U型钢支架结构失稳原因分析

纵观我国煤矿巷道支护变革过程可以看出，随着采深加大和支护难度加大，支护强度不断加大、支护阻力不断提高。国内外在高应力软岩巷道围岩控制机制及技术方面进行了大量的研究工作，开发了具有高阻可缩特性的U型钢壁后充填技术，新型锚注支护技术，以及高强成套锚网支护技术等，并在煤矿中得到了大面积推广应用，取得了显著的技术经济效益。

但大量工程实践表明，许多情况下现有巷道围岩控制技术仍不能有效地控制高应力软岩巷道的强烈变形，而且造成这种情况的原因不是支护强度不够，而是由于现有支护承载结构的结构稳定性较差，难以有效控制巷道围岩的强烈变形。

高阻可缩U型钢支架支护因其具有很高的承载能力，且具有可缩特性，在高应力软岩巷道中得到广泛应用，如在高应力破碎软岩巷道中，遇到随掘随冒，锚网支护无法实施时，大多采用高阻可缩U型钢支架；在锚网支护巷道出现强烈变形后，也大量采用高阻可缩U型钢支架。但大量工程实践表明，许多情况下高阻可缩U型钢支架的承载性能尚未得到充分发挥，支架承载结构便失稳破坏 。造成这种情况的原因是什么？这正是本文要讨论的主要问题，在实验室试验、理论分析和工程实践的基础上，分析提高支护结构稳定性的支护技术。    

U型钢支架结构失稳原因分析：    

大量工程实践表明，在高应力软岩巷道中，高阻可缩U型钢支架失稳破坏，除了强度方面的原因外，更多的表现为结构性失稳。造成这种情况的原因很多，归纳起来，主要有3个方面原因。  

1 连接件强度低或连接件结构不合理，引起支架 结构失稳  从现场支架滑移后卡缆的破坏特征看，连接件的破坏形式有夹板产生塑性变形的，有卡缆螺栓拉断或螺母滑丝的，有卡缆外翻的，还有低阻滑移的。第1种情况主要是夹板的强度偏低或夹板厚度偏薄；第2种情况主要是螺栓强度偏低、或螺栓偏细、或螺母丝口强度低、或螺母丝口长度偏短；第3种情况主要是限位卡缆结构不合理，造成卡缆受偏心载荷作用，引起卡缆外翻；第4种情况是卡缆结构不合理，如螺杆夹板卡缆的螺杆与型钢的接触面积太小，卡缆提供的摩擦力较小。由于这些连接件的强度偏低或结构不合理，造成支架结构容易失稳。  

2 支护围岩相互作用关系差导致支架结构稳定性差，受掘进爆破工艺、巷道围岩岩性及围岩结构影响，巷道成形后，支架与巷道围岩间往往存在不均匀间隙，导致支架与围岩的相互作用差，U型钢支架的整体承载能力较低，支架的变形破坏通常表现为结构性失稳。具体的结构失稳破坏形式与支架后的不均匀间隙分布密切相关，如空顶时的尖顶型破坏，两侧肩窝空时的平顶型破坏、或一侧肩窝空时的扭曲型破坏等。