(6)--5 采场顶板支护方法.ppt

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1、矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制第五章第五章采场顶板支护方法采场顶板支护方法矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制主要内容主要内容 5.1顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征5.2采场支架类型与支架力学特征采场支架类型与支架力学特征5.3采场支架与围岩相互作用原理采场支架与围岩相互作用原理5.4综合机械化采煤工作面顶板控制设计综合机械化采煤工作面顶板控制设计5.5单体液压支柱工作面顶板控制原则单体液压支柱工作面顶板控制原则5.6采场来压预报与支护质量监测采场来压预报与支护质量监测矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制4控控制制矿矿山山压压力力目目的的：保保证证回回采采工工作作面面的的正正常常生

2、生产产和和人人员安全。员安全。工工作作面面支支护护的的直直接接对对象象是是直直接接顶顶，通通过过直直接接顶顶间间接接对对老老顶顶的的活活动动起起一一定定的的控控制制作作用用，平平衡衡老老顶顶失失稳稳的的压压力力。采采空区处理方法对老顶的活动有着明显的影响。空区处理方法对老顶的活动有着明显的影响。采空区处理采空区处理采场矿山压力控制采场矿山压力控制工作面支护工作面支护2024/1/21矿山压力与岩层控制一、采场矿山压力控制的概念一、采场矿山压力控制的概念第一节第一节顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征5对于全部冒落法处理采空区：对于全部冒落法处理采空区：“煤壁支架矸石煤壁支架矸石”构成对采场上覆

3、岩层的支撑体系构成对采场上覆岩层的支撑体系2024/1/21矿山压力与岩层控制一定条件下，上述一定条件下，上述支撑体系的支撑性能支撑体系的支撑性能将主要取决于支架的将主要取决于支架的支撑特性支撑特性，即主要取，即主要取决于支架的支撑力与决于支架的支撑力与支架可缩量的关系特支架可缩量的关系特征。征。采场支架采场支架处在一个由围岩组成的系统中：处在一个由围岩组成的系统中：“老顶直老顶直接顶支架底板接顶支架底板”2024/1/21矿山压力与岩层控制672024/1/21矿山压力与岩层控制由于采场支撑体系（小结构）必须与上覆岩层大结构相适由于采场支撑体系（小结构）必须与上覆岩层大结构相适应，采场支架必

4、须具备下列两个特性：应，采场支架必须具备下列两个特性：P121 必须具备一定的可缩量，煤壁与矸石的刚性；必须具备一定的可缩量，煤壁与矸石的刚性；必须具备一定的支撑性能必须具备一定的支撑性能,即一定的支撑阻力。即一定的支撑阻力。采场围岩：采场围岩：直接顶、老顶、直接底岩层。直接顶、老顶、直接底岩层。这三者对采场矿这三者对采场矿压显现及支护方式的选择有着显著的影响。因而需对三者加以压显现及支护方式的选择有着显著的影响。因而需对三者加以分类。分类。8 直接顶是支架直接维护的对象，支架通过直接顶控制直接顶是支架直接维护的对象，支架通过直接顶控制老顶。直接顶的完整程度直接影响工作面安全和支护方式老顶。直

5、接顶的完整程度直接影响工作面安全和支护方式的选择。的选择。直接顶的完整程度取决于两个因素：直接顶的完整程度取决于两个因素：P121P121（1 1）岩层本身的力学性质；）岩层本身的力学性质；（2 2）直接顶岩层内的层理和裂隙的发育情况。）直接顶岩层内的层理和裂隙的发育情况。2024/1/21矿山压力与岩层控制二、直接顶的分类二、直接顶的分类 （1 1）岩层的力学性质岩层的力学性质：抗拉、抗压强度，弹模等：抗拉、抗压强度，弹模等 结合我国的实际情况，曾将直接顶按稳定性分为三种结合我国的实际情况，曾将直接顶按稳定性分为三种状态：状态：u破碎顶板破碎顶板，回采护顶不及时，很易造成局部冒顶，回采护顶不

6、及时，很易造成局部冒顶，如如页岩、再生顶板及煤层顶板页岩、再生顶板及煤层顶板等。等。u中等稳定顶板中等稳定顶板，虽由于受到一系列裂隙所切割，但，虽由于受到一系列裂隙所切割，但局部尚较完整，如局部尚较完整，如砂页岩或粉砂岩砂页岩或粉砂岩等。等。u完整顶板完整顶板，这种顶板允许悬露面积大，稳定性好，这种顶板允许悬露面积大，稳定性好，不易发生局部冒顶。如不易发生局部冒顶。如砂岩或坚硬的砂页岩砂岩或坚硬的砂页岩等。等。92024/1/21矿山压力与岩层控制（2 2）岩层内节理裂隙的发育情况岩层内节理裂隙的发育情况：原生裂隙原生裂隙：岩层在形成过程中由于温度、矿物结晶及岩层在形成过程中由于温度、矿物结晶

