综采面的支护设计精要ppt课件

1、第四章第四章 综采面的支护设计综采面的支护设计液压支架的选型、计算液压支架的选型、计算o 近年来综采在采煤机械化中所占的比例有长足开展，然而，综采任务面的效率与平安情况并不令人称心，综合机械化采煤的效率与平安很大程度上取决于液压支架与地质条件的顺应情况。 o 本章在对不同类型煤层顶底板分类及对支架设计要求分析的根底上，论述了支架合理选型的方法，并简要引见端头与超前支护。 o 第一节第一节 综采面矿压特点及对支架设计的要求综采面矿压特点及对支架设计的要求o 第二节第二节 现有的典型架型与实践支撑才干现有的典型架型与实践支撑才干o 第三节第三节 合理任务阻力确实定方法合理任务阻力确实定方法o 第四

2、节第四节 支架选型支架选型o 第五节第五节 端头支护和超前支护端头支护和超前支护第一节第一节 综采面的矿压特点及对支架设计的要求综采面的矿压特点及对支架设计的要求 一、任务面顶板分类及矿压描画的常用目的一、任务面顶板分类及矿压描画的常用目的煤层及顶底板条件是液压支架选型的根据，也是煤层及顶底板条件是液压支架选型的根据，也是支架设计的根底。支架设计的根底。因此，进展顶板分类及掌握各类顶板条件下的矿因此，进展顶板分类及掌握各类顶板条件下的矿压显现特点是支护设计的必要条件。压显现特点是支护设计的必要条件。 一顶板分类一顶板分类 根本要求：根本要求：对顶板进展分类，必需从顶板控制的原那么和详细对顶板进

3、展分类，必需从顶板控制的原那么和详细方法动身，详细思索顶板管理方法的差别和效果。方法动身，详细思索顶板管理方法的差别和效果。例如，思索支架选型计算得要求及详细方法步骤时，例如，思索支架选型计算得要求及详细方法步骤时，首先要确定支架选型是以防止切顶事故为主，还是首先要确定支架选型是以防止切顶事故为主，还是以防止支柱缩量超限及保证必要的任务空间为主；以防止支柱缩量超限及保证必要的任务空间为主；在日常顶板管理中，能否要进展老顶来压的预测预在日常顶板管理中，能否要进展老顶来压的预测预告，能否要在来压前夕架设特别支架，来压前后告，能否要在来压前夕架设特别支架，来压前后能否需求分别管理等等。能否需求分别管

4、理等等。 二矿压描画的常用目的二矿压描画的常用目的 1岩性目的岩性目的岩性目的以顶板岩性为根底，包括顶板岩层的岩岩性目的以顶板岩性为根底，包括顶板岩层的岩石力学性质单向抗压强度、分层厚度、石力学性质单向抗压强度、分层厚度、节理和裂隙的发育情况等。通常由实验室实节理和裂隙的发育情况等。通常由实验室实验和现场实测两种方法测定。验和现场实测两种方法测定。综合目的综合目的强度指数强度指数D来表示，根据对全国近来表示，根据对全国近百个任务面的统计结果有如下关系式存在：百个任务面的统计结果有如下关系式存在： 式中： D强度指数； c1节理裂隙影响系数； c2分层厚度影响系数； 压直接顶岩层的岩石单向抗压强

5、度，MPa 2工程目的工程目的是指在进展回采的过程中可以直接观测到的参数，包括顶板的挠曲情况、端面顶板破碎程度和运动步距等。这些参数利用井下动态观测法可直接测出。12 Dcc压1直接顶端面挠曲情况直接顶端面挠曲情况 直接顶强度越高，受裂隙破坏程度越低，那么直接顶强度越高，受裂隙破坏程度越低，那么自承载才干越高，稳定性越好。自承载才干越高，稳定性越好。相反，分层厚度小、强度低、受原生裂隙和因相反，分层厚度小、强度低、受原生裂隙和因超前支承压力作用产生的次生裂隙切割的直超前支承压力作用产生的次生裂隙切割的直接顶回采暴露后，假设得不到及时支护或支接顶回采暴露后，假设得不到及时支护或支护不当，很快由自

6、行挠曲开展到冒落。护不当，很快由自行挠曲开展到冒落。直接顶端面挠曲情况由安设在任务面内靠煤壁直接顶端面挠曲情况由安设在任务面内靠煤壁侧和靠老塘侧的动态仪读数变化情况进展判侧和靠老塘侧的动态仪读数变化情况进展判别。别。 2端面顶板破碎度端面顶板破碎度端面顶板破碎度端面顶板破碎度E是端面顶板冒落面积冒高超越是端面顶板冒落面积冒高超越100mm与端面顶板悬露面积的比值。在现场与端面顶板悬露面积的比值。在现场运用中，将面积比简化在详细观测剖面中的端运用中，将面积比简化在详细观测剖面中的端面冒顶宽度与悬顶宽度的比值面冒顶宽度与悬顶宽度的比值式中：式中：a顶梁第一顶点到顶梁前端的间隔顶梁第一顶点到顶梁前端

7、的间隔 ，m； b端面距，端面距，m； c片帮深度，片帮深度，m； d冒顶宽度，冒顶宽度，m； s端面悬顶距，端面悬顶距，s=a+b+c，m.cbadsdE3直接顶垮落步距Lz，Lk+Ls Lz根本上不受支护方式和消费工艺影响。4老顶步距及厚度C0,C，ME 在自然垮落条件下， C0、C根本上回采任务影响。5采空区填充系数N 6顶板下沉量 h 每米采高对应的下沉量控制在100mm以内，能保证任务面顶板完好。7煤壁片帮s 直接顶分类直接顶分类单轴抗压强度、分层厚度f、节理裂隙间距dD=C1C2CC1=0.2255d+1+0.0503C2=0.1541f+1+0.0697强度系数强度系数不稳定不稳

