梯形可縮性金屬支架楔緊連接件式支架結(jié)構(gòu)和原理

工字鋼可縮性支架連接件完全取消了螺栓，無論是縱向滑移構(gòu)件還是橫向夾緊摩擦塊均采用楔式連接，安裝拆卸時，只需用錘將連接件楔子打緊或卸下即可。不使用螺栓，簡化支架安裝和拆卸工序，克服螺栓連接件在井下常常銹蝕，支架拆除困難的缺點(diǎn)，使支護(hù)成本進(jìn)一步降低。

螺栓連接件式工字鋼可縮性支架結(jié)構(gòu)，由柱腿墊板、柱腿、螺栓、縱向滑移構(gòu)件、橫向夾緊摩擦塊、頂梁和螺栓組成。

可縮的核心部件是縱向滑移構(gòu)件和橫向夾緊摩擦塊，它們均為鑄鋼件。安裝時，先將兩件縱向滑移構(gòu)件分別置于柱腿上部可縮性搭接處腹板的兩側(cè)，然后用螺栓連接。

當(dāng)擰緊螺栓后，螺栓便將縱向滑移構(gòu)件與工字鋼柱腿夾緊，并在兩者之間產(chǎn)生摩擦力，為支架頂梁提供工作阻力。當(dāng)頂梁作用在柱腿上的壓力大于該摩擦力時，滑移構(gòu)件會沿著柱腿向下滑動，支架頂梁也隨之下沉，實(shí)現(xiàn)垂直可縮，并使頂梁上的部分作用力得到釋放，避免支架頂梁承受過大的壓力而損壞。

工字鋼頂梁上的梁腿連接裝置具有側(cè)向可縮性能。支架橫向夾緊摩擦塊與縱向滑移構(gòu)件用螺栓鉸接，增加支架的整體性。安裝時，將橫向夾緊摩擦塊扣緊在工字鋼頂梁的翼緣上，螺栓穿過橫向夾緊摩擦塊后擰緊，滑移件則采用自由鉸接，使這種支架的安裝和拆卸都比較容易。在一般情況下，柱腿可承受一定的側(cè)向壓力，阻止巷道兩幫的變形破壞當(dāng)柱腿受到的側(cè)壓力大于橫向夾緊摩擦塊與頂梁翼緣、頂梁底部與縱向滑移構(gòu)件頂端之間的摩擦力時，柱腿便推動摩擦塊向巷道空間移動，形成側(cè)向可縮，釋放棚腿上的部分壓力，避免柱腿受力過大而損壞 。

國內(nèi)外可縮性巷道支架都用U型鋼制造, 工字鋼只用于制造剛性支架。我國型鋼貨源緊張（只占工字鋼30%-40%），價格偏高（比工字鋼高15%-20%）。

工字鋼可縮性巷道支架適用于圍巖條件和生產(chǎn)技術(shù)條件較差的梯形巷道。這種支架由工字鋼和可縮性構(gòu)件組成，其中縱向可縮性滑移構(gòu)件代替了部分柱腿工字鋼的長度，既是支架的組成部分，又起連接件的作用，因而結(jié)構(gòu)簡單，成本降低。支架的工作阻力可在20-30kN調(diào)整，可縮量為180-500mm。

梯形可縮性金屬支架一般采用礦用工字鋼制做（也有用U型鋼制做的）。礦用工字鋼梯形可縮性支架是根據(jù)我國國情而發(fā)展起來的適用于采準(zhǔn)巷道、軟巖巷道和其他復(fù)雜條件巷道的一種新型支架。礦工鋼梯形可縮性支架與U型鋼可縮性支架相比，結(jié)構(gòu)簡單、裝卸容易、造價較低，平均節(jié)約鋼材和支護(hù)成本均在30%以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

梯形可縮性支架比拱形可縮性支架的承載能力小，但它不破壞頂板，能保持頂板的完整性，且斷面利用率高。故在一定條件下梯形可縮性金屬支架也有較廣泛的應(yīng)用范圍和發(fā)展前途。

梯形可縮性金屬支架主要為卡環(huán)式，分為雙向可縮型、頂梁可縮型、立柱可縮型三大類 。

在工字鋼型號、材質(zhì)確定后，支架頂梁承載能力取決于頂梁長度支架柱腿承受側(cè)壓的能力與柱腿長度和縱向滑移構(gòu)件強(qiáng)度有關(guān)。設(shè)計縱向滑移構(gòu)件尺寸時使其強(qiáng)度要和柱腿工字鋼的承載能力相適應(yīng)，保證滑移構(gòu)件不影響柱腿承受側(cè)壓能力。這樣柱腿的承載能力就只與長度有關(guān)。

