煤礦支護方式

1、摩擦支柱單體液壓支柱綜采液壓支架木支護木支護一、概述一、概述二、木支護的優(yōu)缺點二、木支護的優(yōu)缺點三、木支護的適用范圍三、木支護的適用范圍p在地下采煤時，為了維護采煤工作面的有效使用在地下采煤時，為了維護采煤工作面的有效使用空間，防止頂板冒落，保證安全生產(chǎn)，必須合理選空間，防止頂板冒落，保證安全生產(chǎn)，必須合理選擇支護材料。普采工作面支護材料和支護設備有：擇支護材料。普采工作面支護材料和支護設備有：木支架木支架 、金屬支架、單體液壓支柱和液壓支架。、金屬支架、單體液壓支柱和液壓支架。1 1、概述、概述木支架組成和特點木支架組成和特點p木支架由木支柱和木頂梁組成，煤礦井下做支護木支架由木支柱和木頂梁

2、組成，煤礦井下做支護用的木材叫坑木。用的木材叫坑木。p巷道支護中常用梯形木支架，結(jié)構(gòu)如圖所示。巷道支護中常用梯形木支架，結(jié)構(gòu)如圖所示。p礦井中常用的坑木有：紅松、落葉松、杉木、樺礦井中常用的坑木有：紅松、落葉松、杉木、樺木、櫟木、榆木、水曲柳、椴木、槐木、楊木。木、櫟木、榆木、水曲柳、椴木、槐木、楊木。木支架組成和特點木支架組成和特點p1.頂梁頂梁木支架支撐頂板壓力的受彎構(gòu)件；木支架支撐頂板壓力的受彎構(gòu)件； 2.棚腿棚腿頂梁的支點并且支承側(cè)壓；頂梁的支點并且支承側(cè)壓； 3.木楔木楔梁腿接口與圍巖之間楔緊；梁腿接口與圍巖之間楔緊； 4.背板背板使低壓均勻的分布到頂梁和棚腿上，防止矸石下落。使低壓

3、均勻的分布到頂梁和棚腿上，防止矸石下落。木支護的工作特性木支護的工作特性p坑木是一種輕質(zhì)各向異性材料，沿紋理方向加壓坑木是一種輕質(zhì)各向異性材料，沿紋理方向加壓時，支柱的可縮性比垂直紋理加壓時小的多。時，支柱的可縮性比垂直紋理加壓時小的多。p木支柱的工作特性是靠本身強度支承頂板壓力，木支柱的工作特性是靠本身強度支承頂板壓力，工作阻力增長極快，而可縮量很小，一直達到屈服工作阻力增長極快，而可縮量很小，一直達到屈服點折斷為止，這對頂板管理是極為不利的。點折斷為止，這對頂板管理是極為不利的。木材木材用于礦井支護時的優(yōu)缺點用于礦井支護時的優(yōu)缺點p缺點：抗彎強度低，無可縮性，工作面頂板下沉缺點：抗彎強度低

4、，無可縮性，工作面頂板下沉量大，頂板事故多，不安全；不適于機械化采煤量大，頂板事故多，不安全；不適于機械化采煤工作面支護；在潮濕條件下易腐爛，明顯降低其工作面支護；在潮濕條件下易腐爛，明顯降低其抗壓強度；易燃，當發(fā)生火災時能使火情迅速蔓抗壓強度；易燃，當發(fā)生火災時能使火情迅速蔓延。延。p優(yōu)點：與其他支護材料相比，同體積的坑木重優(yōu)點：與其他支護材料相比，同體積的坑木重量輕，便于運輸、易于鋸砍加工；在其徹底破壞量輕，便于運輸、易于鋸砍加工；在其徹底破壞之前，受壓時能發(fā)出可見的信號；折斷了的材料之前，受壓時能發(fā)出可見的信號；折斷了的材料回收后，還可做木楔、墊板等支護輔助材料；回收后，還可做木楔、墊板

5、等支護輔助材料；木支護木支護的適用范圍的適用范圍p目前，我國仍有一些小型，煤礦使用木材作目前，我國仍有一些小型，煤礦使用木材作為采煤工作面的支護材料；為采煤工作面的支護材料；p在大中型煤礦，木材僅作為輔助支護材料和在大中型煤礦，木材僅作為輔助支護材料和特殊條件下支護而普遍使用；特殊條件下支護而普遍使用；p木支架一般可使用在地壓不大，巷道服務年木支架一般可使用在地壓不大，巷道服務年限不長、斷面較小的采區(qū)巷道。限不長、斷面較小的采區(qū)巷道。原理原理 利用金屬銷和金屬桿之間的摩利用金屬銷和金屬桿之間的摩擦來提供工作阻力，使用液壓擦來提供工作阻力，使用液壓千斤頂或者機械升柱器來提供千斤頂或者機械升柱器來

