采场顶板支护方法A.ppt
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采场顶板支护方法A.ppt
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5采场顶板支护方法采场顶板支护方法5.15.15.15.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征5.25.25.25.2采场支架类型与支架力学特征采场支架类型与支架力学特征采场支架类型与支架力学特征采场支架类型与支架力学特征5.35.35.35.3采场支架与围岩相互作用原理采场支架与围岩相互作用原理采场支架与围岩相互作用原理采场支架与围岩相互作用原理5.45.45.45.4采场支护设计采场支护设计采场支护设计采场支护设计5.55.55.55.5采场来压预报与支护质量监测采场来压预报与支护质量监测采场来压预报与支护质量监测采场来压预报与支护质量监测25.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征回回采采工工作作面面(采采场场)是是地地下下移移动动着着的的工工作作空空间间。
为为了了保保证证生生产产工工作作的的正正常常进进行行与与矿矿工工的的安安全全,必必须须对对采采场场顶顶板板进行支护。
进行支护。
直直接接顶顶板板是是回回采采工工作作面面支支护护直直接接作作用用的的对对象象,直直接接顶顶的的好好坏坏将将对对生生产产与与安安全全有有直直接接影影响响,而而直直接接顶顶的的完完整整性性又又受受到到老老顶顶平平衡衡特特征征的的影影响响,例例如如工工作作面面的的初初次次来来压压与与周周期期来来压压都都是是老老顶顶的的活活动动而而形形成成的的。
从从一一定定意意义义上上讲讲,控控制制采采场场矿矿山山压压力力显显现现主主要要是是控控制制老老顶顶的的活活动动规规律律,使使其其不不危危及及到到工工作作面面的的安安全全。
所所以以,采采场场支支护护的的直直接接对对象象是是直直接接顶顶岩岩层层,通过直接顶间接地对老顶的活动起一定的控制作用。
通过直接顶间接地对老顶的活动起一定的控制作用。
采空区处理方法对老顶的活动有着明显的影响。
采空区处理方法对老顶的活动有着明显的影响。
35.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征回回采采工工作作面面支支架架是是采采场场矿矿山山压压力力控控制制的的基基本本手手段段。
回回采工作面支架是平衡回采工作面顶板压力的一种构筑物。
采工作面支架是平衡回采工作面顶板压力的一种构筑物。
由由于于回回采采工工作作面面支支架架必必须须与与开开采采后后形形成成的的上上覆覆岩岩层层大大结结构相适应,回采工作面支架必须具备以下两个特征:
构相适应,回采工作面支架必须具备以下两个特征:
(1)有适当的可缩性。
()有适当的可缩性。
(2)有良好的支撑性能。
)有良好的支撑性能。
所所谓谓支支架架的的支支撑撑性性能能,一一般般是是指指支支架架的的支支撑撑力力与与支支架架可可缩缩量量之之间间的的关关系系特特征征,常常用用“工工作作阻阻力力可可缩缩量量”关关系系曲线(简写为曲线(简写为Ps曲线)表示。
曲线)表示。
回回采采工工作作面面支支架架是是座座在在直直接接底底板板上上的的,直直接接底底板板特特性性对对支支架架性性能能的的发发挥挥有有重重要要影影响响。
研研究究采采场场支支护护也也要要研研究究底底板岩层。
板岩层。
要搞好采场顶板支护,必须要搞好采场顶板支护,必须研究直接顶板、老顶和直接研究直接顶板、老顶和直接底板,必须研究支架。
底板,必须研究支架。
45.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征5.1.1对直接顶的分析对直接顶的分析
(1)直直接接顶顶,采采场场支支护护直直接接对对象象,其其完完整整程程度度不不仅仅直直接接影影响响工工作作面面的的安安全全及及工工作作面面生生产产能能力力的的发发挥挥,而且直接影响到所选择的支护形式。
而且直接影响到所选择的支护形式。
(2)直直接接顶顶的的完完整整程程度度取取决决于于两两方方面面因因素素:
直直接接顶顶岩岩层层本本身身力力学学性性质质;直直接接顶顶岩岩层层内内层层理理和和裂裂隙隙发发育育程度。
程度。