8、定中等稳定中等稳定稳定稳定非常稳定非常稳定砂岩、灰岩、节理裂隙很少致密砂岩、灰岩、节理裂隙极少致密泥岩、粉砂岩、砂质泥岩节理裂隙不发育泥岩、泥页岩、碳质泥岩，理裂隙发育或松软岩性描画岩性描画直接顶分类表直接顶分类表指指 标标岩岩 性性 描描 述述直接顶类别直接顶类别LZ 44 LZ 8泥岩、泥页岩，节理裂隙发育或松软泥岩，炭质泥岩，节理裂隙较发育1a1b不稳定不稳定8 LZ 18致密泥岩、粉砂岩、砂质泥岩节理裂隙不发育2中等稳定中等稳定18 LZ 28砂岩、灰岩，节理裂隙很少3稳定稳定28 LZ 50致密砂岩、灰岩，节理裂隙极少4非常稳定非常稳定根本顶分级根本顶分级不明显明显剧烈非常剧烈根本顶

9、的分级目的是根本顶初次来压当量pe，由根本顶初次来压步距C0、直接顶充填系数N和煤层采高hm按式4确定。根本顶的分级目的见表6。 pe = 241.3lnC0-15.5N+52.6hm式中 pe根本顶初次来压当量，kNm2。根本顶分级根本顶分级根本顶分级表根本顶分级表指指 标标岩性岩性C0级级 别别来压水平来压水平一般砂页岩15-20不明显层理不发育的砂页及小厚度砂岩20-30明显4-5m的细粒及中粒砂岩35-45强烈厚度10m的砂岩50-60a非常强烈高强砂岩60-70b895ep975895ep1145ep1075975ep11451075ep三各类级顶板矿压显现特点三各类级顶板矿压显现特

10、点 1直接顶直接顶11类顶板类顶板顶板岩性：顶板岩性： 多为分层厚度比较小的页岩、炭质页岩、粘土多为分层厚度比较小的页岩、炭质页岩、粘土岩、粉砂岩等。岩、粉砂岩等。顶板特点：顶板特点： 强度低，原生裂隙发育，初次垮落步距小于强度低，原生裂隙发育，初次垮落步距小于8m，采空区内形不成悬顶，随采随冒。采空区内形不成悬顶，随采随冒。矿压特点：矿压特点： 随任务面推进，在超前支承压力作用下，岩层随任务面推进，在超前支承压力作用下，岩层内部原生裂隙继续扩张，同时构成许多再生裂隙。内部原生裂隙继续扩张，同时构成许多再生裂隙。受裂隙切割的顶板裸露后，假设得不到及时支护，受裂隙切割的顶板裸露后，假设得不到及时

11、支护，端面顶板下沉速度明显增大端面顶板下沉速度明显增大 ，容易冒顶，容易冒顶，E较高。较高。22类顶板类顶板顶板岩性：多为分层厚度在顶板岩性：多为分层厚度在250500mm的砂质的砂质页岩、厚层页岩、泥质石灰岩等。页岩、厚层页岩、泥质石灰岩等。顶板特点：裂隙间距在顶板特点：裂隙间距在250500mm，初次垮落，初次垮落步距步距918m。矿压特点：在任务面推进过程中，由于老顶岩梁矿压特点：在任务面推进过程中，由于老顶岩梁周期性断裂和超前支承压力作用，直接顶会周期性断裂和超前支承压力作用，直接顶会呈现周期性的破碎带。因此，机道上方顶板呈现周期性的破碎带。因此，机道上方顶板破碎度呈显明显周期性变化。

12、破碎度呈显明显周期性变化。 33、4类顶板类顶板矿压特点：分层厚度大，裂隙不发育，比较矿压特点：分层厚度大，裂隙不发育，比较完好。完好。矿压特点：矿压特点：初次垮落步距大于初次垮落步距大于18m，推进过程中在采空，推进过程中在采空区内经常呈现悬顶，并按一定步距周期性区内经常呈现悬顶，并按一定步距周期性垮落。垮落。在任务面推进过程中，端面顶板破碎度很低，在任务面推进过程中，端面顶板破碎度很低，几乎为零。几乎为零。 1级顶板级顶板三种情形：三种情形：一是老顶岩梁强度低，一是老顶岩梁强度低，C025m，C8m；二是厚煤层下分层开采时，老顶岩梁已预先断裂成二是厚煤层下分层开采时，老顶岩梁已预先断裂成块

13、，运动猛烈程度明显减弱；块，运动猛烈程度明显减弱；三是冒高大，充填效果好，允许老顶运动的空间小，三是冒高大，充填效果好，允许老顶运动的空间小，最终沉降值因此很小。最终沉降值因此很小。顶板运动效果在任务面内的压力显现变化平缓，没顶板运动效果在任务面内的压力显现变化平缓，没有明显的周期性。有明显的周期性。 2老顶老顶2级顶板级顶板任务面内压力显现有明显的周期性。任务面内压力显现有明显的周期性。C0普通为普通为2545m，C为为815m。老顶岩梁数目普通为老顶岩梁数目普通为1-2个。上位巩固岩梁来个。上位巩固岩梁来压时，能够对下位岩梁产生动压冲击，容压时，能够对下位岩梁产生动压冲击，容易构成直接顶板

14、的下切。易构成直接顶板的下切。 3、级顶板级顶板顶板岩梁多为砂岩、中粒石英砂岩等。顶板岩梁多为砂岩、中粒石英砂岩等。强度高，来压步距大，初次来压步距大于强度高，来压步距大，初次来压步距大于45m。老顶由一个或多个岩梁组成。老顶由一个或多个岩梁组成。在任务面推进过程中，相对稳定阶段压力显在任务面推进过程中，相对稳定阶段压力显现不明显，一旦岩梁断裂来压，任务面压现不明显，一旦岩梁断裂来压，任务面压力明显上升，来压时的压力显现是来压前力明显上升，来压时的压力显现是来压前的的34倍，甚至更高。倍，甚至更高。 二、各类级顶板对支架设计的要求顶板二、各类级顶板对支架设计的要求顶板一一12 、12顶板顶板1

