第二篇：頂板控制及監(jiān)測(cè)02ppt課件

1、第三章第三章 預(yù)防冒頂事故的采場(chǎng)控頂設(shè)計(jì)預(yù)防冒頂事故的采場(chǎng)控頂設(shè)計(jì)概述綜采面的控頂設(shè)計(jì)單體工作面控頂距的確定單體支柱工作面控頂設(shè)計(jì)初放階段的控頂設(shè)計(jì)用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算有關(guān)老頂參數(shù)采場(chǎng)控頂設(shè)計(jì)的目標(biāo)：一、能最大限度地消除壓、漏、推冒頂隱患，防止發(fā)生各種類型的冒頂事故；二、所需費(fèi)用最少。p支架或支柱的工作阻力應(yīng)能支撐住工作空間及采空區(qū)上方垮落帶巖層的重量支）。p支架或支柱的初撐力應(yīng)能保持直接頂與老頂或下位23m巖層與上位巖層之間不離層切）。p支架或支柱的可縮量應(yīng)能適應(yīng)裂隙帶巖層的下沉讓）。p對(duì)厚層難冒頂板，應(yīng)松動(dòng)碎裂23倍采高頂板巖層，或在工作面前方有鉆眼爆破，高壓注水松動(dòng)碎裂頂板，或在采空區(qū)挑頂挑）

2、?？仨斣瓌t之二：預(yù)防漏冒型冒頂控頂原則之二：預(yù)防漏冒型冒頂p綜采時(shí)，如果直接頂比較軟弱，液壓支架應(yīng)在掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式中選用，且端面距不宜超過(guò)340mm。p單體支柱工作面，如果直接頂比較軟弱，支柱必須帶頂梁，頂梁上還須背板，甚至背嚴(yán)。柱距小于0.7m，同時(shí)端面距小于200mm 。p綜采支架的初撐力應(yīng)保證端面冒高不超過(guò)300mm；單體支柱的初撐力應(yīng)保證端面冒高不超過(guò)200mm。p工作面推進(jìn)過(guò)程中，若遇較大斷層帶，應(yīng)考慮采用固結(jié)法處理碎頂。控頂原則之三：預(yù)防推垮型冒頂p 支架能夠保證煤層上方23m巖層與上位巖層不離層，并沿切頂線主動(dòng)切斷下位23m巖層。p 單體支柱工作面，金屬網(wǎng)下采煤時(shí)，初撐力應(yīng)保

3、證網(wǎng)兜高度不超過(guò)150mm。p 復(fù)合頂板，初撐力應(yīng)能把下位軟巖層頂緊到上位硬巖層，并使其間的摩擦力足以防推。p 摩擦支柱面，采用“整體支架防推。預(yù)防冒頂事故的控頂設(shè)計(jì)特點(diǎn) 要求支架支柱有一定較高的初撐力來(lái)防壓、防漏、防推。-工作阻力是壓出來(lái)的，而初撐力是主動(dòng)支撐頂板的。 均按最不利的條件，確定支護(hù)參數(shù)。-因?yàn)閷?duì)于頂板事故是不允許有半點(diǎn)差錯(cuò)的。 控頂設(shè)計(jì)確定支架架型、支架工作阻力、初撐力、支架高度等。 要求防漏、防壓、防推。n 支撐式支架支撐性能好，但防護(hù)與穩(wěn)定性差，不適應(yīng)軟弱頂板或傾角大的煤層。n 掩護(hù)式支架防護(hù)與穩(wěn)定性很好，但支撐性能差，不適應(yīng)垮落帶中有老頂?shù)臈l件。n 支撐掩護(hù)式支架-支撐性

