礦山壓力及其控制

1、采煤概論 礦山壓力及其控制主要內(nèi)容 礦山壓力及其控制第一節(jié)第一節(jié) 上煤層圍巖分類上煤層圍巖分類第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)影響工作面礦山壓力的顯現(xiàn)影響第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題第一節(jié)第一節(jié) 煤層圍巖分類煤層圍巖分類圍巖的性質(zhì)，尤其是它的力學(xué)性質(zhì)對(duì)采掘工作面的壓力顯現(xiàn)影響最大。巖石通常為脆性體，有些為彈塑性體，它的力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為： 壓剪彎拉抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，一般抗拉強(qiáng)度只有其抗壓強(qiáng)度的 1/151/20巖石破碎通常表現(xiàn)為拉性；有時(shí)也表現(xiàn)為剪性，如彈塑性巖石。由于巖石為非均質(zhì)體，組成的成分又不同，再加原生和次生的影響，從而

2、形成了它的復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)異向性。例如，巖層中具有層理、節(jié)理等弱面，沿這些弱面方向的巖石抗拉強(qiáng)度，遠(yuǎn)小于其它方向的抗拉強(qiáng)度，有些甚至完全失去抗拉能力。又如雖屬同種巖石，由于構(gòu)造裂隙影響，它們的力學(xué)性質(zhì)，往往相差很大。 第一節(jié)第一節(jié) 煤層圍巖分類煤層圍巖分類對(duì)采煤工作面影響最大的圍巖是煤層頂部巖層。因此，通常在研究煤層圍巖性質(zhì)時(shí)，重點(diǎn)研究煤層頂板性質(zhì)，至于煤層底部巖層，只有在急傾斜煤層開采時(shí)，才具有實(shí)際意義。根據(jù)我國(guó)巖層的實(shí)際情況，一般把直接頂分為三類：一類直接頂（不穩(wěn)定）回采時(shí)不及時(shí)支護(hù)，很易造成局部冒頂，如頁(yè)巖、煤皮、再生頂板等；二類直接頂（中等穩(wěn)定）頂板雖有裂隙，但仍比較完整，如砂質(zhì)頁(yè)巖；三

3、類直接頂（穩(wěn)定）頂板允許懸露較大面積而不垮落，直接頂完整，如砂巖或堅(jiān)硬的砂質(zhì)頁(yè)巖。 第一節(jié)第一節(jié) 煤層圍巖分類煤層圍巖分類基本頂（老頂）分類尚無(wú)統(tǒng)一規(guī)定，現(xiàn)根據(jù)基本頂對(duì)工作面的壓力（初次和周期來(lái)壓）及初次來(lái)壓的步距，把老頂分為四類介紹如下：類基本頂初次和周期來(lái)壓不明顯，來(lái)壓時(shí)緩和無(wú)沖擊。來(lái)壓的大小相當(dāng)于或小于68倍采高的頂板巖層重量。初次來(lái)壓步距大于25m。類基本頂初次和周期來(lái)壓很明顯，來(lái)壓的大小相當(dāng)于812倍采高的頂板巖層重量。初次來(lái)壓步距大于25m50m。類基本頂初次和周期來(lái)壓強(qiáng)烈，來(lái)壓的大小相當(dāng)于1214倍采高的頂板巖層重量。初次來(lái)壓步距大于25m50m。類基本頂平時(shí)頂板無(wú)壓力，采空區(qū)懸

4、露面積達(dá)幾千甚至上萬(wàn)m2不垮落，初次和周期來(lái)壓時(shí)，頂板垮落常形成狂風(fēng)、巨響。初次來(lái)壓步距大于50m，甚至可達(dá)100m150m。這種頂板多為極堅(jiān)硬的厚砂巖或礫巖。 第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律一、支承壓力（一）支承壓力的形成當(dāng)煤體未采動(dòng)前，煤體內(nèi)的應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，煤體上所受的力為上覆巖層的重力H（巖層的容重，t/m3；H煤層距地面的深度，m）。當(dāng)在煤體內(nèi)開掘切眼后，破壞了應(yīng)力的平衡狀態(tài)，引起應(yīng)力重新分布。這時(shí)在切割眼上部頂板內(nèi)形成了自然平衡“壓力拱”。切眼上部巖體重量Q由兩側(cè)煤壁平均分擔(dān)。因此，在切割眼兩幫煤體中，產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象，這種集中應(yīng)力稱為支撐壓力。

