第十一章打眼

1、1第四篇準(zhǔn)備方式與采煤方法第四篇準(zhǔn)備方式與采煤方法2主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第第1111章章 礦山壓力及其控制礦山壓力及其控制第第一一節(jié)節(jié) 煤層圍巖分類煤層圍巖分類第第二二節(jié)節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)影響工作面礦山壓力的顯現(xiàn)影響第第三三節(jié)節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題34開(kāi)挖過(guò)程地下巖層及煤層運(yùn)移規(guī)律模擬開(kāi)挖過(guò)程地下巖層及煤層運(yùn)移規(guī)律模擬5開(kāi)挖過(guò)程地下巖層及煤層運(yùn)移規(guī)律模擬開(kāi)挖過(guò)程地下巖層及煤層運(yùn)移規(guī)律模擬6開(kāi)挖過(guò)程地下巖層及煤層運(yùn)移規(guī)律模擬開(kāi)挖過(guò)程地下巖層及煤層運(yùn)移規(guī)律模擬7開(kāi)挖過(guò)程地下巖層及煤層運(yùn)移規(guī)律模擬開(kāi)挖過(guò)程地下巖層及煤層運(yùn)移規(guī)律模擬8巷道圍

2、巖變形及應(yīng)力分布9層狀巖層中的復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)10錨桿支護(hù)巷道變形情況錨桿支護(hù)巷道變形情況 11第一節(jié)第一節(jié) 煤層圍巖分類煤層圍巖分類12第一節(jié)第一節(jié) 煤層圍巖分類煤層圍巖分類13第二節(jié)第二節(jié) 工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律一、支承壓力一、支承壓力 （一）支承壓力的形成（一）支承壓力的形成 當(dāng)煤體未采動(dòng)前，煤體內(nèi)的應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，煤體上當(dāng)煤體未采動(dòng)前，煤體內(nèi)的應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，煤體上所受的力為上覆巖層的重力所受的力為上覆巖層的重力H（巖層的容重，巖層的容重，t/m3；H煤層距地面的深度，煤層距地面的深度，m）。）。 當(dāng)在煤體內(nèi)開(kāi)掘切眼后，破壞了應(yīng)力的平衡狀態(tài)，引起當(dāng)在煤體內(nèi)開(kāi)掘切

3、眼后，破壞了應(yīng)力的平衡狀態(tài)，引起應(yīng)力重新分布。這時(shí)在切割眼上部頂板內(nèi)形成了自然平應(yīng)力重新分布。這時(shí)在切割眼上部頂板內(nèi)形成了自然平衡衡“壓力拱壓力拱”。切眼上部巖體重量。切眼上部巖體重量Q由兩側(cè)煤壁平均分擔(dān)由兩側(cè)煤壁平均分擔(dān)。因此，在切割眼兩幫煤體中，產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象，。因此，在切割眼兩幫煤體中，產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象，這種集中應(yīng)力稱為這種集中應(yīng)力稱為支承壓力支承壓力。它的大小為原始應(yīng)力。它的大小為原始應(yīng)力H的的1.252.5倍，最大值可為原始應(yīng)力的倍，最大值可為原始應(yīng)力的24倍或更大。倍或更大。14煤體內(nèi)開(kāi)掘切割眼后應(yīng)力重新分布a切眼寬度；Q切眼上部巖體重量；H煤層距地面深度；上覆巖層的容重15