4、、防護(hù)與穩(wěn)定性性能都很好，但造價(jià)較高。當(dāng)直接頂較軟時(shí)，需要考慮防漏；應(yīng)選用掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式支架。當(dāng)直接頂較軟時(shí),如果端面距過(guò)大,易引起端面冒頂。應(yīng)選用端面距不超過(guò)340mm又能及時(shí)支護(hù)的架型帶護(hù)幫裝置）。支架初撐力大，頂板下沉小，端面冒高小。掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式有向煤壁的推力，初撐力大，推力大，有利于控制端面冒高。在斷層破碎帶，應(yīng)采用固結(jié)法處理碎頂。工作阻力應(yīng)能支撐住工作空間及采空區(qū)上方垮落帶巖層的重量。 支架處于最不利的情況支撐老頂斷裂巖塊全部重量+直接頂巖層重量。支架的工作阻力支撐垮落帶巖重：Lz直接頂巖梁的長(zhǎng)度； Lz=Ld+Lh+LzxLd 端面距Lh 頂梁和前梁長(zhǎng)度之和Lzx支架后懸

5、頂長(zhǎng)度，頁(yè)巖，1.0m，砂頁(yè)巖，2.0m Llki垮落帶老頂?shù)趇分層巖塊的長(zhǎng)度。 hi=1.5m, Llki=6m, hi=2m, Llki=10m, hi=2.5m, Llki=14m. 1()cosiazlililkiPLhLh L 上述計(jì)算的差異： 垮落帶中無(wú)老頂：要考慮支架后方的直接頂懸頂。 垮落帶中有老頂：老頂下壓，仍考慮支架后直接頂?shù)膽翼敗?選支架時(shí)，阻力值小于支架額定工作阻力的50%65%。富裕系數(shù)為1.52.0。 初次來(lái)壓步距大于周期來(lái)壓2倍時(shí)，富裕系數(shù)應(yīng)取更大。 當(dāng)頂板很大時(shí)，支架立柱需要大流量的安全閥。 2. 綜采壓垮型冒頂?shù)目刂拼胧?初撐力應(yīng)能保持直接頂與老頂或下位巖層與

6、上位巖層不離層。 為達(dá)此目的，初撐力應(yīng)能把直接頂沿支架后端切斷。要使支架后端的直接頂處于固支狀態(tài)，支架的初撐力必須滿足三個(gè)條件：初撐力能平衡支架上方直接頂巖重；支架后端的初撐力能平衡采空區(qū)上方將要被切斷的直接頂懸頂巖重；初撐力產(chǎn)生的主動(dòng)力矩能平衡工作空間上方及采空區(qū)上方直接頂巖重所產(chǎn)生的力矩。p 平衡直接頂巖梁的初撐力：cos 01zahLLP p 平衡直接頂巖梁力矩的初撐力：)(2cos02 03lLhLLPzza闡明：為切斷直接頂，初撐力取上述三者的最大值。直接頂很厚時(shí)，切斷厚度2.53.0m。無(wú)直接頂時(shí)，切斷老頂厚度2.02.5m。 計(jì)算時(shí)，調(diào)整巖重；選取老頂懸頂距。1.5m厚老頂，懸3

7、m；2.0m厚，懸5m；2.5m厚，懸7m?；?qū)嶋H數(shù)據(jù)。 2. 綜采壓垮型冒頂?shù)目刂拼胧?支架的可縮量應(yīng)適應(yīng)垮落帶老頂?shù)南鲁?。最大控頂距時(shí)，頂梁末端頂板最大下沉量計(jì)算圖。 2. 綜采壓垮型冒頂?shù)目刂拼胧?2. 綜采壓垮型冒頂?shù)目刂拼胧┎蓤?chǎng)最大控頂距處的最大下沉量lzDLHLhDLlzL) 1() 1(1lilizKhKhMH 2.綜采壓垮型冒頂?shù)目刂拼胧﹑ 對(duì)厚層難冒頂板，采用鉆爆或注水法，松動(dòng)碎裂23倍采高巖層直接頂+老頂）。一般應(yīng)提前進(jìn)行碎裂。p 當(dāng)厚層難冒頂板不大時(shí)，只處理下部部分厚度，余下部分轉(zhuǎn)變?yōu)榱严稁r層。 將處理部分頂板巖層視為垮落帶巖層。 具有復(fù)合頂板，初撐力不足時(shí)，容易倒架。