5、它的大小為原始應(yīng)力H的1.252.5倍，最大值可為原始應(yīng)力的24倍或更大。第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律煤體內(nèi)開掘切割眼后應(yīng)力重新分布a切眼寬度；Q切眼上部巖體重量；H煤層距地面深度；上覆巖層的容重第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律由于“壓力拱”的存在，切割眼處于減壓狀態(tài)。隨著工作面推進(jìn)，切割眼擴(kuò)大了，“壓力拱”破壞而消失，在工作面前方的煤體中，同樣產(chǎn)生支承壓力帶，其范圍自工作面前方2m3m起直至10m45m，有時(shí)可達(dá)近100m，最大支承壓力區(qū)，約距煤壁5m15m左右；在工作面后方，當(dāng)采空區(qū)充填物壓實(shí)到一定程度后，也產(chǎn)生支承壓力帶。前

6、后兩個(gè)支承壓力帶，隨工作面推進(jìn)而移動(dòng)，即移動(dòng)支撐壓力。工作面圍巖應(yīng)力分布a增壓區(qū)；b減壓區(qū)；c穩(wěn)壓區(qū)第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律從圖看出，由于采動(dòng)影響的結(jié)果，在工作面前方煤體中和工作面后方的采空區(qū)內(nèi)，根據(jù)壓力分布不同可分為三個(gè)區(qū)：a增壓（支承壓力）區(qū)，它的應(yīng)力大于原始應(yīng)力；b減壓區(qū)，它的應(yīng)力小于原始應(yīng)力；c穩(wěn)壓區(qū)，它的應(yīng)力等于原始應(yīng)力。在采煤工作面上下兩端的區(qū)段煤柱內(nèi)，也由于采煤和掘進(jìn)區(qū)段平巷而形成支承壓力，它的分布特征和工作面前方的支承壓力基本相同。當(dāng)采煤工作面推進(jìn)較長(zhǎng)距離后，區(qū)段煤柱內(nèi)的支承壓力，可隨頂板垮落而逐漸消失。第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)

7、律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律（二）影響支承壓力大小、分布的因素支承壓力的大小及其分布與頂板懸露的面積和時(shí)間、開采深度、采空區(qū)充填程度、頂?shù)装鍘r性、煤質(zhì)軟硬有關(guān)。采空區(qū)頂板懸露面積越大，時(shí)間越長(zhǎng)，頂板壓力就越大，而支承壓力的分布范圍和集中程度越大。開采深度越大，懸露頂板的重量越大，支承壓力也越大。采空區(qū)充填程度越密實(shí)，煤壁內(nèi)支承壓力越小。例如采用全部充填時(shí)，上部頂板下沉后，很快就會(huì)被充填物支撐，這時(shí)懸露頂板巖層的重量轉(zhuǎn)移到周圍煤體上的壓力就小。因此，采用全部充填法處理采空區(qū)比采用全部垮落法處理采空區(qū)時(shí)，煤壁內(nèi)的支承壓力分布范圍和大小要小得多。第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯

8、現(xiàn)規(guī)律頂板巖層越堅(jiān)硬，頂板壓力分布越均勻，支承壓力的集中程度就比較小。例如，砂巖頂板，支承壓力的影響范圍可達(dá)到工作面前方100m左右；泥質(zhì)頁(yè)巖頂板，支承壓力的影響范圍不到30m40m。若頂板的裂隙發(fā)育，則支承壓力比較集中，影響范圍也較小。底板巖層堅(jiān)硬，支承壓力影響范圍大，但集中程度小。煤質(zhì)堅(jiān)硬，支承壓力比較集中，影響范圍較小；反之，煤質(zhì)松軟，變形和破壞程度越大，則支承壓力分布范圍越大，集中程度越低。第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律（三）支承壓力顯現(xiàn)規(guī)律由于支承壓力的作用，可導(dǎo)致頂板預(yù)先下沉、煤壁破碎片幫、產(chǎn)生沖擊地壓、煤和沼氣突出等現(xiàn)象。在支承壓力的作用下，工作面