4、工作面圍巖應(yīng)力分布a增壓區(qū)；b減壓區(qū)；c穩(wěn)壓區(qū)16 從圖看出，由于采動(dòng)影響的結(jié)果，在工作面前方煤體中和從圖看出，由于采動(dòng)影響的結(jié)果，在工作面前方煤體中和工作面后方的采空區(qū)內(nèi)，根據(jù)壓力分布不同可分為三個(gè)區(qū)工作面后方的采空區(qū)內(nèi)，根據(jù)壓力分布不同可分為三個(gè)區(qū)： a增壓（支承壓力）區(qū)，它的應(yīng)力大于原始應(yīng)力；增壓（支承壓力）區(qū)，它的應(yīng)力大于原始應(yīng)力； b減壓區(qū)，它的應(yīng)力小于原始應(yīng)力；減壓區(qū)，它的應(yīng)力小于原始應(yīng)力； c穩(wěn)壓區(qū)，它的應(yīng)力等于原始應(yīng)力。穩(wěn)壓區(qū)，它的應(yīng)力等于原始應(yīng)力。 在采煤工作面上下兩端的區(qū)段煤柱內(nèi)，也由于采煤和掘進(jìn)在采煤工作面上下兩端的區(qū)段煤柱內(nèi)，也由于采煤和掘進(jìn)區(qū)段平巷而形成支承壓力，它的

5、分布特征和工作面前方的區(qū)段平巷而形成支承壓力，它的分布特征和工作面前方的支承壓力基本相同。當(dāng)采煤工作面推進(jìn)較長(zhǎng)距離后，區(qū)段支承壓力基本相同。當(dāng)采煤工作面推進(jìn)較長(zhǎng)距離后，區(qū)段煤柱內(nèi)的支承壓力，可隨頂板垮落而逐漸消失。煤柱內(nèi)的支承壓力，可隨頂板垮落而逐漸消失。17 （二）影響支承壓力大小、分布的因素（二）影響支承壓力大小、分布的因素 支承壓力的大小及其分布與頂板懸露的面積和時(shí)間、支承壓力的大小及其分布與頂板懸露的面積和時(shí)間、開(kāi)采深度、采空區(qū)充填程度、頂?shù)装鍘r性、煤質(zhì)軟硬開(kāi)采深度、采空區(qū)充填程度、頂?shù)装鍘r性、煤質(zhì)軟硬有關(guān)。有關(guān)。 采空區(qū)頂板懸露面積越大，時(shí)間越長(zhǎng)，頂板壓力就越采空區(qū)頂板懸露面積越大，

6、時(shí)間越長(zhǎng)，頂板壓力就越大，而支承壓力的分布范圍和集中程度越大。大，而支承壓力的分布范圍和集中程度越大。 開(kāi)采深度越大，懸露頂板的重量越大，支承壓力也越開(kāi)采深度越大，懸露頂板的重量越大，支承壓力也越大。大。 采空區(qū)充填程度越密實(shí)，煤壁內(nèi)支承壓力越小。采空區(qū)充填程度越密實(shí)，煤壁內(nèi)支承壓力越小。18 頂板巖層越堅(jiān)硬，頂板壓力分布越均勻，支承壓力的頂板巖層越堅(jiān)硬，頂板壓力分布越均勻，支承壓力的集中程度就比較小。集中程度就比較小。 底板巖層堅(jiān)硬，支承壓力影響范圍大，但集中程度小底板巖層堅(jiān)硬，支承壓力影響范圍大，但集中程度小。 煤質(zhì)堅(jiān)硬，支承壓力比較集中，影響范圍較??；反之煤質(zhì)堅(jiān)硬，支承壓力比較集中，影響

7、范圍較小；反之，煤質(zhì)松軟，變形和破壞程度越大，則支承壓力分布，煤質(zhì)松軟，變形和破壞程度越大，則支承壓力分布范圍越大，集中程度越低。范圍越大，集中程度越低。19 頂、底板均為厚而堅(jiān)硬的巖層，煤質(zhì)很堅(jiān)硬；開(kāi)采深度又較頂、底板均為厚而堅(jiān)硬的巖層，煤質(zhì)很堅(jiān)硬；開(kāi)采深度又較大；形成很大的支承壓力時(shí)，就可能產(chǎn)生沖擊地壓。大；形成很大的支承壓力時(shí)，就可能產(chǎn)生沖擊地壓。 生產(chǎn)中必須重視支承壓力的作用和影響，在開(kāi)采自然條件不生產(chǎn)中必須重視支承壓力的作用和影響，在開(kāi)采自然條件不能改變的情況下，從開(kāi)采技術(shù)上，應(yīng)盡量設(shè)法減輕支承壓力能改變的情況下，從開(kāi)采技術(shù)上，應(yīng)盡量設(shè)法減輕支承壓力集中程度，除上述措施外，還可采取加