15、、2类直接顶即破碎和中等稳定顶板，类直接顶即破碎和中等稳定顶板，、级老级老顶即来压不明显和明显的顶板。顶即来压不明显和明显的顶板。对对12 、12顶板对支架设计的要求：顶板对支架设计的要求：利用较高初撑力，提高支架支撑效率，确保任务面利用较高初撑力，提高支架支撑效率，确保任务面顶板移架后早期移近量小，移近速度低，以提高顶板移架后早期移近量小，移近速度低，以提高梁端距空顶处顶板稳定性。梁端距空顶处顶板稳定性。利用四连杆机构，控制端面顶板，选取双扭线最正利用四连杆机构，控制端面顶板，选取双扭线最正确段为支架任务范围，确保任务面端面附近支架确段为支架任务范围，确保任务面端面附近支架有较强的控制才干。

16、有较强的控制才干。利用伸缩梁或可旋转利用伸缩梁或可旋转180的挑梁，在移架前、采煤的挑梁，在移架前、采煤后及时支护刚刚暴露的梁前顶板，减少顶板早期后及时支护刚刚暴露的梁前顶板，减少顶板早期破坏。破坏。o利用顶梁侧护板等护顶安装，提高支架对顶板的封锁程度，以此提高支架的护顶才干，防止破碎岩块窜入回采空间影响消费，要挟人和设备的平安。o利用防片帮安装，减少片帮深度和面积，从而提高煤壁的稳定性。o利用完善的挡矸安装，防止采空区破碎岩块窜入回采空间，确保顺利移架。o利用邻架操作，保证移架工人的平安；o利用灵敏、快速的操作阀，保证快速移架，以免因移架引起顶底板移近量过大，使顶板难以控制。 o 1、2类直

17、接顶和类直接顶和 、 级老顶综采面具有老顶来压级老顶综采面具有老顶来压步距小而稳定，强度缓和，支护阻力小而分布均匀，步距小而稳定，强度缓和，支护阻力小而分布均匀，直接顶特别是端面不稳定，受移架影响严重等矿压直接顶特别是端面不稳定，受移架影响严重等矿压特点。特点。o 要求：支架初撑力高，控制端面顶板才干强，及时要求：支架初撑力高，控制端面顶板才干强，及时支护，护顶才干强，挡矸、护帮安装齐全，能快速支护，护顶才干强，挡矸、护帮安装齐全，能快速邻架操作移架。邻架操作移架。 二二34 、34顶板对支架设计的要求顶板对支架设计的要求、级老顶即来压剧烈的顶板，3、4类直接顶即稳定和巩固顶板。 对此类级顶板

18、综采任务面液压支架设计的要求：利用较大支撑才干，并使后柱阻力高于前柱，确保支架具有足够的切顶才干，能有效地对付剧烈的老顶来压。利用四连杆机构，加强抵抗程度推力的才干，防止支护毁坏。利用连杆机构，使支架尽量减少梁端距。利用掩护梁挡好采空区矸石，防止矸石窜入支护任务空间；利用侧护板，防止架间窜矸漏矸。利用大流量平安阀，确保支架受冲击载荷时少受损坏。o34 34 、3434顶板综采任务面矿压特点：顶板综采任务面矿压特点：o老顶来压步距大、强度高，老顶来压步距大、强度高，o支护阻力大而分布不均，支护阻力大而分布不均，o直接顶稳定，直接顶稳定，o支架易损坏。支架易损坏。o支架要求：支架要求：o具有支撑才

19、干大、抗程度推力强；具有支撑才干大、抗程度推力强；o切顶性能好、支架平安阀流量大等性能。切顶性能好、支架平安阀流量大等性能。三分层开采对支架设计的要求三分层开采对支架设计的要求1分层开采的矿压显现分层开采的矿压显现垮落带的高度随开采分层数而添加，但添加的幅度垮落带的高度随开采分层数而添加，但添加的幅度逐层减少，因此多数情况下，下分层支架的静载逐层减少，因此多数情况下，下分层支架的静载较顶分层大。较顶分层大。下分层支架受载无上覆岩梁断裂时的冲击载荷，只下分层支架受载无上覆岩梁断裂时的冲击载荷，只需岩块间咬合失稳而产生载荷添加，故支架的动需岩块间咬合失稳而产生载荷添加，故支架的动载较顶分层小。载较

20、顶分层小。跨落后的直接顶构成再生顶板，其强度、刚度、粘跨落后的直接顶构成再生顶板，其强度、刚度、粘结力均大为降低，其力学参数随块度水分、粘结结力均大为降低，其力学参数随块度水分、粘结料、压实时间及再生层厚度而变化。料、压实时间及再生层厚度而变化。再生顶板普通无悬顶，能随垮落而充溢支架前方采再生顶板普通无悬顶，能随垮落而充溢支架前方采空区，但采空区矸石涌入的侧压力较大，并随采空区，但采空区矸石涌入的侧压力较大，并随采高和顶板压力添加而增高。高和顶板压力添加而增高。 无论上行还是下行垮落法开采，分层综采任务面都要求上下分层支架有区别。对于上分层，由于顶板为实体岩石，故要求支架支架任务阻力较大；而底

21、板为较弱的煤体，那么要求支架底座比压分布较均匀，接触比压小；由于上分层要为下分层铺网，故要求支架设置铺网和洒水安装。对于下分层，由于顶板为破碎岩石，故要求支架任务阻力较小。 2下分层支架设计应满足的要求：下分层支架设计应满足的要求： 具有较高的支架初撑力，防止顶板早期破碎；利用带压具有较高的支架初撑力，防止顶板早期破碎；利用带压移架防止支架反复支卸破坏顶板、产生网兜，尽量保证移架防止支架反复支卸破坏顶板、产生网兜，尽量保证再生顶板和人工假顶的稳定性；再生顶板和人工假顶的稳定性； 做到及时迅速移架，减少下分层顶板暴露时间和面积，做到及时迅速移架，减少下分层顶板暴露时间和面积，防止顶板冒落、流矸；

22、防止顶板冒落、流矸； 设置防倒安装，歪斜倾倒；设置防倒安装，歪斜倾倒； 利用四连杆和侧护板及人工假顶等，提高支架护顶才干，利用四连杆和侧护板及人工假顶等，提高支架护顶才干，以防梁端和其他部位漏矸、窜矸，要挟人和设备平安，以防梁端和其他部位漏矸、窜矸，要挟人和设备平安，影响消费；影响消费；设置机械铺网和向采空区洒水安装，保证人工假顶铺设质设置机械铺网和向采空区洒水安装，保证人工假顶铺设质量或提高破碎岩石再生才干；量或提高破碎岩石再生才干； 为了顺应下分层采高变化大的特点，立柱伸缩比宜大些。为了顺应下分层采高变化大的特点，立柱伸缩比宜大些。 四大采高任务面对支架设计的要求四大采高任务面对支架设计的