9、前方尚未懸露的頂板，已經(jīng)開始下沉。一些實(shí)際資料表明，頂板下沉量可達(dá)15mm60mm，甚至達(dá)100mm。當(dāng)頂板比較堅(jiān)硬，煤層較厚或較軟時(shí)，頂板下沉量較大。由于頂板預(yù)先下沉，可能產(chǎn)生裂隙，因而增加了工作面和工作面前方區(qū)段平巷的壓力。為了防止區(qū)段平巷的支架壓壞，事先必須采取措施，如增設(shè)抬棚、斜撐支架等。工作面的煤壁，在支承壓力作用下，產(chǎn)生變形破壞，導(dǎo)致煤壁破碎片幫成斜面；破碎范圍與煤質(zhì)硬度和支承壓力大小有關(guān)，一般為1m3m；工作面前方煤壁內(nèi)支承壓力的峰值，向煤壁內(nèi)轉(zhuǎn)移，增壓區(qū)（支承壓力區(qū)）斜向煤壁里面；減壓區(qū)擴(kuò)大；穩(wěn)壓區(qū)向煤壁里面轉(zhuǎn)移。第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律煤

10、層壓碎，雖增加了片幫的機(jī)會(huì)，對(duì)安全不利，但可減輕落煤工作，淺截式采煤機(jī)就是采落壓碎范圍內(nèi)的煤，因而破落煤時(shí)阻力小。當(dāng)頂、底板均為厚而堅(jiān)硬的巖層，煤質(zhì)很堅(jiān)硬；開采深度又較大；形成很大的支承壓力時(shí)，就可能產(chǎn)生沖擊地壓。沖擊地壓是礦山壓力顯現(xiàn)中最猛烈的形式。沖擊地壓是煤和巖層在礦壓作用下，急劇地破碎和被拋出的現(xiàn)象。在我國(guó)煤礦里，常常聽到煤層內(nèi)轟鳴聲，有時(shí)可能發(fā)生煤被壓出或頂板下沉及斷裂現(xiàn)象，這些都是輕微沖擊地壓的顯現(xiàn)。大規(guī)模的沖擊地壓發(fā)生時(shí)，可能拋出大量碎煤、沖倒支架、壓垮煤柱、頂板大量垮落，造成暴風(fēng)襲擊或巨大震動(dòng)，有時(shí)還會(huì)波及地面，甚至影響范圍達(dá)幾公里。 第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作

11、面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律沖擊地壓在煤礦中經(jīng)常會(huì)遇到，尤其是隨開采深度的增加，更會(huì)頻繁出現(xiàn)。為了避免沖擊地壓發(fā)生而造成重大事故，必須降低支承壓力的集中程度，例如采用充填法處理采空區(qū)；采空區(qū)內(nèi)不留煤柱；避免兩上工作面相向回采，以防止形成支承壓力的重疊。支承壓力集中程度高，不僅可能產(chǎn)生煤層突出，還可能伴隨大量沼氣突出，造成煤和沼氣突出事故。綜上所述，生產(chǎn)中必須重視支承壓力的作用和影響，在開采自然條件不能改變的情況下，從開采技術(shù)上，應(yīng)盡量設(shè)法減輕支承壓力集中程度，除上述措施外，還可采取加快工作面推進(jìn)速度，減少頂板懸露時(shí)間；縮小控頂距，減小支承壓力。第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)

