可缩性金属支架

环形可缩性支架又称封闭形可缩性支架，支架各节连接后形成一个封闭的环形，故因此而得名。封闭形支架与拱形、梯形支架不同处就在于其底部是封闭的，因此带来两个突出的优点：由于支架本身是一个闭合体，其承载能力较拱形、梯形支架有较大提高，支架变形损坏小；由于支架底部封闭，对巷道底鼓有良好的控制作用，对巷道两帮也有较强的控制能力。

环形可缩性支架结构复杂、钢材消耗多、成本高，通常只在围岩松软、采深大、压力大、底鼓严重、两帮移近量很大的巷道才使用这种支架。环形可缩性支架的主要架型有马蹄形、圆形、方（长）环形等 。

综上所述，拱形、环形和梯形是金属支架的三大类型。就支架的承载能力、控制围岩变形效果及可缩性而言，以环形支架最好，拱形支架次之，梯形支架较差；就支架结构的繁简，支架加工、安设、回收、巷道断面开掘难易，巷道断面利用率和支架成本高低，以及安设支架时对顶板和围岩的破坏情况讲，则以梯形支架最优，拱形次之，环形较差。

拱形支架在我国使用广泛，特别是在巷道围岩变形量和压力较大的情况下，使用拱形支架更有其优越性。环形可缩性金属支架的承载能力大，能有效地控制巷道底鼓和两帮移近，适宜在围岩压力大，特别是两帮压力大、底鼓严重的巷道中使用。当侧压和底鼓不甚严重、巷道压力和围岩变形亦不太大，可使用梯形可缩性金属支架 。

U型钢拱形可缩性支架结构比较简单，承载能力大，可缩性较好，因而是U型钢可缩性支架中使用最广泛的一种。

U型钢拱形可缩性支架一般由以下5部分组成：

（1）顶架，为圆形弧拱形。根据巷道断面大小，支架受力、可缩量、运输条件等不同情况有一节或多节之分，国内多用一节或两节。

（2）柱腿，主要有两种形式：一种是上部为圆弧形，下部为直线形；另一种为曲线形，它有一个或两个曲率半径。柱腿下部焊有长方形或正方形底座。

（3）连接件，是连接、卡紧型钢的装置，是保证拱形支架具有一定工作阻力和一定可缩量的关键部件。

（4）架间拉杆，可将支架纵向连接起来，以增强支架的整体性和稳定性。

（5）背衬材料，是支架与围岩之间填充、隔离材料，主要有各种背板和金属网等，其目的在于改善支架的受力状况和保持围岩稳定 。

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 。

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。

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 。