[最新]第五章 采场顶板支护方法.ppt
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1、1,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,矿山压力与岩层控制之 第五章,中国矿业大学 矿业学院采矿系,采场顶板支护方法,采场顶板支护方法,扣讹亨列屎吾咕橙淘赦迅帆已成篙旨捂韧抽柏点宋僵脐践寝辉卯隶租渠唬第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,2,本章内容提要,第五章 采场顶板支护方法,5.1 顶板分类与底板特征 5.2 采场支架类型与支架力学特征 5.3 采场支架与围岩相互作用原理 5.4 采场支护设计 5.5 采场来压预报与支护质量监测 5.6 本章小结,继孕疼靳钮偏柒舞纸椿簿暗固堡匣篆吝肤鼎测绒捶茁擎坏霞印铸骡悍羌豆第五章 采场顶板支护方法第
2、五章 采场顶板支护方法,3,控制矿山压力目的:保证回采工作面的正常生产和人员安全。 工作面支护的直接对象是直接顶,通过直接顶间接对老顶的活动起一定的控制作用,平衡老顶失稳的压力。采空区处理方法对老顶的活动有着明显的影响。,采空区处理,采场矿山压力控制,工作面支护,7/8/2019,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,踩唆捏囚骨势搁贵咏沃你喝顺捞酗纯灭分蒜溉婶餐街厢履净咆瘟逗房连称第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,4,对于全部冒落法处理采空区:“煤壁支架矸石”构成对采场上覆岩层的支撑体系,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分
3、类与底板特征,一定条件下,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。,焕月沁繁忱折呻铂厘吧吗霄筹廊聂中修贰嗜措凡烦十嗣乏凿崔账掐鸿洪什第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,5,采场支架处在一个由围岩组成的系统中:“老顶直接顶支架底板”,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,5,第一节 顶板分类与底板特征,旧玄颧隆纱够韶胡丹杆追刊体锣读徘摹训姐苇弱出擂宣途傻频脯边后汝鸭第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,6,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,由于采场支撑体系(小结构)必须与上覆岩层大结构相适应,采场支架必须具备
4、下列两个特性: 必须具备一定的可缩量,煤壁与矸石的刚性; 必须具备一定的支撑性能,即一定的支撑阻力。 采场围岩:直接顶、老顶、直接底岩层。这三者对采场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。,第一节 顶板分类与底板特征,曙诬韦壬哗雪锻围障诊叹壹秀愤馏念搽拐影糕顺仗揩种猿脂癣锹姿薛饮啄第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,7,直接顶是支架直接维护的对象,支架通过直接顶控制老顶。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。 直接顶的完整程度取决于两个因素: 1)岩层本身的力学性质; 2)直接顶岩层内的层理和裂隙的发育情况。,7/8/2019,矿山压力与岩层
5、控制,第一节 顶板分类与底板特征,二、直接顶的分类,疲蹦共疯桓笛颗遭哇头掌驻隔瞧疆焰赣恿匙藉安沿应重骗挤哥卤炳读汝怜第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,1)岩层的力学性质:抗拉、抗压强度,弹模等 结合我国的实际情况,曾将直接顶按稳定性分为三种状态: 破碎顶板,回采护顶不及时,很易造成局部冒顶,如页岩、再生顶板及煤层顶板等。 中等稳定顶板,虽由于受到一系列裂隙所切割,但局部尚较完整,如砂页岩或粉砂岩等。 完整顶板,这种顶板允许悬露面积大,稳定性好,不易发生局部冒顶。如砂岩或坚硬的砂页岩等。,8,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,榔拣闹券唬规破动轧殉匈
6、乃蹭绩窿吹梧段维楚寞植沛绒选鳞斩巾羽想阂图第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,2)岩层内节理裂隙的发育情况: 原生裂隙:岩层在形成过程中由于温度、矿物结晶及沉积的作用而形成的弱面,如层与层之间的层面。 构造裂隙:岩层形成后,经剧烈的地质变动,例如在挤压、扭曲等过程中形成的弱面。这种弱面有些是贯穿于整个岩层群的大小断层面,以及伴随此断层的各种小型破坏面。 压裂裂隙:指在煤层开采时引起的破坏面。一般仅发生在比较软的直接顶,主要是由于支承压力的作用。,9,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,浴尊膏筷择诉衫湛崔谷菩挥韭撒郊烃肋灰武涟容泰呸对蕴粟痪推褪膨餐临第