8、 上下位巖層間的摩擦阻力防推。 初撐力可將下位巖層緊頂?shù)缴衔粠r層上。)sin1(cos fLhLPzxxa 4. 總結(jié)p 綜采頂板控制設(shè)計(jì)的主要目的是為了防推、防壓、防漏頂板事故。p 可以設(shè)計(jì)的是支架的初撐力，應(yīng)取上述三者的最大值( )。p 選型時(shí)，設(shè)計(jì)初撐力應(yīng)小于支架額定值的80%。p 新研制支架的初撐力應(yīng)有大于1.2 倍的富裕系數(shù)。 0 00,PPP 第三節(jié) 單體工作面控頂距的確定 控頂距從煤壁至密集支柱墩柱或采空區(qū)頂梁末端的一段距離。 最小控頂距為采煤所必須的最小空間寬度。 最大控頂距 最小控頂距加上放頂距一或二排）。 1. 放頂距的確定一排放頂距直接頂較松軟，回柱放頂能立即垮落。二排放

9、頂距直接頂較完整，回一排柱后較長(zhǎng)時(shí)間不垮落，工作面頂板壓力增大。p 頂梁長(zhǎng)度0.8或1.0m頂板軟，放頂距0.8或1.0m。頂板完整，放頂距1.62.0m。p 頂梁長(zhǎng)度1.2m直接頂完整，齊梁直線柱，頂板軟，錯(cuò)梁直線柱。放頂距均為1.2m。單體液壓柱初撐力大，采用一排放頂距。生產(chǎn)要求三排：機(jī)道、人行道和材料道。機(jī)道寬度一般為1.2m1.4m。人行道材料道由排距與頂梁長(zhǎng)度有關(guān)，一般為0.8m，1.0m，1.2m。并與采煤機(jī)截深相配套。增加一排柱老頂來(lái)壓，為增加支撐力。復(fù)合頂板初垮期間、工作面仰采、大采高大傾角工作面，增加穩(wěn)定性、通風(fēng)要求。有平行工作面的斷層或頂板臺(tái)階時(shí)，增加控頂距。直接頂軟碎，上

10、部巖層硬，易出現(xiàn)碎頂抽冒現(xiàn)象。需要增加支柱的穩(wěn)定性，增加控頂距。按下式。cos0hLw 第四節(jié) 單體支柱工作面控頂設(shè)計(jì)p 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：支柱、頂梁類型、支架排距與柱距、支柱的初撐力、密集支柱距墩柱的應(yīng)用等。p 已知量：頂梁長(zhǎng)度與排距，與采煤進(jìn)度與采煤機(jī)截深一并考慮?？仨斁嗯c放頂距。p 設(shè)計(jì)量：支柱初撐力、支護(hù)密度。 1.漏冒型冒頂?shù)目刂拼胧┌错敯孱愋痛_定支護(hù)原則堅(jiān)硬頂板無(wú)需護(hù)頂，支柱帶帽即可。中等穩(wěn)定支柱帶頂梁，頂梁與裂縫最好垂交。軟弱頂板帶頂梁，頂梁上加背板。特別碎的還要背嚴(yán)，柱距小于0.7m 。機(jī)頭機(jī)尾采用四對(duì)八梁。2控制端面冒頂頂板松軟時(shí)，應(yīng)采用恰當(dāng)?shù)闹号浜希刂贫嗣婢?，必要時(shí)增設(shè)短