7、及岩层在形成过程中由于温度、矿物结晶及岩层在形成过程中由于温度、矿物结晶及沉积的作用而形成的弱面，如层与层之间的层面沉积的作用而形成的弱面，如层与层之间的层面沉积的作用而形成的弱面，如层与层之间的层面沉积的作用而形成的弱面，如层与层之间的层面。构造裂隙构造裂隙：岩层形成后，经剧烈的地质变动，例如在岩层形成后，经剧烈的地质变动，例如在岩层形成后，经剧烈的地质变动，例如在岩层形成后，经剧烈的地质变动，例如在挤压、扭曲等过程中形成的弱面挤压、扭曲等过程中形成的弱面挤压、扭曲等过程中形成的弱面挤压、扭曲等过程中形成的弱面。这种弱面有些是贯穿于。这种弱面有些是贯穿于整个岩层群的大小断层面，以及伴随此断层

8、的各种小型破整个岩层群的大小断层面，以及伴随此断层的各种小型破坏面。坏面。压裂裂隙压裂裂隙：指在煤层开采时引起的破坏面。指在煤层开采时引起的破坏面。指在煤层开采时引起的破坏面。指在煤层开采时引起的破坏面。一般仅发一般仅发生在比较软的直接顶，主要是由于支承压力的作用。生在比较软的直接顶，主要是由于支承压力的作用。102024/1/21矿山压力与岩层控制11直接顶的分类直接顶的分类（冒空使接顶恶化）（冒空使接顶恶化）以直接顶初次垮落步距以直接顶初次垮落步距L0作为分类指标，分为作为分类指标，分为4类：类：1类类L08m不稳定顶板不稳定顶板2类类9m L015m中等稳定顶板中等稳定顶板3类类16m

9、L020m稳定顶板稳定顶板4类类21m L0非常稳定顶板非常稳定顶板以直接顶端面破碎度作为分类指标，分为以直接顶端面破碎度作为分类指标，分为3类：类：破碎顶板破碎顶板中等稳定顶板中等稳定顶板完整顶板完整顶板2024/1/21矿山压力与岩层控制FA端面破碎面积端面破碎面积F支架梁端到煤壁面积支架梁端到煤壁面积端面距为端面距为1m时的端面破碎度时的端面破碎度称为顶板冒落灵敏度。称为顶板冒落灵敏度。1类类E30%不稳定顶板不稳定顶板2类类11%E30%中等稳定顶板中等稳定顶板3类类E5，无周期来压或来压不明显顶板，图，无周期来压或来压不明显顶板，图(a)级级2N5，有周期来压顶板，来压明显，图有周期

10、来压顶板，来压明显，图(b)级级N2，甚至没有直接顶，周期来压严重顶板，图，甚至没有直接顶，周期来压严重顶板，图(c)2024/1/21矿山压力与岩层控制级级基本顶坚硬、无直接顶，极坚硬顶板，来压极强基本顶坚硬、无直接顶，极坚硬顶板，来压极强烈，图烈，图(d)，采用爆破放落部分顶板、高压注水软化顶板。，采用爆破放落部分顶板、高压注水软化顶板。级级能塑性弯曲的顶板。一般只可能在薄煤层或厚度能塑性弯曲的顶板。一般只可能在薄煤层或厚度不大的中厚煤层的石灰岩顶板中才出现，图不大的中厚煤层的石灰岩顶板中才出现，图(e)172024/1/21矿山压力与岩层控制（2）老顶分级方案及其指标老顶分级方案及其指标

11、老顶的分级指标是老顶初次来压当量老顶的分级指标是老顶初次来压当量pe，其值由老顶，其值由老顶初次来压步距初次来压步距Lf、直接顶充填系数、直接顶充填系数N和煤层采高和煤层采高hm按按(5-1)式确定。式确定。18pe=241.3ln(Lf)-15.5N+52.6hm2024/1/21矿山压力与岩层控制式中式中:Pe老顶初次来压当量；老顶初次来压当量；Lf老顶初次来压步距；老顶初次来压步距；N直接顶充填系数，直接顶充填系数，N=hi/hm；hi直接顶厚度，直接顶厚度，m；hm煤层采高，煤层采高，m。19按老顶初次来压当量将老顶分为按老顶初次来压当量将老顶分为4级级2024/1/21矿山压力与岩层

12、控制20底板岩层对采煤的影响：底板岩层对采煤的影响：底板破坏深度、采场支护系底板破坏深度、采场支护系统刚度统刚度P126底板破坏深度对水、瓦斯运移规律的影响。底板破坏深度对水、瓦斯运移规律的影响。采场支护系统刚度是由采场支护系统刚度是由“底板支架顶板底板支架顶板”所组成，所组成，因此底板岩层的刚度将直接影响到支架性能的发挥。因此底板岩层的刚度将直接影响到支架性能的发挥。2024/1/21矿山压力与岩层控制四、底板特征与分类四、底板特征与分类若底板太软（刚度太小），若底板太软（刚度太小），支架会钻底，从而影响对顶板支架会钻底，从而影响对顶板的控制。的控制。底板比压底板比压：支架底座对单位面积底板

