采场与巷道支护设计

1、砌体梁学说：􀂆 工作面支架的作用应及时支撑控顶区直接顶岩层，避免直接顶和老顶离层而破碎；􀂆 同时要对上覆可能形成砌体梁结构的老顶岩层以作用力，用以平衡其部分载荷，不让其沿工作面形成切顶以及大量的台阶下沉。（一）采场支护方法􀂆 1）支护方式􀂄 （1）点柱、棚子（单体支柱+铰接顶梁）􀂄 木支柱、金属摩擦支柱、单体液压支柱􀂄 （2）液压支架支护􀂄 支撑式、掩护式、支撑掩护式、综放液压支架􀂄 （3）轻型支架支护􀂄 （4）滑移/悬移顶梁支架（简

2、单支架）支护液压支架分类􀂄 支撑式􀂄 掩护式􀂄 支撑掩护式轻型支架分类􀂄 滑移顶梁支架􀂄 单体组合式支架（二）采场支护设计方法1）工程类比法2）解析法、半解析法3）顶底板控制设计专家系统（三）巷道支护方法1）支护方式类型（1）表面支护和内部支护 表面支护是木支架、金属支架、装配式混凝土支架、砌碹、喷层等直接作用于巷道围岩表面的支护，其作用就是提供表面约束支护力。 内部支护是锚杆、锚索、注浆等深入围岩内部的支护。其作用主要是加固围岩，同时对围岩表面提供约束支护力。（2）主动支护与被动支护 注浆、有预紧力的锚

3、杆(索)、有初撑力的表面支护属主动支护。 无预紧力的锚杆(索)、无初撑力的表面支护，属被动支护。（3）刚性支护与可缩性支护 尽管各种支护均有一定的可缩性，但相差较大。一般而言，壁后充填的可缩性金属支架、可拉伸锚杆、柔性喷层等支护可缩性较大，而其他支护的可缩性均较小。 这里的可缩性，必须是指产生缩量后巷道及支架仍能正常工作，支架结构木遭到破坏的情况。因支架钻底破顶或支架产生结构性破坏的“缩量”，是不允许的，因此不属于设计可缩性能的范畴。 （4）临时支护与永久支护 临时支护指为保证安全临时支设的，需要撤除并反复使用的支架，如采煤工作面附近巷道的超前支护或加强支护、掘进工作面的临时支护等； 永久支护

4、是指为维护巷道长期使用所采用的支护。（5）一次支护与二次支护􀂆 不撤除的超前支护应属于一次支护，它同样要在整个巷道服务期内发挥作用。􀂆 滞后一次支护一定时间及距离的支护，为二次支护。（6）联合支护和单一支护联合支护指采用多种不同性能的单一支护的组合结构，即在联合支护中各自充分发挥其固有的性能，扬长避短，共同作用，以适应围岩变形的要求，最终达到围岩和巷道稳定的目的。联合支护要与混合支架概念相区分，即两种不同材质组成的单一支护体。联合支护也要与复合衬砌和复合材料的概念相区分，在碹体支护中两碹体间充以沥青或塑料板等进行复合衬砌，借以满足工艺要求，不能称为联合支护。

5、又如在同一喷层内，外层、内层采用不同弹模的纤维，只能称作复合材料而不能称为联合支护。联合支护必须是多种独立的支护方法的组合如锚喷和U型钢支架的联合、锚喷和弧板的联合。􀂄（7）巷内基本支架支护、巷内加强支护、巷旁支护。（三）巷道支护1）巷道支护类型􀂆 煤巷支护、岩巷支护、半煤岩巷道支护。􀂆 平巷支护、斜巷支护、垂直井巷支护、硐室支护。􀂆 回采巷道支护、准备巷道支护、开拓巷道支护。2）巷道支护装备􀂆 （1）锚杆􀂆 （2）金属支架􀂆 （3）其它传统支护：混凝土、钢筋混凝土、石

6、材、木材􀂆 （4）联合支护。（四）锚喷支护设计方法1）工程类比法2）围岩松动圈分类法3）解析法4）锚杆支护设计专家系统基本顶存在类拱式、拱梁式和梁式三种基本结构􀂆钱鸣高院士：在实测的基础上，提出了基本顶的砌体梁假说，该假说首次详细分析了结构平衡的条件，提出了判断结构变形失稳和滑动失稳的准则。该假说的前提条件之一是顶板中存在坚硬岩层，基本顶结构有多个岩块铰接而成。􀂆如果顶板中无坚硬岩层，但实测证明又存在基本顶的平衡结构时，可把它看作是组成砌体梁的岩块数增多，基本顶结构由砌体梁过渡到基本结构中的类拱构。􀂆 宋振骐院士：在对坚硬

