第五章 采场顶板支护方法

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工作面支架的结构、性能和选择
（三）支撑掩护式液压支架
– 实质上就是支撑式和掩护式的组合型支架。这以支撑为主，同时又 有掩护作用，故称为支撑掩护式支架。它由较长的顶梁、较短的掩 护梁、四根立柱组成。
图11—16 支撑掩护式液压支架 1、2—护帮装置；3—前梁；4—顶 梁；5、6—立柱；7—掩护梁； 8 、9—连杆；10—底座；11—推移 装置
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四、底板特征
底板在矿压控制中的两个方面： 1. 底板破坏
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2. 支护体系 底板－支架－顶板 底板比压：支架底座 单位面积 底板 插底破坏形式
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底板分类方案P127
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第二节 采场支架类型与支架力学特性
1. 工作面支架的工作特性
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各种工作阻力的含义
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我国工作面支护设备发展历程
木支柱单体→金属支柱→单体液压支柱→ 液压支架
第五章 采场顶板支护方法
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顶板分类与底板特征 采场支架类型与支架力学特性 采场支架与围岩相互作用原理 综采机械化采煤工作面顶板控制设计 单体液压支柱工作面顶板控制原则 采场来压预报与支护质量监测
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重点掌握： 控制矿山压力的基本手段 工作面支架的工作特性 单体支架的工作特性 单体支架的支护方式 液压支架的分类及其适用条件 回采工作面支架与围岩石关系 回采工作面顶板压力的估算 支架初撑力对顶板管理的影响
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支撑掩护式支架受力分析 特点：顶梁长度较掩护式支架长，增加了支撑力，缩短了
掩护梁长度，加长了掩护梁的坡度，同时改善了支架底座 与底板受力情况，但也导致控顶距增大，价格较高，重量 较大，支架结构较复杂等缺陷。
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后排支柱支撑在顶梁上时，支架高度的 改变对支撑力的影响不大，支撑效率较 高。 而后排支柱支撑在掩护梁上时，后柱倾 角大，支架的支撑阻力要降低。
工作面顶板来压 前，工作面顶 板断裂有先后 顺序，每个部 分断裂时支柱 压力会增大， 根据此性质进 行采场来压预 报。
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R1平行于层面；R2垂直于层面；R3为向煤壁方向倾斜； R4向采空区方向倾斜；R5为楔形裂隙。 这些裂隙可能使顶板在毫无预兆的情况下局部冒顶。
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5.直接顶的定量分析（衡量指标）
根据垮落步距：大于等于16-20m为稳定顶板；介于9－ 15m之间的中等稳定顶板；小于等于8m为不稳定顶板。 直接顶端面破碎度：支架前梁端部到煤壁间顶板破碎的 程度。FA/F％，破碎的面积，梁端到工作面煤壁的面积。 一般冒高超过5-10cm的面积才计入破碎面积。
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缺点： 支架工作空间小，因而通风断面小， 行人也不方便。除此之外，由于增加了掩 护梁，支架重量有所增加。
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采场来压预报与支护质量监测
工作面顶板来压前，工作面顶板断裂有先后 顺序，每个部分断裂时支柱压力会增大， 根据此性质进行采场来压预报。
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单体液压支柱压力监测方法
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采场来压预报与支护质量监测
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走向棚
倾斜棚
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悬梁与支柱的关系
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采用正悬臂时，机道顶板有悬臂支护，必要时还可掏梁窝提 前挂梁，打贴帮柱等，因此机道的安全条件比较好。在架设 悬梁时，应使舌端对着煤壁，以便在需要掏梁窝时，梁窝可 以小些。这种方式的悬梁靠采空区一侧伸出不长，因而不易 折损
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采用倒悬臂时，回撒靠采空区一侧的支柱，不易被矸石埋住。 当顶板比较破碎时，掏梁窝比较浅。因而容易挂梁。这种方 式回柱时比较安全。
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无排柱放顶
当工作面直接顶比较破碎时，切落顶板已不 成问题。此时，由于直接顶比较破碎，已 不可能通过切顶支架对老顶形成控制力矩。 因此不使用切顶支架，而是以加强工作面 支护为主。称无排柱放顶。
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单体支柱其他布置形式
1.带帽点柱支护 在直接顶比较完整时使用。柱帽一般用厚为50-100mm， 长为0.3-0.5m的木板或半圆木制成。 2.棚子支护 直接顶为中等稳定或比较破碎时采用这种支护方式。一 般棚子多由一梁二柱组成。为了保证直接顶不发生局部冒 顶，在破碎顶板条件下，棚子的梁与梁之间还应采取加木 背板、竹笆等护顶措施。 梁的布置方式根据顶板岩层裂隙的产状来定，当裂隙平 行于工作面时，采用走向棚。当裂隙垂直于工作面时，采 用倾斜棚。