23、要求 1矿压显现特点矿压显现特点用综采设备一次回采用综采设备一次回采3.5m以上的厚煤层以上的厚煤层称为大采高综采。称为大采高综采。特点：特点：采高添加使支架载荷相应提高，但并非采高添加使支架载荷相应提高，但并非线形正比关系。线形正比关系。采高添加，煤壁的片帮范围及深度添加，采高添加，煤壁的片帮范围及深度添加，端部冒顶添加。端部冒顶添加。采高添加，支架易倾倒，稳定性差。采高添加，支架易倾倒，稳定性差。 2对支架设计的要求，普通为掩护式支架。对支架设计的要求，普通为掩护式支架。 为了保证大采高支架在移架时支架运动的为了保证大采高支架在移架时支架运动的稳定性，掩护梁所受的垮落矸石程度推力稳定性，掩

24、护梁所受的垮落矸石程度推力要大于移架时顶梁及掩护梁侧护板所遭到要大于移架时顶梁及掩护梁侧护板所遭到的摩擦阻力，以保证移架过程中架体上部的摩擦阻力，以保证移架过程中架体上部不呈现滞后景象。不呈现滞后景象。此外，支架在平常掩护梁的推力可使架体遭到此外，支架在平常掩护梁的推力可使架体遭到一个指向煤壁的程度推力，以阻止顶板向一个指向煤壁的程度推力，以阻止顶板向采空区方向变形挪动。由此推算，当采高采空区方向变形挪动。由此推算，当采高为为44.5 m时，掩护梁倾角应为时，掩护梁倾角应为6065,这足以保证移架过程中掩护梁上矸石能沿这足以保证移架过程中掩护梁上矸石能沿梁体下滑的掩护梁最小倾角为梁体下滑的掩护

25、梁最小倾角为1719。 o 两柱掩护支架的上柱窝位置对顶梁前端部的承载才干影响很大，从而也是影响端面冒落度的重要参数。o 虽然将上柱窝前移有利于添加梁端承载才干，但却易使平衡千斤顶受力过大而损坏，故在直接顶属不稳定或中等稳定条件下，顶梁柱在支柱前后长度比，应为11.5，使梁前端部有700800 kN/m2的支护强度。 o 平衡千斤顶应有足够的任务阻力及行程，应仔细思索支柱根数和布置。当支架处于拉架形状时顶梁卸载而掩护梁受载，此时平衡千斤顶受拉。o如顶梁仰角过大，应操作千斤顶收回行程，提起掩护梁，使支架在下一循环开场时能恢复良好的任务形状。据此推算平衡千斤顶任务阻力在最大采高为3.53.5 m时

26、应为700750 kN。o当支架顶梁前端冒空，顶梁与掩护梁接近直线状的情况下，即使用任务阻力较大的双平衡千斤顶亦难以改动支架成正常形状。为此，应在掩护梁上设置具有足够强度的机械限位安装，在限位时千斤顶仍有2530 mm的行程。 第二节第二节 现有的典型架型与实践支撑才干现有的典型架型与实践支撑才干一、液压支架的构造一、液压支架的构造液压支架的根本部件：液压支架的根本部件：顶梁顶梁液压支柱液压支柱底座底座掩护梁掩护梁推移安装推移安装支配安装支配安装挡矸板。挡矸板。 构造上没有掩护梁，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才干，靠立柱和顶梁直接支撑顶板，维护任务空间，顶板在顶梁后

27、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支撑力较弱的前探梁维护。 普通适用于支撑稳定和巩固的顶板。按支架构造与动作方式的不同，支撑式又可分为垛式和节式两种。 液压支架架型液压支架架型1支撑式支撑式o 1节式支架 图图4-6 节式支架节式支架o 2垛式支架 图图4-7 BZZC型垛式液压支架型垛式液压支架优点：支撑效率高，立柱阻力完全用于支撑控顶区内顶板；优点：支撑效率高，立柱阻力完全用于支撑控顶区内顶板；每米任务面的支撑力高，放顶线的支撑才干大，构造简单，每米任务面的支撑力高，放顶线的支撑才干大，构造简单，价钱廉价。价钱廉价。缺陷：支架端部支撑才干弱；对顶板的覆盖率及对架

28、间和采缺陷：支架端部支撑才干弱；对顶板的覆盖率及对架间和采空区的挡矸才干低；对顶板程度力的接受才干差。空区的挡矸才干低；对顶板程度力的接受才干差。顺应条件：支撑式支架随下位岩层为中等稳定以下的煤层难顺应条件：支撑式支架随下位岩层为中等稳定以下的煤层难于顺应，在破碎顶板下任务非常困难，较适用于直接顶稳定于顺应，在破碎顶板下任务非常困难，较适用于直接顶稳定和老顶来压较剧烈的煤层，尤其是薄煤层。和老顶来压较剧烈的煤层，尤其是薄煤层。 1支撑式支撑式2掩护式掩护式 支架顶梁较短，支撑才干较弱，主要靠掩护作用维护任务空间，适用于松软顶板。 图图4.8 G320-13/32型掩护式支架型掩护式支架2掩护式

29、掩护式 ZY3600/20/45型掩护式液压支架 3支撑掩护式支撑掩护式 支撑掩护式支架普通适用于老顶支撑掩护式支架普通适用于老顶级，动压系数级，动压系数约为约为1.5以上，直接顶为中等稳定以上的任务以上，直接顶为中等稳定以上的任务面。对底板的强度不限。总之，支撑掩护式面。对底板的强度不限。总之，支撑掩护式支架适用范围较宽，可适用于支架适用范围较宽，可适用于2-4级顶级顶板。板。 图图4.9 支撑掩护式支架支撑掩护式支架ZZ9900/29.5/50型支撑掩护式液压支架型支撑掩护式液压支架 4纯掩护式纯掩护式 特点：没有顶梁，对顶板只起掩护作用。特点：没有顶梁，对顶板只起掩护作用。(a)(b)(