12、規(guī)律二、工作面初次來(lái)壓當(dāng)工作面從切割眼向前推進(jìn)，頂板懸露面積隨之?dāng)U大，直接頂垮落充填采空區(qū)，基本頂仍完整地支承在兩幫煤壁上，形成雙支板梁構(gòu)件。當(dāng)板梁垮度隨著工作面推進(jìn)增大到一定的范圍，由于基本頂?shù)淖灾睾蜕细矌r層的作用下，使基本頂斷裂垮落。這時(shí)，工作面已不再處于基本頂掩護(hù)之下，頂板迅速下沉而破碎，通常把基本頂?shù)谝淮未竺娣e垮落稱為初次垮落。由于基本頂初次垮落，使工作面壓力增大，故稱為初次來(lái)壓。初次來(lái)壓對(duì)工作面影響一般持續(xù)2d3d?；卷敵醮慰迓鋾r(shí)，工作面距切割煤壁的距離L1稱為初次垮落步距或初次來(lái)壓步距。L1值與基本頂巖性、厚度以及地質(zhì)構(gòu)造等因素有關(guān)，一般為20m35m，少數(shù)達(dá)50m70m。第二節(jié)

13、第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律初次來(lái)壓的特點(diǎn)是：工作面頂板下沉量和下沉速度急增，甚至出現(xiàn)臺(tái)階式下沉；頂板破碎；甚至出現(xiàn)也煤壁平行的裂隙，有時(shí)發(fā)出巨大的斷裂聲；支架受力增加，采空區(qū)掉塊；煤壁嚴(yán)重片幫。初次來(lái)壓時(shí)，工作面要采取措施，如沿放頂線加強(qiáng)支護(hù)（增設(shè)排柱、木垛、斜撐、抬棚）、強(qiáng)制放落頂板等。圖53 基本頂初次垮落L1-初次垮落步距第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律三、周期來(lái)壓基本頂初次垮落后，工作面暫時(shí)免除了基本頂下沉的影響，支架受力減輕，基本頂由雙支板梁變?yōu)閼冶哿?。上覆巖層的重量主要由基本老頂懸臂梁直接傳給煤壁，部分由垮落的矸石承擔(dān)。圖

14、54 基本頂周期垮落（來(lái)壓）示意圖L2-周期垮落步距；h直接頂厚度；m煤層厚度第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律當(dāng)工作面推進(jìn)到一定的距離，基本頂懸臂在自重和上覆巖層的作用下，又會(huì)產(chǎn)生斷裂垮落，這時(shí)同樣會(huì)給工作面帶來(lái)增壓現(xiàn)象。當(dāng)工作面再繼續(xù)推進(jìn)，這部分垮落的基本頂被甩入采空區(qū)，工作面又處于基本頂懸梁掩護(hù)之下，恢復(fù)到前述的狀態(tài)。繼工作面的推進(jìn)，基本頂?shù)目迓渑c工作面增壓現(xiàn)象重復(fù)出現(xiàn)。這種垮落與來(lái)壓隨工作面推進(jìn)而周期性的出現(xiàn)，稱為基本頂周期垮落和周期來(lái)壓。兩次周期來(lái)壓之間的距離稱為周期垮落（來(lái)壓）步距。周期垮落步距同樣與基本頂巖性有關(guān)，一般為6m30m，多數(shù)為10m15m。

15、第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律由于周期來(lái)壓前，基本頂呈懸梁狀態(tài)，而初次來(lái)壓前，基本頂呈雙支板梁狀態(tài)。因此，在工作面內(nèi)，周期來(lái)壓步距小于初次來(lái)壓步距，它們的關(guān)系大致為： L2=（1/21/4）L1周期來(lái)壓特點(diǎn)與初次來(lái)壓類似。四、頂板下沉在工作面推進(jìn)過(guò)程中，采空區(qū)不斷擴(kuò)大，上覆巖層移動(dòng)下沉而破壞，根據(jù)破壞的特征，上覆巖層沿豎直方向自下而上可分為三帶：冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。在這三帶中，冒落帶和裂隙帶直接關(guān)系到工作面的頂板管理，彎曲下沉帶對(duì)工作面沒有多大影響。第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律（一）冒落帶易冒落的直接頂，不規(guī)則垮落，碎脹