11、梁，使其小于200mm。3控制單體面的端面冒高應(yīng)控制在200mm以內(nèi)，否則，頂板不好控制。一般初撐力愈大，端面冒高愈小。靠調(diào)壓實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)來(lái)解決。4鋪金屬網(wǎng)假頂解決碎頂當(dāng)直接頂板松軟破碎，或下行垮落開(kāi)采而冒矸又膠結(jié)不好時(shí)，應(yīng)采用金屬網(wǎng)假頂。當(dāng)垮落帶無(wú)老頂時(shí)，網(wǎng)下可用支柱與II型長(zhǎng)鋼梁組成的對(duì)棚邁步支架。 2.壓垮型冒頂?shù)目刂拼胧?.1 支架的工作阻力應(yīng)能支撐工作空間及采空區(qū)上方垮落帶巖重。一定密度基本柱阻力支撐工作空間的垮落帶。一定線密度的密集柱阻力支撐采空區(qū)的垮落帶。 工作空間上方單位面積垮落帶巖重確定基本支柱的密度：支柱平均工作阻力P的選?。?jiǎn)误w液壓柱按額定的60%；微增阻摩擦柱按額定的45

12、%；急增阻摩擦柱按額定的30%。PqKKnktg)1 (cos)(1ililikhhq機(jī)道寬度系數(shù)tpgxpggLLLLLLK)(末排柱后頂梁巖重系數(shù)tpgxttLLLLLK)(Lg-機(jī)道寬度；Lp-基本支柱排距；Lx-最小控頂距；Lt-末排柱距密集、墩柱或頂梁末端的距離；基本支柱柱距的確定：nLLpj1柱距一般不大于1.0m，不應(yīng)小于 0.5m。當(dāng)直接頂軟弱時(shí)，應(yīng)采用較小的柱距。2放頂線每米采空區(qū)上方垮落帶巖重：Llki-垮落帶中第i老頂分層巖塊長(zhǎng)度。分層厚1.5m時(shí)，為6m，分層厚2.0m時(shí)，為10m，分層厚2.5m時(shí)，為14m。cos)(1xlkiililizxkLLhrhLq確定密集支

13、柱的線密度：密集支柱工作阻力Pm的選取：?jiǎn)误w液壓柱按額定的80%；微增阻摩擦柱按額定的65%；急增阻摩擦柱按額定的50%。mkmPqn放頂線采用墩柱：mmkccPnqLPPc不應(yīng)大于額定的80%；Lc一般為1.5m或3.0 m。留意：（1垮落帶中只有直接頂時(shí)，放頂線每米采空區(qū)上方垮落帶巖重為coszxkhLq Lzx垮落帶直接頂?shù)臉O限懸頂長(zhǎng)度。頁(yè)巖為1.0m，砂頁(yè)巖為2.0m。（2垮落帶中只有直接頂時(shí)，又不設(shè)密集時(shí)無(wú)密集放頂），基本支柱的密度為：PLLLLqqKKntpgxkktg)(/)1 (2.2支架的初撐力應(yīng)保持直接頂與老頂或下位巖層與上位巖層之間不離層。為使不離層，支架的初撐力應(yīng)能把直

14、接頂沿放頂線切斷。則需：支架初撐力能平衡直接頂巖重包括懸頂）。放頂線支架初撐力能平衡采空區(qū)直接頂懸頂巖重。初撐力的主動(dòng)力矩能平衡直接頂巖梁所產(chǎn)生的力矩。 支架初撐力平衡直接頂巖梁的重量。所需的初撐力為mjizxxnLnnnLLhP/ .cos)(21 01 放頂線支架初撐力平衡采空區(qū)上方將被切斷直接頂懸頂巖重放頂線處，直接頂巖梁內(nèi)的剪應(yīng)力為零，拉應(yīng)力最大）。mzxnhLPcos 02 初撐力的主動(dòng)力矩能平衡工作空間上方及采空區(qū)上方直接頂巖梁所產(chǎn)生的力矩。) 1(.)(2cos)(212 03pgjipgjgjxmzxxLiLLnLLLnLLnLnLLhP為沿放頂線切斷直接頂，所需初撐力為上述三

