采場頂板支護方法ppt課件

1、采場頂板支護方法采場頂板支護方法51第一節(jié)頂板分類與底板特征第一節(jié)頂板分類與底板特征一、采場礦山壓力控制的概念一、采場礦山壓力控制的概念礦壓控制的目的：礦井的平安消費。礦壓控制的目的：礦井的平安消費。采場礦山壓力控制：從狹義的角度看，包括采空區(qū)的處采場礦山壓力控制：從狹義的角度看，包括采空區(qū)的處置和任務(wù)面支護。置和任務(wù)面支護。主要是控制老頂巖層的活動規(guī)律，使其不危及到任務(wù)面主要是控制老頂巖層的活動規(guī)律，使其不危及到任務(wù)面的平安。的平安。2對于全部冒落法處置采空區(qū)：對于全部冒落法處置采空區(qū)：“ 煤壁支架采空區(qū)已煤壁支架采空區(qū)已冒落的矸石冒落的矸石 構(gòu)成對采場上覆巖層的支撐體系。支架構(gòu)成對采場上覆

2、巖層的支撐體系。支架位于剛性體和可縮體之間。位于剛性體和可縮體之間。采場支架處于采場支架處于“老頂直接頂支架底板體系中，老頂直接頂支架底板體系中，頂?shù)讕r層的性質(zhì)是關(guān)鍵。頂?shù)讕r層的性質(zhì)是關(guān)鍵。支架應(yīng)到達：一定的可縮量和支撐阻力。支架應(yīng)到達：一定的可縮量和支撐阻力。3直接頂是支架直接維護的對象，支架經(jīng)過它對老頂進展直接頂是支架直接維護的對象，支架經(jīng)過它對老頂進展控制。直接頂?shù)耐旰贸潭戎苯佑绊懭蝿?wù)面平安和支護方控制。直接頂?shù)耐旰贸潭戎苯佑绊懭蝿?wù)面平安和支護方式的選擇。式的選擇。影響直接頂完好性的兩個要素：巖層的力學(xué)性質(zhì)抗拉、影響直接頂完好性的兩個要素：巖層的力學(xué)性質(zhì)抗拉、抗壓強度，彈模等和巖層內(nèi)節(jié)理

3、裂隙的發(fā)育情況原抗壓強度，彈模等和巖層內(nèi)節(jié)理裂隙的發(fā)育情況原生裂隙、構(gòu)造裂隙、壓裂裂隙等。生裂隙、構(gòu)造裂隙、壓裂裂隙等。對直接頂進展支護對直接頂進展支護, ,應(yīng)保證支架能支撐住全部直接頂分應(yīng)保證支架能支撐住全部直接頂分量量, ,同時能護住破碎的直接頂。即所謂的同時能護住破碎的直接頂。即所謂的“支護。支護。二、對直接頂?shù)姆诸惗χ苯禹數(shù)姆诸?直接頂?shù)母黝惲严秷D直接頂?shù)母黝惲严秷D5破碎頂板：支護不及時容易呵斥部分冒頂。破碎頂板：支護不及時容易呵斥部分冒頂。中等穩(wěn)定頂板：雖有裂隙切割，但極相對完好。中等穩(wěn)定頂板：雖有裂隙切割，但極相對完好。完好頂板：懸露面積大，穩(wěn)定性好，不易發(fā)生部分完好頂板：懸露

4、面積大，穩(wěn)定性好，不易發(fā)生部分冒頂。冒頂。按直接頂?shù)姆€(wěn)定性分類定性按直接頂?shù)姆€(wěn)定性分類定性6直接頂端面破碎度：指支架前梁端部到煤壁間頂板破碎的直接頂端面破碎度：指支架前梁端部到煤壁間頂板破碎的程度。如下式：程度。如下式：當端面距為當端面距為1m時的端面破碎度稱為頂板冒落靈敏度我國時的端面破碎度稱為頂板冒落靈敏度我國也稱為破碎指數(shù)。也稱為破碎指數(shù)。分為分為3類：類：1類類E 30% 不穩(wěn)定頂板不穩(wěn)定頂板2類類 11% E 30%中等穩(wěn)定頂板中等穩(wěn)定頂板3類類 E 5無周期來壓或來壓不明顯頂板無周期來壓或來壓不明顯頂板級級 2N5 有周期來壓頂板，來壓明顯有周期來壓頂板，來壓明顯級級 N2甚至無直