6、提供初撐力。初撐力。1011 121.1. 初工作阻力高、可縮量較大。初工作阻力高、可縮量較大。2.2. 快速達到初工作阻力，及早發(fā)揮對頂板的支撐作快速達到初工作阻力，及早發(fā)揮對頂板的支撐作用。用。3.3. 還可用于對頂板下沉量較大，有周期來壓的工作還可用于對頂板下沉量較大，有周期來壓的工作面。面。4. 4. 價格低廉，初期投資少。價格低廉，初期投資少。5. 5. 結(jié)構(gòu)簡單，操作與維修方便。結(jié)構(gòu)簡單，操作與維修方便。 131.1. 工作阻力不穩(wěn)定，有時相差很大，使工作面支柱工作阻力不穩(wěn)定，有時相差很大，使工作面支柱受載不均，頂板容易局部冒落。受載不均，頂板容易局部冒落。2. 2. 瞬間卸載，一

7、打松金屬銷，活柱立即下落。瞬間卸載，一打松金屬銷，活柱立即下落。3.3. 支撤和移動都靠人工操作，勞動強度大，安全性支撤和移動都靠人工操作，勞動強度大，安全性較差。較差。4. 4. 工作面產(chǎn)量和效率低。工作面產(chǎn)量和效率低。14適用于底板較硬適用于底板較硬, ,無明顯沖擊地無明顯沖擊地壓壓, ,煤層傾角小于煤層傾角小于2525的緩傾斜的緩傾斜薄及中厚煤層工作面薄及中厚煤層工作面, ,采取一定采取一定的安全措施的安全措施, ,也可用于也可用于25253535的采煤工作面。的采煤工作面。 15單體液壓支柱單體液壓支柱是一種新環(huán)保型的支護裝備，既可與金屬鉸接頂梁配套用于高檔普采和炮采用工作面支護頂板以

8、及綜采工作面支護端頭，也可單獨做點柱或其它臨時性支護用。單體液壓支柱適用于煤層傾角小于25度-35度的傾斜煤層回采工作面，所 適應的煤層頂?shù)装鍡l件是:頂板落后不影響支柱的回收，底板不宜過軟，支柱壓入底板深度不惡化底板的完整性，否則應加大底座。在煤質(zhì)較松軟的炮采工作面內(nèi)使用時，對活柱體鍍層表面采取保護措施，以防崩壞。支柱與木頂梁配合或做點柱使用時，應將頂蓋換成柱帽，以免損壞木梁。它和金屬鉸接頂梁柱配合，可適用于煤層傾角在35以下的任何采煤工作面。按供油方式和工作介質(zhì)不同，支柱分成外供油式(簡稱外注式)和內(nèi)供油式(簡稱內(nèi)注式)兩大類;按支柱工作行程不同，支柱可分成單伸縮和雙伸縮支柱;按支柱使用材料

9、不同，支柱可分為鋼質(zhì)支柱和輕合金支柱。結(jié)合實際使用情況，將其分為外注式單體液壓支柱、內(nèi)注式單體液壓支柱、其它類型支柱1.懸浮式單體液壓支柱懸浮式單體液壓支柱是外注式單體液壓支柱的一種，但是比外注式單體液壓支柱又有一個很顯著的優(yōu)點，那就是DWX型單體液壓支柱采用柱塞懸浮式技術(shù)原理，懸浮力達到工作阻力的五分之四，立柱受力僅為五分之一，DWX型支柱三用閥設于手把體上，注液時，三用閥不隨支柱的活柱升高而升高，操作方便，安全可靠。2.雙伸縮懸浮單體液壓支柱雙伸縮懸浮式單體液壓支柱是中國礦業(yè)大學研制的一種新一代工作面單體支護產(chǎn)品，是高檔機械化普采工作面的配套設備，也是綜采工作面的端頭支護設備。其適用于煤礦

