应力均匀分布在支架帮部, 避免局部破坏。结果表明将拱部和帮部进行了加强结构补偿之后, 能够有效的提高U型钢支架整体结构的稳定性。通过结构补偿, 在两个月左右之后发现, 围岩移动变形情况被有效控制。
4 结语
综上所述, U型钢支架结构整体稳定性不高, 主要是由于其承载力不均匀分布, 进而导致支架受力不均, 在支护当中无法发挥良好的实际效用。加之结构本身的不足, 比如卡缆问题等。这就要求在实际的运用当中要均匀分布承载, 同时及时的调整卡缆锁紧程度, 并且进行壁后填充或者壁后灌浆, 以及相应的结构补偿。以整体提高支架的稳定性, 确保其工作的有效性和安全性。
摘要：针对围岩的强力变形情况, 不仅需要提高支护的强度, 同时必须保障支护的稳定性。目前在我国的煤矿巷道当中, 尤其是在软岩之上的支护问题较为严峻, 在整个支护过程当中, U型钢支架遭受破坏的情况十分严重。导致此种情况的发生主要有两个方面的因素, 即内在因素和外在因素。具体说来就是岩层的压力以及U型钢支架结构存在的问题。以下主要针对不稳定的因素和对策进行了分析。
关键词：U型钢支架,稳定性,控制技术
参考文献
[1]经来旺, 姜清, 刘宁, 吴赟杰.极松散煤层巷道U型钢支架的数值模拟与分析[J].煤矿开采, 2012, 06:48-51.
[2]张宏学, 姚卫粉, 王运臣.深部软岩巷道U型钢支架承载能力增强技术[J].煤炭科学技术, 2013, 05:39-42+46.
[3]周俊帆.柔刚性U型钢支架控制宁庄井软岩巷道变形应用研究[D].河南理工大学, 2010.
架设U型钢 篇5
河北钢铁集团宣钢连轧中型生产线的设计产品为角钢、槽钢、圆钢、工字钢和矿用U型钢, 全线采用13架高刚度短应力线轧机, 实现了无扭轧制, 具有国内先进水平, 该生产线的设计年能力为70万吨 (具有80万吨年生产能力) , 成品最大轧制速度为5m/s。该生产线采用国内成熟可靠的先进工艺技术与装备, 达到国内先进水平, 以满足优质产品的生产需要, 设备全部为国产先进设备。
宣钢连轧中型生产线投产后陆续开发了φ50~φ110共计十四个规格的圆钢, 16#、20#两个规格槽钢, 8#~20#十二个规格的角钢, 25#、29#、36#三个规格矿用U型钢。
2 生产工艺流程及主要设备
2.1 生产工艺流程
宣钢连轧中型生产线的生产工艺流程为:加热炉加热→粗轧机组轧制→1#飞#剪切头→精轧机组轧制→2#飞剪倍尺分段→冷床冷却及矫直机矫直→冷锯机锯切→码垛机堆垛→打捆、挂牌、入库。
2.2 主要设备
宣钢连轧中型生产线的主要设备为双蓄热汽化冷却步进式加热炉一座;全线13架高刚度无牌坊短应力线轧机, 其中粗轧机组5架 (Φ800×3+Φ700×2) ;精轧机组8架 (Φ700×8) , 均由交流变频电机单独传动;飞剪两台;悬臂辊式矫直机两台;冷锯三台;型钢自动堆垛装置2套和。
3 存在的问题
宣钢连轧中型生产线于2009年开始开发矿用U型钢, 首先是U25型钢, 使用的坯料为200m m×285m m×9900m m连铸坯, 成品总长度为184m左右, 需使用2#倍尺飞剪对成品钢进行分段。
宣钢连轧中型生产线在开发矿用U25型钢时, 因成品形状为异型, 在使用平剪刃进行倍尺剪切分段过程中随着剪刃的闭合U型钢的两条腿被压扁, 切口部位被压平成为直线。而后续矫直工序中因孔型也是异型, 导致U型钢成品头部不易咬入矫直机, 生产时被迫采用人工氧气切头的方法将变形区切掉, 才能进入矫直工序, 严重影响了正常生产产量, 且增加了端部剪切长度影响到成材率等重要技术经济指标。
对此, 针对平剪刃不能满足U型钢剪切的实际情况, 对2#飞剪进行异型剪刃技术改造, 将2#飞剪剪刃工作面形状改为类似U型钢断面形状, 实现U型钢断面剪切无变形。