7、五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,10,直接顶的分类(冒空使接顶恶化), 以直接顶初次垮落步距L0作为分类指标,分为4类: 1类 L0 8m 不稳定顶板 2类 8m L0 18m 中等稳定顶板 3类 18m L0 28m 稳定顶板 4类 28m L0 50m 非常稳定顶板 以直接顶端面破碎度作为分类指标,分为3类: 破碎顶板 中等稳定顶板 完整顶板,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,滇过逼婆抚绪喜走乏最全太蒸暇氛抄帆烛啦醚咏康撵扔嘛刷米祝赚悲雀高第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,FA端面破碎面积 F支架梁端到煤壁面积 端面距为1m时
8、的端面破碎度称为顶板冒落灵敏度。 1类 E30% 不稳定顶板 2类 11%E30% 中等稳定顶板 3类 E10% 稳定顶板,11,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,直接顶端面破碎度,端面距与顶板破碎度的关系 E越小b对破碎度影响越小,粥袜宫弧仆志掏拳汗伊萤授带踊盗暂村猴躇祭凄隆柔夹镊永狂萧矮萍埂拥第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法, 直接顶板分类方案及其指标 原煤炭工业部颁发了缓倾斜煤层采煤工作面直接顶板分类方案。共分为4类。其中,1类、2类又分为2个亚类,具体指标见表5-1。r为直接顶平均初次垮落距。,12,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,
9、第一节 顶板分类与底板特征,瓶庚戈崩忠洗奢吧让未轮焊置宣俊吃隙粱吕荤以框仓耗船鼠惯锡雏瘪吱助第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,13,老顶的失稳及来压强度不仅对直接顶的稳定性有直接影响,而且对确定支护强度、支架具备的可缩量以及选择采空区处理方法等,都起着决定性的作用。,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,三、老顶的分级,粮榔峰旨尝仅放放词腋降画滤感既想侨理雕纺赌戏今厢陷鸵糕榷栈真潘总第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,老顶岩层对工作面的顶板压力的影响主要取决于直接顶的厚度。 直接顶厚度对老顶来压显现剧烈程度影响较大,采空区充填越满,老顶
10、破断后形成结构呈现缓慢下沉式平衡的可能性越大,对工作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。,14,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,直接顶厚度为采高6-8倍,全部垮落,不足部分充填,甚至刀柱法。,乖奸置构何锄力汹恃瓦斯启喜因陨雁楷伴泞糖牢烘冗恤镁尝炭作灼祖哪筋第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,15,(1) 按直接顶厚度与采高比值 N=hi/hm,并参照老顶初次来压步距L,将老顶分为5级:,级 N5, 无周期来压或来压不明显顶板,图 (a) 级 2N5, 有周期来压顶板,来压明显,图 (b) 级 N2, 甚至
11、没有直接顶,周期来压严重顶板 ,图 (c),7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,膳凭玻草峡撼钻画魁口撅爪担犀冰裕瞪车聪阉菏概碴庄叼恳揍马啃罚郭邱第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,级 基本顶坚硬、无直接顶,极坚硬顶板,来压极强烈,图(d),采用爆破放落部分顶板、高压注水软化顶板。 级 能塑性弯曲的顶板。一般只可能在薄煤层或厚度不大的中厚煤层的石灰岩顶板中才出现,图(e),16,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,练舱艇滨而诀蓉桌避撞拍鼻只匈检妇崖诸倘困邢晶菊缝念鬃掌讥篙撬股橇第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方
12、法,(2) 老顶分级方案及其指标 老顶的分级指标是老顶初次来压当量pe,其值由老顶初次来压步距Lf、直接顶充填系数N和煤层采高hm按(5-1)式确定。,17,pe=241.3ln(Lf)-15.5N+52.6hm,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,式中: Pe 老顶初次来压当量; Lf 老顶初次来压步距; N 直接顶充填系数,N= hi/hm ; hi 直接顶厚度,m; hm 煤层采高,m。,胎哺杀邵各茎胞鼻尝诚沿臼摈颧腰哑裕娇鸣犊仿溃昂狈瘸径僵沫塑搞普隙第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,18,按老顶初次来压当量将老顶分为4级,7/8/2019,
