采場頂板控制設(shè)計(jì)

1、2024/3/21,1,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),5.1 回采工作面支架與圍巖關(guān)系,5.1.1 支架對頂板的工作狀態(tài),（1）支架對直接頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)—“給定載荷”方案,在頂板巖層沉降過程中，支架對直接頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)按“給定載荷”考慮是接近實(shí)際的。無論頂板沉降到什么位置，直接頂給支架的作用力可以近似地看成是恒定的。,,（5.1）,（2）支架對基本頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)—“給定變形”和“限定變形”,①“給定變形”工作方案,在巖梁由端部斷裂到沉降至最終位態(tài)的

2、整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，支架只能在一定范圍內(nèi)降低巖梁運(yùn)動(dòng)速度，但不能對巖梁的運(yùn)動(dòng)起到阻止作用。,2024/3/21,2,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),巖梁運(yùn)動(dòng)全過程中支架作用力與頂板壓力之間的關(guān)系,,,或,巖梁運(yùn)動(dòng)至最終狀態(tài)時(shí)的頂板下沉量：,2024/3/21,3,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),,為防止支架在巖梁運(yùn)動(dòng)過程中被壓死，最大允許縮量須滿足：,,②“限定變形”工作方案,采場支架對巖梁運(yùn)動(dòng)采取“限定變形”，是指采場支架對巖梁運(yùn)動(dòng)進(jìn)行必要的限制。在支架

3、阻力的作用下，巖梁不能沉降至最低位態(tài)。巖梁進(jìn)入穩(wěn)定時(shí)的位態(tài)（巖梁運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定時(shí)采場頂板下沉量）由采場支架的阻抗力所限定。,2024/3/21,4,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),5.1.2 支架圍巖的一般關(guān)系,合理的支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)該能杜絕下列頂板事故：剪切冒落、滑動(dòng)冒落、沖擊冒落；應(yīng)該盡可能抑制下列頂板壓力顯現(xiàn)：臺(tái)階下沉、破碎、離層、大懸頂、沖擊載荷。,,位態(tài)方程,,圖5.2 支架圍巖的雙曲線關(guān)系,2024/3/21,5,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),支圍關(guān)

4、系圖,2024/3/21,6,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),5.1.3 采場支護(hù)的原理,（1）對直接頂—“支”與“護(hù)”兩重性,（2）對基本頂控制狀態(tài)的選擇,“給定變形”、“限定變形”。,支架要有足夠的支撐能力，在采場支護(hù)住直接頂，使其不垮落；同時(shí)，由于直接頂比較破碎，支架還必須能夠護(hù)住頂板，使破碎巖塊不能進(jìn)入工作面。,2024/3/21,7,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),5.2 合理支護(hù)強(qiáng)度的確定,5.2.1 直接頂初次垮落期間,（1）支的準(zhǔn)則：保

5、證直接頂安全切落。,（3）支護(hù)強(qiáng)度：,（2）力學(xué)保證條件：支架至少能承擔(dān)起直接頂初次垮落步距一半的重力。,2024/3/21,8,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),5.2.2 基本頂初次來壓期間,（1）支的準(zhǔn)則,①防止直接頂向采空區(qū)推垮；②讓基本頂緩慢沉降到要求的位態(tài)（防止沖擊）；③保證支架不被壓死；④對可能發(fā)生剪切的采場，應(yīng)采取特殊的處理方法，并進(jìn)行采場來壓預(yù)報(bào)。,（2）力學(xué)保證條件,①增加支柱初撐力和工作阻力，使直接頂和基本頂緊貼（加大

6、泵壓，穿鞋或用大噸位升柱器等措施）；②支架能在不被壓死的情況下，承擔(dān)起基本頂?shù)牟糠肿饔昧腿恐苯禹數(shù)淖饔昧Α?2024/3/21,9,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),,支護(hù)強(qiáng)度,（5.9）,2024/3/21,10,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),N≤1時(shí)，表明直接頂很薄，堅(jiān)硬基本頂來壓猛烈，支架必須承擔(dān)初次來壓步距內(nèi)1/4的巖重。如基本支護(hù)達(dá)不到要求，則采取特種支護(hù)或其它措施。,1<N≤2.5時(shí)，表明采空區(qū)充填一般，頂板下沉量和來壓強(qiáng)度隨N