4 改进措施
宣钢连轧中型生产线技术人员对2#飞剪应用异型剪刃的方案进行了设计和校验, 认真分析剪切过程中剪刃各点的运动轨迹, 轧件在剪切变形过程中剪刃的重合量和侧间隙是否满足剪切要求。通过认真校核, 该剪刃能够满足剪切要求。设计的矿用U型钢剪刃形状由水平段、圆弧段、直线段组成, 其形状如图1所示。上、下剪刃的形状类似于齿轮的单个齿形状, 由顶部的水平段、两侧斜圆弧段、底部两侧的直线段组成, 与成品矿用U型钢形状相吻合, 使得剪切后的切口形状与成品形状接近, 能顺利完成剪切, 也为后面轧制生产过程如顺利上冷床、矫直创造有利条件。
因异型剪刃水平方向无重合量, 故设计剪刃的高度比矿用U型钢成品高度高5~7毫米, 以保证剪断成品。受上下剪臂尺寸限制, 剪刃的圆弧段需旋转一定角度来降低高度, 保证轧件剪切能够顺利通过且不影响矫直机咬入, 且减少了切头尾, 提高了成材率。各规格矿用U型钢的剪刃高度见表1。
通过对2#飞剪异型剪刃的设计并实施, 有效的解决了平剪刃剪切U型钢所产生的问题, 剪切后的钢件能够满足正常生产的要求。
5 结语
宣钢连轧中型生产线通过对2#飞剪进行异型剪刃的设计和实施, 解决了平剪刃对成品钢的剪切变形问题, 剪切后的钢件能够满足正常生产的要求, 解决了实施前为便于矫直机咬入需进行的切头工作, 不但减少了二次切头的金属损失, 而且也大大降低了职工的劳动强度。
宣钢连轧中型生产线做为代表国内先进水平的型钢连轧线, 该技术开发应用的成功起着至关重要的作用, 为U型钢连轧生产的发展提供了新的技术支持, 在连轧复杂断面型钢的技术进步和产品开发方面有着较高的推广价值。
摘要：宣钢连轧中型生产线为解决矿用U型钢生产时2#飞剪倍尺分段造成的剪切变形问题, 对2#飞剪进行异型剪刃改造, 最终实现了矿用U型钢无变形剪切, 保证了矿用U型钢生产的连续性, 同时也提高了技济指标。
架设U型钢 篇6
关键词：卧式U型钢支架修复机,液压起吊系统,模具曲率半径
超化煤矿为郑煤集团公司骨干矿井, 开采二叠系山西组二1煤层, 矿井开拓掘进巷道所用支护材料均是以U型钢支架为主。2008年以来, 随着矿井开采深度的延伸, 矿山压力不断增大, 加上矿井质量标准化的需要, 巷道断面大大增加, 金属支架规格也由25U提高到当前的36U。为了节约生产成本, 减少新支架的投入, 需要对工作面回风巷和胶带运输巷回收的支架和巷道扩修替换下来的支架进行筛选, 对有修复价值的支架进行修复后再投入使用。但是, 原有的2台立式修复机不能满足36U支架的修复需要。
在多方考察及论证的基础上, 认为将现有的立式修复机和矫直机 (矫直待修复的支架梁和腿) 进行结合, 可有效解决36U型钢支架修复难题。根据对修复机的构思设想和技术要求, 超化煤矿与焦作市扬程矿山设备厂共同研制开发了WUC-300卧式U型钢支架修复机。
1 修复机性能鉴定
1.1 理论评估
(1) 主机系统压力。
主机液压缸外径382 mm, 内径342 mm, 壁厚20 mm, 最大行程为550 mm, 配备63YCY14-1B型液压泵, 液压泵电机功率为22 kW (型号为Y180L-4) , 将系统压强设计为31.5 MPa。通过理论计算, 液压缸活塞产生的理论推力为2 834.38 kN, 与设计参数基本一致。而36U型钢支架修复实际需要的工作压力是1 799.61 kN (实践数据) 。通过计算比较, 液压缸活塞设计系统压力是实际需要的1.5倍, 理论上该修复机能力能够满足实际需要。
(2) 安全性能。