8、快工作面推進(jìn)速度，集中程度，除上述措施外，還可采取加快工作面推進(jìn)速度，減少頂板懸露時(shí)間；縮小控頂距，減小支承壓力。減少頂板懸露時(shí)間；縮小控頂距，減小支承壓力。2021 初次來(lái)壓的特點(diǎn)是：初次來(lái)壓的特點(diǎn)是： 工作面頂板下沉量和下工作面頂板下沉量和下沉速度急增，甚至出現(xiàn)沉速度急增，甚至出現(xiàn)臺(tái)階式下沉；頂板破碎臺(tái)階式下沉；頂板破碎；甚至出現(xiàn)也煤壁平行；甚至出現(xiàn)也煤壁平行的裂隙，有時(shí)發(fā)出巨大的裂隙，有時(shí)發(fā)出巨大的斷裂聲；支架受力增的斷裂聲；支架受力增加，采空區(qū)掉塊；煤壁加，采空區(qū)掉塊；煤壁嚴(yán)重片幫。嚴(yán)重片幫。 初次來(lái)壓時(shí)，工作面初次來(lái)壓時(shí)，工作面要采取措施，如沿放要采取措施，如沿放頂線加強(qiáng)支護(hù)（增設(shè)頂

9、線加強(qiáng)支護(hù)（增設(shè)排柱、木垛、斜撐、排柱、木垛、斜撐、抬棚）、強(qiáng)制放落頂抬棚）、強(qiáng)制放落頂板等。板等。圖53 基本頂初次垮落L1-初次垮落步距22 三、周期來(lái)壓三、周期來(lái)壓 基本頂初次垮落后，工作面暫時(shí)免除了基本頂下沉的基本頂初次垮落后，工作面暫時(shí)免除了基本頂下沉的影響，支架受力減輕，基本頂由雙支板梁變?yōu)閼冶哿河绊懀Ъ苁芰p輕，基本頂由雙支板梁變?yōu)閼冶哿骸Ｉ细矌r層的重量主要由基本老頂懸臂梁直接傳給煤。上覆巖層的重量主要由基本老頂懸臂梁直接傳給煤壁，部分由垮落的矸石承擔(dān)。壁，部分由垮落的矸石承擔(dān)。圖54 基本頂周期垮落（來(lái)壓）示意圖L2-周期垮落步距；h直接頂厚度；m煤層厚度23四、頂板下沉四、

10、頂板下沉 在工作面推進(jìn)過(guò)程中在工作面推進(jìn)過(guò)程中，采空區(qū)不斷擴(kuò)大，上，采空區(qū)不斷擴(kuò)大，上覆巖層移動(dòng)下沉而破壞覆巖層移動(dòng)下沉而破壞，根據(jù)破壞的特征，上，根據(jù)破壞的特征，上覆巖層沿豎直方向自下覆巖層沿豎直方向自下而上可分為三帶：而上可分為三帶：冒落冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶、裂隙帶、彎曲下沉帶帶。在這三帶中，冒落。在這三帶中，冒落帶和裂隙帶直接關(guān)系到帶和裂隙帶直接關(guān)系到工作面的頂板管理，彎工作面的頂板管理，彎曲下沉帶對(duì)工作面沒(méi)有曲下沉帶對(duì)工作面沒(méi)有多大影響。多大影響。圖55巖層移動(dòng)推測(cè)圖(a)巖層內(nèi)部破壞推測(cè)圖；(b)裂隙帶巖層移動(dòng)曲線；（c）沿工作面推進(jìn)方向的分區(qū) 1冒落帶；2裂隙帶；3彎曲下沉帶