(3)直直接接顶顶岩岩层层内内层层理理和和裂裂隙隙一一般般分分为为三三类类:
原原生生裂裂隙隙、构构造造裂裂隙隙和和压压裂裂裂裂隙隙。
其其中中,压压裂裂裂裂隙隙指指在在煤煤层层开开采采时时引引起起的的破破坏坏面面。
一一般般仅仅发发生生在在比比较较软软的的直直接接顶顶,主主要要是是由于支承压力的作用而形成。
常与煤层面夹角由于支承压力的作用而形成。
常与煤层面夹角6090。
55.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征5.1.1对直接顶的分析对直接顶的分析(4)直直接接顶顶冒冒空空将将使使支支架架顶顶梁梁与与顶顶板板的的接接顶顶情情况况恶恶化化,导导致致无无法法利利用用支支架架的的工工作作阻阻力力通通过过直直接接顶顶防防止止老老顶顶岩岩块块的的失失稳稳与与滑滑落落,也也可可能能使使支支架架受受严严重重偏偏载载而而损坏,还可能由此造成的一系列影响生产的事故。
损坏,还可能由此造成的一系列影响生产的事故。
(5)构构造造裂裂隙隙可可以以造造成成有有规规则则的的倾倾斜斜于于煤煤壁壁或或采采空空区区方方向向的的裂裂隙隙。
由由于于工工作作面面的的推推进进方方向向与与裂裂隙隙方方向向不不同同,工工作作面面顶顶板板可可能能出出现现两两种种完完全全不不同同的的结结果果。
当当工工作作面面推推进进方方向向与与节节理理倾倾斜斜方方向向一一致致时时,常常常常容容易易造造成工作面较大压力。
成工作面较大压力。
65.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征5.1.1对直接顶的分析对直接顶的分析图图5-3初初次次垮垮落落步步距距LL00:
直直接接顶顶首首次次出出现现垮垮落落高高度度超超过过11.5m,垮落范围超过全工作面长度一半时工作面的推进长度。
,垮落范围超过全工作面长度一半时工作面的推进长度。
端端面面破破碎碎度度:
指指支支架架前前梁梁端端部部到到煤煤壁壁间间顶顶板板出出现现冒冒落落高度超过高度超过50100mm所占的面积比例。
所占的面积比例。
端端面面距距为为1m时时的的端端面面破破碎碎度度称称“顶顶板板冒冒落落敏敏感感度度”或或“顶板破碎指数顶板破碎指数”,以,以E表示。
表示。
75.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征5.1.1对直接顶的分析对直接顶的分析图图5-4端面距与顶板破碎度的关系端面距与顶板破碎度的关系E30%,不,不稳定顶板稳定顶板85.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征5.1.2对老顶的分析对老顶的分析
(1)老老顶顶的的失失稳稳及及其其来来压压强强度度不不仅仅对对直直接接顶顶的的稳稳定定性性有有直直接接影影响响,而而且且对对确确定定支支护护强强度度、支支架架具具备备的的可可缩缩量量以以及选择采空区处理方法等,都起着决定性作用。
及选择采空区处理方法等,都起着决定性作用。
(2)根根据据老老顶顶取取得得平平衡衡的的条条件件,在在全全部部垮垮落落法法工工作作面面,一一般般情情况况下下老老顶顶岩岩层层对对工工作作面面的的顶顶板板压压力力的的影影响响主主要要取取决决于于直直接接顶顶的的厚厚度度。
显显然然,老老顶顶离离煤煤层层越越远远,即即直直接接顶顶厚厚度度越越大大,破破断断后后形形成成“结结构构”和和呈呈现现缓缓慢慢下下沉沉式式平平衡衡的的可可能能性性也也越越大大。
因因此此,长长期期以以来来,生生产产单单位位常常常常以以老老顶顶距距离离被被开开采采煤煤层层得得远远近近作作为为预预计计影影响响工工作作面面矿矿山山压压力力显显现现的的重重要要指标之一。
指标之一。
95.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征5.1.2对老顶的分析对老顶的分析图图5-5顶板岩层典型柱状图实例顶板岩层典型柱状图实例105.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征5.1.2对老顶的分析对老顶的分析(3)老老顶顶来来压压强强度度同同直直接接顶顶厚厚度度hi与与煤煤层层采采高高hm比比值值(N=hi/hm)的关系:
)的关系:
I、N5,老老顶顶的的垮垮落落与与错错动动对对工工作作面面支支架架无无多多大大影影响响,称称为为无无周周期来压或周期来压不明显顶板。