16、的巖塊將填滿采空區(qū)，形成冒落帶，支撐老頂。當(dāng)松軟巖層很厚時(shí)，冒落的高度可視為直接頂?shù)暮穸?。?dāng)直接頂厚度不大，冒落的巖塊填不滿采空區(qū)，老頂懸空，這種情況下，老頂也將發(fā)生部分垮落，使工作面壓力增加。圖55巖層移動(dòng)推測(cè)圖(a)巖層內(nèi)部破壞推測(cè)圖；(b)裂隙帶巖層移動(dòng)曲線；（c）沿工作面推進(jìn)方向的分區(qū) 1冒落帶；2裂隙帶；3彎曲下沉帶第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律根據(jù)采高（煤層厚度）M，可按下式估算直接頂?shù)拿奥浜穸龋?h =式中h直接頂?shù)拿奥浜穸龋╩）；M采高（煤層高度）（m）；k頂板巖層碎脹系數(shù)（一般為1.31.5）。1km第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面

17、礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律（二）裂隙帶位于冒落帶之上的老頂巖層，總是一端支承在煤壁上，另一端支承在采空區(qū)的碎石充填堆上。在上覆巖層的壓力作用下，冒落的巖塊逐漸壓實(shí)。因此，上覆巖層也隨之逐步彎曲下沉，成段拆斷或產(chǎn)生許多裂隙，但不冒落仍整齊排列，形成裂隙帶。其厚度根據(jù)實(shí)測(cè)一般為采高（煤層厚度）的717倍左右。由于裂隙帶內(nèi)巖層的性質(zhì)和厚度不一致，所以各層的彎曲下沉量不同，這樣必然產(chǎn)生離層現(xiàn)象。如直接頂比較厚，沒有全部跨落，而直接頂?shù)膹?qiáng)度一般又小于老頂強(qiáng)度，因此，在直接頂與老頂之間也會(huì)產(chǎn)生離層。離層現(xiàn)象，往往可能產(chǎn)生沖擊地壓，引起工作面切頂、折斷支架，造成重大事故。裂隙帶巖層在水平方向上又可劃分為三個(gè)區(qū)第二節(jié)

18、第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律A區(qū)：從工作面前方30、40 m開始到工作面后方24m，該區(qū)內(nèi)頂板變形特點(diǎn)是水平位移劇烈，垂直位移微小，甚至有些情況下，頂板還會(huì)有上升現(xiàn)象。顯然是由于工作面煤壁支撐使頂板呈張拉變形的結(jié)果，所以稱煤壁支撐區(qū)。B區(qū)：從工作面后方24m至30 m左右，頂板劇烈下沉破斷，且各巖層下沉速度由下向上逐漸減小，層與層之間產(chǎn)生離層，稱為離層區(qū)。C區(qū)：工作面后方30 m以遠(yuǎn)，已斷裂的巖塊又重新受到采空區(qū)冒落矸石的支撐，由下向上各巖層的下沉速度逐漸增大，層間進(jìn)人相互壓實(shí)的過(guò)程稱重新壓實(shí)區(qū)。第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律由此可見

19、，A區(qū)和C區(qū)的巖層分別為煤壁（剛性體）和矸石（柔性體）所支撐，B區(qū)的巖層則離層懸空，說(shuō)明工作面的覆巖中存在著某種“結(jié)構(gòu)” 使之實(shí)現(xiàn)平衡，而工作面在這種“結(jié)構(gòu)”保護(hù)下完成采煤作業(yè)過(guò)程。工作面支架的任務(wù)，就是有效地控制礦山壓力并盡可能使其上覆巖層不離層，尤其是直接頂不離層。為此，要求支架有足夠的支撐力（工作阻力）和一定的可縮性。支撐力大，可減少上覆巖層下沉量，從而減少離層的可能性，但是支撐力再大，也不可能避免上履巖層的撓曲下沉。因此，要求支架有一定的可縮量，否則支架會(huì)被壓斷。為避免支架折斷而產(chǎn)生離層，要求支架可縮量與頂板下沉量一致。(三)彎曲下沉帶裂隙帶上方直到地表的巖層為彎曲下沉帶，這部分巖層不