11、24第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇25 木支柱木支柱的工作性能差、利用率低、消耗量大、且資的工作性能差、利用率低、消耗量大、且資源有限，因此使用很少。源有限，因此使用很少。 剛性金屬支柱剛性金屬支柱是由鋼管或鋼軌加工制成，本身無(wú)縮是由鋼管或鋼軌加工制成，本身無(wú)縮性，工作時(shí)頂部的木質(zhì)柱帽，具有較小的可縮性。性，工作時(shí)頂部的木質(zhì)柱帽，具有較小的可縮性。一般只適用于極薄煤層，或頂板下沉量極小且煤層一般只適用于極薄煤層，或頂板下沉量極小且煤層厚度變化不大的薄煤層。厚度變化不大的薄煤層。 摩擦式金屬摩擦式金屬支柱有兩種：急增阻式的支柱有兩種：急增阻式的HZJA型；

12、微型；微增阻式增阻式HZWA型。型。 26HZJA 1-柱體；2-活柱；3-頂蓋4-鎖箍 5-水平楔；6-底座 HZJA-1000型支柱工作特性曲線1實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果；2井下測(cè)定結(jié)果 27 液壓支柱液壓支柱是利用高壓是利用高壓油或乳化液來(lái)升柱支油或乳化液來(lái)升柱支撐頂板。高壓油（乳撐頂板。高壓油（乳化液）由外部泵站供化液）由外部泵站供給，也可把油事先注給，也可把油事先注入支柱內(nèi)，再靠支柱入支柱內(nèi)，再靠支柱本身內(nèi)的油泵加壓為本身內(nèi)的油泵加壓為高壓油。前者稱為外高壓油。前者稱為外注式支柱；后者稱為注式支柱；后者稱為內(nèi)注式支柱。內(nèi)注式支柱。HZWA型金屬支柱特性曲線 L1自動(dòng)夾緊時(shí)的可縮量；L2最大工作

13、阻力時(shí)的可縮量；P0初撐力；P0始動(dòng)阻力；P1初始工作阻力；P2最大工作阻力28外注式單體液壓支柱圖1頂蓋；2三用閥；3活柱體；4油缸；5復(fù)位彈簧6活塞；7底座；8卸載手把；9-注液槍；10泵站供液；11注液時(shí)操縱手把方向；12-卸載時(shí)動(dòng)作方向單體液壓支柱的工作特性曲線P0初撐力；P1工作阻力；LY增阻期下縮量HDJA型金屬頂梁1接頭；2梁體；3耳子；4銷子；5調(diào)角楔2930第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇二、自移式液壓支架（二、自移式液壓支架（液壓支架液壓支架）為了解決支護(hù)與落煤不相適應(yīng)的情況，必須實(shí)行支護(hù)工作機(jī)械化。自移為了解決支護(hù)與落煤不相適應(yīng)的情況

14、，必須實(shí)行支護(hù)工作機(jī)械化。自移式液壓支架就是一種維護(hù)回采空間的機(jī)械化支護(hù)設(shè)備。它以高壓液體為式液壓支架就是一種維護(hù)回采空間的機(jī)械化支護(hù)設(shè)備。它以高壓液體為動(dòng)力，使支護(hù)頂板、移架、切頂、推移輸送機(jī)等工序一起完成。動(dòng)力，使支護(hù)頂板、移架、切頂、推移輸送機(jī)等工序一起完成。實(shí)踐表明：實(shí)踐表明：液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移設(shè)速度快、安全可靠液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移設(shè)速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。它與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)為配合使用，就組成了回采工作面等優(yōu)點(diǎn)。它與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)為配合使用，就組成了回采工作面的綜合機(jī)械化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化采煤。的綜合機(jī)械化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化采煤。目前國(guó)

