采場頂板支護方法51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礦壓控制的目的：礦井的安全生產(chǎn)。采場礦山壓力控制：從狹義的角度看，包括采空區(qū)的處理和工作面支護。主要是控制老頂巖層的活動規(guī)律，使其不危及到工作面的安全。2對于全部冒落法處理采空區(qū)：“煤壁－支架－采空區(qū)已冒落的矸石”構(gòu)成對采場上覆巖層的支撐體系。支架位于剛性體和可縮體之間。采場支架處于“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。支架應達到：一定的可縮量和支撐阻力。3

直接頂?shù)母黝惲严秷D5破碎頂板：支護不及時容易造成局部冒頂。中等穩(wěn)定頂板：雖有裂隙切割，但極相對完整。完整頂板：懸露面積大，穩(wěn)定性好，不易發(fā)生局部冒頂。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程度。如下式：當端面距為1m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)）。分為3類：1類 E>30% 不穩(wěn)定頂板

2類11%<E<30% 中等穩(wěn)定頂板

3類 E<10% 穩(wěn)定頂板按直接頂端面破碎度E作為分類7我國標準的直接頂分類指標及參考因素9三、老頂?shù)姆诸愔苯禹數(shù)姆€(wěn)定對支架的選型、支護方式及對工作面的局部冒頂常起到主導作用。老頂?shù)氖Х€(wěn)及來壓強度不僅對直接頂?shù)姆€(wěn)定性有直接影響，且對確定支護強度、支架具備的可縮量及選擇采空區(qū)處理方法等起決定性作用。10按N=∑h/m，將老頂分為5級Ⅰ級N>5無周期來壓或來壓不明顯頂板Ⅱ級2<N≤5

有周期來壓頂板，來壓明顯Ⅲ級N≤2甚至無直接頂，周期來壓嚴重頂板11按直接頂厚度與采高比值N=∑h/m，并參照老頂初次來壓步距L，將老頂分為4級。級 N>3～5,

來壓不明顯級0.3<N≤3～5,L=25～

50m

來壓明顯級0.3<N≤3～5,L>

50m

來壓強烈 N≤0.3,L=25～50m來壓強烈級 N≤0.3或者L>

50m

來壓極強烈13新的老頂分級方案及其指標14四、底板特征與分類底板控制涉及到破壞（水）和支架系統(tǒng)二個主要方面。采場支護系統(tǒng)的剛度是由“底板－支架－頂板”所組成，因此底板巖層的剛度將直接影響到支架性能的發(fā)揮。支架與圍巖體系剛度模型15按極限底板比壓將底板分為5類：17第二節(jié)采場支架類型與支架力學特性一、幾個概念單體支柱：支柱與頂梁是分開的。液壓支架：頂梁、支柱、底座聯(lián)合為一個整體。木支柱金屬摩擦支柱液壓支柱18P0'－初撐力：支架架設時，將活柱升起，托住頂梁時對頂板產(chǎn)生的一個主動力。P0－始動阻力：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。也稱為支柱阻力。P1－初工作阻力：指在支架的性能曲線中，活柱下縮時，工作阻力增長率急劇增長轉(zhuǎn)為緩慢增長的轉(zhuǎn)折點處的阻力。P2－最大工作阻力：支柱所能承受的最大負載能力，又稱為額定工作阻力。有關(guān)支柱的撐力及工作阻力的關(guān)系19二、單體液壓支柱的結(jié)構(gòu)與特性分為：內(nèi)注式和外注式21三、液壓支架的分類221、支撐式：結(jié)構(gòu)上沒有掩護梁，對頂板的作用是支撐。包括四柱垛式、六柱垛式以及節(jié)式等。232、掩護式：結(jié)構(gòu)上有掩護梁，單排立柱連接掩護梁或直接支撐頂梁對頂板起支撐作用。253、支撐掩護式：結(jié)構(gòu)上有掩護梁，雙排或多排立柱大部或全部通過頂梁對頂板起支撐作用。26五、單體支架支護方式分析291、帶帽點柱支護：無頂梁，直接頂比較完整時使用。帶帽點柱的布置方式302、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)定或比較破碎的情況下。313、機組工作面單體支架布置1－接頭；2－梁體；3－耳子；4－銷子；5－調(diào)角楔；HDJA型金屬頂梁32正懸臂：機道可以支護，安全好，采空區(qū)側(cè)不易損折。倒懸臂：回柱時不易被矸石埋住，回柱較安全，但機道無支護。機組工作面的懸臂支護懸梁與支柱的關(guān)系33齊梁式支護：是指懸梁端與工作面相齊，支柱排成直線狀。一般都采用正懸臂式支護。

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。頂梁交錯向前。錯梁直線柱布置方式如圖所示。頂梁交錯使用正、倒懸臂，支柱呈直線狀。