7、的增加而線性減小，需承擔(dān)的基本頂作用力也越來越小。,2.5<N≤5時(shí)，表明采空區(qū)基本充填滿，幾乎可以不考慮基本頂?shù)淖饔昧Α?N>5時(shí)，表明垮落直接頂與基本頂接實(shí)，支架可完全不考慮基本頂?shù)淖饔昧Α?2024/3/21,11,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),直接頂作用力A,,,當(dāng)懸頂距較大時(shí)，自身有一定支承能力，其作用力無須支架全部承擔(dān)，懸頂斷裂后，在沉降過程中，根據(jù)靜力平衡，支架必須承受懸頂?shù)娜恐亓Γú豢紤]力矩的作用）。,當(dāng)懸頂距較

8、小時(shí)，懸頂與采空區(qū)已垮矸石很難接觸以傳遞直接頂?shù)闹亓?，所以，?yīng)按力矩平衡來求A。,2024/3/21,12,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),長懸頂觸矸后，直接頂給支架的作用力：,5.2.3 正常推進(jìn)階段,圖5.4 類拱在煤壁處的切落位置,①類拱結(jié)構(gòu)采場，防止類拱在煤壁處切落（沿圖5.4中AB、CD線）；,②梁式結(jié)構(gòu)采場防止基本頂來壓時(shí)出現(xiàn)大的臺(tái)階下沉和沖擊；,③多巖層結(jié)構(gòu)采場防止上位巖梁對下位巖梁的沖擊；,④防止支架壓死。,2024/3/21,

9、13,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),①類拱結(jié)構(gòu)采場保證支架能支撐直接頂和懸垮度一半的重量；②支架在“給定變形”狀態(tài)工作時(shí)，必須能支撐直接頂并能承擔(dān)部分基本頂?shù)淖饔昧Γ詼p緩基本頂?shù)膩韷核俣龋?（3）支護(hù)強(qiáng)度：,①類拱結(jié)構(gòu),,②“給定變形”,,力學(xué)保證條件：,2024/3/21,14,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),③“限定變形”,,④多巖梁結(jié)構(gòu),,2024/3/21,15,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),5.3 支架工作特性及實(shí)際支撐能力的確定,,2024

10、/3/21,16,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),在進(jìn)行頂板控制設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮各種因素對支架實(shí)際支撐能力的影響：,（a）初撐力。支架支設(shè)時(shí)，將活柱升起，托住頂梁，利用升柱工具和鎖緊裝置使支柱對頂板產(chǎn)生一個(gè)主動(dòng)支撐力。最初形成的主動(dòng)支撐力稱為支柱的初撐力。對于液壓支柱，是泵壓所形成的支柱對頂板的撐力。,（b）始動(dòng)力。在頂板壓力作用下，活柱開始下縮的瞬間，支柱上所反映出來的力稱為始動(dòng)阻力。這種力是頂板壓縮支柱形成的。也稱為支柱的阻力。,（c）初工

11、作阻力。指在支架的性能曲線中，活柱下縮時(shí)，工作阻力的增長率由急劇增長轉(zhuǎn)為緩慢增長的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處的工作阻力。,（d）最大工作阻力。支柱所能承受的最大負(fù)載能力，又稱額定工作阻力。,2024/3/21,17,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),單體支架由頂梁和支柱組成。它的工作特性主要取決于單體支柱的工作特性和輔助結(jié)構(gòu)的壓縮特性。,（1）單體支柱,①木支柱,木材是一種各向異性體，木材縱向（平行于木材的纖維方向）加壓時(shí)，其承載能力要比橫向（垂直于木材的纖維方向