15、產(chǎn)的液壓支架類型有：目前國(guó)產(chǎn)的液壓支架類型有：BZZCBZZC型、型、TZTZ型、型、WKM400WKM400型、型、DM400DM400型型、ZYZZYZ型、型、ZYZY型等。型等。按液壓支架與圍巖的相互作用，可分為：按液壓支架與圍巖的相互作用，可分為：支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式三種。三種。313233三機(jī)配套位置關(guān)系34第三節(jié)第三節(jié) 工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇 （一）支撐式液壓支架（一）支撐式液壓支架這種液壓支架是最早的一種類型，應(yīng)用仍較廣泛。按其構(gòu)造與動(dòng)這種液壓支架是最早的一種類型，應(yīng)用仍較廣泛。按其構(gòu)造與動(dòng)作的不同，有作的不同，有

16、垛式和節(jié)式垛式和節(jié)式兩種。兩種。垛式液壓支架垛式液壓支架的外形和作用好象木垛一樣，礦稱為垛式液壓支架的外形和作用好象木垛一樣，礦稱為垛式液壓支架。它由頂梁。它由頂梁1 1、立柱、立柱2 2、擋矸簾、擋矸簾3 3、底座箱、底座箱4 4、推移千斤頂、推移千斤頂5 5、操作控、操作控制裝置等組成。制裝置等組成。垛式液壓支架工作阻力大，側(cè)向穩(wěn)定性和切頂性能好，工作空間垛式液壓支架工作阻力大，側(cè)向穩(wěn)定性和切頂性能好，工作空間較大，易滿足通風(fēng)要求；但由于頂梁比較寬長(zhǎng)，移較大，易滿足通風(fēng)要求；但由于頂梁比較寬長(zhǎng)，移架架時(shí)頂板懸露時(shí)頂板懸露面積較大，在直接頂破碎的條件下使用是困難的。面積較大，在直接頂破碎的條

17、件下使用是困難的。節(jié)式液壓支架節(jié)式液壓支架由前后立柱、頂梁、底座組成一個(gè)框節(jié)。通常由兩由前后立柱、頂梁、底座組成一個(gè)框節(jié)。通常由兩個(gè)框節(jié)組成一架節(jié)式支架，有時(shí)也可由三節(jié)或更多框節(jié)組成，故個(gè)框節(jié)組成一架節(jié)式支架，有時(shí)也可由三節(jié)或更多框節(jié)組成，故稱為節(jié)式液壓支架。各框節(jié)之間有一定的連接，移架時(shí)，主、副稱為節(jié)式液壓支架。各框節(jié)之間有一定的連接，移架時(shí)，主、副架互為支點(diǎn)，交錯(cuò)前移。與垛式比較，結(jié)構(gòu)較靈巧、重量較輕、架互為支點(diǎn)，交錯(cuò)前移。與垛式比較，結(jié)構(gòu)較靈巧、重量較輕、移架時(shí)頂板懸露面積較小、對(duì)頂板適應(yīng)性較好；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)移架時(shí)頂板懸露面積較小、對(duì)頂板適應(yīng)性較好；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差、維護(hù)費(fèi)高。一般

18、適用于中硬或較松軟的頂板，厚度為定性差、維護(hù)費(fèi)高。一般適用于中硬或較松軟的頂板，厚度為0.6m0.6m3.2m3.2m的煤層。的煤層。 3536373839圖1113 垛式液壓支架1頂梁；2前梁；3立柱；4控制閥；5推移裝置；6底座圖1114 節(jié)式液壓支架1前梁；2立柱；3底座；4千斤頂；5閥座；6彈簧鋼帶 40 （二）掩護(hù)式液壓支架（二）掩護(hù)式液壓支架 這種支架一般由頂梁、掩護(hù)梁、底座、立柱、連桿、推移和操縱這種支架一般由頂梁、掩護(hù)梁、底座、立柱、連桿、推移和操縱裝置等組成。這種支架的頂梁較短，掩護(hù)梁較長(zhǎng)，其上、下端分裝置等組成。這種支架的頂梁較短，掩護(hù)梁較長(zhǎng)，其上、下端分別與頂梁和底座鉸接