10、回采工作面的頂板支護，綜采工作面的端頭頂板支護，巷道掘進的超前支護。懸浮式單體液壓支柱是外注式單體液壓支柱的一種，但是比外注式單體液壓支柱又有一個很顯著的優(yōu)點，那就是DWX型單體液壓支柱采用柱塞懸浮式技術(shù)原理，懸浮力達到工作阻力的五分之四，立柱受力僅為五分之一，DWX型支柱三用閥設于手把體上，注液時，三用閥不隨支柱的活柱升高而升高，操作方便，安全可靠。分類：3.DN內(nèi)注式單體液壓支柱單體液壓支柱一般分為外注式單體液壓支柱，內(nèi)注式單體液壓支柱，懸浮式單體液壓支柱，摩擦支柱。內(nèi)注式單體液壓支柱是自身帶泵及同，支設時用手搖把搖動就能快速升柱，降柱時不排出工作液，可較好地保護工作環(huán)境，而且使用時方便，

11、管理靈活，裝備簡單。目前主要使用的有直徑90mm缸徑，從共有12個規(guī)格的內(nèi)注式單體液壓支柱。一般的表示型號為DN18-250/80，D表示單體支柱，N表示內(nèi)注式，18表示支柱最大高度為1800mm，250表示支柱工作阻力為250kn，80表示支柱的缸徑80mm。4.玻璃鋼單體液壓支柱玻璃鋼單體液壓支柱通過液壓站向與單體液壓支柱連接的三用閥注液，單體液壓支柱開始升起，達到需要的高度，利用液壓支柱內(nèi)的密封圈的密封作用，完成支撐;如若下降則打開三用閥卸載閥，液壓支柱開始下降，完成工作。1.體積小2.支設高度高3.支護可靠4.使用和維修方便5.綜合成本低優(yōu)點： 利用乳化液泵站提供的高壓乳化液，通過液壓

12、控制系統(tǒng)實現(xiàn)升架、降架、移架一系列動作。支撐力大，作用點在支架中后部，切頂性能好；對頂板重復支撐次數(shù)多，易把完整的頂板壓碎；抗水平載荷能力差，穩(wěn)定性差；護矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架工作空間和通風斷面大。 適應于緩傾斜、頂板穩(wěn)定的薄與中厚煤層。支撐力較小，切頂性能差；支護強度較大、均勻，掩護性好； 能承受較大水平推力，對頂板反復支撐次數(shù)少，能帶壓移架。；作業(yè)空間和通風斷面小。 用于直接頂中等穩(wěn)定以下，頂板周期來壓不強烈的采煤工作面。掩護式支架分支掩掩護式支架和支頂掩護式支架。在支撐式和掩護式架型基礎(chǔ)上發(fā)展，兼有這兩種架型的主要技術(shù)特征。 適用于直接頂中等穩(wěn)定、穩(wěn)定和堅硬，周期壓力強烈，底

13、板軟硬均可。根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)特點分支頂支撐掩護式和支掩支撐掩護式。當采高在5m20m，且厚度變化采用放頂煤開采即時支護：采煤機過后，液壓支架按照降架移架升架推溜的次序動作，及時支護新裸露的頂板，應用廣泛；滯后支護：采煤機割煤后，液壓支架按照推溜降架移架升架的次序動作，用于穩(wěn)定、完整的頂板條件。1.膠結(jié)充填2.注漿充填膠結(jié)充填Contents膠結(jié)充填的概念膠結(jié)充填的原理膠結(jié)充填的優(yōu)缺點膠結(jié)充填的適用條件膠結(jié)充填的概念膠結(jié)充填的概念 將采集和加工的細砂等惰性充填材料，加入適量的凝膠材料（如水泥），加水混合制備成膠結(jié)充填料漿，沿鉆孔、管道向充填區(qū)域輸送，材料膠結(jié)后形成具有一定強度和完整性的充填體。 主

14、要包括：高濃度膠結(jié)充填、膏體充填、似膏體材料充填、（超）高水材料充填等。膠結(jié)充填的原理膠結(jié)充填的原理 相當于減小煤層開采厚度，從而減小采空區(qū)上方巖層的變形和破壞。1.有效緩解礦山壓力顯現(xiàn)；2.減少導水裂隙帶高度和頂板破壞深度；3.減少地表移動和破壞。膠結(jié)充填的評價膠結(jié)充填的評價優(yōu)點：1.合理利用固體廢料，減少污染，提高資源回收率；2.膠結(jié)充填料漿不泌水或泌水少，井下環(huán)境較好；3.無需構(gòu)筑專門的隔墻或構(gòu)筑物；4.充填體整體性、均勻性較好，不產(chǎn)生離析等現(xiàn)象，強度較高；5.接頂效果較好。膠結(jié)充填的評價膠結(jié)充填的評價缺點：1.充填生產(chǎn)能力滯后于采煤生產(chǎn)能力；2.充填材料供需不均衡；3.增加生產(chǎn)成本。膠