支架的布置方式34第三節(jié)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橫向看，上覆巖層形成的“大結(jié)構(gòu)”是由“煤壁－支架－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“老頂－直接頂－支架－底板”這樣的圍巖體系中。因此，支架與圍巖關(guān)系的研究十分重要。支架與圍巖體系剛度模型支架的性能和結(jié)構(gòu)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？這就是支架與圍巖關(guān)系研究的內(nèi)容。不同種類的支架對圍巖的支護效果不一樣，相同的支架在不同的圍巖條件下，其受力狀態(tài)和對圍巖的支護效果也不同。36支架－圍巖相互作用的特點：支架－圍巖是相互作用的一對力。支架受力大小及其在回采工作面分布的規(guī)律與支架性能有關(guān)。還與支架與圍巖支撐系統(tǒng)的總體特性有關(guān)。支架結(jié)構(gòu)及尺寸不同對頂板壓力影響和維護效果不同。37支架P－△L關(guān)系曲線（實測）可以看出，支架－圍巖關(guān)系具有一定的復雜性，但也具有一定的普遍規(guī)律。a－前蘇聯(lián)b－英國c－德國38超過一定工作阻力時，阻力增加對頂板下沉量影響較小。支架工作阻力并不能改變上覆巖層“大結(jié)構(gòu)”的總體活動規(guī)律。支架P－△L關(guān)系曲線（調(diào)壓試驗）支架應具備的基本特性：一是必須具備一定的可縮量；二是必須具備有良好的支撐性能，即一定的工作阻力。這也是支架選型與支護設計中最主要的。39二、支架－圍巖支護系統(tǒng)的力學分析

該系統(tǒng)受力與變形的協(xié)調(diào)方程為：圖5－44支架與圍巖體 系剛度模型K－系統(tǒng)的組合剛度△S－系統(tǒng)總變形量△P－系統(tǒng)阻力增量

P0－系統(tǒng)初撐力40（1）在頂板下沉量△S一定時，K越大，支架的載荷越大。（2）K小于Kr、Ks、Kf，為了提高系統(tǒng)剛度，必須同時提高Kr、Ks、Kf。相同支柱，由于Kr、Kf不同，且受力大小也不同。（3）支架變形量在系統(tǒng)總體變形中所占比重，取決于頂?shù)装鍎偠扰c支架剛度的相對大小，支架剛度相對越小，則支架的變形量越大。41第四節(jié)采場支護設計42確定支架類型:一、支架規(guī)格的選定單體支架液壓支架支撐式掩護式支撐掩護式確定架型后主要是選定支架高度和可縮量。43①確定直接頂類型；②根據(jù)老頂巖石力學特性及礦壓顯現(xiàn)特征確定其級別；③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；④根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算額定工作阻力或根據(jù)采高、控頂寬度及周期來壓步距，估算支架所需的支護強度和阻力；⑤根據(jù)頂?shù)装孱愋汀⒓墑e及采高，初選所需的額定支護強度，初選支架型式；二、自移支架的選型順序44⑥考慮工作面風量，行人斷面，煤層傾角，修正架型及參數(shù)；⑦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冒落度，確定頂梁及護幫結(jié)構(gòu)；⑧考慮煤層傾角及工作面推進方向，確定側(cè)推結(jié)構(gòu)及參數(shù)；

⑨根據(jù)底板抗壓入強度，確定支架底座結(jié)構(gòu)參數(shù)及對架型參數(shù)的要求；

⑩利用支架參數(shù)優(yōu)化程序(考慮結(jié)構(gòu)受力最小)，優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)。45①首先確定煤層的最大采高Mmax及最小采高Mmin；②確定頂板在最大控頂距處的平均最大下沉量SL,支架最大可縮量必須大于此值；③求支柱最大高度Hmax=Mmax－b

b－頂梁厚度；④求支柱的最小高度Hmin＝Mmin－SL－b－a

a－支柱回柱放頂時必要的卸載高度,一般取50mm；⑤根據(jù)頂板最大下沉量SL,確定支柱的型號。三、單體支架規(guī)格選定的方法及步驟46①確定最大采高Mmax及最小采高Mmin；②確定支架最大采高時前柱的頂板下沉量S1；③確定最小采高時后柱頂板最大下沉量S2；④確定支架最大、最小高度：

Hmax=Mmax－S1

Hmin＝Mmin－S2

－a

a－支架卸載高度，一般取50mm四、液壓支架規(guī)格的選定方法47⑤支架合理工作阻力。對支架－圍巖系統(tǒng)而言：

P＝P0＋K△S

P0－初撐力可見，提高P0有利預先壓實頂?shù)装澹岣呦到y(tǒng)剛度，提高工作阻力P，降低頂板下沉量△S。因此，要保證支架對頂板的有效支護，要有合適的初撐力。工作面合理工作阻力的確定包括初撐力、最大工作阻力。48第五節(jié)采場來壓預測與支護質(zhì)量監(jiān)測一、老頂來壓的預測預報老頂破斷距可理論計算，且斷裂是裂縫形成、擴展的時間過程；斷裂線處于工作面前方煤壁內(nèi)，與工作面全面來壓之間存在時間差。老頂斷裂會引起斷裂線前方出現(xiàn)“反彈”與“壓縮”現(xiàn)象，兩側(cè)巷道內(nèi)也會出現(xiàn)。故在兩巷中采用測壓的辦法來捕捉反彈與壓縮振動信息。49柴里煤礦2322面老頂來壓預報道測站布置50老頂初次斷裂信息與來壓的關(guān)系51實測反彈信息位置與老頂斷裂線判斷52二、采場頂板支護質(zhì)量監(jiān)測單體液壓支柱工作面支護質(zhì)量監(jiān)測內(nèi)容及指標：支護參數(shù)、頂板狀態(tài)參數(shù)以及頂板動態(tài)。①基本支護參數(shù)有：支柱初撐力、支柱末阻力與支柱下縮量、支柱鉆底量等。②頂板狀態(tài)參數(shù)：頂?shù)滓平浚敯迮_