如图期来压或周期来压不明显顶板。
如图5-5a。
II、2N5,老老顶顶的的失失稳稳对对工工作作面面支支架架有有较较为为严严重重的的影影响响,称称为为周期来压顶板。
如图周期来压顶板。
如图5-5b。
III、N2,甚甚至至没没有有直直接接顶顶,老老顶顶的的悬悬露露与与垮垮落落都都对对工工作作面面支支架架有严重影响,称为周期来压严重顶板。
有严重影响,称为周期来压严重顶板。
如图如图5-5c。
IV、老老顶顶特特别别坚坚硬硬,又又无无直直接接顶顶,常常悬悬露露上上万万平平方方米米而而不不垮垮落落,当其垮落时则形成暴风,造成事故,称为极坚硬顶板。
当其垮落时则形成暴风,造成事故,称为极坚硬顶板。
如图如图5-5d。
V、能塑性弯曲的顶板。
、能塑性弯曲的顶板。
如图如图5-5e。
115.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征5.1.3顶板分类方案及其指标顶板分类方案及其指标为为了了指指导导回回采采工工作作面面顶顶板板管管理理,选选择择合合适适得得液液压压支支架架形形式式,单单体体支支柱柱的的支支护护方方法法和和采采空空区区处处理理措措施施;以以及及为为了了确确定定液液压压支支架架支支护护强强度度和和单单体体支支柱柱的的支支护护密密度度,以以提提高高工工作作面面的的安安全全程程度度,减减少少顶顶板板事事故故等等,原原煤煤炭炭工工业业部部颁颁发发了了缓缓倾倾斜斜煤煤层层采采煤煤工工作作面面顶顶板板分分类类(MT554-1996)行业标准。
)行业标准。
12表表5-1直接顶分类指标及参考要素直接顶分类指标及参考要素类类别别1类类不稳定顶板不稳定顶板2类类中等稳定顶板中等稳定顶板3类类稳定稳定顶板顶板4类类非常稳非常稳定顶板定顶板1a1b2a2b基本指标基本指标r44r88r1212r1818r2828r50岩性和结岩性和结构特征构特征泥岩、泥岩、泥页岩,泥页岩,节理裂节理裂隙发育隙发育或松软或松软泥岩,泥岩,炭质泥炭质泥岩,节岩,节理裂隙理裂隙较发育较发育致密泥岩、粉砂致密泥岩、粉砂岩、砂质泥岩,岩、砂质泥岩,节理裂隙不发育节理裂隙不发育砂岩、砂岩、石灰岩、石灰岩、节理裂节理裂隙很少隙很少致密砂致密砂岩、石岩、石灰岩,灰岩,节理裂节理裂隙极少隙极少主要主要力学力学参数参数参考参考区间区间Cz0.1630.0640.2730.090.300.120.430.1570.480.11Rc27.9410.7536.025.7546.32065.333.789.432.6hc0.260.1260.2850.130.510.3550.6750.340.720.3413表表5-2老顶(基本顶)分级指标老顶(基本顶)分级指标老顶分级老顶分级IIIIIIIV老顶来压老顶来压显现显现不明显不明显明显明显强烈强烈非常强烈非常强烈IVaIVb分级指标分级指标pe895895pe975975pe107510751145老老顶顶的的分分级级指指标标是是“老老顶顶初初次次来来压压当当量量pe”,其其值值由由老老顶顶初初次次来来压压步步距距Lf、直直接接顶顶充充填填系系数数N和和煤煤层层采采高高hm综合确定:
综合确定:
注:
当注:
当hi大于大于6倍采高时,取倍采高时,取N=6。
145.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征5.1.4底板特征底板特征底板岩层在矿山压力控制中涉及两类问题:
底板岩层在矿山压力控制中涉及两类问题:
一一方方面面是是煤煤层层开开采采引引起起的的底底板板破破坏坏,其其范范围围将将与与开开采采范范围围及及采采空空区区周周围围的的支支承承压压力力分分布布有有关关,由由于于底底板板的的破破坏坏可可能能导导致致地地下下水水分分布布的的变变化化,引引起起突突水水等等事事故。
故。
另另一一方方面面底底板板岩岩层层的的刚刚度度将将直直接接影影响响到到支支护护性性能能的的发发挥挥,支支护护系系统统刚刚度度是是由由“底底板板支支架架顶顶板板”所所组组成成。
如如单单体体支支柱柱底底面面积积只只有有100cm2左左右右,在在底底板板松松软情况下,易插入底板,从而影响对顶板的控制。
软情况下,易插入
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