因为该修复机在工作时液压油缸是水平移动的, 不同于普通的立式修复机液压油缸上下移动, 因此, 设备机身安全性能更加重要。焦作市扬程矿山设备厂在材料选型时, 充分考虑了设备各部位的受力情况和受力大小, 进行了合理的配备。机身架子板选用的是30 mm厚钢板;液压油缸底座和下模具底座横筋选用厚60 mm的钢板, 竖筋选用厚80 mm的钢板, 油缸底座两旁的加强筋选用厚30 mm的钢板, 底盘选用厚80 mm的钢板。各部位焊接平滑坚固, 安全性能可靠。
1.2 性能鉴定
2008年12月26日, 超化煤矿技术人员对焦作市扬程矿山设备厂加工成型的修复机能力进行鉴定。现场用1根36U型钢原材料, 在多段压制变形的条件下, 压力表指针在18～20 MPa之间摆动, 证明修复机能力能够满足要求;修复机主体部分没有出现任何裂缝和声响, 证明修复机的安全性能有保证。
2 修复机技术创新
2009年5月下旬, 修复机到矿后投入试用。在试用过程中, 超化煤矿有关技术人员根据实际需要, 对该修复机进行了设计优化, 并进行了多处技术创新。
2.1 增设液压起吊系统
研制增设了液压起吊系统, 该系统由横梁、配重、自动闭合吊钩、伸缩油缸、液压管件、电机和连接链组成。但有创新意义的部分主要是自动闭合吊钩、升降油缸。
(1) 自动闭合吊钩。
根据36U型钢的横断面, 自行设计并用20 mm厚钢板加工制成自动闭合吊钩。固定吊钩内槽结构与U型钢外表面完全一致, 起吊时卡住U型钢;闭合吊钩结构与U型钢内槽形状一致, 起吊时卡住U型钢的内槽, 在自身重力的作用下自动闭合卡紧U型钢。起、降过程中不会自动张开脱落, 脱钩时需人工解开。
(2) 升降油缸。
根据支架梁、腿的最大质量和起吊高度, 选用Ø90 mm、长度1 100 mm的液压油缸, 匹配输出功率为4.0 kW的电机, 油缸最大行程可达1 000 mm, 实际需要起吊高度为900 mm, 满足了起吊高度的要求。平放在地面上的支架梁或腿, 用自动闭合吊钩固定支架的一端, 另一端人工扶住保持平衡, 通过油缸伸出, 把支架起吊到操作平台的高度, 然后移动到操作平台上。修复完毕后, 在水平方向上把支架滑移到操作平台外, 通过油缸的收缩, 把支架降落到地面。因此, 在升降过程中整根支架的重力都集中在液压油缸上。这样操作比全部用人工扛抬速度略慢, 但用人少, 工人劳动强度低。
2.2 完善操作平台
该修复机的上下模具是在水平方向做功的, 在修复支架时, 支架是在水平方向上左右移动分段压制的。为了使左右移动支架省力, 在下模具 (即固定模具) 两端分别固定了L=315 mm、Ø90 mm的实心托辊, 托辊距底盘高度是155 mm, 保证在不退模的条件下U型钢下边缘在托辊上能左右移动。为了减轻操作时人工上下移动支架的劳动强度, 在修复机下模具的右边, 加装了1个长1 800 mm、宽350 mm、曲率半径为2 500 mm的移动式工作平台, 该平台与修复机底盘在同一水平面上, 平台上安装了2个长315 mm、Ø90 mm的空心托辊, 这2个托辊的高度与下模具两端的托辊高度一致, 在修复梁或腿时, 可以根据实际需要调整本平台与修复机的角度。在操作时, 支架的一端固定在自动闭合吊钩上, 整根支架始终在平台上滑移, 重心稳定在一个水平面上, 操作人员仅用推力在平面上滑移支架, 并且有托辊的作用, 用力也是有限的。所以, 在很大程度上降低了工人的劳动强度。不像立式修复机, 在操作过程中全部需工人在竖直方向上用很大力量把支架抬起来移动, 还需工人用力扶住支架防止歪倒 (高度不足的还需站在架子上) 。两者相比, 该机操作时出现危险的几率很小, 安全系数有较大提高。
2.3 改革模具结构