15、者的最大值。如果初撐力過(guò)大，則支柱選型困難，此時(shí)應(yīng)減小柱距，加大支護(hù)密度來(lái)解決之。p 切斷直接頂?shù)暮穸炔怀^(guò)2.53.0m。p 無(wú)直接頂，切斷老頂厚度不超過(guò)2.02.5m。p 單體面，若需要切斷下位老頂，則需要切頂墩柱。初撐力計(jì)算方法同前。但需要：一是調(diào)整有關(guān)巖重的計(jì)算，二是老頂?shù)臉O限懸頂應(yīng)采用實(shí)際數(shù)據(jù)。p 參考數(shù)據(jù)：1.5m厚的老頂，懸3.0m。2.0m厚的老頂，懸5.0m。2.5m厚的老頂，懸7.0m。p 所需初撐力是墩柱間距與單位密集柱初撐力的乘積。2.3 支架的可縮量應(yīng)能適應(yīng)裂隙帶老頂?shù)南鲁?。頂板下沉量估算圖采場(chǎng)最大控頂距處的最大下沉量lzDLHLh 最大控頂距煤壁至密集、墩柱、或末排

16、柱的距離）。 老頂周期來(lái)壓步距，一般按實(shí)際或10m。H 裂隙帶老頂斷塊觸矸處的下沉量。DLlzL) 1() 1(11KhKhMHz設(shè)計(jì)支柱最大高度bMHmaxmax設(shè)計(jì)支柱最小高度abhMHminminb頂梁高度a 卸載高度留意：頂板下沉量不是支柱可縮量。因頂板下沉量由頂梁壓縮量、支柱下縮量、支柱鉆底量組成。底板較硬時(shí)，支柱下縮量占頂板下沉量的60%左右。2.4 對(duì)厚層難冒頂板，用鉆爆法或注水，松動(dòng)碎裂23倍采高頂板p 頂板厚度不大時(shí)，只處理下部分，剩下的厚度轉(zhuǎn)變?yōu)榱严稁Ш穸刃∮?-6m）。p 考慮控頂時(shí)，已處理部分視為垮落帶。p 超前工作面松動(dòng)頂板時(shí)，工作面上方將有大塊，故放頂線要有足夠大的

17、支撐能力。 3. 推垮型冒頂?shù)目刂拼胧?.1 復(fù)合頂板、支柱初撐力不足，導(dǎo)致推垮。 措施：提高初撐力，將下位巖層頂緊上位硬巖層，使其間摩擦力防推。)sin1(cos/ ).()(21 01fnLnnnLLhPmjizxxxxhx下位軟巖層厚度一般小于2.53m)。f 軟硬巖層間的摩擦系數(shù)，0.33.2 金屬網(wǎng)下、支柱初撐力不足，網(wǎng)兜過(guò)大超150mm），導(dǎo)致推垮。措施：提高初撐力。根據(jù)調(diào)壓試驗(yàn)或日常監(jiān)測(cè)確定。3.3 摩擦支柱面防推，因其初撐力小，只能用整體支架。注：支柱的初撐力應(yīng)取防推、防漏、防壓中的最大值。選型時(shí)，支柱或墩柱的初撐力應(yīng)為額定值的80%。為保持支柱剛度，初撐力不小于50kN。第五

18、節(jié) 初放階段的控頂設(shè)計(jì)1、直接頂?shù)某醮慰迓潢P(guān)鍵：沿放頂線切斷直接頂。需放頂線；另增初撐力的主動(dòng)力矩平衡采空區(qū)上方直接頂垮落帶巖重巖梁處于極限跨距時(shí)重量的一半產(chǎn)生的力矩。切斷采空區(qū)上方直接頂最大冒落分層垮落帶所需初撐力為4121)(cosxZDxcxZDvcZDZDoccLLLLhP 垮落帶直接頂最大冒落分層極限跨距，按實(shí)際或頁(yè)巖8m,砂頁(yè)巖12m。 最小控頂距。放頂線另增支柱的密度：DhZDxcLomcocczmcPPn 已有密集支柱的初撐力。omcP2。老頂初次來(lái)壓關(guān)鍵：沿放頂線支撐住垮落帶老頂。放頂線密集柱的工作阻力平衡采空區(qū)上方老頂垮落帶巖重巖梁處于極限跨距時(shí)重量的一半）。初次來(lái)壓時(shí)，垮