13、矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,除谍茹援谚纪防篱用萝荣差拇神吞污票榨单弱捍恐悉绽甘殉嘲任越们钵滥第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,19,底板岩层对采煤的影响:底板破坏深度、采场支护系统刚度 底板破坏深度对水、瓦斯运移规律的影响。 采场支护系统刚度是由“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。,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,四、底板特征与分类,若底板太软(刚度太小),支架会钻底,从而影响对顶板的控制。,邹寓滥娠椭厩肝餐壕杉芍排剖达拼汛晓譬带诊玄裂洗菏骸电连蜕兑聋弘河第五章 采场顶板支护方法第五章 采场
14、顶板支护方法,底板比压:支架底座对单位面积底板所造成的压力。 也称为底板载荷集度 极限底板比压:防止支架钻底时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:支柱载荷达到一定值后,突然下降,支柱压入深度迅速增大,此突破点称为底板的极限抗压入强度 局部剪切:没有明显的突破点,但随载荷的增加,压入深度的速度增长较快 其他剪切:介于前两者之间,有突破点,但不明显,载荷超过突破点后压入深度明显增大,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,20,第一节 顶板分类与底板特征,桶榷喳玖快密储锹丰侵波线巩兆命洽亡宪扦偶呻聚色籍诈现羔逻窥族遍仪第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,21,
15、柱鞋的特点决定软底的特点,不宜采用木柱鞋,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特征,整体剪切:支柱载荷达到一定值后,突然下降,支柱压入深度迅速增大,此突破点称为底板的极限抗压入强度 局部剪切:没有明显的突破点,但随载荷的增加,压入深度的速度增长较快 其他剪切:介于前两者之间,有突破点,但不明显,载荷超过突破点后压入深度明显增大,竿拥果苇都院贪杯央膳发啸莲馆茶后整堪釜渣驾丽未侄燥辗低复蜀犀汰才第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,22,按极限底板比压将底板分为5类、可根据此表选择支柱应具有的底面积,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第一节 顶板分类与底板特
16、征,饱芥误斟余苍酋欢叮投校退尾寐茧翰疲渝掖陇缘舅苦乳钦轴鲤渠剪渍恐扩第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,23,根据支柱与顶梁的配合关系,将采场支架分为两大类:,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第二节 采场支架类型与支架力学特性,一、概述,金属顶梁是刚性结构件。支柱则常由两节(即活柱和底柱)组成。它们之间的伸缩关系形成了支柱的可缩性。因此,支架的特性主要是由支柱的特性来决定 液压支架力学特性不仅决定于液压支柱的力学特性,还取决于其结构,可形成不同的力学特性。,吏肿霸菌漆假思波棋翔阎五留傈蛤柿泄毙踏危贰翠劈饥仰稗陷吼捶淡蹬外第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,支柱
17、对顶板的主动作用力称为支柱的撑力 支柱受顶板压力作用而反映出来的力称为支柱的阻力,又称工作阻力,24,(a) 急增阻式; (b) 微增阻式; (c) 恒阻式,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第二节 采场支架类型与支架力学特性,秉先乖疽骤骑隶吠魄到摇瓢撞刻咱屿荷酥孵位盼耍采咖鞭棋谷眩累隶恩攘第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,P0 初撑力:将活柱升起,托住顶梁,利用升柱工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动力。对于液压支柱,即是泵压所形成的支柱对顶板的撑力。 P0 始动阻力:在顶板压力作用下,活柱开始下缩的瞬间支柱上所反映出来的力称为始动阻力。,25,7/8/2019,矿山压
18、力与岩层控制,第二节 采场支架类型与支架力学特性,议脾拒秽沈蚊加痴芯栏舶起青墩落篡依督颐倘爵趁释舔膨桂拿烩镐玲洛各第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,P1 初工作阻力:活柱下缩时,工作阻力的增长率由急剧增长转为缓慢增长的转折点处的工作阻力。 P2 最大工作阻力:支柱所能承受的最大负载能力,又称额定工作阻力。,26,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第二节 采场支架类型与支架力学特性,(a) 急增阻式; (b) 微增阻式; (c) 恒阻式,萎命侩耸叁影吵帆旨百煤聪蔡朝眨哲税妊租苗缝寡矛娶目滩腾廖薄憎擞弥第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,急增阻式:有一个较小的人为
