單體支柱工作面支護(hù)設(shè)計(jì)資料

2.單體支柱工作面支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1選擇頂板處理方法2.2確定合理支護(hù)方式2.3確定工作面控頂距2.4計(jì)算合理支柱密度2023/12/5山東科技大學(xué)12.1選擇頂板處理方法通常的頂板處理方法有：留煤柱、煤垛支撐頂板〔如房柱、刀柱等〕；緩慢下沉法；自然垮落法；層狀堅(jiān)硬頂板〔厚度不超過5m〕運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化法；厚層堅(jiān)硬頂板特殊處理法。厚層堅(jiān)硬頂板特殊處理法主要有注水軟化法和爆破法等。2023/12/5山東科技大學(xué)2自然垮落法對(duì)頂板不實(shí)行特地的處理措施，隨工作面推動(dòng)頂板在采空區(qū)內(nèi)自行垮落稱為自然垮落法處理頂板。它借助于頂板巖層自身的垮落性掌握頂板，屬既安全又經(jīng)濟(jì)的方法，在條件允許時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇。2023/12/5山東科技大學(xué)3緩慢下沉法煤層上方掩蓋層由塑彎性能強(qiáng)的石灰?guī)r或泥質(zhì)頁巖組成時(shí)，頂板可能隨工作面推動(dòng)而彎曲下沉，并在采空區(qū)內(nèi)肯定距離處與底板接觸閉合。在采高不大，最大控頂排處頂板下沉量不超過支柱所允許的縮量時(shí)，承受緩慢下沉法掌握頂板，回采工作面一般可以不承受特殊支護(hù)。2023/12/5山東科技大學(xué)4假設(shè)因頂板下沉量太大，工作空間過小，或超過支柱縮量的限度時(shí)，就需要在采空區(qū)進(jìn)展局部充填，以減小最大控頂排處的頂板下沉量，如以下圖2.1〔b〕所示?！瞐〕緩慢下沉〔b〕采空區(qū)充填〔c〕采空區(qū)內(nèi)強(qiáng)放圖2.1緩慢下沉頂板采空區(qū)充填與強(qiáng)制放頂2023/12/5山東科技大學(xué)5