19、落帶老頂最上分層巖重為。cos21lxclslslcLhq 垮落帶老頂最上分層及其附加巖層厚度。 極限跨距，取實(shí)際或1.5m厚為20m，2.5m厚為20m。放頂線另增支柱的密度lshlxcLlmclclmcPqn 已有密集支柱的工作阻力。lmcP3、初放階段頂板控制注意的問(wèn)題p切直接頂、支老頂?shù)拿芗?，?yīng)在預(yù)計(jì)極限跨距前若干米處就應(yīng)架設(shè)。p當(dāng)達(dá)到預(yù)計(jì)步距而未垮，或未來(lái)壓時(shí)，應(yīng)采用增加密集柱初撐力或阻力的方法。應(yīng)按12天的推進(jìn)距重新設(shè)計(jì)計(jì)算。p老頂來(lái)壓前放頂線支撐老頂密集的線密度與正常生產(chǎn)的密集線密度不必疊加，取最大值即可。p對(duì)于綜采面，因不能隨意增加初撐力與工作阻力，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取較大的富裕系數(shù)。

20、若極限跨距太大，則需要挑頂?shù)绕渌o助措施。第六節(jié) 用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算有關(guān)老頂參數(shù)當(dāng)h(23)M直接頂厚度小于23倍采高時(shí)，如果老頂分層不是厚層難冒頂板，則設(shè)計(jì)的有關(guān)數(shù)據(jù)有：垮落帶中老頂分層數(shù)目及其厚度計(jì)算支撐力）。由第一裂隙帶老頂導(dǎo)致的頂板下沉量算支架可縮量）當(dāng)老頂分層情況不清楚時(shí)，如果有 （第i層老頂分層的厚度與 （第i 層老頂分層斷塊的長(zhǎng)度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)下列方法，可以把這兩者估算出來(lái)，而且是該條件下的最大值最不利情況）。lihlkiL 與 關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式lihlkiL) 1(82lilkihL =1.5m時(shí)， =6m。 =2.0m時(shí)， =10m。 =2.5m時(shí)， =14m。上式在 =1.

21、5m5.5m范圍內(nèi)的應(yīng)用。lihlkiLlihlihlkiLlkiLlihlihlkiL當(dāng)直接頂厚度小于23倍采高，而上面老頂分層厚度又小于56m時(shí)，判斷老頂分層帶別的方法：老頂分層厚度大于其下自由空間高度2m時(shí)，該老頂分層已進(jìn)入裂隙帶。判斷進(jìn)入裂隙帶老頂分層的公式2) 1() 1(101iziiKhKHMHHi由下而上第I層老頂?shù)暮穸?右邊包括附加巖層，左邊不包括)M煤層采高K1老頂及附加巖層的碎脹系數(shù)，1.151.33H直接頂厚度Kz直接頂巖層的碎脹系數(shù)，1.331.5老頂數(shù)據(jù)的估算方法條件：45，M=2.0m，h=5.0m， =25.0m，按最不利條件，Kz=1.33, Kl=1.15l

22、ih一、設(shè)H1=1.5mH1即為 ,是為了對(duì)應(yīng)1-1）1.設(shè)H1=1.5m, 2.0m, 2.5m, 3.0m.利用(1-1)判別.i=1時(shí),右邊=2-5(1.33-1)+2=2.35m H12.35m，H1 在垮落帶。i=2時(shí),右邊=2-1.5(1.15-1)+5(1.33-1)+2=2.125m H21.825m，H3為第一個(gè)進(jìn)入裂隙帶。1 lh （ 垮落帶巖層厚度） （代表垮落帶老頂巖重）（第一個(gè)進(jìn)入裂隙帶老頂厚度）（進(jìn)入裂隙帶老頂巖塊長(zhǎng)度）（第一個(gè)進(jìn)入裂隙帶老頂觸矸點(diǎn)下沉高度。H值為右邊數(shù)值減去2這里是I=3時(shí)右邊數(shù)值減2，為負(fù)值，因而取0）（代表工作面頂板下沉量）mH5 . 80 . 25 . 10 . 5垮mL