30、c)(d)(e)(f)图图4.11 不同架型顶梁上载荷分布不同架型顶梁上载荷分布a、b垛式；垛式；c、d支撑掩护式；支撑掩护式；e掩护支撑式；掩护支撑式；f纯掩护式纯掩护式 液压支架架型液压支架架型二、液压支架实践支撑才干二、液压支架实践支撑才干 液压支架升架质量，直接影响到支架对顶板的初撑力，也影响到支架由初撑形状进入到恒阻形状所需的时间即该段活柱缩量大小，如图4.19所示。 支架由于受临近支架卸载移架和顶底板中裂隙扩展或浮矸浮煤紧缩的影响，多数处在多增阻形状下任务图4.20，整个支护循环中的平均阻力小于终任务阻力，更小于额定任务阻力。 (mm)R(N)H1H2R01RBR022468101

31、21401216t (h)R (MPa) 图4.20 实测支架循环工况 图4.19 液压支架特性曲线o 液压支架对顶板的支护特性与单体支柱不同，随任务面液压支架对顶板的支护特性与单体支柱不同，随任务面推进，存在着支架反复卸载、前移、再支撑的过程。推进，存在着支架反复卸载、前移、再支撑的过程。o 在支架卸载前移过程中，卸载时对顶板的支撑力几乎消在支架卸载前移过程中，卸载时对顶板的支撑力几乎消逝，使临近的未移支架所受压力升高，沿任务面煤壁方逝，使临近的未移支架所受压力升高，沿任务面煤壁方向明显呈现支架受载不均景象如图向明显呈现支架受载不均景象如图4.21。R (N)L (m)RKRPRB图图4.2

32、1 沿煤壁方向支架受力分布沿煤壁方向支架受力分布二液压支架实践支撑才干二液压支架实践支撑才干 支架对顶板的实践支撑力该当是沿任务面煤壁方向整支架对顶板的实践支撑力该当是沿任务面煤壁方向整个支架控顶范围内的阻力平均值个支架控顶范围内的阻力平均值 RT = KYBKYZRB 式中式中 RT液压支架的实践支撑才干，液压支架的实践支撑才干，kN/架；架； KYB液压支架承载不均匀系数；液压支架承载不均匀系数； KYZ液压支架增阻系数；液压支架增阻系数； RB液压支架额定任务阻力，液压支架额定任务阻力，kN/架。架。一、我国液压支架合理任务阻力确实定一、我国液压支架合理任务阻力确实定 目前主要采用的方法

33、有：目前主要采用的方法有：据支架与围岩相互作用关系式据支架与围岩相互作用关系式位态方程位态方程的计算法的计算法 载荷估算法载荷估算法实测统计法实测统计法临界阻力法临界阻力法实际分析法实际分析法第三节第三节 合理任务阻力确实定方法合理任务阻力确实定方法一支架围岩关系一支架围岩关系位态方程法位态方程法在即定采高低，围岩组成及各部分运动规律不在即定采高低，围岩组成及各部分运动规律不随所用支护手段的改动而发生明显的、质的变随所用支护手段的改动而发生明显的、质的变化。化。在同一顶板条件下，不论是采用单体支柱支护，在同一顶板条件下，不论是采用单体支柱支护，还是运用液压支架，顶板控制设计的根本要求还是运用液

34、压支架，顶板控制设计的根本要求和所需支护强度计算方法是一样的。和所需支护强度计算方法是一样的。iKTAEEThLKhCMAPo留意：单体支柱任务面的支护密度可以根据详细开采条件进展调整。留意：单体支柱任务面的支护密度可以根据详细开采条件进展调整。o综采任务面液压支架一旦布置好，支护密度支架间距是不能随综采任务面液压支架一旦布置好，支护密度支架间距是不能随意变动的，这就要求液压支架的额定任务阻力意变动的，这就要求液压支架的额定任务阻力PB直接与控顶要求的直接与控顶要求的支护强度支护强度PT相顺应，即相顺应，即 oPB=PT/KY oKY=KYBKYZo式中式中 KY液压支架支护效果影响系数；液压

35、支架支护效果影响系数；o在位态方程在位态方程PT的计算中的计算中 KT 普通按普通按“给定变形方程取值，而综采给定变形方程取值，而综采支架那么应按每米采高顶底板移近量不超越支架那么应按每米采高顶底板移近量不超越100mm计算计算hi，KT 普通取普通取23，将其代入位态方程，计算出，将其代入位态方程，计算出PT。 例子例子o 某综采任务面钻孔柱状如图4-22所示。o 选用国产ZYB-35型四柱支撑掩护式支架。图图4-22 钻孔柱状图钻孔柱状图例子例子支架参数：支架参数：任务阻力：任务阻力：4000kN/架架0.734MPa；支护面积：支护面积：5.45 m2；顶梁宽度：；顶梁宽度：1.5 m初

36、撑力：初撑力：1884kN/架架0.346MPa；最大高度：最大高度： 3.5 m；最小高度：；最小高度：1.7 m。根据相邻单体支柱任务面矿压观测得到以下参数：根据相邻单体支柱任务面矿压观测得到以下参数：直接顶厚度，直接顶厚度，mz=2.5m 无悬顶无悬顶老顶第一岩梁：老顶第一岩梁：mE1=4.1 m，C110m；老顶第二岩梁：老顶第二岩梁：mE2=6.5 m，C2=20-25m；老顶第二岩梁老顶第二岩梁mE2来压前夕顶板下沉量来压前夕顶板下沉量h 020.150.2m。由于该岩梁厚度大强度高，来压时会对下部岩粱产生明显的动压冲击景由于该岩梁厚度大强度高，来压时会对下部岩粱产生明显的动压冲击