12、）加壓時(shí)大，但可縮量小得多。,圖5.6 木支柱特性曲線 1-支柱直接架設(shè)在頂板上；2—支柱帶有8cm厚可縮墊木,2024/3/21,18,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),②金屬摩擦支柱,廣泛使用的金屬摩擦支柱有急增阻式和微增阻式兩種。,圖5.7 HZWA型金屬支柱結(jié)構(gòu),2024/3/21,19,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),③單體液壓支柱,按注油（液）方式分為內(nèi)注式和外注式兩種。,圖5.9 內(nèi)注式,圖5.10 外注式

13、,內(nèi)注式液壓支柱工作液存在支柱體內(nèi)，通過搖動(dòng)手把操縱支柱內(nèi)的液壓泵，把工作液從低壓腔壓入高壓腔升起支柱。,外注式液壓支柱的工作液是從外部供給的。,2024/3/21,20,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),,圖5.12 單體液壓支柱工作特性曲線,2024/3/21,21,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（2）液壓支架,①綜采支架,（a）支撐式液壓支架,結(jié)構(gòu)上沒有掩護(hù)梁，對頂板的作用是以垂直支撐為主的支架。,支架具有較大的支撐能力，靠立柱和頂梁直接支撐頂板

14、，維護(hù)工作空間，頂板在頂梁后部切斷垮落。支撐力集中在頂梁的后部，而在煤壁附近無立柱支護(hù)區(qū)由支撐力較弱的前探梁維護(hù)。,圖5.13 不同架型頂梁上載荷分布 a、b—垛式；c、d—支撐掩護(hù)式；e—掩護(hù)支撐式；f—純掩護(hù)式,一般適用于支撐穩(wěn)定和堅(jiān)硬的頂板。按支架結(jié)構(gòu)與動(dòng)作方式的不同，支撐式又可分為垛式（六柱和四柱兩種）和節(jié)式兩種。,2024/3/21,22,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),圖5.14 BZZZ

15、C型垛式液壓支架,圖5.15 節(jié)式支架,2024/3/21,23,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（b）支撐掩護(hù)式,支架支撐部分作用力大于掩護(hù)部分，適合于在較穩(wěn)定的頂板條件下使用。,圖5.16 道梯4/550型支撐掩護(hù)式支架,2024/3/21,24,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（c）掩護(hù)式支架,支架頂梁較短，支撐能力較弱，主要靠掩護(hù)作用維護(hù)工作空間，適用于松軟頂板。,圖5.17 G320-13/32型掩護(hù)式支架,2024/3/21,25,回采工作

16、面頂板控制設(shè)計(jì),②綜采放頂煤支架,（a）單輸送機(jī)高位放頂煤支架,（b）雙輸送機(jī)中位放頂煤支架,2024/3/21,26,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（c）雙輸送機(jī)低位放頂煤支架,適用于急斜特厚煤層和緩斜中硬煤層。,（d）“三軟”煤層的放頂煤支架,目前解決“三軟”煤層放頂煤的支架架型主要應(yīng)提高支架對圍巖的封閉能力，并適當(dāng)增加頂梁長度，以免梁上頂煤放空，一般采用四柱長梁支撐掩護(hù)式放頂煤支架。,圖5.21 ZFS 3600-16/28三軟煤層放頂

17、煤支架,（e）急斜特厚水平分段放頂煤支架,2024/3/21,27,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),5.3.3 支架的實(shí)際支撐能力,（1）單體支柱實(shí)際支撐能力,①影響單體支柱支護(hù)能力的因素,（a）直接頂?shù)装鍙?qiáng)度 頂?shù)装宄休d能力越高，越利于提高支柱實(shí)際支撐能力；底板軟，特別是當(dāng)?shù)装迳嫌懈∶簳r(shí)，會(huì)引起支柱鉆底，使阻力上不去。,,,（b）輔助支護(hù)結(jié)構(gòu)壓縮 柱帽壓縮致使支柱工作阻力降低。,2024/3/21,28,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),

