U型鋼與鋼管混凝土支架ANSYS分析及工程應用.pdf

1、近百年尤其是改革開放以來，隨著我國煤炭工業(yè)的蓬勃發(fā)展，對接近地表的淺煤層的開采基本已經(jīng)接近尾聲，隨著經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)對煤炭的需求不斷增加，2012年我國煤炭產(chǎn)量達到36.3億噸，是2000年的2.8倍，隨著煤炭開采強度的不斷增加，開采深度不斷增加，開采深度的增加必然造成煤礦災害頻發(fā)，如地壓災害、水害、瓦斯突出災害等，目前我國有近20對礦井已經(jīng)進入千米以下開采。
　　在深部資源開采中，井巷支護時存在深部軟巖、節(jié)理發(fā)育、圍巖破

2、碎及支護難度增大的問題。此種情況下，原有傳統(tǒng)的錨網(wǎng)支護、砌喧支護、棚式支護已經(jīng)本能滿足深部巷道支護需求，需要對傳統(tǒng)的巷道支護方法進行改進和升級。本文以平煤十礦深部巷道支護為研究背景，該礦因地壓大，圍巖破碎，并且動力顯現(xiàn)明顯，巷道支護難度極大。針對目前礦井應用的U型鋼支架(U36)和現(xiàn)試用的鋼管混凝土支架，采用ANSYS數(shù)值模擬軟件，對兩種支架進行了受力分析，以尋求一種合理的巷道支護方式。
　　U型鋼可縮性支架具備較大的支護阻力和較

3、好的變形能力，被廣泛應用于軟巖和有沖擊傾向性的巷道支護，并取得了良好的支護效果，但是在不同的圍巖條件和受力條件下其受力變形特點是不同的。本文針對平煤十礦具體地質(zhì)采礦條件，對其現(xiàn)有使用的U型鋼支架進行了受力分析，并在此基礎(chǔ)上進行ANSYS有限元數(shù)值模擬。在模擬中對U型鋼的受力截面進行簡化，認為載荷是均勻分布的，分別對不封閉形和封閉形U型鋼支架進行了數(shù)值模擬。
　　鋼管混凝土結(jié)構(gòu)作為一種復合材料結(jié)構(gòu)，因具有強度大鋼材省等特點，己在土木

4、工程中得到了廣泛的應用，我國從20世紀60年代開始研究使用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，最近十年左右才開始有學者考慮在煤礦井巷中使用鋼管混凝土支架。本文對鋼管混凝土支架進行受力分析，并在此基礎(chǔ)上進行了ANSYS有限元數(shù)值模擬。本文還對U型鋼支架和圓形鋼管混凝土支架的受力變形情況了對比分析，從而尋求更好的支護形式。為尋求更好的支護方式，平煤集團十礦正在最深水平進行U型鋼支架(U36)和鋼管混凝土支架的應用試驗。本文對兩條試驗巷道做了支護方式的設(shè)計與支護