37、景象，构成顶板沿煤壁处台阶下沉。象，构成顶板沿煤壁处台阶下沉。o 问题：问题：o 为此，需求对所选液压支架在该顶板条件下为此，需求对所选液压支架在该顶板条件下的顺应性和控制效果作出判别。的顺应性和控制效果作出判别。o 分析：分析：o 显然，在这类顶板条件下，控制设计的关键就在显然，在这类顶板条件下，控制设计的关键就在于排除上位巩固岩梁来压时对下位岩梁的动压冲于排除上位巩固岩梁来压时对下位岩梁的动压冲击。击。o 因此，要求支架阻力满足在巩固岩梁来压前使得因此，要求支架阻力满足在巩固岩梁来压前使得下位岩梁与它相贴紧的要求。下位岩梁与它相贴紧的要求。o 按位态方程式估算，在所选支架阻力下，支架对按位

38、态方程式估算，在所选支架阻力下，支架对下位岩梁的位态起到了限制造用，巩固岩梁来压下位岩梁的位态起到了限制造用，巩固岩梁来压前将顶板下沉量控制在小于等于前将顶板下沉量控制在小于等于h02，即，即0.150.2m。式中， PT=PBKY 可知，所用支架根本满足巩固岩梁来压时动压冲击的要求。0236311115. 064. 0)10255 . 29 . 010734. 0(65. 321010251 . 4)(hmhAPLKCmhATKTEETiKTAEEThLKhCMAPZZKKsZZMLLLMA22)(KAZALcKmhh) 1(64. 065. 310) 13 . 1 (5 . 25 . 2A

39、h二载荷估算法二载荷估算法估算法：支架合理任务面阻力估算法：支架合理任务面阻力P应能接受控顶区内应能接受控顶区内以及悬顶部分的全部直接顶岩重以及悬顶部分的全部直接顶岩重Q1，还要接受，还要接受当老顶来压时构成的附加载荷当老顶来压时构成的附加载荷Q2：P lk= Q1 + Q2 =ihili + Q2式中式中hi、li、 i分别为第分别为第i层直接顶的厚度、悬顶距层直接顶的厚度、悬顶距及容重。及容重。当直接顶随回采而冒落时，当直接顶随回采而冒落时， li等于控顶距等于控顶距lk，那么，那么合理支护强度合理支护强度P应为应为ktlQhp2lQ21HhMQ1i=1nilm图图4.23 支架受力图支架

40、受力图由于载荷Q2难于准确地计算，故可按不来压时的支架载荷作为仅是直接顶的载荷，再乘以来压时动压系数n可得ZZMnP假设思索直接顶的初始碎胀系数为1.251.5，动压系数普通不超越2，那么， p = 48M在顶板条件较好，周期来压不明显时可取低倍数，而周期来压比较猛烈时那么可用高倍数。经实测资料分析，经实测资料分析，Q2与老顶初次来压步距与老顶初次来压步距C0具有明显具有明显的线性关系，故上式也可用下式表示。的线性关系，故上式也可用下式表示。P=200+8C0 式中，式中，200大致就相当于大致就相当于 ZZM三实测统计法三实测统计法o支架合理任务阻力P可用下式表示：o式中， 规范均方差，kN

41、，o k置信度系数， kPPt Pt同一循环的支架时间加权平均任务阻力。 假设允许有3%的支架时间加权平均任务阻力大于额定任务阻力而使平安阀开启，那么k值约为2，故上式为：2tPPo 假设以支架最大任务阻力Pm作为统计值，那么k可取11.3，支架合理任务阻力P为：o 当任务面有明显老顶来压景象时，应按来压期间统计的支架阻力来确定合理任务阻力。 o 该当指出，上述计算普通运用在支架初撑时的阻力低于支架围岩平衡必需的阻力时，计算结果较准确，对于高初撑支架，结果能够偏高。 )3 . 11 (tPPo综采面支护强度计算方法行业规范综采面支护强度计算方法行业规范o1IIII级老顶额定支护强度级老顶额定支

42、护强度Pt。1 .6224.109 .785 . 43 .72NlCMPktcktsSlPP 2IV级老顶延米支护阻力下限Ph。3支架额定任务阻力Ps)4555 .156 .52ln241(0NMClKPkh-支撑效率，支撑式：0.9-0.95；纯掩，0.65-0.75； 掩护支撑，0.8-0.9；支撑掩护，0.8-0.95K-备用系数，备用系数，Iva，1.2-1.3； IVb，1.4-1.6Sc-支架中心距o行业规范计算综采面支护强度例子行业规范计算综采面支护强度例子o1根本顶分级根本顶分级o pe = 241.3lnC0-15.5N+52.6hm=241.3ln103-15.51+52.

43、62=936.7o pe = 241.3ln203-15.51+52.62=1104.0 o II级老顶，级老顶，IV级老顶级老顶o2II级老顶额定支护强度级老顶额定支护强度Pt。o pt = 72.32+4.510+78.93.65+10.21-62.1=425.73kPa；o IV级老顶延米支护阻力级老顶延米支护阻力o pt = 1.23.65241ln60+52.62.5-15.51-455=2837.1kPam1 .6224.109 .785 . 43 .72NlCMPktcktsSlPP 3支架额定任务阻力Ps Ps = 425.733.651.5/0.9=2589.8kN)4555

44、 .156 .52ln241(0NMClKPkh Ps = 2837.11.5/0.9=4728.5kN各级老顶必需的支护强度和沿米阻力下限各级老顶必需的支护强度和沿米阻力下限工程支护强度PtkPa沿米支护阻力kN/m老顶级别IIIIIIIVaIVbIVaIVb采高Mm1390420470610750274533752440490530720800324036003500550580830970373543654570680680935105042004810四临界阻力法四临界阻力法临界任务阻力就是使支架围岩处于相对平衡形状必临界任务阻力就是使支架围岩处于相对平衡形状必需的最低支架阻力。需的最

45、低支架阻力。大量实测资料及调压实验确定，支架初撑力大量实测资料及调压实验确定，支架初撑力P0与时与时间加权平均阻力间加权平均阻力Pt或末阻力或末阻力Pm之间存在如下回之间存在如下回归方程：归方程：Pt=AtBtlnP0 Pm=AmBmlnP0 此曲线为对数曲线式中此曲线为对数曲线式中At、Bt、Am、Bm为阅历公为阅历公式常数。式常数。 图图4-24 支架的临界初撑力支架的临界初撑力o曲线特点：曲线特点：oPt、Pm起初随起初随P0迅速增长，随后增长速度逐渐减慢，由曲线的迅速增长，随后增长速度逐渐减慢，由曲线的最大曲率点可决议支架临界初撑力最大曲率点可决议支架临界初撑力Pok。oPok=0.7