5、接頂，周期來壓嚴重頂板甚至無直接頂，周期來壓嚴重頂板11按按N=h/m，將老頂分為，將老頂分為5級級級級 根本頂鞏固、無直根本頂鞏固、無直接頂，極鞏固頂板，來壓接頂，極鞏固頂板，來壓極劇烈。極劇烈。級級 能塑性彎曲的頂板。能塑性彎曲的頂板。普通只能夠在薄煤層或厚普通只能夠在薄煤層或厚度不大的中厚煤層的石灰度不大的中厚煤層的石灰?guī)r頂板中才出現(xiàn)。巖頂板中才出現(xiàn)。 12按直接頂厚度與采高比值按直接頂厚度與采高比值 N=h/m，并參，并參照老頂初次來壓步距照老頂初次來壓步距L，將老頂分為，將老頂分為4級。級。13新的老頂分級方案及其目的新的老頂分級方案及其目的mfehNLp6 .525 .15ln3

6、.24114四、底板特征與分類四、底板特征與分類底板控制涉及到破壞底板控制涉及到破壞水和支架系統(tǒng)二個水和支架系統(tǒng)二個主要方面。主要方面。采場支護系統(tǒng)的剛度是采場支護系統(tǒng)的剛度是由由“底板支架頂板底板支架頂板所組成，因此底板巖層所組成，因此底板巖層的剛度將直接影響到支的剛度將直接影響到支架性能的發(fā)揚。架性能的發(fā)揚。支架與圍巖體系剛度模型支架與圍巖體系剛度模型15底板比壓：支架底座對單位面積底板上所呵斥的壓力。底板比壓：支架底座對單位面積底板上所呵斥的壓力。極限底板比壓：支架鉆底時所允許的最大底板比壓。極限底板比壓：支架鉆底時所允許的最大底板比壓。支柱鉆底的破壞方式有以下三種：支柱鉆底的破壞方式有

7、以下三種：整體剪切部分剪切其他剪切穿鞋破壞整體剪切部分剪切其他剪切穿鞋破壞支架對底板的破壞方式支架對底板的破壞方式16按極限底板比壓將底板分為按極限底板比壓將底板分為5類：類：17第二節(jié)第二節(jié) 采場支架類型與支架力學(xué)特性采場支架類型與支架力學(xué)特性一、幾個概念一、幾個概念木支柱木支柱金屬摩擦支柱金屬摩擦支柱液壓支柱液壓支柱18P0初撐力：支架架設(shè)時，將活柱升起，托住頂梁時對初撐力：支架架設(shè)時，將活柱升起，托住頂梁時對頂板產(chǎn)生的一個自動力。頂板產(chǎn)生的一個自動力。P0始動阻力：在頂板壓力作用下，活柱開場下縮的瞬間始動阻力：在頂板壓力作用下，活柱開場下縮的瞬間支柱上所反映出來的力。也稱為支柱阻力。支柱

8、上所反映出來的力。也稱為支柱阻力。P1初任務(wù)阻力：指在支架的性能曲線中，活柱下縮時，初任務(wù)阻力：指在支架的性能曲線中，活柱下縮時，任務(wù)阻力增長率急劇增長轉(zhuǎn)為緩慢增長的轉(zhuǎn)機點處的阻力。任務(wù)阻力增長率急劇增長轉(zhuǎn)為緩慢增長的轉(zhuǎn)機點處的阻力。P2最大任務(wù)阻力：支柱所能接受的最大負載才干，又稱最大任務(wù)阻力：支柱所能接受的最大負載才干，又稱為額定任務(wù)阻力。為額定任務(wù)阻力。有關(guān)支柱的撐力及任務(wù)阻力的關(guān)系有關(guān)支柱的撐力及任務(wù)阻力的關(guān)系19支柱的幾種典型特性曲線支柱的幾種典型特性曲線急增阻式微增阻式恒阻式急增阻式微增阻式恒阻式20二、單體液壓支柱的構(gòu)造與特性二、單體液壓支柱的構(gòu)造與特性分為：內(nèi)分為：內(nèi)注式和外注