18、（c）支設(shè)質(zhì)量,,（d）支柱承載不均,圖5.23 不同緊楔程度支柱工況 1—水平楔打的緊；2—水平楔未打緊,,圖5.24 浮煤對支柱工況的影響Ⅰ—第一觀測線；Ⅱ—第二觀測線,第Ⅱ觀測線支柱底板浮煤影響，整體支撐能力降低 。,（e）支柱本身的工作特性,2024/3/21,29,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),②單體支柱實(shí)際支撐能力計(jì)算方法,,2024/3/21,30,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（2）液壓支架實(shí)際支撐能力,液壓支架升架質(zhì)量，直接影

19、響到支架對頂板的初撐力，也影響到支架由初撐狀態(tài)進(jìn)入到恒阻狀態(tài)所需的時(shí)間（即該段活柱縮量大小），如圖5.27所示。,支架由于受臨近支架卸載移架和頂?shù)装逯辛严稊U(kuò)展或浮矸浮煤壓縮的影響，多數(shù)處在多增阻狀態(tài)下工作（圖5.28），整個(gè)支護(hù)循環(huán)中的平均阻力小于終工作阻力，更小于額定工作阻力。,,,圖5.28 實(shí)測支架循環(huán)工況,2024/3/21,31,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),,液壓支架對頂板的支護(hù)特性與單體支柱不同，隨工作面推進(jìn)，存在著支架反復(fù)卸載

20、、前移、再支撐的過程。在支架卸載前移過程中，卸載時(shí)對頂板的支撐力幾乎消失，使臨近的未移支架所受壓力升高，沿工作面煤壁方向明顯出現(xiàn)支架受載不均現(xiàn)象（如圖5.29），支架對頂板的實(shí)際支撐力應(yīng)當(dāng)是沿工作面煤壁方向整個(gè)支架控頂范圍內(nèi)的阻力平均值。,圖5.29 沿煤壁方向支架受力分布,液壓支架對頂板的實(shí)際支撐能力,2024/3/21,32,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),5.4 控制設(shè)計(jì),5.4.1 單體支柱工作面支護(hù)設(shè)計(jì),通常的頂板處理方法有：留煤柱、

21、煤垛支撐頂板（如房柱、刀柱等）；緩慢下沉法；自然垮落法；層狀堅(jiān)硬頂板（厚度不超過5m）運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化法；厚層堅(jiān)硬頂板特殊處理法。,①自然垮落法,對頂板不采取專門的處理措施，隨工作面推進(jìn)頂板在采空區(qū)內(nèi)自行垮落稱為自然垮落法處理頂板。它借助于頂板巖層自身的垮落性控制頂板，屬既安全又經(jīng)濟(jì)的方法，在條件允許時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇。,2024/3/21,33,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),②緩慢下沉法,煤層上方覆蓋層由塑彎性能強(qiáng)的石灰?guī)r或泥質(zhì)頁巖組成時(shí)，頂板可能

22、隨工作面推進(jìn)而彎曲下沉，并在采空區(qū)內(nèi)一定距離處與底板接觸閉合。,若因頂板下沉量太大，工作空間過小，或超過支柱縮量的限度時(shí)，就需要在采空區(qū)進(jìn)行部分充填，以減小最大控頂排處的頂板下沉量，如圖5.30（b）所示。,,(a) 緩慢下沉 (b) 采空區(qū)充填 (c) 采空區(qū)內(nèi)強(qiáng)放圖5.30 緩慢下沉頂板采空區(qū)

23、充填與強(qiáng)制放頂,2024/3/21,34,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),充填后的頂板下沉量：,,充填后：,未充填：,在這類頂板條件下，也可以采用強(qiáng)制放頂?shù)姆椒ㄔ黾硬煽諈^(qū)墊層的厚度，如圖5.30（c）所示。此時(shí)，頂板下沉量：,,2024/3/21,35,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),③層狀堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化,層狀堅(jiān)硬頂板的初次垮落一般存在兩種運(yùn)動(dòng)形式：一是彎沉運(yùn)動(dòng)形式，二是剪切運(yùn)動(dòng)形式。,（b）剪切運(yùn)動(dòng)形式向彎沉運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化的處理措施,（a）巖層運(yùn)