15、結(jié)充填的適用條件膠結(jié)充填的適用條件 適用于適合綜采的區(qū)段，地面有需要保護的建筑物、構(gòu)筑物或為村莊的條件，且是否采用該方法取決于地面安全、煤價、產(chǎn)量、搬遷成本及帶材儲量緊缺程度的綜合平衡。注漿充填的定義注漿充填的定義離層區(qū)注漿充填離層區(qū)注漿充填冒落區(qū)注漿充填冒落區(qū)注漿充填 注漿是將具有充滿膠結(jié)性能的材料配成漿液以泵壓作為動注漿是將具有充滿膠結(jié)性能的材料配成漿液以泵壓作為動力源，用注漿設備通過注漿管將其注入到加固對象，滲透、充力源，用注漿設備通過注漿管將其注入到加固對象，滲透、充填、壓密等方式進行擴散，通過材料自身凝結(jié)、硬化、使其與填、壓密等方式進行擴散，通過材料自身凝結(jié)、硬化、使其與被加固對象膠

16、結(jié)成一個整體，形成一個結(jié)構(gòu)新、強度大、抗?jié)B被加固對象膠結(jié)成一個整體，形成一個結(jié)構(gòu)新、強度大、抗?jié)B性好的一個結(jié)合體。性好的一個結(jié)合體。 利用巖層移動過程中覆巖內(nèi)形成的離層孔隙，從地面利用巖層移動過程中覆巖內(nèi)形成的離層孔隙，從地面布置布置鉆鉆孔孔將將充填料漿液高壓注入離層空間，使?jié){液與裂隙巖體粘結(jié)成充填料漿液高壓注入離層空間，使?jié){液與裂隙巖體粘結(jié)成整體，對巖層空間的上覆巖層形成支撐從而減緩他的移動向地整體，對巖層空間的上覆巖層形成支撐從而減緩他的移動向地表傳播。表傳播。 支撐、壓實、減緩地表破壞程度支撐、壓實、減緩地表破壞程度優(yōu)點：優(yōu)點： 相對充填量少，通過充填空隙帶，支撐上部巖層，移動變形相對充

17、填量少，通過充填空隙帶，支撐上部巖層，移動變形量小，有效限制上覆巖層彎曲，抑制地表沉陷量小，有效限制上覆巖層彎曲，抑制地表沉陷 缺點缺點: :離層位置預計、離層量大小計算、離層發(fā)育的動態(tài)過程理論不離層位置預計、離層量大小計算、離層發(fā)育的動態(tài)過程理論不成熟；不充分采動效果好，充分采動效果一般成熟；不充分采動效果好，充分采動效果一般1 1、關(guān)鍵層未垮落之前、關(guān)鍵層未垮落之前2 2、地質(zhì)情況簡單，巖層探明清楚、地質(zhì)情況簡單，巖層探明清楚1 1、長壁開采冒落區(qū)注漿充填、長壁開采冒落區(qū)注漿充填2 2、房柱式冒落區(qū)注漿充填、房柱式冒落區(qū)注漿充填3 3、條帶開采冒落區(qū)注漿充填、條帶開采冒落區(qū)注漿充填原理原理

18、采空區(qū)冒落矸石之間空隙未被壓實之前注漿充填，充填材料加采空區(qū)冒落矸石之間空隙未被壓實之前注漿充填，充填材料加冒落矸石一起支撐上覆巖層，控制頂板。冒落矸石一起支撐上覆巖層，控制頂板。優(yōu)點：優(yōu)點：不但減少地表下沉，還處理廢料；不會發(fā)生自然發(fā)火，很少有不但減少地表下沉，還處理廢料；不會發(fā)生自然發(fā)火，很少有沖擊礦壓，改善通風沖擊礦壓，改善通風缺點：缺點：建立井下，地表充填系統(tǒng)，需要一定水泥作為粘結(jié)劑，提高成建立井下，地表充填系統(tǒng)，需要一定水泥作為粘結(jié)劑，提高成本。本。適用條件：適用條件：1 1、煤層或開采分層傾角、煤層或開采分層傾角5-105-10度，厚度度，厚度2-3m2-3m2 2、頂板巖層具有良