针对立式修复机调整模具曲率半径时, 须工人手扶垫铁、不方便不安全的弊端, 根据该修复机上下模具在同一水平的特点, 在上模具的两端, 上下焊接了4块长250 mm、宽70 mm、厚36 mm的钢板, 钢板的外端打一Ø37 mm圆孔。把垫铁的一端加工成圆筒状, 用Ø37 mm圆柱销通过模具两端的钢板把垫铁固定在上模具上。这样可以根据所需要的模具曲率半径大小, 很便捷地更换垫铁, 而且不需要工人手扶垫铁。在下模具的两端水平方向分别焊接有插孔, 在垫铁的一端焊接一手柄, 手柄与垫铁呈85°角, 保证手柄插入插孔内, 垫铁与模具完全接触, 这样也能很便捷地更换下模具垫铁。
3 应用效果
通过近半年的应用验证, WUC-300卧式U型钢支架修复机不但性能稳定, 而且职工操作时也更加方便、省力、安全, 取得了良好的使用效果。与传统的立式修复机相比, 该机有以下优点:
(1) 适合井下工作环境。该修复机主机长2.30 m, 宽1.07 m, 高1.30 m, 2个电机均具有防爆性能, 因此可以在井下固定硐室内使用。井下回收的支架不需升井, 可以在井下直接修复, 减少了副井的提升量和材料车的运输量。
(2) 移动比较方便。修复机底盘和液压泵箱均安装有轨距为600 mm的轮对, 只要有轨距为600 mm的轨道就可以移动, 不需要大型吊车吊装, 也不需要解体装车。
(3) 用人少, 劳动强度低。不包括来回运料人员, 该修复机有5个人就可以操作 (包括1名泵站司机) , 比传统立式修复机少2人。而且上下料可以由液压起吊系统完成, 减少了人工扛抬支架的劳动强度;在操作平台上来回移动支架是在托辊上滑移的, 工人的劳动强度很小。
(4) 劳动工效高。在满负荷运行、职工体力消耗正常的情况下, 每班 (8 h工作制) 5个工人可以修复36U支架25架, 工效为5架/工, 与普通立式修复机7人修复量相当, 工效提高1.4架/工, 提高了39%, 每年可节约支架修理费30万元以上。
(5) 造价低。相同规格的普通立式修复机, 造价近40万元。而该机造价不足25万元 (直接成本) , 每台可以节省15万元以上。比用滚压力配矫直机可节省30万元。
4 结语
U型钢巷道交岔点支护的研究与应用 篇7
平煤股份三矿多年来受周边煤矿、四周采空区、采动及矿压等综合影响较大, 伴随着矿井的日益延深, 现施工巷道及现有巷道的压力日益显现较为明显, 矿压已成为制约我们正常安全生产及运输的主要问题之一。过去采用较多的支护形式主要是金梯支护, 断面一般在8m2左右, 随着综采综掘工作面及悬移支架工作面的广泛推广, 现要求施工的开掘工作面断面大、支护强度高, 以满足运输和综采综掘的需要。为了减少矿压给安全生产带来的影响, 减少巷修量, 努力实现一次成巷, 必须改变当前的支护形式, 尤其是在己15、己16-17煤层施工过程中, 由于采区范围小, 交岔点较多, 巷道压力更为显著, 底鼓严重, 过去的在用巷道和现施工的巷道已不能采用过去的支护形式和设计断面来进行施工, 在不能采用锚网支护的前提下, 就要采取更高强度的支护手段, 所以, U型钢支护就成为首选的支护对象, 对U型钢巷道交岔点处的支护研究和应用推广就显得尤为重要。
2 施工设计方案
具体实施方案是在施工的U型钢巷道交岔点处, 对主巷U型钢支护段在交岔点处的数架U型钢进行改进, 即在主巷与分巷交汇处, 分巷口采用36U型钢与11#工字钢联合抬棚, 主巷交汇处U型钢进行改进, 根据设计方案进行特殊加工。将交汇处的几节去掉对U型钢顶梁进行改进, 以便和分巷U型钢抬棚合理搭接, 同时根据围岩压力情况采取补打卸压孔的方法释放压力, 并通过材料力学受力分析采取补打锚索的方法防止交岔点与抬棚搭接的顶梁中间受力过大出现压弯变形现象, 以此达到延缓U型钢的可缩量和减少巷道变形量的目的, 以满足正常安全生产的需要。
2.1 实验工作面概况