9、式和外注式注式21三、液壓支架的分類三、液壓支架的分類221、支撐式：構(gòu)造、支撐式：構(gòu)造上沒有掩護梁，對上沒有掩護梁，對頂板的作用是支撐。頂板的作用是支撐。包括四柱垛式、六包括四柱垛式、六柱垛式以及節(jié)式等。柱垛式以及節(jié)式等。23支撐式支架頂梁后端支撐力大于前端，支撐力合力遠離前梁端支撐式支架頂梁后端支撐力大于前端，支撐力合力遠離前梁端部。因此，順應(yīng)直接頂較完好，假設(shè)周期來壓又較劇烈那么更部。因此，順應(yīng)直接頂較完好，假設(shè)周期來壓又較劇烈那么更順應(yīng)。順應(yīng)。由于支架構(gòu)造不能抗程度推力，當頂板特別鞏固時破斷構(gòu)成的由于支架構(gòu)造不能抗程度推力，當頂板特別鞏固時破斷構(gòu)成的強大的程度推力又會損壞支撐式支架。不

10、適用于破碎頂板條件。強大的程度推力又會損壞支撐式支架。不適用于破碎頂板條件。支撐式支架的運用分析支撐式支架的運用分析242、掩護式：構(gòu)造上有掩護梁，單排立柱銜接掩護梁或、掩護式：構(gòu)造上有掩護梁，單排立柱銜接掩護梁或直接支撐頂梁對頂板起支撐作用。直接支撐頂梁對頂板起支撐作用。253、支撐掩護式：構(gòu)造上有掩護梁，雙排或多排立柱、支撐掩護式：構(gòu)造上有掩護梁，雙排或多排立柱大部或全部經(jīng)過頂梁對頂板起支撐作用。大部或全部經(jīng)過頂梁對頂板起支撐作用。26兼有支撐式與掩護式支架的優(yōu)點，是兼有支撐式與掩護式支架的優(yōu)點，是支撐與掩護式兩種架型的組合。支撐與掩護式兩種架型的組合。我國目前綜采面液壓支架架型我國目前綜

11、采面液壓支架架型90以以上為支撐掩護式。上為支撐掩護式。綜采面割煤、移架、推移保送機三個綜采面割煤、移架、推移保送機三個主要工序按不同順序有兩種配合方式：主要工序按不同順序有兩種配合方式：及時支護方式和滯后支護方式。及時支護方式和滯后支護方式。支撐掩護式支架的運用分析支撐掩護式支架的運用分析27我國自行設(shè)計與制造的支頂式掩護支架，這種支架消滅了掩護梁我國自行設(shè)計與制造的支頂式掩護支架，這種支架消滅了掩護梁與托梁間的三角區(qū)，提高了掩護梁的坡度，縮短了掩護梁的長度，與托梁間的三角區(qū)，提高了掩護梁的坡度，縮短了掩護梁的長度，同時還改善了底座與底板間的受力情況。同時還改善了底座與底板間的受力情況。28

12、五、單體支架支護方式分析五、單體支架支護方式分析291、帶帽點柱支護：無頂梁，直接頂比較完好時運用。、帶帽點柱支護：無頂梁，直接頂比較完好時運用。帶帽點柱的布置方式帶帽點柱的布置方式302、棚子支護單體支柱加鉸接頂梁：、棚子支護單體支柱加鉸接頂梁：主要用于直接頂為中等穩(wěn)定或比較破主要用于直接頂為中等穩(wěn)定或比較破碎的情況下。碎的情況下。313、機組任務(wù)面單體支架布置、機組任務(wù)面單體支架布置1 1接頭；接頭；2 2梁體；梁體；3 3耳子；耳子；4 4銷子；銷子；5 5調(diào)角楔；調(diào)角楔；HDJAHDJA型金屬頂梁型金屬頂梁32正懸臂：正懸臂： 機道可以支機道可以支護，平安好，采空區(qū)側(cè)護，平安好，采空區(qū)