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2023/12/5山東科技大學(xué)7層狀堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化巖層運(yùn)動(dòng)的兩種形式層狀堅(jiān)硬頂板是指厚度不超過5m的堅(jiān)硬頂板〔包括在厚層堅(jiān)硬頂板的下部，由于層理和弱面的存在，可分別出獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的巖層組〕，這類頂板強(qiáng)度較高，初次垮落步距一般達(dá)25m以上，初次來壓猛烈。層狀堅(jiān)硬頂板的初次垮落一般存在兩種運(yùn)動(dòng)形式：一是彎沉運(yùn)動(dòng)形式；二是剪切運(yùn)動(dòng)形式。2023/12/5山東科技大學(xué)8剪切運(yùn)動(dòng)形式向彎沉運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化的處理措施〔Ⅰ〕擴(kuò)大巖梁端部斷裂線位置至煤壁的距離，使巖梁以煤壁為支撐具備穩(wěn)固的支承端，避開從煤壁處切下。同時(shí)巖梁在端部斷裂后，延長(zhǎng)彎矩向巖梁中部轉(zhuǎn)移的過程，促成中部斷裂，形成彎沉運(yùn)動(dòng)構(gòu)造?！并颉硿p小巖梁的厚度，特殊是懸垮度中部的厚度以促成中部斷裂。2023/12/5山東科技大學(xué)9頂板處理對(duì)頂板進(jìn)展處理的主要措施是承受人工放頂?shù)姆椒▉頊p小巖梁的厚度，通常承受循環(huán)放頂和中部拉槽放頂。煤體處理通常承受對(duì)煤體進(jìn)展松動(dòng)放炮或注水軟化的方法。對(duì)于松動(dòng)放炮可以按推動(dòng)循環(huán)進(jìn)展，也可以按推動(dòng)步距進(jìn)展。對(duì)于注水軟化可以實(shí)行預(yù)注水的方法，即在采煤工作面順槽預(yù)備出來以后，在順槽中對(duì)煤體進(jìn)展預(yù)注水；也可以像松動(dòng)放炮一樣，在工作面推動(dòng)過程中，按推動(dòng)步距進(jìn)展注水。2023/12/5山東科技大學(xué)10在厚煤層分層開采或近距離煤層開采的條件下，領(lǐng)先采上分層或上層時(shí)，頂板具有剪切運(yùn)動(dòng)的危急時(shí)，可以考慮轉(zhuǎn)變程序，承受反程序開采，即先采下分層或下層煤。承受反程序開采時(shí)，原來具有剪切運(yùn)動(dòng)特征的頂板，經(jīng)受一次采動(dòng)影響的破壞后，其強(qiáng)度有明顯的降低，在重新開采時(shí)，有可能將其剪切運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成彎沉運(yùn)動(dòng)。承受反程序開采的方法，由于無需對(duì)頂板和煤層進(jìn)展人工處理，因此它是最經(jīng)濟(jì)的方法，在條件具備時(shí)，也應(yīng)優(yōu)先選擇。2023/12/5山東科技大學(xué)112.2確定合理支護(hù)方式支護(hù)方式一般分為根本支護(hù)和特種支護(hù)兩類。根本支護(hù)要求支架在頂板不發(fā)生特殊狀況時(shí)，能支和護(hù)住頂板。特種支護(hù)要求支架在頂板消失懸頂、滑動(dòng)、沖擊等威逼時(shí)，能防止頂板事故的發(fā)生。兩種支護(hù)的作用是相輔相成的。2023/12/5山東科技大學(xué)12根本支護(hù)方式確實(shí)定在單體支柱工作面，根本支護(hù)方式一般分為點(diǎn)柱和棚子支護(hù)兩類。影響支護(hù)方式的因素主要有下位直接頂?shù)耐暾浴⒊山M節(jié)理裂隙的方向、傾角、頂板壓力等。2023/12/5山東科技大學(xué)13點(diǎn)柱點(diǎn)柱支護(hù)方式一般用于下位直接頂堅(jiān)硬完整的回采工作面，為了防止柱帽在頂板接觸點(diǎn)處滑動(dòng)，一般在柱帽上墊厚小于5cm的木帽。先是依據(jù)進(jìn)尺確定點(diǎn)柱支護(hù)的排距，再依據(jù)所需的回采工作面支柱密度推算柱距。2023/12/5山東科技大學(xué)14掛梁支護(hù)掛梁支護(hù)的根本內(nèi)容有：掛梁方向、掛梁方式、護(hù)頂方式。1〕掛梁方向。掛梁方向一般有沿走向和傾向兩種。2〕掛梁方式。掛梁方式是指齊梁、錯(cuò)梁、正懸臂梁、倒懸壁梁、單梁、雙鉸等掛梁方式。3〕護(hù)頂方式。護(hù)頂方式由下位直接頂?shù)耐暾源蛩?。在金屬網(wǎng)假頂工作面，依據(jù)鋪網(wǎng)層數(shù)、網(wǎng)的質(zhì)量，可確定是否在頂梁上鋪板皮以及確定最大柱距。2023/12/5山東科技大學(xué)15特種支護(hù)的選擇特種支護(hù)主要用來防止頂板事故，它是根本支護(hù)的“加強(qiáng)”和“補(bǔ)充”。特種支護(hù)一般用于事故多發(fā)地段，即放頂線、端頭、煤壁處及局部構(gòu)造地段。2023/12/5山東科技大學(xué)16放頂線的特種支護(hù)放頂線的頂板事故一般有推垮、壓垮和沖矸三類，就目前的支護(hù)裝備水平，相應(yīng)的特種支護(hù)主要有戧棚〔柱〕、密集、墩柱、木垛、擋矸簾等。1〕防止向傾斜推垮的特種支護(hù)；2〕防止向采空區(qū)推垮的特種支護(hù)；3〕防止向煤壁推垮的特種支護(hù)可選用向采空區(qū)方向的戧棚〔或戧柱〕。2023/12/5山東科技大學(xué)17端頭特種支護(hù)端頭是事故多發(fā)地段，因此，也是支護(hù)的重點(diǎn)。端頭特種支護(hù)要求整體性強(qiáng)，抗壓性能好。目前，用的比較好的主要有四對(duì)八根長(zhǎng)梁〔雙楔鉸接頂梁〕、十字頂梁支架。2023/12/5山東科技大學(xué)18〔Ⅰ〕四對(duì)八根長(zhǎng)梁端頭支護(hù)2023/12/5山東科技大學(xué)19〔Ⅱ〕十字頂梁端頭支護(hù)2023/12/5山東科技大學(xué)20〔Ⅲ〕木垛(Ⅳ)機(jī)巷破頂掘進(jìn)采場(chǎng)下端頭的特種支護(hù)2023/12/5山東科技大學(xué)21煤壁處的特種支護(hù)1〕防止裂開頂板在機(jī)道處垮落的貼幫柱；2〕防止大采高松軟煤層煤壁片幫的背幫措施。全承載支護(hù)全承載支護(hù)是指將末排回下的支柱，支到前排支柱的內(nèi)側(cè)，這樣既可加強(qiáng)后排的支護(hù)，又得意護(hù)支柱。因此，應(yīng)提倡承受全承載支護(hù)。全承載支護(hù)也可看成是一種最根本的特種支護(hù)。2023/12/5山東科技大學(xué)222.3確定工作面控頂距控頂距的定義和根本控頂距1〕控頂距：從煤壁到最終一排支柱的距離。2〕根本控頂距：依據(jù)安全生產(chǎn)的根本要求，采場(chǎng)至少必需有3硐分別供運(yùn)煤、行人和堆料用，因此，在“見四回一”的采場(chǎng)，根本控頂距最大為4硐，最小為3硐，在“見五回二”的采場(chǎng)，最大控頂距為5硐，最小為3硐，任何小于3硐的控頂距在安全方面都是不允許的。2023/12/5山東科技大學(xué)23

