第五章采场顶板支护方法.ppt
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1、第五章 采场顶板支护方法,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,一、采场矿山压力控制的概念,为了保证回采工作面的正常生产和人员安全,必须对工作面矿山压力加以控制。,对于全部冒落法处理采空区: “ 煤壁支架采空区已冒落的矸石 ”构成对采场上覆岩层的支撑体系。 一定的条件下,上述支撑体系的支撑性能将主要取决于支架的支撑特性,即主要取决于支架的支撑力与支架可缩量的关系特征。 而采场支架并不是孤立存在的,而是处在一个由围岩组成的系统中:“老顶直接顶支架底板”。,由于采场支撑体系(小结构)必须与开采后形成的上覆岩层大结构相适应,采场支架必须具备下列两个特性: 必须具备一定的可缩量; 必须具备一
2、定的支撑性能,即一定的支撑阻力。 采场围岩:直接顶、老顶、直接底岩层。这三者对矿压显现及支护方式的选择有着显著的影响。因而需对三者加以分类。,直接顶是支架直接维护的对象,支架通过它对老顶进行控制。直接顶的完整程度直接影响工作面安全和支护方式的选择。 影响直接顶完整性的两个因素: 岩层的力学性质:抗拉、抗压强度,弹模等 岩层内节理裂隙的发育情况:原生裂隙、构造裂隙、压裂裂隙。,二、对直接顶的分类,一旦直接顶冒空将导致支架顶梁接顶情况恶化,导致支架不能防止老顶岩块的失稳,从而造成工作面顶板事故和一系列问题。 支架为了对直接顶进行支护,应保证支架能支撑住全部直接顶重量,同时能护住破碎的直接顶。即所谓
3、的“支护”,直接顶的分类,以直接顶的初次垮落步距L0作为分类指标,分为4类。 1类 L08m 不稳定顶板 2类 8mL018m 中等稳定顶板 3类 18mL028m 稳定顶板 4类 28mL050m 非常稳定顶板,以直接顶端面破碎度E作为分类指标,分为3类。 当端面距为1m时的端面破碎度称为顶板冒落灵敏度。 1类 E 30% 不稳定顶板 2类 11% E 30% 中等稳定顶板 3类 E 10% 稳定顶板,图53 顶板端面破碎度 的计算示意图,FA端面破碎面积 F支架梁端到煤壁面积,三、老顶的分类,直接顶厚度对老顶来压显现剧烈程度影响较大; 采空区冒落充填越满,老顶破断后形成结构越易稳定,对工作
4、面矿压显现影响越小,在“ 煤壁支架采空区已冒落的矸石 ”支撑中,支架承载越小。,按直接顶厚度与采高比值 N=h/m,并参照老顶初次来压步距L,将老顶分为4级。,级 N35, 来压不明显 级 0.3 50m 来压强烈 N0.3 , L=2550m 级 N0.3 , L 50m 来压极强烈,Pe= 241.3ln(L0)-15.5N+52.6m 式中, Pe,老顶初次来压当量; L0,老顶初次来压步距; N=h/m,直接顶厚度与采高之比。 按老顶初次来压当量将老顶分为如表5-2的4级。,四、底板特征与分类,采场支护系统的刚度是由“底板支架顶板”所组成,因此底板岩层的刚度将直接影响到支架性能的发挥。
5、,图544 支架与围岩体系刚度模型,若底板太软(刚度太小),支架会钻底,从而影响对顶板的控制。 底板比压:支架底座对单位面积底板上所 造成的压力。 极限底板比压:支架钻底时所允许的最大底板 比压。 支柱钻底的破坏形式有以下三种:,整体剪切,局部剪切,其它剪切,按极限底板比压将底板分为5类:,第二节 采场支架类型与支架力学特性,根据支柱与顶梁的配合关系,将采场支架分为两大类。,一、几个概念,图57 支柱的几种典型特性曲线,二、单体液压支柱的结构与特性,三、液压支架的分类,从支架结构及其支撑特点出发,我国将液压支架分为三类:,支撑式:结构上没有掩护梁,对顶板的作用是支撑。,2、掩护式: 结构上有掩
6、护梁,单排立柱连接掩护梁或直接支撑顶梁对顶板起支撑作用。,3、支撑掩护式:结构上有掩护梁,双排或多排立柱大部或全部通过顶梁对顶板起支撑作用。,四、液压支架支护方式分析,(一)支撑式液压支架支护方式分析,支撑式支架顶梁后端支撑力大于前端,支撑力合力远离前梁端部。 因此,支撑式支架适应直接顶较完整的条件,若周期来压又较强烈则更适应。 由于支架结构不能抗水平推力,当顶板特别坚硬时破断形成的强大的水平推力又会损坏支撑式支架。不适用于破碎顶板条件。,(二)掩护式液压支架支护方式分析,按掩护梁与底座间联结方式分为:,适用于直接顶破碎,来压不明显的条件。不适用于直接顶坚硬而老顶周期来压强烈的条件。,(三)支
7、撑掩护式液压支架支护方式分析,同时兼有支撑式与掩护式支架的优点,是支撑与掩护式两种架型的组合。 我国目前综采面液压支架架型90以上为支撑掩护式。 综采面割煤、移架、推移、输送机三个主要工序按不同顺序有两种配合方式: 及时支护方式 滞后支护方式,五、单体支架支护方式分析,单体支架从支上到回柱,经历了回采面顶板下沉的全过程。支柱的布置方式有以下几种:,1.带帽点柱支护 无顶梁 直接顶比较完整时使用。但目前已少用。,图535 带帽点柱的布置方式,2.单体柱铰接顶梁布置,图539 机组工作 面的悬臂支护,图538 HDJA型金属顶梁,正悬臂: 机道可以支护,安全好,采空区侧不易损折。 倒悬臂: 回柱时
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