24、動(dòng)的兩種形式,（Ⅰ）擴(kuò)大巖梁端部斷裂線位置至煤壁的距離，使巖梁以煤壁為支撐具備穩(wěn)固的支承端，避免從煤壁處切下。同時(shí)巖梁在端部斷裂后，延長彎矩向巖梁中部轉(zhuǎn)移的過程，促成中部斷裂，形成彎沉運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。,（Ⅱ）減小巖梁的厚度，特別是懸垮度中部的厚度以促成中部斷裂。,對頂板進(jìn)行處理的主要措施是采用人工放頂?shù)霓k法來減小巖梁的厚度，通常采用循環(huán)放頂和中部拉槽放頂。,2024/3/21,36,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),通常采用對煤體進(jìn)行松動(dòng)放炮或注水軟化

25、的方法。 對于松動(dòng)放炮可以按推進(jìn)循環(huán)進(jìn)行，也可以按推進(jìn)步距進(jìn)行。 對于注水軟化可以采取預(yù)注水的方法，即在采煤工作面順槽準(zhǔn)備出來以后，在順槽中對煤體進(jìn)行預(yù)注水；也可以像松動(dòng)放炮一樣，在工作面推進(jìn)過程中，按推進(jìn)步距進(jìn)行注水。,在厚煤層分層開采或近距離煤層開采的條件下，當(dāng)先采上分層或上層時(shí)，頂板具有剪切運(yùn)動(dòng)的危險(xiǎn)時(shí)，可以考慮改變程序，采用反程序開采，即先采下分層或下層煤。采用反程序開采時(shí)，原來具有剪切運(yùn)動(dòng)特征的頂板，經(jīng)

26、歷一次采動(dòng)影響的破壞后，其強(qiáng)度有明顯的降低，在重新開采時(shí)，有可能將其剪切運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成彎沉運(yùn)動(dòng)。采用反程序開采的方法，由于無需對頂板和煤層進(jìn)行人工處理，因此它是最經(jīng)濟(jì)的方法，在條件具備時(shí)，也應(yīng)優(yōu)先選擇。,2024/3/21,37,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),合理支護(hù)方式的選擇,支護(hù)方式一般分為基本支護(hù)和特種支護(hù)兩類?；局ёo(hù)要求支架在頂板不發(fā)生特殊情況時(shí)，能支和護(hù)住頂板。特種支護(hù)要求支架在頂板出現(xiàn)懸頂、滑動(dòng)、沖擊等威脅時(shí)，能防止頂板事故的發(fā)生。

27、兩種支護(hù)的作用是相輔相成的。,①基本支護(hù)方式的確定,在單體支柱工作面，基本支護(hù)方式一般分為點(diǎn)柱和棚子支護(hù)兩類。影響支護(hù)方式的因素主要有下位直接頂?shù)耐暾浴⒊山M節(jié)理裂隙的方向、傾角、頂板壓力等。,②特種支護(hù)的選擇,特種支護(hù)主要用來防止頂板事故，它是基本支護(hù)的“加強(qiáng)”和“補(bǔ)充”。特種支護(hù)一般用于事故多發(fā)地段，即放頂線、端頭、煤壁處及局部構(gòu)造地段。,2024/3/21,38,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（a）放頂線的特種支護(hù),放頂線的頂板事故一般

