整理新形支护方式固定式辅助梁和铰接式辅助梁.docx
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整理新形支护方式固定式辅助梁和铰接式辅助梁
新形支护方式——固定式辅助梁和铰接式辅助梁
技术中心机电室韩利军
摘要：
固定式辅助梁和铰接式辅助梁是两种与金属支架配合使用的适用于大断面巷道的新形支护形式。
对这两种辅助梁的结构特点、支护原理、参数选择、工业性试验和技术经济效益均作了阐述和说明。
关键词：
固定式；铰接式；辅助梁；巷道支护；金属支架
1、概述
矿井支护是矿井生产建设的一个重要环节，支护的好坏直接影响到矿井的安全生产和经济效益。
随着综采机械化水平的提高，矿井通风量的增加，特别是放顶煤工作面和高产高效工作面的推广，使得巷道断面逐步加大，矿压显现日益剧烈。
许多矿井都在根据自己的实际情况，积极研究和探索新的支护形式，以提高巷道支护的承载能力，适应不断变化的承载要求。
金属支架加辅助梁的支护形式即是近几年来发展起来的。
晋煤集团技术中心开发出了两种新形式的辅助梁：
固定式辅助梁和铰接式辅助梁。
这两种辅助梁均是与金属支架配合使用，结构简单，安装方便，成本低，易操作，适合应用于井下大断面巷道。
2、结构特点
2.1固定式辅助梁的结构特点
如图1所示，固定式辅助梁由辅助梁主体、螺
栓组件、双楔卡缆等几部分组成。
辅助梁主体是辅助梁的主要承载部件，它和金属支架顶梁之间用螺栓组件联接，和金属支架柱腿之间用双楔卡缆联接。
辅助梁主体为一弓形，在加工完毕后，它的各个内角就已经固定，安装时不能再做变动。
该种辅助梁适合应用于顶、底板比较平整，金属支架柱腿扎角误差小的巷道。
如果支护巷道地质条件不好，顶梁上的搭接部焊接工艺不标准，支腿扎角过大或过小，就会造成辅助梁侧翼与金属支架柱腿联接不紧密，降低辅助梁的承载能力。
2.2铰接式辅助梁的结构特点
如图2所示，铰接式辅助梁由辅助梁顶梁、斜撑、侧翼卡结部、销轴、螺栓组件、双楔卡缆等几部分组成。
辅助梁顶梁、斜撑、侧翼卡结部构成辅助梁的承载主体，相互之间用销轴联接，可以作相对转动，可以改变相互之间的夹角。
辅助梁和金属支架顶梁之间用螺栓组件联接，和柱腿之间用双楔卡缆联接。
该种辅助梁主要是为顶、底板不平整、金属支架柱腿扎角误差大的巷道而设计的。
如果支护巷道由于某种原因造成金属支架柱腿扎角过大或过小，只要调整辅助梁顶梁、斜撑和侧翼卡结部相互间的夹角，即可使侧翼卡结部与金属支架柱腿之间找到一个最佳相对位置，保证辅助梁侧翼与柱腿紧密联接，使辅助梁充分发挥作用。
3、支护原理及参数选择
3.1受力情况
对金属支架而言，与这两种辅助梁中的任一种配合使用，其受力情况基本一样，受力分析如图3所示。
在（a）图中，qa为顶板向顶梁施加的压力，R1、N1为柱腿对顶梁施加的铰支反力，F为辅助梁对顶梁施加的支撑力。
在（b）图中，qb为巷道侧帮对柱腿施加的压力，R2、N2为顶梁对柱腿施加的压力，F1为辅助梁对柱腿施加的压力，R、N为巷道底板对柱腿施加的支撑力。
辅助梁主要受顶梁和柱腿对其施加的力，即F和F1的反作用力。
3.2理论基础
金属支架承载失效大都是因为支架顶梁变形大，稳定性严重下降。
而支架顶梁变形大主要是由于顶梁受到的最大正应力超过了材料的屈服极限值，产生了塑性变形，极限应力大幅下降所致。
顶梁所受到的最大正应力可以由如下公式获得：
δmax=Mmax/Wx+R/S
（1）
式中：
δmax——顶梁受到的最大正应力；
Mmax——顶梁所受的最大弯矩；