13、側(cè)不易損折。不易損折。倒懸臂：倒懸臂： 回柱時不易回柱時不易被矸石埋住，回柱較平被矸石埋住，回柱較平安，但機道無支護。安，但機道無支護。機組任務(wù)面的懸臂支護機組任務(wù)面的懸臂支護懸梁與支柱的關(guān)系懸梁與支柱的關(guān)系33齊梁式支護：是指懸梁端與任務(wù)面相齊，齊梁式支護：是指懸梁端與任務(wù)面相齊，支柱排成直線狀。普通都采用正懸臂式支支柱排成直線狀。普通都采用正懸臂式支護護 。 錯梁式支護：截深是頂梁長度的一半。錯梁式支護：截深是頂梁長度的一半。每進一刀，隔一架棚掛一根梁。頂梁交錯每進一刀，隔一架棚掛一根梁。頂梁交錯向前。錯梁直線柱布置方式如下圖。頂梁向前。錯梁直線柱布置方式如下圖。頂梁交錯運用正、倒懸臂，支

14、柱呈直線狀。交錯運用正、倒懸臂，支柱呈直線狀。 支架的布置方式支架的布置方式34第三節(jié)第三節(jié) 采場支架與圍巖相互作用原理采場支架與圍巖相互作用原理一、回采面支架與圍巖的相互作用一、回采面支架與圍巖的相互作用橫向看，上覆巖層構(gòu)成的橫向看，上覆巖層構(gòu)成的“大構(gòu)造是由大構(gòu)造是由“煤壁支架煤壁支架采空區(qū)已冒落矸石支撐體系所支撐。采空區(qū)已冒落矸石支撐體系所支撐。垂直方向看：采場支架處垂直方向看：采場支架處 “老頂直接頂支架底板老頂直接頂支架底板這樣的圍巖體系中。這樣的圍巖體系中。因此，支架與圍巖關(guān)系的研討非常重要。因此，支架與圍巖關(guān)系的研討非常重要。支架與圍巖體系剛度模型支架與圍巖體系剛度模型支架的性能

15、和構(gòu)造對支架受力和圍巖運動是怎樣影響的支架的性能和構(gòu)造對支架受力和圍巖運動是怎樣影響的呢？以及在各種圍巖條件下支架呈現(xiàn)什么反映呢？這就呢？以及在各種圍巖條件下支架呈現(xiàn)什么反映呢？這就是支架與圍巖關(guān)系研討的內(nèi)容。是支架與圍巖關(guān)系研討的內(nèi)容。不同種類的支架對圍不同種類的支架對圍巖的支護效果不一樣，巖的支護效果不一樣，一樣的支架在不同的一樣的支架在不同的圍巖條件下，其受力圍巖條件下，其受力形狀和對圍巖的支護形狀和對圍巖的支護效果也不同。效果也不同。36支架圍巖相互作用的特點：支架圍巖相互作用的特點：支架圍巖是相互作用的一對力。支架圍巖是相互作用的一對力。支架受力大小及其在回采任務(wù)面分布的規(guī)律與支支架

16、受力大小及其在回采任務(wù)面分布的規(guī)律與支架性能有關(guān)。還與支架與圍巖支撐系統(tǒng)的總體特架性能有關(guān)。還與支架與圍巖支撐系統(tǒng)的總體特性有關(guān)。性有關(guān)。支架構(gòu)造及尺寸不同對頂板壓力影響和維護效果支架構(gòu)造及尺寸不同對頂板壓力影響和維護效果不同。不同。37支架支架PL關(guān)系曲線實測關(guān)系曲線實測可以看出，支架圍巖關(guān)系具有一定的復(fù)雜性，但也具有一可以看出，支架圍巖關(guān)系具有一定的復(fù)雜性，但也具有一定的普遍規(guī)律。定的普遍規(guī)律。a前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)b英國英國c德國德國38超越一定任務(wù)阻超越一定任務(wù)阻力時，阻力添加力時，阻力添加對頂板下沉量影對頂板下沉量影響較小。支架任響較小。支架任務(wù)阻力并不能改務(wù)阻力并不能改動上覆巖層動上覆巖層