28、有推垮、壓垮和沖矸三類，就目前的支護(hù)裝備水平，相應(yīng)的特種支護(hù)主要有戧棚（柱）、密集、墩柱、木垛、擋矸簾等。,情形1：防止向傾斜推垮的特種支護(hù),情形2：防止向采空區(qū)推垮的特種支護(hù),情形3：防止向煤壁推垮的特種支護(hù)可選用向采空區(qū)方向的戧棚（或戧柱）。,2024/3/21,39,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（b）端頭特種支護(hù),（Ⅰ）四對八根長梁端頭支護(hù),圖5.33 長鋼梁端頭支護(hù),（Ⅱ）十字頂梁端頭支護(hù),2024/3/21,40,回采工作面頂板控

29、制設(shè)計(jì),（Ⅲ）木垛,(Ⅳ) 機(jī)巷破頂掘進(jìn)采場下端頭的特種支護(hù),圖5.36 破頂掘進(jìn)巷道的支護(hù)1—定位支柱；2—木垛；3—防推木柱,2024/3/21,41,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（c）煤壁處的特種支護(hù),（d）全承載支護(hù),全承載支護(hù)是指將末排回下的支柱，支到前排支柱的內(nèi)側(cè)，這樣既可加強(qiáng)后排的支護(hù)，又可保護(hù)支柱。因此，應(yīng)提倡采用全承載支護(hù)。全承載支護(hù)也可看成是一種最基本的特種支護(hù)。,（e）大傾角采場的特種支護(hù),2024/3/21,42,

30、回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（3）采場控頂距的選擇,控頂距：從煤壁到最后一排支柱的距離。,基本控頂距：,根據(jù)安全生產(chǎn)的基本要求，采場至少必須有3硐分別供運(yùn)煤、行人和堆料用，因此，在“見四回一”的采場，基本控頂距最大為4硐，最小為3硐，在“見五回二”的采場，最大控頂距為5硐，最小為3硐，任何小于3硐的控頂距在安全方面都是不允許的。,,控頂距表達(dá)式：,①控頂距和基本控頂距,2024/3/21,43,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),一般頂板條件下，都選用

31、3～4硐控頂。,②影響控頂距的因素,復(fù)合頂板下處于不同推進(jìn)階段、局部地質(zhì)構(gòu)造影響、支架性能、頂板的完整性、基本頂?shù)臎_擊程度、工藝特點(diǎn)（頂梁長度、進(jìn)尺、放頂距等）、瓦斯、采高、傾角等。,③合理控頂距的確定,2024/3/21,44,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（b）復(fù)合頂初次垮落期間的控頂距,根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，此階段一般采用4～5硐控頂。,（c）松軟頂板的控頂距,松軟頂板垮落容易冒入控頂區(qū)，即超前垮落（如圖5.37所示）。,圖5.37 特破碎頂板

32、下的控頂距,造成了后排支柱“支空”，稍受擾動(dòng)，支柱將被推倒。,2024/3/21,45,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),煤壁到頂板超前垮落起始點(diǎn)之間，至少有2硐的安全空間，考慮到一次回一硐的作業(yè)方式，最大控頂距為：,,（d）采場仰采時(shí)的控頂距,當(dāng)頂板為復(fù)合頂時(shí)，可在原控頂距的基礎(chǔ)上擴(kuò)大1硐。,圖5.38 仰采時(shí)的控頂距,2024/3/21,46,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（e）堅(jiān)硬直接頂采場的控頂距,圖5.39 堅(jiān)硬頂板下的控頂距,當(dāng)堅(jiān)硬直接頂斷

33、縫位于放頂線附近時(shí)，若控頂距太小，垮落的大塊矸石極易沖至煤壁而發(fā)生傷亡事故。因此，這種采場控頂距確定的原則是：回柱前，煤壁到斷裂線之間必須有2～3硐的安全空間，否則不準(zhǔn)回柱。控頂距的具體大小視頂板斷裂塊度決定（如圖所示）。,2024/3/21,47,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（f）特松軟底板的控頂距,（g）復(fù)合頂板（包括“夾心”頂板）采場調(diào)面時(shí)的控頂距,（h）團(tuán)塊狀頂板下的控頂距,（i）大采高、大傾角采場的控頂距,2024/3/21,48