实验工作面U型钢巷道交岔点布置在己16-17煤层中, 己16-17煤层平均厚度3.8m, 属复杂结构, 煤层倾角平均130。直接顶为泥岩, 普氏系数f=3-4, 厚度平均3.8m, 基本顶为己15煤和细-中粒砂岩, 厚度为4.68m, 直接底为砂泥岩, 厚度平均为2.8m。交岔点支护形式为36U型钢支护和采用36U型钢特殊抬棚支护形式以及加打钻孔卸压方法进行支护, 主巷与分巷断面均为3.8×3.0m (宽×高) 。
2.2 实验工作面施工参数设计及技术要求
2.2.1 交岔点处U型钢支护参数设计
(1) 主巷支架型号:36U型钢, 对原来正常支护巷道U型钢进行改进, 由原来四节改为三节, 其中一节顶梁采用直梁, 一端与顶梁相连, 一端直接担在U型钢抬棚上。在插梁中间 (在地面加工U型钢顶梁时按设计好的锚索位置对顶梁进行开孔, U型钢顶梁即作为锚索盘使用) 与抬棚梁方向800mm处分别打设两根直径17.8mm, 长9m的锚索两根。见附图一, 交岔点处剖面示意图。
(2) 分巷双抬棚:采用36U型钢顶梁上配11#工字钢。对原来正常支护巷道的U型钢进行改进, 由原来四节改为三节, 即两腿两梁改为两腿一梁, 在顶梁槽内用长3.2m的矿用11#工字钢与顶梁进行焊接, 11#工字钢两端分别用两根工字钢短节与U型钢梁进行焊接, 使36U型钢支架与11#工字钢抬棚梁形成高强度的抬棚。见附图二, 交岔点处断面示意图。
2.2.2 卸压孔参数设计及施工
在交岔点前、后两侧1m处施工卸压孔, 孔径75mm, 孔间排距0.2m, 孔深10m, 垂直于巷帮凿孔。巷帮每侧布置5个孔, 在巷道底板0.5m处为卸压孔位置, 间距0.2m, 随工作面掘进持续打卸压孔。见附图三, 卸压孔一帮布置平面示意图。
3 施工方案确定
3.1 交岔点处U型钢支护施工方法
(1) 交岔点施工必须架设双暗抬棚, 更换特殊插梁时, 必须将原棚子的正下方打上牢固的点柱托住原棚子, 然后用镐锹挖出改线侧腿子, 人工将原棚子拆除落下。
(2) 架设36U型钢双暗抬棚时, 必须首先在每根插梁下打牢点柱, 并将相邻支架亦同时进行加固, 然后挖柱窝, 摘腿。应摘一架立一架, 抬棚腿上梁时必须将抬棚两端架平, 然后将插梁逐根落下, 背牢刹实帮顶, 打紧撑子。
施工工艺:对原棚子进行联锁加固—原棚子下方打点柱—挖柱窝—立腿—上梁—打点柱—回原棚子—更换抬棚—挖柱窝—摘腿—立新腿—上抬棚梁—落新棚子—刹帮背顶。
3.2 卸压孔原理和施工方法研究
3.2.1 交岔点卸压的目的
交岔点是指矿井中巷道交会、分岔、变向处的一段巷道, 其担负着矿井运输、通风、行人、排水、管线铺设等重任, 但因其附近巷道两侧支承压力和顶板卸载区的相互影响, 围岩碎胀变形松动圈较大, 应力集中, 支架受力严重, 巷道变形快, 频繁的扩修影响矿井安全生产。因此根据现有支护形式和矿井实际情况, 采用钻孔卸压法以达到卸压和限制围岩变形的目的。
3.2.2 卸压孔卸压原理及参数选择
钻孔卸压法可局部改变巷道附近应力分布, 从而使巷道处于低压区。钻孔卸压的效果主要取决于孔径、孔距、孔深等参数。一般情况下, 钻孔直径150-350mm, 孔壁之间留下宽度约为200-350mm, 孔深根据具体情况一般为6-10m;在支承压力的作用下孔壁间的小煤柱受到破坏, 从而使巷道边缘的高应力带向煤体深部移动一段距离, 其长度大约等于孔深。一般认为钻孔深度不应小于巷道宽度, 钻孔之间的小煤柱的宽度与钻孔直径的比值为0.8-1.0时最好 (耿献文《矿山压力测控技术》中国矿业大学出版社) 。
根据我矿压力情况, 我们在实验工作面的交岔点处做了三组钻孔 (每组5个钻孔) 参数进行实验, 分别为, 第一组:孔径150mm, 孔距90mm, 孔深10m;第二组:孔径150mm, 孔距150mm, 孔深10m;第三组:孔径75mm, 孔距200mm, 孔深10m。卸压孔观测记录略。
