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三心拱计算


2003年12月 矿业安全与环保 第30卷第6期

U型钢三心拱形可缩牲扎角支架设计计 算方法
陈文泽
(盘江煤电集团公司老屋基煤矿,贵州盘县561616)

摘要:介绍了设计的U型钢三心拱形可缩性扎角支架的一种新方法,其基本思路是把U型钢搭接 弧按扇形几何关系计算,通过现场实际检验,此方法可行。 关键词:U型钢;三心拱

形;可缩性扎角支架;设计;计算
中图分类号:TD355+.2 文献标识码:C 文章编号:1008—4495(2003)06—0056-01

所谓三心拱形可缩性扎角支架,就是三个园心, 所谓扎角就是支架直腿与铅垂线的夹角,是参与支 架参数计算的关键角度。设计u型钢三心拱形可缩性 扎角支架通常是由已知的巷道参数来确定支架参 数。在设计计算方法上是比较复杂的,首先要根据巷 道侧压大小来确定扎角 的大小,然后根据设计巷 道和支架设计要求确定主要参数进行设计计算。

1 设计原理及要求
1.1 设计原理

把u型钢搭接弧按扇形几何关系计算,如图1所示。
图1 三心拱形可缩性扎角支架示意图

1.2 U型拱形支架设计要求

1)支架梁腿搭接内弧长通常规定为300--400 mm; 2)U型钢支架梁所对的圆心角有110。和120。两 种,通常设计采用120。; 3)U型钢支架必须设计成三心拱,达到支架有限 可缩量要求; 4)圆心位置确定:顶拱园心在中心线上,两侧拱 圆心在中心线两侧,并在同一水平线上,且距顶拱圆 心有一定的高度日,日值由支架可缩性确定;
收稿日期:2003-1M一30

作者简介:陈文泽(1960-),男,工程师,1982年毕业于贵 州省煤炭工业学校,现为矿生产副总工程师。
·

56 ·

5)支架扎角确定:考虑支架能承受一定的巷道侧
压力。

2 U型钢支架设计主要参数
1)顶拱圆心角为120。; 2)支架宽度等于巷道净宽 ; 3)支架高度等于巷道净高h;

4)H值在0<H~400 mm范围内选取,通常采用搭
接长为400 mm;

5)支架腿窝深度日-,在150-300 mm选取,通常采
用300mm;

61支架扎角在0。< ≤10。范围内选取; 7)U 型钢拱形支架搭接槽底之间的距离.s取4O mm,其它质量的 型钢按实际搭接测量确定.s值。

3 根据示意图整理设计计算步骤
1)初步确定搭接弧中心至水平线的夹角 200x18O
=

30+— — 一 (1)

( -5)

2)初步确定顶拱弧半径尺
B H H

:一+~ f 2 1

2 sine 1 tan 1

3)调整搭接弧中心至水平线的夹角 :
2OOx18O

2:3o+ (3)

4)初步确定支架直腿距底板的高度h :
B H 、H
, ,

+ )‘ 一 sinfl 2
,= — — — — — — — — —

l-_=——————————————————一— —

l+tan2~-..t
. .—

a



n

. . . .

a
. — —

COS

(4)

(下转第65页)

2003耳12月 矿业安全与环保 第30卷第6.期
2.2 施工方法 1)巷道分上、下半部分的分步施工方法。

2)先施工下4 ITI长2 in深的半部分,净宽2.8 in, 施工20 in后从迎头下帮跟顶刷机窝供打抽放钻用。 3)掘进后退刷上半部分,上半部分刷到与下巷


致停头,进行打钻抽放,钻眼深度确保掘进时有10

in卸压超前距。

4)钻机从上帮施工顺层抽放钻孔进行抽放。

3 支护设计
因设计断面较大,为确保支护安全,经论证采用 预拉力高强锚杆+钢带网支护方式。 巷道顶板支护 采用5根左旋螺纹钢高强预拉 力锚杆加3 000 mm和2 000 mm长M4型钢带及金属网 联合支护,锚杆规格为M20—2 400 mm,加长锚固方 式,锚杆问距1 000 mm,排距850 mm。 巷道下帮支护采用3根右旋螺纹钢等强预拉 力锚杆加1T2型轻型钢带(1.6 in长)、金属网联合支 护,锚杆规格为4,20—1 800 mm,锚杆间距为750 mm,
排距为850 mm。

下巷上帮支护施工下半部分时采用 180 mm 坑木每1 m打1根点柱,后用大塘笆背帮,刷上巷时点 柱每2 m保留1根作为加强支护。上巷上帮采用5根右 旋螺纹钢等强预拉力锚杆加1T 2轻型钢带(3.5 m
长)、金属网联合支护,钢带布置位置应尽量靠近底

板,锚杆规格为 18-1 800 mm,锚杆间距为800 mm,
- ●

排距为850 mm。
’ ●



4 效果分析 1)采用高强预拉力锚杆钢带网支护技术,解决
了大断面顶板支护问题,确保了巷道的服务年限。 2)大断面设计使掘进工作面风速降到2 m/s以 下,很好地改善了作业环境。有利于防尘及工人的健 康;有利于行人、运料及工人操作。 3)15 in 的断面,完全可以保证后期回采配风的
需要。

4)分步式施工使得打钻与施工得以平行作业, 循环次数由原来的每月3-4个增至5-6个,月进尺由 60 in以下提高到80-100 in。 5)取消了上帮钻窝,给施工及顶板管理带来了 保障,且减少了无效进尺。 。 6)迎头钻孑L有充分的施工及抽放卸压时间。增加 了后方的帮眼施工、抽放,使得掘进瓦斯抽放率提高 10%-15%,增强了瓦斯管理及防突能力,加上大断面高· 度设计使得瓦斯排放畅通,从未发生过瓦斯超限问题。
(责任编辑:熊云威)

(上接第56页)


5)初步确定侧拱弧半径R z

R 2=
B H
— —



h 2tana — —

2 tanfl 2 (5) 6)调整顶拱弧半径
H

R l= 2__ 十S (6)
SIn/3,

7)确定搭接弧中心至水平线的夹角 ,
200x180

30+ · (7)

8)确定支架直腿距底板的高度h:
R H 1 · H



二亟)( -tancr)-S-H+-! (81

1+tan2 一

9)确定支架侧拱半径 :
R2=
B H
— —



h,tance+— —

2 tanfl 3
COS

lO)确定支架顶拱半径R
(9)
-= 2~ —

sin—fl 3+s

1 1)确定支架搭接弧中心至水平的夹角
2OOx1Rn

4=30+而 (
12)确定侧拱弧圆心角 )

8=8 s—ce

l 3)验算支架设计高度h和净宽 值
h=R l+ +^2一R2since (1 3)


B=2(R2cosce一— _ +h2tan ) (14)
tanfl 4

4 结语


通过验证,该公式可行,只要知道设计巷道净宽 值和净高h值及自定的 值等,把这些值代人公式 就可以计算出u型钢三心拱可缩性扎角支架的几何

尺寸。 (责任编辑:吴自立)__ 设计原理


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