礦山壓力及其控制

內(nèi)容回顧一、頂板壓力的估算1、估算法（1）經(jīng)驗(yàn)估算法（2）從老頂平衡結(jié)構(gòu)關(guān)系估算（3）威爾遜估算2、實(shí)測法二、回采工作面前后支承壓力的分布三、影響采場礦山壓力顯現(xiàn)的主要因素第五章采場頂板支護(hù)方法

5.1頂板分類與底板特征

5.2采場支架類型與支架力學(xué)特性

5.3采場支架與圍巖相互作用原理

5.4綜合機(jī)械化工作面頂板控制設(shè)計(jì)

5.5單體液壓支柱工作面頂板控制設(shè)計(jì)

5.6采場來壓預(yù)報(bào)與支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測控制采場礦山壓力的重要性總體角度（礦井設(shè)計(jì)的問題）局部（支護(hù)和采空區(qū)處理）直接頂與老頂?shù)年P(guān)系控制工作面礦山壓力的方法掌握礦山壓力的規(guī)律回采工作面支架第一節(jié)頂板分類與底板特征一、對直接頂?shù)姆治?/p>

1、定性分析破碎頂板————頁巖、再生頂、煤頂中等穩(wěn)定頂板——砂頁巖、粉砂巖完整頂板————砂巖、堅(jiān)硬砂頁巖

按穩(wěn)定狀態(tài)原生裂隙構(gòu)造裂隙壓裂裂隙裂隙類型張裂隙剪裂隙2、定量分析按直接頂初次垮落步距分不穩(wěn)定頂板——中等穩(wěn)定頂板—穩(wěn)定頂板———3、雅格比分類法端面破碎度——端面破碎面積與梁端無支護(hù)面積之比。冒落敏感度E——端面距為1米時(shí)的端面破碎度。一類二類三類FAFh

直接頂：對支架選型、支護(hù)方式、局部冒頂?shù)绕鹬鲗?dǎo)作用；老頂：對直接頂穩(wěn)定性、來壓強(qiáng)度、支護(hù)強(qiáng)度、支架性能、采空區(qū)處理等起決定性作用。根據(jù)老頂取得平衡的條件，在采用全部垮落法的工作面中，一般情況下，老頂巖層對工作面頂板的壓力影響主要取決于直接頂?shù)暮穸?。顯然，老頂離煤層越遠(yuǎn)，即直接頂越厚，破斷后形成“結(jié)構(gòu)”和呈現(xiàn)緩慢下沉式平衡的可能性也越大。因此長期以來，生產(chǎn)單位常以直接頂厚度作為預(yù)計(jì)影響工作面礦山壓力顯現(xiàn)的重要指標(biāo)之一。二、對老頂分析

無來壓來壓明顯來壓嚴(yán)重堅(jiān)硬頂板塑性頂板

Ⅳ、老頂特別堅(jiān)硬，又無直接頂：這時(shí)頂板常在采空區(qū)懸露上萬平方米而不垮落，當(dāng)其垮落時(shí)，常常形成沖擊，造成事故。這類頂板稱為極堅(jiān)硬頂板。目前通常采用爆破方法強(qiáng)制放頂或高壓水方法使頂板軟化Ⅴ、能塑性彎曲的頂板：賦存在煤層之上的頂板，隨著工作面的推進(jìn)能緩慢下沉，而后逐漸與煤層底板相接觸。這種情況的形成，顯然與頂板巖層的性質(zhì)、采高及巖層厚度有關(guān)。一般只可能在薄煤層或厚度不大的中厚煤層的石灰?guī)r頂板中才出現(xiàn)。顯然老頂?shù)氖Х€(wěn)不僅與N有關(guān)，還與節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其在巖層中的分布有關(guān)，以及與老頂?shù)暮穸群秃闆r有關(guān)。因此對于具體條件，必須進(jìn)行具體分析。三、頂板分類方案

1、分類目的：規(guī)范化、科學(xué)化、系列化

2、分類方案：依據(jù)直接頂?shù)姆€(wěn)定性（強(qiáng)度、初垮步距）分為四類；依據(jù)直接頂厚高比、老頂來壓步距將老頂分為4級(jí)。直接頂：分為四類，其中1、2類各分為兩個(gè)亞類；