根据近3个月的现场实测数据可知, 第三组钻孔处巷道变形量最小, 相对来说效果比较好, 因此, 卸压孔参数选择为孔径75mm, 孔距200mm, 孔深10m, 对其它交岔点进行打钻卸压。
4 交岔点架棚施工安全技术措施
(1) 支架要先试组装, 接头部分要划上标记, 架棚时可提高工作效率, 确保架棚质量。
(2) 人工装运, 架棚时必须戴手套, 口号要一致, 动作协调, 搞好安全工作。
(3) 巷道毛断面掘出后, 首先敲帮问顶, 然后按中心, 腰线检查周边加以修整, 使毛断面符合要求后, 准备好架棚工具, 按已标号支架进行架设。
(4) 顶帮护好后, 按中心线、腰线、棚距、挖好柱窝立柱, 上梁、架棚子。
(5) 放好工作台, 人工上梁, 按划好的接头重合尺寸, 每边先上一个卡子, 按标准找正, 调整好棚子, 直到符合要求, 确保质量。
(6) 找正棚子后, 上好全部卡缆 (紧固件) 开始背帮背顶, 帮顶与棚子之间必须背牢背严, 顶帮铺设钢笆网, 网与支架之间必须按规定穿入大板, 不得有空隙。
(7) 架设双暗抬棚时, 必须首先在每根插梁下打牢点柱, 并将相邻支架亦同时进行加固, 然后挖柱窝, 摘腿。应摘一架立一架, 抬棚腿上梁时必须将抬棚两端架平, 然后将插梁逐根落下, 背牢刹实帮顶, 打紧撑子。
5 应用效果
(1) U型钢巷道在交岔点的支护问题上采用特殊的设计和处理, 由于支架本身具有可缩性, 经处理后强度增加一个等级, 抗压能力达到设计要求, 使用上满足安全生产需要。
(2) 通过实验, 在交岔点前、后两侧1m处施工卸压孔, 排距2m, 孔深10m, 垂直于巷帮凿孔, 前后两侧卸压孔长度100m, 延缓了巷道的变形量, 压力分解及释放更为平衡、缓慢, 延长了巷道使用期限。
(3) 施工过的巷道服务年限延长, 较以往架棚巷道交岔点处采用工字钢支护在使用寿命提高近2倍, 进而大大减少维修周期, 节约了大量的人工和维修成本。
(4) 交岔点处断面大, 维修周期缩短后, 矿井运输及通风系统更为顺畅, 满足和保证了采区正常生产。
参考文献
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[2]崔云龙, 简明建井工程手册 (上、下册) .北京:煤炭工业出版社, 2003.
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[5]东兆星, 吴士良.井巷工程.徐州:中国矿业大学出版社, 2004.
架设U型钢 篇8
关键词：特殊,U,型钢,开口支护技术
1 项目立项背景
随着煤矿开采深度的增加, 受地质构造和生产条件的影响, 九矿的开口及变向巷道逐渐增加、矿山压力越来越大, 而且伴随着水患, 因此对巷道支护要求越来越高。通过对U型钢巷道交岔点开口综合支护技术的探索, 有效解决了抗压能力低、支架变形快、不易维护等问题, 并且给通风管理、运料管理、行人等方面均创造了良好的条件, 有较好的推广应用价值。日前, 九矿施工的准备巷道 (煤巷掘进工作面) 及回采巷道 (切眼除外) 中有至少90%的U型钢支架, 巷道开口及变向部分占5%, 将U型钢开口设置在十字口或丁字口处。目前采用的U型钢支架支护的承压状态和使用寿命一般不长, 而工字钢支架的支护情况略好一些, 而且U型钢支护在技术上仍存在难以克服的问题, 如近几年U型钢支护主要利用矿用工字钢对开口U型钢巷道顶梁进行联锁加固, 再通过U型钢棚双向开口的设计来处理巷道交岔点 (十字口支护) , 这种设计在施工时极易因顶板控制不严而使顶煤冒落, 导致支架变形, 进行设备维护时也不利于设备装卸。鉴于此, 笔者广泛查阅工程资料, 参照U型钢支架的支护特点, 从技术层面对U型钢支护巷道交岔点的设计进行了理论研究和实践探讨。
2 技术方案的论证