46、1Bto支护阻力确定：支护阻力确定：o1为保证稳产高效，防止机道顶板破碎及移架中顶板下沉速度急为保证稳产高效，防止机道顶板破碎及移架中顶板下沉速度急剧添加，求取支架的初撑支护阻力剧添加，求取支架的初撑支护阻力P0应将应将Pok乘以平安系数乘以平安系数K1，对，对于稳定、中等稳定及不稳定顶板，于稳定、中等稳定及不稳定顶板，K1分别为分别为1.1，1.2及及1.35。oP0= K1Pok o2将将Pok带入式带入式Pt=AtBtlnP0得时间加权临界阻力得时间加权临界阻力Ptk，自移支，自移支架的额定任务阻力架的额定任务阻力PH 应以应以Ptk为根底，并思索平安系数为根底，并思索平安系数K2取取1

47、.52oPH=K2Ptk o3对于稳定和巩固顶板，尚需思索每延米阻力：对于稳定和巩固顶板，尚需思索每延米阻力：oPH= 58M+14C+36Lk-1oRH= 410M+49C+460Lk-1660五实际分析法五实际分析法砌体梁学说：砌体梁学说：任务面支架的作用应及时支撑控顶区直接顶岩层，任务面支架的作用应及时支撑控顶区直接顶岩层，防止直接顶和老顶离层而破碎；防止直接顶和老顶离层而破碎；同时要对上覆能够构成砌体梁构造的老顶岩层以同时要对上覆能够构成砌体梁构造的老顶岩层以作用力，用以平衡其部分载荷，不让其沿任作用力，用以平衡其部分载荷，不让其沿任务面构成切顶以及大量的台阶下沉。务面构成切顶以及大量

48、的台阶下沉。TFAB1TTTPF2P1P1P1Q -Q -图4.25 上覆岩层断裂时受力情况miiHlQHtgLhP/)(2)(22当A岩块前端断裂霎时，为协助B块实现平衡构造，其关系式为： 式中， PH合理支护强度，kN/m 2； 岩块间摩擦角； 岩块破断角破断面和垂直面的夹角； ME老顶岩层厚度； B岩块回转下沉量； Q砌体梁下位岩层中悬露岩块的全部分量。kEiiHLQMChP)(2)tan(2阳泉某矿，柱状图如右。C=11.5m，Lk=4m。岩块间摩擦系数tan=0.8；B岩块回转下沉量=ME/6实际分析法计算例子实际分析法计算例子岩性柱状厚度砂岩5.93砂岩5.62页岩7.36灰岩2.

49、20煤线0.11细砂岩4.24页岩5.49煤1.8灰岩灰岩kNQMCPE2 .139925)36. 720. 2(5 .11)37. 02 . 2(28 . 05 .112)(2)tan(21本身能够平衡的岩层：2.20m灰岩，4.24m细砂岩细砂岩细砂岩kNP1 .87325)11. 024. 4(5 .11)71. 024. 4(28 . 05 .1121支架每延米任务阻力：支架每延米任务阻力：kNPMlPzzks1 .14221 .87349. 52541支护强度：支护强度：kPalPpkt5 .3554/1 .1422/二、国外液压支架合理任务阻力确实定二、国外液压支架合理任务阻力确实

50、定一岩石自重法一岩石自重法根据顶底板运动的特点，采用采高的倍数和岩石密度的乘积根据顶底板运动的特点，采用采高的倍数和岩石密度的乘积来计算支护强度，公式为：来计算支护强度，公式为：W = kM 式中，式中，W液压支架支护强度，液压支架支护强度，Mpa； k煤层赋存条件决议的系数，随国家的不同而不同；煤层赋存条件决议的系数，随国家的不同而不同；日本、印度取日本、印度取5，波兰去，波兰去68，德国取，德国取12，美国取，美国取16。 M采高，采高，m； 岩石密度，岩石密度，kN/m3。采高越大，普通来说，液压支架任务阻力越偏大。采高越大，普通来说，液压支架任务阻力越偏大。 二顶底板移近量法二顶底板移

51、近量法此种方法主要有前苏联、英国、法国采用，此种方法主要有前苏联、英国、法国采用，研讨发现顶底板移近量与支架支护强度之研讨发现顶底板移近量与支架支护强度之间存在着双曲线关系，从而寻觅两参数变间存在着双曲线关系，从而寻觅两参数变化的等速点，根据此确定支架的任务阻力。化的等速点，根据此确定支架的任务阻力。计算式中许多系数不得不从实验室中实验获计算式中许多系数不得不从实验室中实验获得，这样就容易与实践情况产生误差。得，这样就容易与实践情况产生误差。三统计法三统计法 德国埃森采矿研讨中心以液压支架端面顶德国埃森采矿研讨中心以液压支架端面顶板冒落高度和台阶下沉作为衡量支护强度能否够板冒落高度和台阶下沉作

52、为衡量支护强度能否够的目的的目的. 当端面高度大于当端面高度大于30cm或台阶下沉大于或台阶下沉大于10cm，长度占采面，长度占采面10%以上时，那么阐明支以上时，那么阐明支护强度不够。护强度不够。 经过对比支架支护强度、顶板冒落高度和经过对比支架支护强度、顶板冒落高度和顶底板移近量法等目的，获得合理的支架支护强顶底板移近量法等目的，获得合理的支架支护强度的阅历数据度的阅历数据.三、初撑力确实定三、初撑力确实定o 液压支架初撑力是指支架架设时对顶板岩层的支液压支架初撑力是指支架架设时对顶板岩层的支撑力。撑力。o 作用：作用：o 紧缩顶梁和底座下浮煤、浮矸等中间介紧缩顶梁和底座下浮煤、浮矸等中间