工字鋼可縮支架的最終承載能力比同型號剛性支架大，這種特性與回采巷道圍巖變形特點(diǎn)相適應(yīng)，即支架安設(shè)初期支架承載能力小，圍巖壓力也不大隨著支架架設(shè)時間的延長，回采工作面臨近，圍巖壓力越來越大，支架縮量也不斷增加，承載能力也逐漸增大，有效地控制巷道圍巖變形破壞。

以工字鋼可縮性支架在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的力學(xué)性質(zhì)為例，試驗(yàn)支架柱腿垂直承載能力、橫向夾緊摩擦塊可縮性試驗(yàn)和支架整體力學(xué)性能試驗(yàn)等。

試驗(yàn)表明，擰緊力矩一定條件下，支架柱腿可縮性構(gòu)件的工作阻力基本上不隨可縮量的加大而變化，具有恒阻特性圖，頂梁上的橫向夾緊摩擦塊的阻力也基本上是恒定的圖。

力學(xué)試驗(yàn)和理論分析一致，認(rèn)為支架側(cè)向工作阻力不但取決于頂梁與橫向夾緊摩擦塊間的摩擦力，而且還取決于支架底部與縱向滑移摩擦塊頂端之間摩擦力的大小。在橫只需用錘將連接件楔子打緊或卸下即可。不使用螺栓，簡化支架安裝和拆卸工序，克服螺栓連接件在井下常常銹蝕，支架拆除困難的缺點(diǎn)，使支護(hù)成本進(jìn)一步降低 。

梯形可縮性金屬支架一般采用礦用工字鋼制做（也有用U型鋼制做的）。礦用工字鋼梯形可縮性支架是根據(jù)我國國情而發(fā)展起來的適用于采準(zhǔn)巷道、軟巖巷道和其他復(fù)雜條件巷道的一種新型支架。礦工鋼梯形可縮性支架與U型鋼可縮性支架相比，結(jié)構(gòu)簡單、裝卸容易、造價較低，平均節(jié)約鋼材和支護(hù)成本均在30%以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

梯形可縮性支架比拱形可縮性支架的承載能力小，但它不破壞頂板，能保持頂板的完整性，且斷面利用率高。故在一定條件下梯形可縮性金屬支架也有較廣泛的應(yīng)用范圍和發(fā)展前途 。

綜上所述，拱形、環(huán)形和梯形是金屬支架的三大類型。就支架的承載能力、控制圍巖變形效果及可縮性而言，以環(huán)形支架最好，拱形支架次之，梯形支架較差；就支架結(jié)構(gòu)的繁簡，支架加工、安設(shè)、回收、巷道斷面開掘難易，巷道斷面利用率和支架成本高低，以及安設(shè)支架時對頂板和圍巖的破壞情況講，則以梯形支架最優(yōu)，拱形次之，環(huán)形較差。

拱形支架在我國使用廣泛，特別是在巷道圍巖變形量和壓力較大的情況下，使用拱形支架更有其優(yōu)越性。環(huán)形可縮性金屬支架的承載能力大，能有效地控制巷道底鼓和兩幫移近，適宜在圍巖壓力大，特別是兩幫壓力大、底鼓嚴(yán)重的巷道中使用。當(dāng)側(cè)壓和底鼓不甚嚴(yán)重、巷道壓力和圍巖變形亦不太大，可使用梯形可縮性金屬支架 。

環(huán)形可縮性支架又稱封閉形可縮性支架，支架各節(jié)連接后形成一個封閉的環(huán)形，故因此而得名。封閉形支架與拱形、梯形支架不同處就在于其底部是封閉的，因此帶來兩個突出的優(yōu)點(diǎn)：由于支架本身是一個閉合體，其承載能力較拱形、梯形支架有較大提高，支架變形損壞小；由于支架底部封閉，對巷道底鼓有良好的控制作用，對巷道兩幫也有較強(qiáng)的控制能力。

環(huán)形可縮性支架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鋼材消耗多、成本高，通常只在圍巖松軟、采深大、壓力大、底鼓嚴(yán)重、兩幫移近量很大的巷道才使用這種支架。環(huán)形可縮性支架的主要架型有馬蹄形、圓形、方（長）環(huán)形等 。