近两年, 九矿巷道使用的型钢支护多为29U和36U的, 巷道丁字口处通过矿用工字钢对开口位置U型钢梁进行联锁加固, 即直接沿用U型钢开口的设计来处理巷道丁字口开口。加固时开口帮2道抬梁, 对帮1道抬梁, 可以采用简单的操作工序直接在开口处施工;目前对于U型钢交岔点开口设计在技术处理上仍没有较大突破, 加之地质构造复杂多变, 交岔点U型钢支架受压下沉量较大, 因此而加重支架变形程度, 不利于开展后期维护工作, 诸多问题频频出现, 不利于实现建设现代化矿井的目标。如果开口角度为60-90度, 就能在U型钢开口处进行施工, 参照施工设计图采用小圈帮并棚转弦施工, 将大大降低施工难度。如果开口角度达不到60度, 就不能进行小圈帮并棚转弦施工, 而是改用矿用工字钢穿棚开口施工设计, 但是一般情况下开口断面小, 矿用工钢支架受压后容易加快其变形程度, 给运输和设备维护带来较大困难。巷道开后主要用于原料运输, 开口角度取决于转弦半径 (要满足轨道铺设) , 因此, 目前常采用小角度开口的设计进行巷道开口施工。
3 开口技术方案的确定
根据施工设计, 在U型钢巷道施工进行至开口处, 必须快速转换成特殊U型钢支架支护, 特殊U型钢支架施工到位后, 应该在开口中心及对帮分别联锁2道和1道抬棚梁;再通过打锚索用托板加固法加固交岔点特殊U型钢支架;下一步要参照架棚工艺设计, 将40m和35m的矿用工钢双抬棚架设在打锚索托板 (开口帮) 处, 为避免矿用工字钢双抬棚受到侧压导致支架变形, 不利于行人和运输, 所以要求矿用工字钢双抬棚必须贴紧反戗齿。图1和图2为10.5m2和9.01m2U型钢开口梁设计。
4 应用情况分析
架设好特殊U型钢支架以后, 要尽快对其进加固, 笔者每周都会勘察了支架情况, 全面记录了相关数据, 发现对支架进行加固后便不再出现支架变形的问题, 观察结果表明, 可以采用锚索加固法加固特殊U型钢支架。
对图3所示的U型钢开口设计方案进行长期经过长期观察论证后, 发现该设计方案能够大大提高支架的抗压能力, 支架整体承压状态安全可靠, 符合质量标准化要求。原来的U型钢四抬棚支护现在可改用六抬棚支护, 提高支护强度。另外, 该设计方案针对原有的扩修交岔点断面大且高于原交岔点巷道的技术难题, 仍未实现对弯梁的加工, 因此, 还需要继续探究特殊U型钢支架十字口施工办法。
5 效益分析
5.1经济效益由于原U型钢支护巷道开口处支护强度和抗压力都比较弱, 会加速支架变形, 不利于设备维护。据近些年U型钢支护丁字口施工方案的研究, 发现U型钢支架自身具备可缩的优点, 但就目前施工技术而言, 开口处每隔半年就要扩修维护;按每项返修工程850元/m来算, 每个长约6m的丁字口所需维修费用为5100元, 每个U型钢支护丁字头全年的维修费用高达10200元。结合目前特殊U型钢支架的观察数据, 可将原维护期限由半年一次延长至一年一次, 这样每个丁字口一年可节省5000元的维修费, 全年总的维修费用可节省至少20万元。由此可见, 特殊U型钢支护丁字口设计将带来巨大的利润收益。
5.2安全效益原U型钢支架开口施工采用矿工字钢上抬棚梁直接开口的设计方案, 但考虑到煤料运输需求和支架受压情况, 要将2条U型钢腿或开口帮1摘除, 以降低支架抗压能力, 减缓支架变形程度;此外, 由于很难将戗棚支护设置在开口帮处, 侧压将大大破坏对开口支护的稳定状态。而特殊U型钢支架设计无需摘除钢腿, 就加大了支架的抗压能力, 结构稳固不易变形, 相较于U型钢支架设计来说更为安全可靠。
参考文献
[1]胡艳峰, 谢文兵, 赵晨光, 荆升国.U型钢可缩性支架壁后充填应力分散技术研究[J].煤炭工程, 2007 (07) .
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