34、,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（4）支架工作狀態(tài)與控頂距的關(guān)系,根據(jù)支架圍巖關(guān)系理論，當(dāng)需要限制基本頂位態(tài)時(shí)，適當(dāng)增加控頂距比增加支柱實(shí)際支撐能力更為有效，但要防止支柱在末排被壓死。若支架采取給定變形工作方案，則控頂距就不宜過大，所選控頂距要用來壓結(jié)束時(shí)刻采場頂板下沉量來檢驗(yàn)。,（5）合理支柱密度計(jì)算,①頂板支和護(hù)的關(guān)系,頂板支護(hù)包括支和護(hù)兩個(gè)方面，“支”的對象，重點(diǎn)是基本頂和堅(jiān)硬直接頂，“護(hù)”的對象，主要是煤層上0.5m范圍內(nèi)的直接頂或偽

35、頂。,2024/3/21,49,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),②合理支柱密度的計(jì)算,,護(hù)密度主要由直接頂（包括偽頂）的完整性指數(shù)和護(hù)頂材料的強(qiáng)度決定，由于不同材料的強(qiáng)度差別很大，因此，同樣頂板條件的采場，護(hù)密度可能因護(hù)頂材料的不同而不同。 護(hù)頂?shù)臏?zhǔn)則是：所選棚距應(yīng)保證不因護(hù)頂材料強(qiáng)度不足而發(fā)生冒頂事故及金屬網(wǎng)下不出現(xiàn)網(wǎng)兜。其力學(xué)保證條件是：護(hù)頂材料能托住兩棚間破碎巖體的重量。,護(hù)密度的確定,2024/3/21,50,回采工作面頂

36、板控制設(shè)計(jì),5.4.2 綜采綜放工作面支架選型,（1）綜采工作面支架選型,①液壓支架選型的內(nèi)容和要求,液壓支架架型選擇：針對具體頂板類型和頂板巖層組成情況選擇不同的支架類型。不僅包括支架的架型及額定工作阻力，支護(hù)強(qiáng)度等參數(shù)，而且涉及頂梁、護(hù)幫、底座、側(cè)推及閥組等主要部件的選型及其參數(shù)的決定。,②影響液壓支架選型的因素和順序,（a）根據(jù)頂板力學(xué)性質(zhì)、厚度、巖層結(jié)構(gòu)及弱面發(fā)育程度確定直接頂類型；（b）根據(jù)基本頂巖石力學(xué)特性及礦壓顯現(xiàn)特征確

37、定基本頂級別；（c）根據(jù)底板巖性及底板抗壓入強(qiáng)度及剛度測定結(jié)果，確定底板類型； （d）根據(jù)礦壓實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算額定工作阻力或根據(jù)采高、控頂寬度及周期來壓步距，估算支架必需的支護(hù)強(qiáng)度和每米阻力；,2024/3/21,51,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（e）根據(jù)頂?shù)装孱愋汀⒓墑e及采高，初選額定支護(hù)強(qiáng)度，初選支架型式；（f）考慮工作面風(fēng)量，行人斷面，煤層傾角，修正架型及參數(shù)；（g）考慮采高、煤壁片幫（煤層硬度和節(jié)理）的傾向性及頂板端面

38、垮落度，確定頂梁及護(hù)幫結(jié)構(gòu)；（h）考慮煤層傾角及工作面推進(jìn)方向，確定側(cè)護(hù)結(jié)構(gòu)及參數(shù)；（i）根據(jù)底板抗壓入強(qiáng)度，確定支架底座結(jié)構(gòu)參數(shù)及對架型參數(shù)的要求；（j）利用支架參數(shù)優(yōu)化程序（考慮結(jié)構(gòu)受力最?。怪Ъ芙Y(jié)構(gòu)優(yōu)化。,2024/3/21,52,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),,圖5.42 支架選型順序,2024/3/21,53,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),③液壓支架選型方法——系統(tǒng)分析比較法,分析比較法就是根據(jù)礦山地質(zhì)條件分析、比較、決定支架各