（不穩(wěn)定、中穩(wěn)、穩(wěn)定、非常穩(wěn)定）老頂：依據(jù)老頂初次來壓當(dāng)量將老頂分為4級(jí)。

（來壓不明顯、明顯、強(qiáng)烈、非常強(qiáng)烈）直接頂：一類二類三類四類不穩(wěn)定中等穩(wěn)定穩(wěn)定堅(jiān)硬原煤炭工業(yè)部頒發(fā)的緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類方案老頂：1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)來壓不明顯來壓明顯來壓強(qiáng)烈來壓極強(qiáng)烈原煤炭工業(yè)部頒發(fā)的緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類方案老頂初次來壓當(dāng)量四、底板特征

1、底板的力學(xué)特征

2、底板比壓——支架底座對單位面積底板所造成的壓力

支柱插入底板的破壞形式受支承壓力影響，產(chǎn)生變形。受支柱壓力作用，被壓入。整體剪切局部剪切其它剪切

整體剪切局部剪切其它剪切穿鞋破壞

整體剪切——當(dāng)載荷達(dá)到某一值后（極限抗壓入強(qiáng)度），突然下降。局部剪切——沒有明顯的突破點(diǎn)，隨載荷增加，壓入深度的變形率增長較快。其它剪切——界于二者之間，有突破點(diǎn)但不明顯，載荷超過突破點(diǎn)后，壓入深度明顯增大。木柱鞋抗壓強(qiáng)度較低，不宜使用第二節(jié)采場支架類型與特性一、支架類型木支架——————木柱+木梁摩擦金屬支架———摩擦柱+鉸接金屬梁單體液壓支架———液壓柱+鉸接金屬梁支撐式掩護(hù)式支撐掩護(hù)式

單體支架液壓支架普通支架端頭支架大采高支架放頂煤支架液壓支架的應(yīng)用范圍正在逐步擴(kuò)大二、支架的工作特性

單體支架特性應(yīng)為支架與頂梁的共同特性，當(dāng)頂梁為剛性材料時(shí)，支架特性主要由支柱特性決定。液壓支架特性不僅與支柱特性有關(guān)，而且與支架結(jié)構(gòu)有關(guān)。1、支柱特性

支柱力學(xué)特性——受頂板壓力作用，支柱變形（下縮）性質(zhì)。2、支柱的工作阻力支柱的撐力——支柱對頂板的主動(dòng)作用力支柱的工作阻力——支柱受頂板壓力作用而反映出來的力。（撐力——主動(dòng)力；阻力——被動(dòng)力）

初撐力——支柱剛架設(shè)時(shí)對頂板支撐力；

始動(dòng)阻力——頂板壓力下，支柱開始下縮時(shí)的阻力；

初工作阻力——阻力由急劇增長到緩慢增長的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處阻力；

額定工作阻力——支柱所能承受的最大載荷。急增阻微增阻恒阻支柱幾種典型特性曲線（P-s）3、支撐系統(tǒng)工作特性支撐系統(tǒng)——圍巖與支撐物所構(gòu)成的力學(xué)系統(tǒng)。

支撐系統(tǒng)=頂板+插背物+頂梁+支柱+（浮煤矸）+柱鞋+底板

支撐系統(tǒng)特性——支撐系統(tǒng)受力作用而呈現(xiàn)的變形性質(zhì)。

在對頂板的支撐中，實(shí)際是支撐系統(tǒng)工作特性在起作用。

支撐物的可縮性使支撐系統(tǒng)早期發(fā)生較大變形，阻力上不去，頂板離層。支柱插入底板可導(dǎo)致頂板管理惡化。正常情況插入底板

安全規(guī)程規(guī)定：

禁止將支柱架設(shè)在浮煤、浮矸上。

技術(shù)要求：

柱頂要插嚴(yán)背實(shí)；

煤底或軟巖底時(shí)，支柱要穿鞋（液柱鐵鞋）三、液壓支柱的結(jié)構(gòu)及特性：

1、類型：內(nèi)注液式：NDZ

外注液式：DZ2、結(jié)構(gòu)