7、顶板的长期观测和控制实践中，提出了传递岩梁假说，该假说将正常推进阶段的基本顶视为两块铰接的结构，他基于岩层沉降、断裂所引起的支承压力及其显现的规律，创立了一套坚硬顶板来压预报方法，基于直接顶和基本顶断裂、回转沉降与支架承载性能的关系，提出了一套顶板控制设计的理论和方法。􀂆 两块铰接的基本顶结构，相当于砌体梁假说前提中的“坚硬岩层”坚硬到这样的程度，使形成砌体梁的岩块数目只有两块，且岩块的长度即为周期来压的步距。1）岩层质量指数（单轴抗压强度、分层厚度、节理裂隙间距）关于顶板处理方法的选择顶板处理方法的要求：有利于顶板的有效管理，安全、经济。常用顶板处理方法（1）留煤柱、煤垛支

8、撑顶板（如房柱、刀柱等）；（2）缓慢下沉法；（3）自然垮落法；（4）层状坚硬顶板运动形式转换法；（5）厚层坚硬顶板特殊处理法（注水软化法和爆破法）；（6）充填方法。对顶板不采取专门的处理措施，随工作面推进，顶板在采空区内自行垮落称为自然垮落法处理顶板。对顶板进行处理的主要措施是采取人工放顶的办法来减小岩梁的厚度，通常采用分循环放顶和中部拉槽.采用这种放顶放法的效果取决于顶板岩层被爆厚度和爆破步距两个参数。2）对煤体进行处理􀂆 对煤壁进行松动放炮或注水软化。事故的预测和防治措施包括：􀂄 一是在设计阶段提出正确的方案；􀂄 二是在生产过程中根据实

9、际情况，实施具体的措施。合理支护方式:一、基本支护方式（一）点柱（二）棚子二、特殊支护端头、放顶线等支护方式一般分为基本支护和特种支护两类。􀂆 基本支护要求：支架在顶板不发生特殊情况时，能支和护住顶板。􀂆 特种支护要求：支架在顶板出现悬顶、滑动、冲击等隐患时，能防止顶板事故的发生。在单体支柱工作面，基本支护法一般分为点柱和棚子支护两类。点柱支护方式一般用于下位直接顶坚硬完整的采场棚子支护的基本内容：挂梁方向、挂梁方式、护顶方式。特种支护一般用于事故多发地段，即放顶线、端头、煤壁处及局部构造地段。目前，我国煤矿使用的单体支柱主要有木支柱、金属摩擦支柱和单体液压

10、支柱三类。摩擦支柱分急增阻（HZJA）和微增阻（HZWA）两类液压支柱分内注式（NDZ）和外注式（DZ）两大类􀂄 液压支柱工作过程分初撑、增阻和恒阻三个阶段由底板引发的事故主要有钻底和滑底两类顶板支护（“支”和“护”）（1）“支”的对象：重点是老顶和坚硬直接顶；（2）“护”的对象：重点是煤层上0.5m内的直接顶和伪顶。合理的支护密度应该取支密度和护密度中的最大值。液压支架架型1） 支撑式结构上没有掩护梁，对顶板的作用是以垂直支撑为主的支架。支架具有较大的支撑能力，靠立柱和顶梁直接支撑顶板，维护工作空间，顶板在顶梁后部切断垮落。支撑力集中在顶梁的后部，而在煤壁附近无立柱支护区由

11、支撑力较弱的前探梁维护。一般适用于支撑稳定和坚硬的顶板。按支架结构与动作方式的不同，支撑式又可分为垛式和节式两种。优点：支撑效率高，立柱阻力完全用于支撑控顶区内顶板；每米工作面的支撑力高，放顶线的支撑能力大，结构简单，价格便宜。缺点：支架端部支撑能力弱；对顶板的覆盖率及对架间和采空区的挡矸能力低；对顶板水平力的承受能力差。适应条件：支撑式支架随下位岩层为中等稳定以下的煤层难于适应，在破碎顶板下工作十分困难，较适用于直接顶稳定和老顶来压较强烈的煤层，尤其是薄煤层。2）掩护式支架顶梁较短，支撑能力较弱，主要靠掩护作用维护工作空间，适用于松软顶板。3）支撑掩护式􀂆 支撑掩护式支架一