19、好的破碎特性和和規(guī)則的垮落性、頂板巖層具有良好的破碎特性和和規(guī)則的垮落性3 3、長壁工作面長、長壁工作面長100-300m100-300m，仰斜開采，仰斜開采原理：原理：1 1、提供側(cè)向約束、提供側(cè)向約束2 2、充填體承載、充填體承載優(yōu)點：優(yōu)點：1 1、減少留設煤柱寬度、減少留設煤柱寬度2 2、提高資源回收率、提高資源回收率3 3、降低充填成本、充填工藝簡單、降低充填成本、充填工藝簡單4 4、不需要專用充填巷道，鉆孔、工程量少、不需要專用充填巷道，鉆孔、工程量少缺點：缺點：1 1、隨采隨冒時工作面必須仰采、隨采隨冒時工作面必須仰采2 2、充填與采煤相互干擾、工作面脫水隔離設施復雜、充填與采煤相

20、互干擾、工作面脫水隔離設施復雜適用條件：適用條件：1 1、煤層埋藏淺，小于、煤層埋藏淺，小于300-500m300-500m2 2、單一薄及中厚煤層、單一薄及中厚煤層3 3、頂?shù)装鍘r層和煤層較硬、頂?shù)装鍘r層和煤層較硬原理：原理：對礦房進行注漿充填，回收煤柱對礦房進行注漿充填，回收煤柱優(yōu)點：優(yōu)點：回采率高，機械化程度高回采率高，機械化程度高缺點：缺點：投資大，適應性差投資大，適應性差適用條件：適用條件：1 1、煤層埋藏淺；、煤層埋藏淺；2 2、頂板堅固，底板平整，不要太軟；、頂板堅固，底板平整，不要太軟；3 3煤層傾角小于煤層傾角小于1010度，近水平煤層，硬及中硬煤層度，近水平煤層，硬及中硬煤

21、層錨桿支護是指，在邊坡、巖土深基坑等地表工程及隧道、采場等地下硐室施工中采用的一種加固支護方式。用金屬件、木件、聚合物件或其他材料制成桿柱，打入地表巖體或硐室周圍巖體預先鉆好的孔中，利用其頭部、桿體的特殊構(gòu)造和尾部托板（亦可不用），或依賴于黏結(jié)作用將圍巖與穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起而產(chǎn)生懸吊效果、組合梁效果、補強效果，以達到支護的目的。具有成本低、支護效果好、操作簡便、使用靈活、占用施工凈空少等優(yōu)點。懸吊理論懸吊理論19521962年路易斯 阿帕內(nèi)科(Louis APanek)等發(fā)表了懸吊理論，懸吊理論認為錨桿支護的作用就是將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上。對于回采巷道揭露的層狀巖體，直接頂

22、板均有彎曲下沉變形趨勢，如果使用錨桿及時將其擠壓，并懸吊在老頂上，直接頂板就不會與老頂離層乃至脫落。錨桿的懸吊作用主要取決于所懸吊的巖層的厚度，層數(shù)及巖層彎曲時相對的剛度與彈性模量，還受錨桿長度、密度及強度等因素的影響。這一理論提出的較早，滿足其前提條件時，有一定的實用價值。但是大量的工程實踐證明，即使巷道上部沒有穩(wěn)固的巖層，錨桿亦能發(fā)揮支護作用。例如，在全煤巷道中，錨桿就錨固在煤層中也能達到支護的目的，說明這一理論有局限性。組合拱理論組合拱理論組合拱理論是由蘭氏(T A Lang)和彭德(Pender)通過光彈試驗提出來的。組合拱原理認為，在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中，安裝預應力錨桿時，在桿體兩

23、端將形成圓錐形分布的壓應力，如果沿巷道周邊布置的錨桿間距足夠小，各個錨桿的壓應力維體相互交錯，這樣使巷道周圍的巖層形成一種連續(xù)的組合帶(拱)。這個組合拱可承受上部巖石的徑向載荷，如同碹體起到巖層補強的作用，承載外圍的壓力。組合拱理論的不足是缺乏對被加固巖體本身力學行為的進一步探討，與實際情況有一定差距，在分析過程中沒深入探索圍巖 支護的相互作用。組合梁理論組合梁理論組合梁理論認為巷道頂板中存在著若干分層的層狀頂板，可看作是由巷道兩幫作為支點的一種梁，這種巖梁支承其上部的巖層載荷。使用錨桿將各層“裝訂”成一個整體的組合梁，防止巖石沿層面滑動，避免各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象。在上覆巖層荷載作用下，這種較厚的組合梁比單純的迭加梁，其