回采工作面顶板控制设计

第五章

回采工作面顶板 控制设计山东科技大学资源工程系2008年4月

本章提要 5.1 回采工作面支架与围岩关系

5.2 合理支护强度的确定 5.3 支架工作特性及实际支撑能力的确定

5.4 控制设计 5.5 常见顶板事故的控制

第五章 第1页

本章特点 理论性与实践性的高度统一 特别强调现场操作性

学习难点 常用支架工作特性、支架实际支撑能力的影响 因素 控制设计中各种方案与参数确定第五章 第2页

5.1 回采工作面支架与围岩关系 支架对顶板的工作状态 (1)支架对直接顶的工作状态—“给定载荷”方案 顶板控制设计时，必须按最危险状态(沿煤壁处切断)考虑

直接顶给支架的作用力可以近似地看成是恒定的其值可由下式表达

A mz z f z

(5.1)

第五章 第3页

(2)支架对基本顶的工作状态—“给定变形”和“限定变形” ①“给定变形”工作方案 强度

给定变形

决定

稳定时位置状态

两端支承情况 支架只能降低岩梁运动速度，但不能阻止岩梁的运动

注意

第五章 第4页

支架作用力与顶板压力之间的关系为

Qi Ri

或

Qi PLk i

(5.2)

最终状态时的顶板下沉量

hA

h mZ ( K A 1) LK c

(5.3)

第五章 第5页

E

m

Z

m

h

A

S

A

KmA

h

Z

L

b

图5.1 △hA计算图为了防止支架在岩梁运动过程中被压死，所要求的最大允许缩 量须满足：

max hA

(5.4)

第五章 第6页

在不发生破顶钻底的理想条件下，岩梁运动结束时采场支架实 际受力值为

RT ET hA②“限定变形”工作方案

(5.5)

限定变形

指采场支架对岩梁运动进行必要的限制。在支架刚度一定 的条件下，要求控制的位态愈高，所需支架的阻抗力越大

第五章 第7页

支架围岩的一般关系 支护强度 既安全又经济

关系 顶板下沉量P T

合理的支护强度

Δ h

图5.2 支架围岩的双曲线关系第五章 第8页

位态方程

h A P A K T hi

(5.6)

注意该公式阐明了支架围岩之间双曲线关系外，还进一 步指明了直接顶在位态方程中的作用。在具体采场， 可计算出，则不能定量计算。

第五章 第9页

支架围岩的一般关系抽象模型：拱梁或类拱结构分层

P T P max直接顶与 基本顶的 接触应力

限定变形工作段

压实时的工作段

a支架不能支撑 直接顶的重量

P min K A S

b b' c非法区

d h梁式结构给定 变形工作段

hA离层压实量

图5.3 支围关系图

第五章 第10页

采场支护的原理(1)对直接顶—“支”与“护”两重性

支护住直接顶 护住顶板

使其不垮落 使破碎岩块不能进入工作面

(2)对基本顶控制状态的选择

由图5.3,根据采场的需要来选择支架的工作

状态。

第五章 第11页

5.1 回采工作面支架与围岩关系 5.2 合理支护强度的确定

5.3 支架工作特性及实际支撑能力的确定 5.4 控制设计

5.5 常见顶板事故的控制

5.2 合理支护强度的确定 直接顶初次跨落期间 支的准则 力学保证条件 把直接顶安全地切落

支架至少能承担起直接顶初次垮落步距一半的重力

支护强度

P

M Z Z LZ 2 LK

(5.7)

第五章 第12页

基本顶初次来压期间

(1) 支的准则 ①防止直接顶向采空区推垮； ②让基本顶缓慢沉降到要求的位态(防止冲击); ③保证支架不被压死； ④对可能发生剪切的采场，应采取特殊的处理方法，并进 行采场来压预报。 (2) 力学保证条件 ①增加支柱初撑力和工作阻力，使直接顶和基本顶紧贴； ②支架能在不被压死的情况下，承担起基本顶的部分作用力 和全部直接顶的作用力。第五章 第13页

支护强度计算基本顶厚度 容 重 初次来压步距

P A

M E E c0 2 KT LK岩重分配系数

(5.8)

NKT

N≤12

1<N≤2.5 2N

2.5<N≤5 38(N-2.5)+5

N>5∞

表5.1 KT选取表第五章 第14页