Wx———顶梁的抗弯截面模量；
R————在顶梁所受最大弯矩处顶梁受到的轴向力；
S————顶梁的横截面面积；
从以上公式可以看出，梁的最大正应力δmax由Mmax和R决定。
Mmax是由顶板压力引起的，R是由巷道侧压引起的。
在这两个因素中，起主要作用的是Mmax，也就是顶板压力的影响。
金属支架和辅助梁配合使用后，由图3的受力分析可以得知，辅助梁对顶梁施加了两个F力，这两个力的作用就相当于在支架顶梁中间部位增加了两个受力支点，减小了顶梁承载的最大跨度，使得顶梁所受的最大弯矩Mmax比未使用辅助梁时有显著下降。
同时辅助梁对支架柱腿施加的力F1也减弱了侧压对顶梁的影响，使轴向力R下降。
从而顶梁受到的最大正应力下降，即提高了金属支架的承载能力。
3.3参数选择
根据所进行的受力分析，选取合理的辅助梁参数。
晋煤集团技术中心研制的这两种形式的辅助梁应用于成庄矿井下。
巷道上宽3.8米，下宽4.8米，高2.8米，顶压15吨，侧压5吨。
对两种辅助梁的相同参数选取为：
辅助梁主体选用8#槽钢，材料16Mn，辅助梁与顶梁夹角30度，螺栓直径Φ16毫米，材料A3钢，双楔卡缆锁紧力18吨。
另外，铰支式辅助梁选取销轴直径Φ32毫米，材料45#钢。
4、支架承载能力试验
为了检验辅助梁的承载能力，晋煤集团技术中心将本次试验的支架运至煤科总院北京分院的巷道支架试验室进行了支架承载能力试验。
试验结果表明所有试验的支架承载能力均达到了设计的150KN。
5、井下工业性试验
对两种形式辅助梁的现场试验选在成庄矿3205工作面进风顺槽中，共架设固定式辅助梁支架80架，铰接式辅助梁支架90架。
其中还架设了部分普通支架以便进行比较。
由于影响掘进机掘进头割煤，所以辅助梁不能紧跟工作面架设，需滞后工作面2－3架棚，再安装辅助梁，打紧水平楔。
试验过程中，基本按照辅助梁的特点架设，即在巷道平整段使用固定式辅助梁，在地质条件较复杂的断面则使用铰接式辅助梁。
在试验的部分支架上安装了矿压观测仪器，并进行了跟踪观测。
观测结果表明：
加辅助梁支架的顶压最大达到了8吨多，试验支架没有发生大的变形，说明普通的巷道金属支架在加上辅助梁和斜撑后对巷道的支护效果有明显的提高。
同时巷道的断面收缩量很小，变形不大。
6、社会经济效益分析
由于受到极限梁长的限制，大跨度梯形支架的顶梁常发生弯曲变形而造成支架的破坏，导致巷道维护状况恶化，直接影响了工作面的安全生产。
在架设辅助梁以后，则由于在顶梁上增加了两个受力支点，柱腿上增加了一个受力支点，从而提高了支架的承载能力和稳定性，较好地解决了普通梯形支架支撑跨度小和承载能力小的局限性。
同时巷道基本上不再需加设点柱和进行维修，保证了巷道的支护效果和巷道的畅通。
金属支架加辅助梁的形式与未加辅助梁相比，增加了一个辅助梁及其联接件，成本提高200－300元，而普通金属支架在矿压大时需打一中柱（摩擦支柱），所以初期材料费用大体相当。
同时在架设辅助梁后，柱腿上增加了一个受力支点，减小了柱腿的弯曲变形，降低了柱腿的损坏率，
使支架的复用次数增多。
7、结语
综上所述，该两种形式的辅助梁结构合理，安装简便，井下使用后围岩稳定，支护效果好，适合高产高效工作面发展的需要，能够满足《煤矿安全规程》对巷道断面的规定。
同时这两种辅助梁已通过省级技术鉴定，其中的铰接式辅助梁获得了国家专利，具有广阔的推广前景。
参考文献
[1]魏同.总工程师工作指南.北京:
煤炭工业出版社，1990.
[2]成大先.机械设计手册.北京:
化学工业出版社，1997.