2023/12/5山東科技大學(xué)24影響控頂距的因素復(fù)合頂板下處于不同推動(dòng)階段、局部地質(zhì)構(gòu)造影響、支架性能、頂板的完整性、根本頂?shù)臎_擊程度、工藝特點(diǎn)〔頂梁長(zhǎng)度、進(jìn)尺、放頂距等〕、瓦斯、采高、傾角等。2023/12/5山東科技大學(xué)25合理控頂距確實(shí)定一般條件下的控頂距當(dāng)回采工作面各方面條件無特殊變化和特殊要求時(shí)，一般選3~4硐控頂，控頂距按LK的表達(dá)式計(jì)算。復(fù)合頂初次垮落期間的控頂距依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)閱歷，此階段一般承受4～5硐控頂。尤其在下位直接頂厚度1.5m以下且比較堅(jiān)硬的回采工作面。2023/12/5山東科技大學(xué)26松軟頂板的控頂距松軟頂板垮落簡(jiǎn)潔冒入控頂區(qū)，即超前垮落〔如以下圖所示〕。造成了后排支柱“支空”，稍受擾動(dòng)，支柱將被推倒。2023/12/5山東科技大學(xué)27

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2023/12/5山東科技大學(xué)29堅(jiān)硬直接頂采場(chǎng)的控頂距當(dāng)堅(jiān)硬直接頂斷縫位于放頂線四周時(shí)，假設(shè)控頂距太小，垮落的大塊矸石極易沖至煤壁而發(fā)生傷亡事故。因此，這種采場(chǎng)控頂距確定的原則是：回柱前，煤壁到斷裂線之間必需有2～3硐的安全空間，否則不準(zhǔn)回柱?？仨斁嗟木唧w大小視頂板斷裂塊度打算〔如以下圖所示〕。2023/12/5山東科技大學(xué)30特松軟底板的控頂距盡可能縮小控頂距復(fù)合頂板〔包括“夾心”頂板〕采場(chǎng)調(diào)面時(shí)的控頂距回采工作面上部擴(kuò)大控頂距團(tuán)塊狀頂板下的控頂距大采高、大傾角采場(chǎng)的控頂距2023/12/5山東科技大學(xué)312.4計(jì)算合理支柱密度頂板支和護(hù)的關(guān)系1〕頂板支護(hù)包括支和護(hù)兩個(gè)方面，“支”的對(duì)象，重點(diǎn)是根本頂和堅(jiān)硬直接頂；“護(hù)”的對(duì)象，主要是煤層上0.5m范圍內(nèi)的直接頂或偽頂。2〕在給定支護(hù)裝備的前提下，支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)既能保證“支”住頂板壓力，又能保證“護(hù)”住下位直接頂?shù)摹芭镩g”裂開巖體，即合理的支柱密度應(yīng)當(dāng)取支密度和護(hù)密度中的最大值。2023/12/5山東科技大學(xué)32

2023/12/5山東科技大學(xué)33護(hù)密度確實(shí)定護(hù)頂?shù)臏?zhǔn)則是：所選棚距應(yīng)保證不因護(hù)頂材料強(qiáng)度缺乏而發(fā)生冒頂事故及金屬網(wǎng)下不消失網(wǎng)兜。其力學(xué)保證條件是：護(hù)頂材料能托住兩棚間裂開巖體的重量。護(hù)密度主要由直接頂〔包括偽頂〕的完整性指數(shù)和護(hù)頂材料的強(qiáng)度打算，由于不同材料的強(qiáng)度差異很大，因此，同樣頂板條件的采場(chǎng)，護(hù)密度可能因護(hù)頂材料的不同而不同。2023/12/5山東科技大學(xué)34案例中平能化集團(tuán)大莊礦己18－25050工作面的支護(hù)設(shè)計(jì)2023/12/5山東科技大學(xué)35炮采工作面回采工藝技術(shù)裝備簡(jiǎn)潔，投資少，見效快，適應(yīng)性強(qiáng)，操作技術(shù)易把握，生產(chǎn)技術(shù)治理比較簡(jiǎn)潔。在開采邊角煤、回采煤柱、地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單區(qū)域及中小型煤礦仍在使用。2023/12/5山東科技大學(xué)36中小型煤礦仍在使用炮采，工作面支護(hù)設(shè)計(jì)是《作業(yè)規(guī)程》編制時(shí)必需計(jì)算的，本節(jié)闡述中平能化集團(tuán)大莊礦己18－25050工作面的支護(hù)設(shè)計(jì)。2023/12/5山東科技大學(xué)371工作面地質(zhì)狀況大莊礦己18－25050工作面位于己5采區(qū)，地面標(biāo)高190～196m，工作面底板標(biāo)高－78～－86m。走向長(zhǎng)度495m，傾斜長(zhǎng)度96m，煤層傾角2°～4°，煤層平均厚度1.5m，工作面頂?shù)装鍫顩r見表1。工作面沿煤層傾向布置，走向長(zhǎng)壁一次采全高，承受全部垮落法治理頂板。2023/12/5山東科技大學(xué)38表1工作面頂?shù)装鍫顩r