12、般适用于老顶级，动压系数约为1.5以上，直接顶为中等稳定以上的工作面。对底板的强度不限。总之，支撑掩护式支架适用范围较宽，可适用于2-4级顶板。4）纯掩护式􀂆 特点：没有顶梁，对顶板只起掩护作用。（二）液压支架实际支撑能力􀂆 支架对顶板的实际支撑力应当是沿工作面煤壁方向整个支架控顶范围内的阻力平均值RT = KYB·KYZ·RB式中RT液压支架的实际支撑能力，kN/架；KYB液压支架承载不均匀系数；KYZ液压支架增阻系数；RB液压支架额定工作阻力，kN/架。我国液压支架合理工作阻力的确定􀂆 目前主要采用的方法有：

13、48708; 据支架与围岩相互作用关系式位态方程的计算法􀂄 载荷估算法􀂄 实测统计法􀂄 临界阻力法􀂄 理论分析法液压支架初撑力是指支架架设时对顶板岩层的支撑力。液压支架架型选择是指针对具体顶板类型和顶板岩层组成情况选择不同的支架类型。液压支架选型方法􀂆 目前液压支架选型有两种方法：􀂄 系统分析比较法；􀂄 综合评分法。端头是指采煤工作面与工作面运输巷和回风巷接合的部位。端头支护方式 单体支柱端头支护。 液压端头支架支护 锚杆端头支护 混合式二、超前支护(一) 超前支护范围

14、􀂆 指上、下两巷距工作面煤壁20m范围内支护方式需超前改变和加强支护的范围。(二) 超前支护方式1）梯形棚平巷的超前支护方式2）金属拱形支架平巷的超前支护方式3）双向铰接顶梁支护方式目前所使用的简易支架的典型架型:滑移顶梁支架、单体组合式支架。􀂆 1、单列节式滑移顶梁液压支架􀂆 2、单列带燕尾夹板节式滑移顶梁液压支架􀂆 3、并列左右梁式滑移顶梁液压支架（悬移顶梁支架）放顶煤采煤工艺的实质：在开采煤层的底部(或沿底板，或在煤层中某一高度范围的底部)布置一个回采工作面，用正常的机械化方法进行回来，工作面上方的顶煤，利用矿山压力

15、作用或辅以人工松动方法使其破碎，并随工作面推进在后方放出，这种采煤工艺称为放顶煤采煤工艺。采煤工艺的关键：顶煤破碎和被顺利放出。1、放顶煤采煤方法分类:1)整层放顶煤采煤法2)预采顶分层采煤法3)预采中分层放顶煤采煤法4）水平分段放顶煤采煤法2、 按支护方式的放顶煤技术分类（1）综采放顶煤（综放）（2）轻型综采放顶煤（轻放）（3）悬移支架放顶煤（简放）放顶煤采场的需控岩层，主要指直接顶和顶煤。巷道围岩控制控制巷道围岩的矿山压力和周边位移措施的总和，其目的是保证巷道的正常使用，为矿井安全生产创造必要的条件。巷道矿压控制途径与手段（1）三种途径􀂄 降低巷道围岩应力；⣷

16、08; 提高巷道围岩强度；巷道稳定性“三大要素”􀂄 合理选择支护方式。（2）四种手段􀂄 巷道布置；􀂄 巷道保护；􀂄 巷道支护；􀂄 巷道维护。围岩压力为了防止围岩变形和破坏，需要对围岩进行支护。这种围岩变形受阻顺作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力，统称为围岩压力。根据围岩压力的成因，可分为四种类型：􀂄 （1）松动围岩压力􀂄 （2）变形围岩压力􀂄 （3）膨胀围岩压力􀂄 （4）冲击和撞击围岩压力影响围岩压力的主要因索影响围岩压力的因素基本上可分为地质因素和开采技术因素两大类。围岩整体结构的四种组合类型：IaIIa、IaIIb、IbIIa、IbIIb。支护和加固巷道的原则：（适应围岩发生屈服，而不是支护单个岩块自重）（1）开挖后立即支护；（2）接触良好；（3）变形协调；（4）防止风化；（5）避免重复移动支护构件；（6）灵活；（7）少扰动围岩。巷道围岩变形过程（1） 沿空留巷的围岩变形（2） 沿空送巷影响巷道围岩变形量的因素p221采区上山类型：1. 煤层上山2. 岩石上山大巷及硐室的卸压保护：支护形式􀂆 锚喷支护。􀂆 锚喷网联合支护。 锚喷网U型