17、“大大構(gòu)造的總體活構(gòu)造的總體活動規(guī)律。動規(guī)律。支架支架PL關(guān)系曲線調(diào)壓實驗關(guān)系曲線調(diào)壓實驗支架應(yīng)具備的根本特性：一是必需具備一定的可縮量；二支架應(yīng)具備的根本特性：一是必需具備一定的可縮量；二是必需具備有良好的支撐性能，即一定的任務(wù)阻力。這也是必需具備有良好的支撐性能，即一定的任務(wù)阻力。這也是支架選型與支護設(shè)計中最主要的。是支架選型與支護設(shè)計中最主要的。39二、支架圍巖支護系統(tǒng)的力學(xué)分析二、支架圍巖支護系統(tǒng)的力學(xué)分析 該系統(tǒng)受力與變形的協(xié)調(diào)方該系統(tǒng)受力與變形的協(xié)調(diào)方程為：程為：圖圖544 支架與圍巖體支架與圍巖體系剛度模型系剛度模型SKPPPPSKSKSKPSSSSffssrrfsr00 K 系

18、統(tǒng)的組合剛度系統(tǒng)的組合剛度S系統(tǒng)總變形量系統(tǒng)總變形量P系統(tǒng)阻力增量系統(tǒng)阻力增量 P0 系統(tǒng)初撐力系統(tǒng)初撐力40fsrKKKK11111在頂板下沉量在頂板下沉量S一定時，一定時，K越大，支架的載荷越大。越大，支架的載荷越大。2K小于小于Kr、Ks、Kf，為了提高系統(tǒng)剛度，必需同時，為了提高系統(tǒng)剛度，必需同時提高提高Kr、Ks、Kf。一樣支柱，由于。一樣支柱，由于Kr、Kf不同，且受力不同，且受力大小也不同。大小也不同。3支架變形量在系統(tǒng)總體變形中所占比重，取決于頂支架變形量在系統(tǒng)總體變形中所占比重，取決于頂?shù)装鍎偠扰c支架剛度的相對大小，支架剛度相對越小，底板剛度與支架剛度的相對大小，支架剛度相對

19、越小，那么支架的變形量越大。那么支架的變形量越大。41第四節(jié)第四節(jié) 采場支護設(shè)計采場支護設(shè)計42一、支架規(guī)格的選定一、支架規(guī)格的選定支撐式支撐式掩護式掩護式支撐掩護式支撐掩護式43 確定直接頂類型；確定直接頂類型； 根據(jù)老頂巖石力學(xué)特性及礦壓顯現(xiàn)特征確定其級別；根據(jù)老頂巖石力學(xué)特性及礦壓顯現(xiàn)特征確定其級別； 根據(jù)底板巖性及底板抗壓入強度和剛度測定結(jié)果，確根據(jù)底板巖性及底板抗壓入強度和剛度測定結(jié)果，確定底板類型；定底板類型； 根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算額定任務(wù)阻力或根據(jù)采高、控頂寬根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算額定任務(wù)阻力或根據(jù)采高、控頂寬度及周期來壓步距，估算支架所需的支護強度和阻力；度及周期來壓步距，估算支架所需的

20、支護強度和阻力； 根據(jù)頂?shù)装孱愋?、級別及采高，初選所需的額定支護根據(jù)頂?shù)装孱愋?、級別及采高，初選所需的額定支護強度，初選支架型式；強度，初選支架型式；二、自移支架的選型順序二、自移支架的選型順序44 思索任務(wù)面風量，行人斷面，煤層傾角，修正思索任務(wù)面風量，行人斷面，煤層傾角，修正架型及參數(shù)；架型及參數(shù)； 思索采高、煤壁片幫思索采高、煤壁片幫(煤層硬度和節(jié)理煤層硬度和節(jié)理)的傾向的傾向性及頂板端面冒落度，確定頂梁及護幫構(gòu)造；性及頂板端面冒落度，確定頂梁及護幫構(gòu)造； 思索煤層傾角及任務(wù)面推進方向，確定側(cè)推構(gòu)思索煤層傾角及任務(wù)面推進方向，確定側(cè)推構(gòu)造及參數(shù)；造及參數(shù)； 根據(jù)底板抗壓入強度，確定支架底