20、產(chǎn)生裂隙或僅產(chǎn)生極微小的裂隙，并在采空區(qū)上方的地面形成一個(gè)比開采范圍大的空間。第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇為了保證回采空間的安全，對(duì)工作面顯現(xiàn)的礦山壓力，必須有效地控制。工作面支架就是控制礦壓的一種結(jié)構(gòu)物。按支架的組合形式，工作面支架可分為兩類：?jiǎn)误w支架和液壓自移式支架。一、單體支架單體支架是指，由單體支柱與橫梁或柱帽組成的支架。前者稱為懸臂支架或棚子支架；后者稱為帶帽頂柱（點(diǎn)柱）。常用的支柱有：木支柱、剛性金屬支柱、摩擦式金屬支柱、液壓支柱。常用的橫（頂）梁有：木頂梁和金屬頂梁。第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇木

21、支柱的工作性能差、利用率低、消耗量大、且資源有限，因此使用很少。剛性金屬支柱是由鋼管或鋼軌加工制成，本身無(wú)縮性，工作時(shí)頂部的木質(zhì)柱帽，具有較小的可縮性。一般只適用于極薄煤層，或頂板下沉量極小且煤層厚度變化不大的薄煤層。摩擦式金屬支柱有兩種：急增阻式的HZJA型；微增阻式HZWA型。 第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇HZJA 1-柱體；2-活柱；3-頂蓋4-鎖箍 5-水平楔；6-底座 HZJA-1000型支柱工作特性曲線1實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果；2井下測(cè)定結(jié)果 第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇液壓支柱是利用高壓油或乳化液來(lái)升柱支

22、撐頂板。高壓油（乳化液）由外部泵站供給，也可把油事先注入支柱內(nèi)，再靠支柱本身內(nèi)的油泵加壓為高壓油。前者稱為外注式支柱；后者稱為內(nèi)注式支柱。HZWA型金屬支柱特性曲線 L1自動(dòng)夾緊時(shí)的可縮量；L2最大工作阻力時(shí)的可縮量；P0初撐力；P0始動(dòng)阻力；P1初始工作阻力；P2最大工作阻力第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇升柱架設(shè)支柱時(shí)，液壓支柱的初撐力可達(dá)7t11t。當(dāng)頂板下沉壓縮下沿腔內(nèi)的油時(shí)，支柱的工作阻力急增到額定工作阻力，此時(shí)，支柱有微小的壓縮，如頂板繼續(xù)下沉。當(dāng)下油腔內(nèi)的油壓大于支柱的額定工作阻力時(shí)，安全閥打開，油外泄?；钪驴s。工作阻力略有下降，油壓也隨之

23、下降，安全閥又重新交替啟閉。這樣，保證支柱工作阻力基本恒定，同時(shí)又能隨頂板下沉而下縮，這種支柱又稱為恒阻式支柱，它的特性曲線如圖所示。 外注式單體液壓支柱圖1頂蓋；2三用閥；3活柱體；4油缸；5復(fù)位彈簧6活塞；7底座；8卸載手把；9-注液槍；10泵站供液；11注液時(shí)操縱手把方向；12-卸載時(shí)動(dòng)作方向單體液壓支柱的工作特性曲線P0初撐力；P1工作阻力；LY增阻期下縮量HDJA型金屬頂梁1接頭；2梁體；3耳子；4銷子；5調(diào)角楔第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇單體液壓支柱適用于傾角小于25的緩斜或近水平煤層，當(dāng)采取可靠的安全措施時(shí)，可在2535的傾斜煤層中使用，