53、介质，添加支架与围岩力学系统中的总体刚度，使质，添加支架与围岩力学系统中的总体刚度，使支架设计支撑才干尽快发扬作用，并能改善直接支架设计支撑才干尽快发扬作用，并能改善直接顶岩层内的应力分布形状和提高稳定性。顶岩层内的应力分布形状和提高稳定性。1按防止直接顶与老顶之间离层的要求确定初撑力按防止直接顶与老顶之间离层的要求确定初撑力 此时，初撑力该当能接受住直接顶的分量，即此时，初撑力该当能接受住直接顶的分量，即 qMPZZB0式中，P0B支架初撑力，MPa； q 任务压力损失系数，1.8左右；n由上式计算出的值是控制直接顶所必需的初撑力的最低限，从维护直接顶稳定和完好的角度，还应思索一个平安系数K

54、 1 2根据根据P0B与与PB间有合理比值的观念确定支架初撑力间有合理比值的观念确定支架初撑力o 在进展支架设计时，目前普通多从寻求支架初撑力与额定任务阻力间合理比值的角度来确定初撑力。o 根据14个综采任务面统计庆测初撑力和额定初撑力之比为0.714，均方差为0.11。因此，设计时应思索设计初撑力的利用率，普通设计初撑力高一些较好。o 实测阐明，随着初撑力与额定任务阻力的比值E添加，实测支架平常任务阻力按指数曲线增长，其回归方程及曲线，如下及图4-27所示。BtAeP1阳泉一矿506 2类2石嘴山一矿22972类；3范各庄矿52类；4南屯矿83073类；5范各庄矿14772类；6范各庄 1类

55、；7南屯矿73042类BtAePo 由式公式5-23及图4-27可知，随着支架P0/PH的添加，Pt值也添加，但当P0/PH值到达6085后， Pt值曲线的斜率迅速减小。因此，为了使支架发扬较高的支撑程度，又思索到支柱平安阀开启压力通常要低于额定压力的10%，故P0/PH值合理值宜取到达6085 。o 1、2类顶板， P0/PH宜选7585；o 2、3类顶板， P0/PH值取6075为宜。o 初撑力的适当提高，并不会添加支柱的开启率，由于高初撑力可减少支架的增阻值，从而减少顶板下沉量及平安阀开启率。第四节第四节 支架选型支架选型 一、液压支架选型的内容和要求一、液压支架选型的内容和要求液压支架

56、架型选择是指针对详细顶板类型和液压支架架型选择是指针对详细顶板类型和顶板岩层组成情况选择不同的支架类型。顶板岩层组成情况选择不同的支架类型。不只包括支架的架型及额定任务阻力，支护不只包括支架的架型及额定任务阻力，支护强度等参数，而且涉及顶梁、护帮、底座、强度等参数，而且涉及顶梁、护帮、底座、侧推及阀组等主要部件的选型及其参数的侧推及阀组等主要部件的选型及其参数的决议。决议。 二、影响液压支架选型的要素和顺序二、影响液压支架选型的要素和顺序 根据顶板岩石力学性质、厚度及岩层构造及弱面根据顶板岩石力学性质、厚度及岩层构造及弱面发育程度确定直接顶类型；发育程度确定直接顶类型； 根据老顶岩石力学特性及

57、矿压显现特征确定老顶根据老顶岩石力学特性及矿压显现特征确定老顶级别；级别； 根据底板岩性及底板抗压入强度及刚度测定结果，根据底板岩性及底板抗压入强度及刚度测定结果，确定底板类型；确定底板类型； 根据矿压实测数据计算额定任务阻力或根据采高、根据矿压实测数据计算额定任务阻力或根据采高、控顶宽度及周期来压步距，估算支架必需的支护控顶宽度及周期来压步距，估算支架必需的支护强度和每米阻力；强度和每米阻力； 根据顶底板类型、级别及采高，初选必需的额定根据顶底板类型、级别及采高，初选必需的额定支护强度，初选支架类型；支护强度，初选支架类型； o 思索任务面风量，行人断面，煤层倾角，修正架型及参数；o 思索采

58、高、煤壁片帮煤层硬度和节理的倾向性及顶板端面冒落度，确定顶梁及护帮构造；o 思索煤层倾角及任务面推进方向，确定侧护构造及参数；o 根据底板抗压入强度，确定支架底座构造参数及对架型参数的要求；o 利用支架参数优化程序思索构造受力最小，使支架构造优化。 支 架 类 型支架额定阻力顶 梁 结 构底 座 结 构侧 护 结 构老 顶 级 别底 板 类 型采 高矿井瓦斯含量煤 层 硬 度煤 层 倾 角直接顶类型图图4-28 支架选型顺序支架选型顺序三、液压支架选型方法三、液压支架选型方法目前液压支架选型有两种方法：目前液压支架选型有两种方法：系统分析比较法；系统分析比较法；综合评分法。综合评分法。 一系统

59、分析比较法一系统分析比较法 分析比较法就是对要选择的多种方案的各个分析比较法就是对要选择的多种方案的各个属性、部分、方面分别研讨比较决议的方属性、部分、方面分别研讨比较决议的方法。法。 根据矿山地质条件来分析、比较决议根据矿山地质条件来分析、比较决议支架各部分的类型及参数。支架各部分的类型及参数。其选型原那么为：其选型原那么为：选型原那么：选型原那么： 主要根据直接顶、老顶的厚度、物理性质、层理和主要根据直接顶、老顶的厚度、物理性质、层理和裂隙发育情况及类级；结合采高、开采方法等要素裂隙发育情况及类级；结合采高、开采方法等要素确定支架的额定任务阻力、初撑力、几何外形、立确定支架的额定任务阻力、

60、初撑力、几何外形、立柱数量及位置、移架方式、顶板覆盖率。柱数量及位置、移架方式、顶板覆盖率。下位顶板的稳定性对液压支架选型尤为重要。下位顶板的稳定性对液压支架选型尤为重要。例如，经分析以为，目前适用最广的架型为两柱支顶式例如，经分析以为，目前适用最广的架型为两柱支顶式掩护支架及支撑掩护式支架，而前者可适用于老顶掩护支架及支撑掩护式支架，而前者可适用于老顶级，动压系数为级，动压系数为1.21.5，直接顶较稳定，直接顶较稳定，采高小于采高小于5m的煤层；后者主要适用于的煤层；后者主要适用于 II级以上老级以上老顶，动压系数约为顶，动压系数约为1.5以上，直接顶中等稳定以上的以上，直接顶中等稳定以上