矿井围岩控制..ppt

矿井围岩控制灾害防治 主讲人 张国华教授电话 0451 88036483E mail zgh710828131 第12讲采场顶板控制方法 与 安全工程 一 单体液压支柱工作面顶板控制设计 1 顶板控制的目标与原则 1 顶板控制的目标 能最大限度地消除压垮 漏垮 推垮型冒顶隐患 防止工作面顶板事故的发生 能保持顶底板移近量 台阶下沉量以及端面冒高等顶板状态参数在一定限度之内 保证顶板处于良好状态 所需的费用最少 一 单体液压支柱工作面顶板控制设计 1 顶板控制的原则 对垮落带岩层采取 支 采场支柱的工作阻力应能平衡工作空间及采空区上方垮落带岩层的重量 采场支柱的初撑力应能平衡工作空间及采空区上方垮落带直接顶岩重 对裂隙带岩层采取 让 采场支柱的可缩量应能适应裂隙带岩层的下沉 当直接顶厚度不足1倍采高 尤其是煤层上面直接就是厚度不大的老顶时 可用 切 的原则切断采空区上方老顶 一 单体液压支柱工作面顶板控制设计 不论哪一种顶板 都要针对直接顶的稳定性采取 护 如果是复合顶板 应使支柱的初撑力本身就能防推 为此 支柱初撑强度pc kPa 应满足下式要求 当直接顶厚度不足 倍采高时 可用 挑 挑落 倍采高顶板 对厚层难冒顶板 应松动碎裂3倍采高顶板岩层 或在工作面前方用钻眼爆破或高压注水的措施进行松动弱化 或在采空区挑顶3倍采高 这些措施也可统称之为 挑 支护参数应保证顶板处于良好状态 一般情况下 应保持工作面控顶范围内顶底板移近量每米采高不大于100mm 顶板不出现台阶下沉 端面冒高不大于200mm 一 单体液压支柱工作面顶板控制设计 设计内容 支柱支设密度 间距 排距 1 顶板载荷的确定 2 单体工作面支护设计 支柱选型 控顶方式 支架的布置方式 估算法 式中 q 顶板载荷 包括直接顶和老顶在内 kN m2 M 采高 m 岩石容重 一 单体液压支柱工作面顶板控制设计 2 支护密度的确定 支柱的支设密度由支柱之间的排距b和柱距a两个参数确定 式中 B 工作面循环进尺 即截深 m 或 若考虑一定的安全系数 即安全系数取为k 则工作面支柱的柱距为 为便于工作面支柱回撤的方便 一般要求支柱的柱距不应小于0 6m 若据上式计算所得到的柱距小于0 6m 则应重新选择支柱的吨位 然后重新计算支柱的柱距 一 单体液压支柱工作面顶板控制设计 3 顶梁长度的确定 工作面支护是否采用顶梁 主要取决于顶板的稳定程度 当直接顶比较完整且较坚硬的条件下 可考虑采用带帽点柱的方式 否则当顶板节理裂隙比较发育的情况下 则必须采用顶梁 在采用铰接顶梁作为护顶方式及增加支柱之间稳定性措施时 涉及到顶梁长度的确定 一般来说 铰接顶梁的长度 l 应为截深 B 的整数倍 即 一 单体液压支柱工作面顶板控制设计 4 支柱和顶梁的搭配位置 为充分发挥顶梁对顶板的支护作用 最好将支柱支设在顶梁的中间位置处 但在考虑机道安全性或支柱回撤安全性时 也可依据顶板的稳定状态来选择正悬臂或倒悬臂的方式 但无论如何 支柱在顶梁上的搭配位置 即支柱距离顶梁端头的距离不宜超过梁长的1 2 1 3 否则将会导致部分顶梁出现实效的状态 即部分顶梁长度对顶板只起 护 的作用 而起不到 支 的作用 所谓控顶方式是指工作面所采用的支柱排数以及支柱和铰接顶梁之间的搭配方式 5 控顶方式和控顶距的确定 一 单体液压支柱工作面顶板控制设计 目前国内单体液压支柱工作面的控顶方式主要有 三四排控顶 四五排控顶 五六排控顶 三五排控顶 以及 四六排控顶 等 首先 依据工作面瓦斯涌出量 工作面同时工作人数等计算方式 确定工作面的需风量 设该值为Q 由于工作面的通风断面面积为 式中 S 工作面的通风断面面积 m2 M 采高 m L 支护的控顶长度 m 工作面的风速可计算为 一 单体液压支柱工作面顶板控制设计 煤矿安全规程 中规定最低风速不能小于0 25m s 最高风速不能超过4m s 故 依据工作面最高风速要求 能够确定支柱控顶范围的下限值 即 所谓控顶距是指最后一排支柱 无顶梁情况下 或最后一根顶梁的后边缘到煤壁的距离 一 单体液压支柱工作面顶板控制设计 6 支柱的选型 支柱的承载能力 支柱的承载能力又称为支柱的吨位 现场一般根据实际现有的设备来选用 故其选用的范围受到一定的限制 但一般过程是在设计过程中先进行初选 然后通过计算支护中支柱的柱距 b 值进行调整以至最终确定 其确定过程前面已经叙及 支柱的支设高度 对于支柱支设高度的确定 一般遵循 支得到 撤得出 的原则 即支柱的最大支设高度应支设到采后的顶板 在不冒顶漏空的条件下 最小高度应能保证支柱安全卸压撤出 其确定公式为 一 单体液压支柱工作面顶板控制设计 式中 Hmax Hmin 分别为支柱的最大支设高度和最小支设高度 D 顶梁的厚度 Mmax Mmin 分别为煤层开采中最大开采高度和最小开采高度 一般采用煤层的最大厚度和最小厚度 SL 顶板下沉量 其中为顶板下沉系数 0 025 0 05 Lmax为最大控顶距 l 安全撤出间隙 一般取为50mm 一 单体液压支柱工作面顶板控制设计 7 特殊支护的采取 特殊支护的采取主要是为保证安全而提出的 包括机道上方空顶处的临时支护 坚硬完整顶板条件下采取的密集 排柱 木垛 切顶支柱 抬棚支护等 倾角比较大的情况下斜撑支柱及迎山角确定 以及端头位置段的特殊支护等 所有这些要根据具体条件进行确定 顶板控制设计中 应使初撑力尽量能达到其额定