39、部分的類型及參數(shù)的方法。,④液壓支架合理工作阻力的確定方法,（a）國外液壓支架合理工作阻力的確定,國外確定支架合理工作阻力的方法可歸結(jié)為三種：巖石自重法、頂?shù)装逡平糠?、統(tǒng)計(jì)法。,2024/3/21,54,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),采用采高的倍數(shù)和巖石密度的乘積來計(jì)算支護(hù)強(qiáng)度,（Ⅰ）巖石自重法,,,,（Ⅱ）頂?shù)装逡平糠?頂?shù)装逡平颗c支架支護(hù)強(qiáng)度之間存著雙曲線關(guān)系，據(jù)此確定支架的工作阻力，各國的差別僅在于考慮影響因素的多少。

40、 利用調(diào)整支護(hù)阻力的方法求得頂?shù)装逡平颗c支架支護(hù)強(qiáng)度的關(guān)系曲線是較難實(shí)現(xiàn)的。,（Ⅲ）統(tǒng)計(jì)法,2024/3/21,55,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（b）我國液壓支架合理工作阻力的確定方法,（Ⅰ）載荷估算法,,圖5.43 支架受力圖,,,2024/3/21,56,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),,2024/3/21,57,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（Ⅱ）理論分析法（砌體梁理論）,工作面支架的作用應(yīng)及時(shí)支撐控頂區(qū)直接頂巖層，避免直接頂和基本頂離層而破碎

41、，同時(shí)要對上覆可能形成砌體梁結(jié)構(gòu)的基本頂巖層以作用力，用以平衡其部分載荷，不讓其沿工作面形成切頂及大量的臺(tái)階下沉。,,圖5.44 上覆巖層斷裂時(shí)受力情況,當(dāng)A巖塊前端斷裂瞬間，為協(xié)助B塊實(shí)現(xiàn)平衡結(jié)構(gòu)，其關(guān)系式為：,,2024/3/21,58,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),（2）綜采放頂煤工作面支架選型,研究放頂煤工作面上覆巖層結(jié)構(gòu)及支架圍巖關(guān)系，計(jì)算工作面的合理支護(hù)強(qiáng)度。在支架設(shè)計(jì)工作阻力滿足工作面支護(hù)強(qiáng)度的前提下，還應(yīng)根據(jù)工作面具體地質(zhì)條件

42、選擇合理支架類型，達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又安全的目的。,①根據(jù)煤體強(qiáng)度選擇架型,對于較軟煤層，應(yīng)選用短頂梁支架，減少對頂煤的反復(fù)支撐次數(shù)，增加支架前方支護(hù)能力，以維護(hù)機(jī)道上方頂煤不垮落，宜選用掩護(hù)式放頂煤支架。,2024/3/21,59,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),對于強(qiáng)度較大不易垮落的煤層，應(yīng)選用長頂梁支架，增加支架對頂煤的反復(fù)支撐次數(shù)，宜選用支撐掩護(hù)式支架。支架頂梁長度大于3m，頂煤從暴露到受支架5～6次反復(fù)支撐后，基本都能在支架頂梁與掩護(hù)梁鉸接點(diǎn)

43、前后順利垮落。,②根據(jù)煤層傾角選擇支架架型,急傾斜煤層內(nèi)盡量選用掩護(hù)梁插板式放頂煤支架，這種類型支架的主要特點(diǎn)是，后部輸送機(jī)置于底板或底板托架上，放煤口低，產(chǎn)塵量少，丟煤少，掩護(hù)梁既可伸縮又可以擺動(dòng)，放煤口大，放煤速度快；支架二次破碎頂煤能力大。,在傾斜煤層內(nèi)，選用底座與掩護(hù)梁連接式（單鉸接或四連桿式）支架。這類支架的主要優(yōu)點(diǎn)是整體穩(wěn)定性好，強(qiáng)度大。,2024/3/21,60,,2024/3/21,61,回采工作面頂板控制設(shè)計(jì),2024