24、也可用煤層底板比較堅(jiān)硬，抗壓強(qiáng)度一般應(yīng)大于20MPa的非炮采工作面。單體液壓支柱應(yīng)與鉸接頂梁配套使用，不能與木頂梁配套使用。頂梁中使用最多的是金屬鉸接頂梁。頂梁一般利用15kg/m，18kg/m，24kg/m的礦用鋼軌制成。第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇二、自移式液壓支架（液壓支架）為了解決支護(hù)與落煤不相適應(yīng)的情況，必須實(shí)行支護(hù)工作機(jī)械化。自移式液壓支架就是一種維護(hù)回采空間的機(jī)械化支護(hù)設(shè)備。它以高壓液體為動(dòng)力，使支護(hù)頂板、移架、切頂、推移輸送機(jī)等工序一起完成。實(shí)踐表明：液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移設(shè)速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。它與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)為

25、配合使用，就組成了回采工作面的綜合機(jī)械化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化采煤。目前國(guó)產(chǎn)的液壓支架類型有：BZZC型、TZ型、WKM400型、DM400型、ZYZ型、ZY型等。按液壓支架與圍巖的相互作用，可分為：支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式三種。第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇（一）支撐式液壓支架這種液壓支架是最早的一種類型，應(yīng)用仍較廣泛。按其構(gòu)造與動(dòng)作的不同，有垛式和節(jié)式兩種。垛式液壓支架的外形和作用好象木垛一樣，礦稱為垛式液壓支架。它由頂梁1、立柱2、擋矸簾3、底座箱4、推移千斤頂5、操作控制裝置等組成。垛式液壓支架工作阻力大，側(cè)向穩(wěn)定性和

26、切頂性能好，工作空間較大，易滿足通風(fēng)要求；但由于頂梁比較寬長(zhǎng)，移加時(shí)頂板懸露面積較大，在直接頂破碎的條件下使用是困難的。節(jié)式液壓支架由前后立柱、頂梁、底座組成一個(gè)框節(jié)。通常由兩個(gè)框節(jié)組成一架節(jié)式支架，有時(shí)也可由三節(jié)或更多框節(jié)組成，故稱為節(jié)式液壓支架。各框節(jié)之間有一定的連接，移架時(shí)，主、副架互為支點(diǎn)，交錯(cuò)前移。與垛式比較，結(jié)構(gòu)較靈巧、重量較輕、移架時(shí)頂板懸露面積較小、對(duì)頂板適應(yīng)性較好；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差、維護(hù)費(fèi)高。一般適用于中硬或較松軟的頂板，厚度為0.6m3.2m的煤層。 圖1113 垛式液壓支架1頂梁；2前梁；3立柱；4控制閥；5推移裝置；6底座圖1114 節(jié)式液壓支架1前梁；2立柱；3底

27、座；4千斤頂；5閥座；6彈簧鋼帶 第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇（二）掩護(hù)式液壓支架這種支架一般由頂梁、掩護(hù)梁、底座、立柱、連桿、推移和操縱裝置等組成。這種支架的頂梁較短，掩護(hù)梁較長(zhǎng)，其上、下端分別與頂梁和底座鉸接，而立柱一般是支承在掩護(hù)梁與底座之間，承受掩護(hù)梁上的矸石，故稱為掩護(hù)式支架。這種支架防護(hù)性能好，尤其是破碎頂板情況下更為突出。但支撐力較小；切頂性能較差；工作空間較小，不利于操作和通風(fēng)。（三）支撐掩護(hù)式液壓支架實(shí)質(zhì)上就是支撐式和掩護(hù)式的組合型支架。這以支撐為主，同時(shí)又有掩護(hù)作用，故稱為支撐掩護(hù)式支架。它由較長(zhǎng)的頂梁、較短的掩護(hù)梁、四根立柱組成。圖1115 掩護(hù)式液壓支架1掩護(hù)梁；2頂梁；3立柱；4側(cè)護(hù)板；5連桿； 6推移千斤頂；7底座圖1116 支撐掩護(hù)式液壓支架1、2護(hù)幫裝置；3前梁；4頂梁；5、6立柱；7掩護(hù)梁； 8、9連桿；10底座；11推移裝置第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇（四）液壓支架的選型影響液壓支架選型的主要因素是：地質(zhì)條件（頂板的穩(wěn)定