19、，而立柱一般是支承在掩護(hù)梁與底座之間，別與頂梁和底座鉸接，而立柱一般是支承在掩護(hù)梁與底座之間，承受掩護(hù)梁上的矸石，故稱為掩護(hù)式支架。承受掩護(hù)梁上的矸石，故稱為掩護(hù)式支架。 這種支架防護(hù)性能好，尤其是破碎頂板情況下更為突出。但支撐這種支架防護(hù)性能好，尤其是破碎頂板情況下更為突出。但支撐力較??；切頂性能較差；工作空間較小，不利于操作和通風(fēng)。力較小；切頂性能較差；工作空間較小，不利于操作和通風(fēng)。 （三）支撐掩護(hù)式液壓支架（三）支撐掩護(hù)式液壓支架 實(shí)質(zhì)上就是支撐式和掩護(hù)式的組合型支架。這以支撐為主，同時(shí)實(shí)質(zhì)上就是支撐式和掩護(hù)式的組合型支架。這以支撐為主，同時(shí)又有掩護(hù)作用，故稱為支撐掩護(hù)式支架。它由較長(zhǎng)

20、的頂梁、較短又有掩護(hù)作用，故稱為支撐掩護(hù)式支架。它由較長(zhǎng)的頂梁、較短的掩護(hù)梁、四根立柱組成。的掩護(hù)梁、四根立柱組成。41掩護(hù)式支架4243掩護(hù)式支架44圖1115 掩護(hù)式液壓支架1掩護(hù)梁；2頂梁；3立柱；4側(cè)護(hù)板；5連桿； 6推移千斤頂；7底座圖1116 支撐掩護(hù)式液壓支架1、2護(hù)幫裝置；3前梁；4頂梁；5、6立柱；7掩護(hù)梁； 8、9連桿；10底座；11推移裝置45 懸移支架懸移支架-炮炮采采465.5m大采高4748薄煤層495051極薄煤層電液控制液壓支架 52 （四）液壓支架的選型（四）液壓支架的選型 影響液壓支架選型的主要因素是：影響液壓支架選型的主要因素是：地質(zhì)條件地質(zhì)條件（頂板的穩(wěn)

21、定（頂板的穩(wěn)定性、巖性、厚度）；性、巖性、厚度）；底板的穩(wěn)定性；煤的厚度（采高）、底板的穩(wěn)定性；煤的厚度（采高）、傾角、地質(zhì)構(gòu)造、沼氣含量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件傾角、地質(zhì)構(gòu)造、沼氣含量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件。 如頂板不穩(wěn)定，起伏不平，支架的整體頂梁不能有效地支如頂板不穩(wěn)定，起伏不平，支架的整體頂梁不能有效地支撐頂板，這時(shí)就應(yīng)選用鉸接頂梁支架。撐頂板，這時(shí)就應(yīng)選用鉸接頂梁支架。 根據(jù)頂板巖性的不同，可采用根據(jù)頂板巖性的不同，可采用支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式式。 因?yàn)橹Ъ苤饕侵沃苯禹數(shù)闹亓?，所以支架的工作阻力因?yàn)橹Ъ苤饕侵沃苯禹數(shù)闹亓?，所以支架的工作阻力，決定于直接頂?shù)膸r性、厚度（重量）。因此，一般要求，決定于直接頂?shù)膸r性、厚度（重量）。因此，一般要求支架的工作阻力大于或等于支架的工作阻力大于或等于4 46 6倍采高的直接頂?shù)闹亓勘恫筛叩闹苯禹數(shù)闹亓?；支架的初撐力一般要求為工作阻力的支架的初撐力一般要求為工作阻力?0%20%40%40%。為了避免。為了避免頂板過(guò)早下沉，要求支架的初撐力大些