[科普中国]-梯形可缩性金属支架

梯形可缩性金属支架一般采用矿用工字钢制做（也有用U型钢制做的）。矿用工字钢梯形可缩性支架是根据我国国情而发展起来的适用于采准巷道、软岩巷道和其他复杂条件巷道的一种新型支架。

简介梯形可缩性金属支架一般采用矿用工字钢制做（也有用U型钢制做的）。矿用工字钢梯形可缩性支架是根据我国国情而发展起来的适用于采准巷道、软岩巷道和其他复杂条件巷道的一种新型支架。矿工钢梯形可缩性支架与U型钢可缩性支架相比，结构简单、装卸容易、造价较低，平均节约钢材和支护成本均在30%以上，经济效益显著。

梯形可缩性支架比拱形可缩性支架的承载能力小，但它不破坏顶板，能保持顶板的完整性，且断面利用率高。故在一定条件下梯形可缩性金属支架也有较广泛的应用范围和发展前途。

梯形可缩性金属支架主要为卡环式，分为双向可缩型、顶梁可缩型、立柱可缩型三大类1。

国内现状国内外可缩性巷道支架都用U型钢制造, 工字钢只用于制造刚性支架。我国型钢货源紧张（只占工字钢30%-40%），价格偏高（比工字钢高15%-20%）。

工字钢可缩性巷道支架适用于围岩条件和生产技术条件较差的梯形巷道。这种支架由工字钢和可缩性构件组成，其中纵向可缩性滑移构件代替了部分柱腿工字钢的长度，既是支架的组成部分，又起连接件的作用，因而结构简单，成本降低。支架的工作阻力可在20-30kN调整，可缩量为180-500mm。

螺栓连接件式支架结构和原理螺栓连接件式工字钢可缩性支架结构，由柱腿垫板、柱腿、螺栓、纵向滑移构件、横向夹紧摩擦块、顶梁和螺栓组成。

可缩的核心部件是纵向滑移构件和横向夹紧摩擦块，它们均为铸钢件。安装时，先将两件纵向滑移构件分别置于柱腿上部可缩性搭接处腹板的两侧，然后用螺栓连接。

当拧紧螺栓后，螺栓便将纵向滑移构件与工字钢柱腿夹紧，并在两者之间产生摩擦力，为支架顶梁提供工作阻力。当顶梁作用在柱腿上的压力大于该摩擦力时，滑移构件会沿着柱腿向下滑动，支架顶梁也随之下沉，实现垂直可缩，并使顶梁上的部分作用力得到释放，避免支架顶梁承受过大的压力而损坏。

工字钢顶梁上的梁腿连接装置具有侧向可缩性能。支架横向夹紧摩擦块与纵向滑移构件用螺栓铰接，增加支架的整体性。安装时，将横向夹紧摩擦块扣紧在工字钢顶梁的翼缘上，螺栓穿过横向夹紧摩擦块后拧紧，滑移件则采用自由铰接，使这种支架的安装和拆卸都比较容易。在一般情况下，柱腿可承受一定的侧向压力，阻止巷道两帮的变形破坏当柱腿受到的侧压力大于横向夹紧摩擦块与顶梁翼缘、顶梁底部与纵向滑移构件顶端之间的摩擦力时，柱腿便推动摩擦块向巷道空间移动，形成侧向可缩，释放棚腿上的部分压力，避免柱腿受力过大而损坏2。

楔紧连接件式支架结构和原理工字钢可缩性支架连接件完全取消了螺栓，无论是纵向滑移构件还是横向夹紧摩擦块均采用楔式连接，安装拆卸时，只需用锤将连接件楔子打紧或卸下即可。不使用螺栓，简化支架安装和拆卸工序，克服螺栓连接件在井下常常锈蚀，支架拆除困难的缺点，使支护成本进一步降低。

梯形可缩性金属支架力学性能在工字钢型号、材质确定后，支架顶梁承载能力取决于顶梁长度支架柱腿承受侧压的能力与柱腿长度和纵向滑移构件强度有关。设计纵向滑移构件尺寸时使其强度要和柱腿工字钢的承载能力相适应，保证滑移构件不影响柱腿承受侧压能力。这样柱腿的承载能力就只与长度有关。

工字钢可缩支架的最终承载能力比同型号刚性支架大，这种特性与回采巷道围岩变形特点相适应，即支架安设初期支架承载能力小，围岩压力也不大随着支架架设时间的延长，回采工作面临近，围岩压力越来越大，支架缩量也不断增加，承载能力也逐渐增大，有效地控制巷道围岩变形破坏。

以工字钢可缩性支架在实验室试验的力学性质为例，试验支架柱腿垂直承载能力、横向夹紧摩擦块可缩性试验和支架整体力学性能试验等。

试验表明，拧紧力矩一定条件下，支架柱腿可缩性构件的工作阻力基本上不随可缩量的加大而变化，具有恒阻特性图，顶梁上的横向夹紧摩擦块的阻力也基本上是恒定的图。

力学试验和理论分析一致，认为支架侧向工作阻力不但取决于顶梁与横向夹紧摩擦块间的摩擦力，而且还取决于支架底部与纵向滑移摩擦块顶端之间摩擦力的大小。在横只需用锤将连接件楔子打紧或卸下即可。不使用螺栓，简化支架安装和拆卸工序，克服螺栓连接件在井下常常锈蚀，支架拆除困难的缺点，使支护成本进一步降低3。

本词条内容贡献者为:

王强 - 副教授 - 西南大学