3、DZ系列：

4、型號(hào)：DZ22—30/100DZ——普通單體液壓支柱PDZ——炮采單體液柱SDZ——三柱套（薄煤層）DZ系列系列高度22分米—額定阻力30噸/油缸內(nèi)徑100毫米內(nèi)注式和外注式各自特點(diǎn)？？？

5、初撐力：式中：——泵站工作壓力；

——活柱直徑；

——管路壓力損失系數(shù)。

6、液壓支柱工作原理：Ⅰ—升柱；Ⅱ—工作；Ⅲ—降柱1—活柱；2—柱體；3、9、10—管路；4—安全閥；5—單向閥；6—主回油路；7—主進(jìn)油路；8—操縱閥三、液壓支架支護(hù)方法分析

1、分類按支撐面積與掩護(hù)面積比值分類支撐式支撐掩護(hù)式掩護(hù)支撐式掩護(hù)式支撐式掩護(hù)支撐式支撐掩護(hù)式掩護(hù)式

支撐式

2、按支架結(jié)構(gòu)分類：掩護(hù)式支撐掩護(hù)式A---支撐式支架支護(hù)分析工作特點(diǎn)：

支撐力大，適宜堅(jiān)硬有來壓頂板；反復(fù)支撐次數(shù)多，不適宜破碎頂板；框式結(jié)構(gòu)，不能承受水平推力。優(yōu)點(diǎn)：通風(fēng)斷面大、行人方便、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕；

適用于：頂板穩(wěn)定，有來壓，瓦斯大的工作面。

支撐力的合力遠(yuǎn)離前端梁，重點(diǎn)在后柱。直接頂較為完整，老頂有明顯周期來壓，或采空區(qū)有較大的控頂距。A:在堅(jiān)硬頂板條件下，支架支撐力的分布分析合力，但是采空區(qū)冒落，形成對支架向煤壁方向強(qiáng)大的水平推力，支架易損壞。（優(yōu)先）B：破碎頂板條件下，采用良好的護(hù)頂措施（加強(qiáng)前梁的支撐力），使頂板和支架的支撐力分布相適應(yīng)。1.5m以下煤層；傾角小于20°；直接頂3，4類；底板Ⅲ類。煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為：B--掩護(hù)式支架分析工作特點(diǎn)：（支柱支撐在掩護(hù)梁上）

控頂距小，減少了對頂板的反復(fù)支撐次數(shù)結(jié)構(gòu)可承受一定水平推力；適應(yīng)破碎頂板（擋矸，冒頂時(shí)可不勾頂）

缺點(diǎn)：支架空間小、通風(fēng)斷面小、行人不便、重量大單鉸式雙鉸式掩護(hù)梁由托梁、掩護(hù)梁、底座與支柱四個(gè)主要部件組成。優(yōu)點(diǎn)：1、縮小控頂距，減少托梁與頂板之間反復(fù)支撐的次數(shù)，提高了頂板了支撐力；2、在頂板局部冒頂?shù)那闆r下，可以考慮不勾頂；3、可以承受一定水平推力，實(shí)現(xiàn)承載前移；4、擋矸效果較好。C---支撐掩護(hù)式支架架分析：支撐掩護(hù)式支架的支撐能力較強(qiáng)，頂板的合力作用點(diǎn)工作范圍寬，對頂板的適應(yīng)性較強(qiáng)，切頂能力強(qiáng)。支撐掩護(hù)式支架的掩護(hù)梁，因水平投影面積小故受載也小得多，支架底座對底板壓力的分布也較掩護(hù)支架更均勻，對松軟底板有較好的適應(yīng)性。支架斷面大，行人方便。但由于支架頂梁較長，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故支架價(jià)格較高，重量較大。支撐掩護(hù)式支架較適用于老頂來壓強(qiáng)度大的煤層，對底板強(qiáng)度不限，適用范圍較寬。支撐掩護(hù)式支架帶帽點(diǎn)柱的布置方式

a—矩形排列；b—三角形排列四、單體支架方法分析（取決于直接頂?shù)姆€(wěn)定性及來壓時(shí)的危害）1、