作者简介：
韩利军（1971—），男，1993年毕业于山西矿业学院，山西晋城人，工程师，现在晋城煤业集团技术中心从事煤矿机电工作。
《测量学》模拟试卷
得分
评卷人
复查人
1．经纬仪测量水平角时，正倒镜瞄准同一方向所读的水平方向值理论上应相差（A）。
A180°B0°C90°D270°
2.1：
5000地形图的比例尺精度是（D）。
A5mB0.1mmC5cmD50cm
3.以下不属于基本测量工作范畴的一项是（C）。
A高差测量B距离测量C导线测量D角度测量
4.已知某直线的坐标方位角为220°，则其象限角为（D）。
A220°B40°C南西50°D南西40°
5.由一条线段的边长、方位角和一点坐标计算另一点坐标的计算称为（A）。
A坐标正算B坐标反算C导线计算D水准计算
6.闭合导线在X轴上的坐标增量闭合差（A）。
A为一不等于0的常数B与导线形状有关C总为0D由路线中两点确定
7.在地形图中，表示测量控制点的符号属于（D）。
A比例符号B半依比例符号C地貌符号D非比例符号
8.在未知点上设站对三个已知点进行测角交会的方法称为（A）。
A后方交会B前方交会C侧方交会D无法确定
9.两井定向中不需要进行的一项工作是（C）。
A投点B地面连接C测量井筒中钢丝长度D井下连接
10.绝对高程是地面点到（C）的铅垂距离。
A坐标原点B任意水准面C大地水准面D赤道面
11．下列关于等高线的叙述是错误的是：
（A）
A．高程相等的点在同一等高线上
B．等高线必定是闭合曲线，即使本幅图没闭合，则在相邻的图幅闭合
C．等高线不能分叉、相交或合并
D．等高线经过山脊与山脊线正交
12．下面关于非比例符号中定位点位置的叙述错误的是（B）
A．几何图形符号，定位点在符号图形中心
B．符号图形中有一个点，则该点即为定位点
C．宽底符号，符号定位点在符号底部中心
D．底部为直角形符号，其符号定位点位于最右边顶点处
13．下面关于控制网的叙述错误的是（D）
A．国家控制网从高级到低级布设
B．国家控制网按精度可分为A、B、C、D、E五等
C．国家控制网分为平面控制网和高程控制网
D．直接为测图目的建立的控制网，称为图根控制网
14．下图为某地形图的一部分，各等高线高程如图所视，A点位于线段MN上，点A到点M和点N的图上水平距离为MA=3mm，NA=2mm，则A点高程为（A）
A．36.4m
B．36.6m
C．37.4m
D．37.6m
15．如图所示支导线，AB边的坐标方位角为
，转折角如图，则CD边的坐标方位角
为（B）
A．
B．
C．
D．
16．三角高程测量要求对向观测垂直角，计算往返高差，主要目的是（D）
A．有效地抵偿或消除球差和气差的影响
B．有效地抵偿或消除仪器高和觇标高测量误差的影响
C．有效地抵偿或消除垂直角读数误差的影响
D．有效地抵偿或消除读盘分划误差的影响
17．下面测量读数的做法正确的是（C）
A．用经纬仪测水平角，用横丝照准目标读数
B．用水准仪测高差，用竖丝切准水准尺读数
C．水准测量时，每次读数前都要使水准管气泡居中
D．经纬仪测竖直角时，尽量照准目标的底部
18．水准测量时对一端水准尺进行测量的正确操作步骤是（D）。
A对中----整平-----瞄准----读数A整平----瞄准----读数----精平
C粗平----精平----瞄准----读数D粗平----瞄准----精平----读数
19．矿井平面联系测量的主要任务是（D）
A实现井上下平面坐标系统的统一B实现井上下高程的统一
C作为井下基本平面控制D提高井下导线测量的精度
20．井口水准基点一般位于（A）。
A地面工业广场井筒附近B井下井筒附近
C地面任意位置的水准点D井下任意位置的水准点
得分
评卷人
复查人
21水准测量中，为了进行测站检核，在一个测站要测量两个高差值进行比较，通常采用的测量检核方法是双面尺法和。
22直线定向常用的标准方向有真子午线方向、_____磁北方向____________和坐标纵线方向。
23地形图符号一般分为比例符号、_半依比例符号_________________和不依比例符号。
24井下巷道掘进过程中，为了保证巷道的方向和坡度，通常要进行中线和____________的标定工作。
25测量误差按其对测量结果的影响性质，可分为系统误差和_偶然误差______________。
26地物注记的形式有文字注记、______和符号注记三种。
27象限角的取值范围是：
0-90。
28经纬仪安置通常包括整平和对中。
29为了便于计算和分析，对大地水准面采用一个规则的数学曲面进行表示，这个数学曲面称为参考托球面。
30光电测距仪按照测量时间的方式可以分为相位式测距仪和差分。
得分
评卷人
复查人
31．竖盘指标差
竖盘分划误差
32．水准测量
利用水准仪测定两点间的高差
33．系统误差
由客观原因造成的具有统计规律性的误差
34．视准轴