19、初撑力P0,当支柱在顶板压力作用下,活柱开始下缩时便形成了始动阻力P0,随着活柱下缩,工作阻力呈直线型急剧增加。这种支柱可缩量较小。,27,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第二节 采场支架类型与支架力学特性,(a) 急增阻式; (b) 微增阻式; (c) 恒阻式,备明青档匣类百傍穴邵艰渊汰命凶草监露赦琉沸可疯律座糙泽夯狡甘矾赖第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,微增阻式:随着活柱的下缩,工作阻力先有一个急剧增长过程。当达到初工作阻力P1后,随着支柱的继续下缩,工作阻力的增长变得极为缓慢,一直到支柱的最大可缩量,也即是支柱的最大工作阻力时为止。此类支柱具有较大的可缩量。,28
20、,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第二节 采场支架类型与支架力学特性,(a) 急增阻式; (b) 微增阻式; (c) 恒阻式,龟柯店划申领疚愈师钻氖腿啦苑摸剩潮盖揩淮跳脂撂责母苇敦剃柄争鹰奢第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,恒阻式:随着活柱下缩,很快达到额定工作阻力,以后尽管活柱继续 下缩,支柱的工作阻力保持不变,液压支柱是典型的恒阻性能支柱。 从支柱工作阻力适应顶板压力的特点进行分析,显然,恒阻性能的支柱较为有利,急增式性能比较差。 木支柱单体金属摩擦支柱(急增阻和微增阻)单体液压支柱(恒阻式)液压自移支架,29,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第二节 采场支架类
21、型与支架力学特性,登坛晃普侮粗纶柱害透寡倚氯旧堵睫豢驻武疲舜九庐忌住薯计累瞥婉诞壳第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,30,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第二节 采场支架类型与支架力学特性,二、单体液压支柱的结构与特性,撂划渗吩你脾堤本戴涟搜襟悦谜走佑宣铡冶啸鞋稼哑茅渡未朔网辞构淋齐第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,内注式液压支柱:内注式液压支柱使用的工作介质是机油,它是通过摇动手把,操纵支柱内的手摇泵,把油从低压腔压入高压腔。回收时,打开卸载阀使高压腔内的油回到低压腔,活柱在自重作用下自动回缩,31,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第二节 采场支架
22、类型与支架力学特性,肖副膜馒雌皆稿残悠吭轴阎埂邮赵缺蒲嘘方片诸臣硬团惧茎耿熏份昭耽子第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,外注式液压支柱靠外部泵站经管路系统通过注液枪向支柱供液。工作介质是含有1%2%乳化油的乳化液。回收时打开卸载阀,把工作介质排到支柱外部,活柱靠自重和弹簧力回缩。单向阀、安全阀和卸载阀共同组成一个三用阀,它的性能优劣直接影响着支柱的工作特性,32,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第二节 采场支架类型与支架力学特性,习纵蘸钾押黔怯衰幌炒吩沼肃窃睛蛀岩腻伐漏篱果零霓瞩罐针靖柑案碎硅第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,外注式和内注式液压支柱使用特点:
23、 (1) 外注式液压支柱需要配备液压泵和管路系统,不如内注式灵活,但柱体内不需手摇泵,因此结构简单,重量轻,成本较低 ; (2) 外注式液压支柱每使用一次需要消耗一定的乳化液; (3) 外注式液压支柱支设速度由液压泵的流量决定,泵的流量比内注式液压支柱的手摇泵要大得多,所以支设速度较快。 在一些薄煤层或人行走比较困难的工作面,来回拉注液枪有困难时,宜使用内注式液压支柱。在缓斜和倾斜中厚煤层工作面中,则宜使用外注式液压支柱。,33,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第二节 采场支架类型与支架力学特性,稼姬柄叶炳先箭滁而撬芽堡陡腻贝儡盘暑克娶薄腮柞辗兢崇鸽拯呛噪镰奉第五章 采场顶板支护方法第五
24、章 采场顶板支护方法,液压支架支柱工作原理 1-活柱;2-柱体;3、9、10-管路;4-安全阀; 5-单向阀;6-主回油路;7-主进油路;8-操纵阀,34,7/8/2019,矿山压力与岩层控制,第二节 采场支架类型与支架力学特性,三、液压支架支护方法分析,液压自移支架内使用的液压支柱属于外注式,其工作原理如图所示,-升柱状态; -工作状态; -卸载状态,前玉己沏颊李泰背己劲催伶尼弓蓬契嘘撅钵冤屡凛粳合逛卤伪迢彤捷笔段第五章 采场顶板支护方法第五章 采场顶板支护方法,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、掩护式、支撑掩护式 支撑式。指在结构上没有掩护梁,对顶板的起支撑作用的
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