21、座構(gòu)造參數(shù)根據(jù)底板抗壓入強度，確定支架底座構(gòu)造參數(shù)及對架型參數(shù)的要求；及對架型參數(shù)的要求； 利用支架參數(shù)優(yōu)化程序利用支架參數(shù)優(yōu)化程序(思索構(gòu)造受力最小思索構(gòu)造受力最小)，優(yōu)化支架構(gòu)造。優(yōu)化支架構(gòu)造。45 首先確定煤層的最大采高首先確定煤層的最大采高Mmax及最小采高及最小采高Mmin ； 確定頂板在最大控頂距處的平均最大下沉量確定頂板在最大控頂距處的平均最大下沉量SL,支架最支架最大可縮量必需大于此值；大可縮量必需大于此值；求支柱最大高度求支柱最大高度Hmax=Mmaxb b頂梁厚度；頂梁厚度；求支柱的最小高度求支柱的最小高度HminMminSLbaa支柱支柱回柱放頂時必要的卸載高度回柱放頂時

22、必要的卸載高度,普通取普通取50mm；根據(jù)頂板最大下沉量根據(jù)頂板最大下沉量SL,確定支柱的型號確定支柱的型號 。三、單體支架規(guī)格選定的方法及步驟三、單體支架規(guī)格選定的方法及步驟46 確定最大采高確定最大采高Mmax及最小采高及最小采高Mmin ； 確定支架最大采高時前柱的頂板下沉量確定支架最大采高時前柱的頂板下沉量S1； 確定最小采高時后柱頂板最大下沉量確定最小采高時后柱頂板最大下沉量S2； 確定支架最大、最小高度：確定支架最大、最小高度： Hmax=Mmax S1 HminMminS2 aa支架卸載高度，普通取支架卸載高度，普通取50mm四、液壓支架規(guī)格的選定方法四、液壓支架規(guī)格的選定方法4

23、7支架合理任務(wù)阻力。對支架圍巖系統(tǒng)而言：支架合理任務(wù)阻力。對支架圍巖系統(tǒng)而言：PP0KS P0 初撐力初撐力可見，提高可見，提高P0有利預(yù)先壓實頂?shù)装?，提高系統(tǒng)剛度，提高有利預(yù)先壓實頂?shù)装?，提高系統(tǒng)剛度，提高任務(wù)阻力任務(wù)阻力P，降低頂板下沉量，降低頂板下沉量S。因此，要保證支架對頂板的有效支護，要有適宜的初撐力。因此，要保證支架對頂板的有效支護，要有適宜的初撐力。任務(wù)面合理任務(wù)阻力確實定包括初撐力、最大任務(wù)阻力。任務(wù)面合理任務(wù)阻力確實定包括初撐力、最大任務(wù)阻力。48第五節(jié)采場來壓預(yù)測與支護質(zhì)量監(jiān)測第五節(jié)采場來壓預(yù)測與支護質(zhì)量監(jiān)測一、老頂來壓的預(yù)測預(yù)告一、老頂來壓的預(yù)測預(yù)告老頂破斷距可實際計算，且斷裂是裂痕構(gòu)成、擴展的時間過老頂破斷距可實際計算，且斷裂是裂痕構(gòu)成、擴展的時間過程；斷裂線處于任務(wù)面前方煤壁內(nèi)，與任務(wù)面全面來壓之間程；斷裂線處于任務(wù)面前方煤壁內(nèi)，與任務(wù)面全面來壓之間存在時間差。存在時間差。老頂斷裂會引起斷裂線前方出現(xiàn)老頂斷裂會引起斷裂線前方出現(xiàn)“反彈與反彈與“緊縮景象，兩緊縮景