仪器望远镜物镜和目镜中心的连线
得分
评卷人
复查人
35．简述测回法测量水平角时一个测站上的工作步骤和角度计算方法。
对中，整平，定向，测角。
观测角度值减去定向角度值
36．什么叫比例尺精度？
它在实际测量工作中有何意义？
图上0.1毫米在实地的距离。
可以影响地物取舍
37．简述用极坐标法在实地测设图纸上某点平面位置的要素计算和测设过程。
38．高斯投影具有哪些基本规律。
得分
评卷人
复查人
39．在1：
2000图幅坐标方格网上，量测出ab=2.0cm,ac=1.6cm,ad=3.9cm,ae=5.2cm。
试计算AB长度DAB及其坐标方位角αAB。
40．从图上量得点M的坐标XM=14.22m,YM=86.71m；点A的坐标为XA=42.34m,YA=85.00m。
试计算M、A两点的水平距离和坐标方位角。
测量学标准答案与评分说明
一、一、 单项选择题（每题1分）
1A；2D；3C；4D；5A；6C；7D；8A；9C；10C；
11A；12D；13B；14A；15B；16A；17C；18D；19A；20A
二、二、 填空题（每空2分，共20分）
21变更仪器高法
22磁北方向
23半依比例符号（或线状符号）
24．腰线
25．偶然误差
26．数字注记
27大于等于0度且小于等于90度（或[0°,90°]）
28对中
29旋转椭球体面
30脉冲式测距仪
三、三、 名词解释（每题5分，共20分）
31竖盘指标差：
在垂直角测量中，当竖盘指标水准管气泡居中时，指标并不恰好指向其正确位置90度或270度，而是与正确位置相差一个小角度x,x即为竖盘指标差。
32水准测量：
利用一条水平视线并借助于水准尺，测量地面两点间的高差，进而由已知点的高程推算出未知点的高程的测量工作。
33系统误差：
在相同的观测条件下，对某量进行了n次观测，如果误差出现的大小和符号均相同或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。
34视准轴：
望远镜物镜光心与十字丝中心（或交叉点）的连线。
四、四、 简答题（每题5分，共20分）
35
（1）在测站点O上安置经纬仪，对中，整平（1分）
（2）盘左瞄准A点，读数LA，顺时针旋转照准部到B点，读数LB，计算上半测回角度O1=LB-LA；
（2分）
（3）旋转望远镜和照准部，变为盘右方向，瞄准B点读数RB，逆时针旋转到A点，读数RA，计算下半测回角度O2=RB-RA；（3分）
（4）比较O1和O2的差，若超过限差则不符合要求，需要重新测量，若小于限差，则取平均值为最终测量结果O=（O1+O2）/2（5分）
36
图上0.1mm对应的实地距离叫做比例尺精度。
（3分）
其作用主要在于：
一是根据地形图比例尺确定实地量测精度；二是根据地形图上需要表示地物地貌的详细程度，确定所选用地形图的比例尺。
（5分）
37
要素计算：
从图纸上量算待测设点的坐标，然后结合已有控制点计算该点与控制点连线之间的方位角，进而确定与已知方向之间所夹的水平角，计算待测设点到设站控制点之间的水平距离。
（3分）
测设过程：
在设站控制点安置经纬仪，后视另一控制点，置度盘为0度，根据待定方向与该方向夹角确定方向线，根据距离确定点的位置。
（5分）
38
高斯投影的基本规律是：
（1）
（1）中央子午线的投影为一直线，且投影之后的长度无变形；其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，且以中央子午线为对称轴，离对称轴越远，其长度变形也就越大；
（2）
（2）赤道的投影为直线，其余纬线的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴；
（3）（3）经纬线投影后仍保持相互正交的关系，即投影后无角度变形；
（4）（4）中央子午线和赤道的投影相互垂直。
评分说明：
答对一条得2分，答对三条即可得满分。
五、五、 计算题（每题10分，共20分）
39
bd=ad–ab=1.9cm，因此△X=-38m；
ce=ae–ac=3.6cm,因此△Y=-72m;（3分）
（或由图根据比例尺和距离计算A、B两点的坐标）
因此距离为：
81.413m（6分）
AB的方位角为：
242°10′33″（10分）
（方位角计算应说明具体过程，过程对结果错扣2分）
40
△X=XA–XM=28.12m,△Y=YA–YM=-1.71m（2分）
距离d=（△X2+△Y2）1/2=28.17m（5分）
方位角为：
356°31′12″（应说明计算过程与主要公式）（10分）
可通过不同方法计算，如先计算象限角，再计算方位角。
说明：
在距离与方位角计算中，算法公式对但结果错各1分
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