图11—14 节式液压支架 1—梁；2—立柱；3—底座 ；4—千斤顶；5—阀座； 6—弹簧钢带
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工作面支架的结构、性能和选择
（二）掩护式液压支架
– 这种支架一般由顶梁、掩护梁、底座、立柱、连杆、推移和操纵装 置等组成。这种支架的顶梁较短，掩护梁较长，其上、下端分别与 顶梁和底座铰接，而立柱一般是支承在掩护梁与底座之间，承受掩 护梁上的矸石，故称为掩护式支架。 – 这种支架防护性能好，尤其是破碎顶板情况下更为突出。但支撑力 较小；切顶性能较差；工作空间较小，不利于操作和通风。
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根据分析，图5-29，支撑掩护式支架力平 衡区的宽度较大，当支架的合力作用点位 于前排支柱上方时，其承载能力相当于前 排支柱的工作阻力，如果两排支柱的工作 阻力相等，则相当于最大工作阻力之半。 可见该型支架对顶板的适应能力较强。
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3.支撑式掩护支架
优点:
1.缩小了控顶距，减少了托梁与顶板之间反复支撑的 次数，提高了支架对机道上方顶板的支撑力； 2.支架的结构可以承受一定水平推力，因而可以实现 承载前移。 3.挡矸性能良好，因而采空区矸石不能涌入回采工作 空间。
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端面破碎度与端面距和直接顶的强度有关。 顶板冒落敏感度，我国称顶板破碎指数（端面距 为1m的破碎度） 0－10%；11%－30%；大于30%三类
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二、对老顶的分析
1.老顶对工作面的影响 2.根据直接顶厚度与采高的比值（N=hi/hm）对顶板进行 分类： Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
N＞5 无周期来压或周期来压不明显的顶板
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5.1 顶板分类与底板特征
1. 2.
1.
2.
控制回采矿山压力的重要性 总体角度（矿井设计的问题） 局部 （支护和采空区处理） 直接顶与老顶的关系 控制工作面矿山压力的方法 掌握矿山压力的规律 回采工作面支架
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回采工作面支架的两个特性 1. 可缩性 2. 良好的支撑性能 支架的性能：支架的支撑力与支架的可缩 性的关系特征（P-Δs曲线）。 结构←工作面围岩（老顶、直接顶和直接底） →载 荷
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支柱的布置方式：齐梁式与错梁式两种
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齐梁式支护是指悬梁端 与工作面相齐。支柱排 成直线状。根据截深与 顶梁长度的关系．可分 为两种，一种是截深与 顶梁长度相同，另一种 为截深是顶梁长度之半。 一般都采用正悬臂式支 护。
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错梁式这种布置方式的截深是 顶梁长度的一半。每进一尺， 隔一架棚桂一根梁。顶梁交错 向前。这样挂梁少，进机速度 快，支护及时。此时支柱也可 成直线状或交错状。 进第一刀时一般要间隔打临时 柱，第二刀才支正式柱，回临 时柱。此种支护方式一般在顶 板比较破碎时使用。
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三、液压支架支护方法分析
液压支架分类 1. 按对顶板的支撑面积与掩护面积的比值进 行分类
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2.按支架结构进行分类 有掩护梁即为掩护式支架 无掩护梁为支撑式支架 常用的：支撑式 掩护式 支撑掩护式
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图11—13 垛式液压支架 1—顶梁；2—前梁；3—立 柱；4—控制阀；5—推移装置 ；6—底座
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第二节 采场支架类型与支架力学特性
1. 工作面支架的工作特性
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对直接顶的分析 1. 直接顶的重要性 2. 直接顶完整程度的两个因素（岩性、裂隙） 3. 直接顶稳定性的分类 破碎顶板 中等稳定顶板 完整顶板P122
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4. 裂隙分类
a. 裂隙的发育情况
原生裂隙:形成过程中，由于温度、矿物 结晶有沉积的作用而形成的弱面。 构造裂隙 压裂裂隙 b. 裂隙面与工作面顶板的位置关系 五种裂隙及其组合，复合裂隙最为不利
2＜ N ＜ 5有周期来压的顶板 N＜ 2 周期来压严重的顶板 老顶特别坚硬，有无直接顶，采用爆破法，注水软化法。 基本解决。 Ⅴ能塑性弯曲顶板 顶板随工作面的推进能缓慢下沉，而后逐渐与煤层底板 相接触。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。
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三、缓倾斜煤层采煤工作面分类方案
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液压支柱的结构及其特性
22液压支柱工ຫໍສະໝຸດ 原理23适用条件（p126 ） 内注式－薄及行走困难工作面 外注式－缓倾斜和倾斜中厚工作面
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单体液压支柱受力分析
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有（无）排柱放顶
在使用全部垮落法处理采空区时，把支柱分为工作面支柱与切 顶支柱两部分，利用切顶支柱将直接顶沿采空区切落，这种支 护方式称为有排柱放顶。其切顶支柱的工作阻力远大于工作面 支柱。这种支撑力分布适应于直接顶比较稳定，而且老顶周期 来压比较剧烈的工作面。