2023/12/5山東科技大學(xué)392采煤工作面支護(hù)設(shè)計(jì)2.1工作面支柱規(guī)格選擇〔1〕支柱最大高度計(jì)算Hmax＝Mmax－b0＝1.6－0.1＝1.5〔m〕〔2〕支柱最小高度計(jì)算Hmin＝Mmin－b0－△Sx－a0＝1.4－0.1－0.17－0.05＝1.08〔m〕式中，Mmax：工作面開采范圍內(nèi)的煤層最大采高，m；Mmin：工作面開采范圍內(nèi)的煤層最小采高，m；b0：頂梁的厚度，b0＝0.1m；△Sx：頂板下沉量；a0：工作面頂板備用下縮量，取a0＝0.05m。2023/12/5山東科技大學(xué)40△Sx＝ηMminL1＝0.025×1.6×4.2＝0.168〔m〕〔取△Sx＝0.17m〕式中，η：頂板下沉系數(shù)，取η＝0.025；L1：工作面頂板最大控頂距，L1＝4.2m。工作面選擇支柱型號(hào)規(guī)格DZ16－300/100，支柱最大高度1.6m大于計(jì)算所需高度1.5m；支柱最小高度0.98m小于計(jì)算所需支柱高度1.08m。符合工作面使用的要求。2023/12/5山東科技大學(xué)41〔3〕工作面所需支柱、頂梁數(shù)量N＝LN〔L/b＋1〕＝4×〔96/0.6+1〕＝644〔根〕式中，LN：最大控頂距時(shí)支柱的排數(shù)，LN＝4；L：工作面的長(zhǎng)度，L＝96m?？紤]工作面臨時(shí)支護(hù)、加強(qiáng)支護(hù)、端頭支護(hù)與備用量的要求，工作面支柱須增加15%～20%，頂梁須增加15%～20%。工作面須配備支柱750根，頂梁750根。2023/12/5山東科技大學(xué)42

2023/12/5山東科技大學(xué)432.3支柱有效工作阻力承受油缸直徑為100mm的單體液壓支柱型號(hào)為DZ16－30/100型。R＝R1×K1×K2＝294×0.9×0.9＝238.14kN/根式中，R—支柱工作阻力，KN/根；R1—支柱額定工作阻力，294kN/根；K1—支柱增阻系數(shù)，取0.9；K2—支柱不均系數(shù)，取0.9。2023/12/5山東科技大學(xué)442.4工作面支護(hù)密度n＝P/R＝277.83/238.14＝1.17根/m22.5工作面排距柱距確實(shí)定依據(jù)工作面條件及礦上條件，選取金屬鉸接頂梁HDJA－1000型。依據(jù)頂梁長(zhǎng)確定排距a＝1m。柱距b＝1/n＝1/1×1.17＝0.85m。選取柱距b＝600mm，完全可以滿足支護(hù)強(qiáng)度及支護(hù)密度、的要求。2023/12/5山東科技大學(xué)452.6工作面底板比壓校核工作面使用支柱油缸直徑全部為100mm，初撐力F＝90KN，計(jì)算出支柱對(duì)底板的比壓P1為：P1＝F/S1＝F/π〔D/2〕2＝90×103/〔3.14×0.052〕＝11.5MPa本工作面煤層厚1.4m，一次采全高，底板灰?guī)r，依據(jù)地質(zhì)部門供給資料，其底板比壓P2為：P2＝16～32MPa。由于P2>P1，單體液壓支柱不會(huì)鉆底。2023/12/5山東科技大學(xué)462.7兩巷超前支護(hù)設(shè)計(jì)兩巷超前支護(hù)使用單體液壓支柱協(xié)作金屬鉸接頂梁支護(hù)，單體液壓支柱承受DZ16－30/100、DZ22－30/300、DZ25－25/100