13、所造成的压力。：支架底座对单位面积底板所造成的压力。也称为底板载荷集度也称为底板载荷集度极限底板比压极限底板比压：防止支架钻底时允许的最大底板比压：防止支架钻底时允许的最大底板比压2024/1/21矿山压力与岩层控制21支柱钻底的破坏形式有以下三种：支柱钻底的破坏形式有以下三种：整体剪切整体剪切：支柱载荷达到一定值后，突然下降，支柱：支柱载荷达到一定值后，突然下降，支柱压入深度迅速增大，此突破点称为底板的极限抗压入强度压入深度迅速增大，此突破点称为底板的极限抗压入强度局部剪切局部剪切：没有明显的突破点，但随载荷的增加，压：没有明显的突破点，但随载荷的增加，压入深度的速度增长较快入深度的速度增长

14、较快其他剪切其他剪切：介于前两者之间，有突破点，但不明显，：介于前两者之间，有突破点，但不明显，载荷超过突破点后压入深度明显增大载荷超过突破点后压入深度明显增大22柱鞋的特点决定软底的特点，不宜采用木柱鞋柱鞋的特点决定软底的特点，不宜采用木柱鞋2024/1/21矿山压力与岩层控制整体剪切整体剪切：支柱载荷达到一定值后，突然下降，支柱：支柱载荷达到一定值后，突然下降，支柱压入深度迅速增大，此突破点称为压入深度迅速增大，此突破点称为底板的极限抗压入强度底板的极限抗压入强度局部剪切局部剪切：没有明显的突破点，但随载荷的增加，压：没有明显的突破点，但随载荷的增加，压入深度的速度增长较快入深度的速度增长

15、较快其他剪切其他剪切：介于前两者之间，有突破点，但不明显，：介于前两者之间，有突破点，但不明显，载荷超过突破点后压入深度明显增大载荷超过突破点后压入深度明显增大P12623按极限底板比压将底板分为按极限底板比压将底板分为5类、可根据此表选择支柱应具类、可根据此表选择支柱应具有的底面积有的底面积2024/1/21矿山压力与岩层控制24根据支柱与顶梁的配合关系，将采场支架分为两大类：根据支柱与顶梁的配合关系，将采场支架分为两大类：单体支柱单体支柱：支柱与顶梁是分开：支柱与顶梁是分开的的液压支架液压支架：顶梁、支柱、底座联合为一个：顶梁、支柱、底座联合为一个整体整体木支柱木支柱金属摩擦支柱金属摩擦支

16、柱液压支柱液压支柱2024/1/21矿山压力与岩层控制一、概一、概 述述金属顶梁是刚性结构件。支柱则常由两节金属顶梁是刚性结构件。支柱则常由两节(即活柱和底柱即活柱和底柱)组成。它们之间的伸缩关系形成了支柱的可缩性。因此，组成。它们之间的伸缩关系形成了支柱的可缩性。因此，支架支架的特性主要是由支柱的特性来决定的特性主要是由支柱的特性来决定液压支架力学特性不仅决定于液压支柱的力学特性，还取液压支架力学特性不仅决定于液压支柱的力学特性，还取决于其结构决于其结构，可形成不同的力学特性。，可形成不同的力学特性。第二节第二节采场支架类型与支架力学特性采场支架类型与支架力学特性支柱对顶板的主动作用力称为支

17、柱对顶板的主动作用力称为支柱的撑力支柱的撑力支柱受顶板压力作用而反映出来的力称为支柱受顶板压力作用而反映出来的力称为支柱的阻力支柱的阻力，又称又称工作阻力工作阻力P12725(a)急增阻式；急增阻式；(b)微增阻式；微增阻式；(c)恒阻式恒阻式2024/1/21矿山压力与岩层控制P0初撑力初撑力：将活柱升起，托住顶梁，利用升柱工：将活柱升起，托住顶梁，利用升柱工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动力。对于液压支具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动力。对于液压支柱，即是泵压所形成的支柱对顶板的撑力。柱，即是泵压所形成的支柱对顶板的撑力。P0始动阻力始动阻力：在顶板压力作用下，活柱开始下缩的：在顶

18、板压力作用下，活柱开始下缩的瞬间支柱上所反映出来的力称为瞬间支柱上所反映出来的力称为始动阻力始动阻力。262024/1/21矿山压力与岩层控制 P1初工作阻力初工作阻力：活柱下缩时，工作阻力的增长率由：活柱下缩时，工作阻力的增长率由急剧增长转为缓慢增长的转折点处的工作阻力。急剧增长转为缓慢增长的转折点处的工作阻力。P2最大工作阻力最大工作阻力：支柱所能承受的最大负载能力，：支柱所能承受的最大负载能力，又称额定工作阻力。又称额定工作阻力。272024/1/21矿山压力与岩层控制(a)急增阻式；急增阻式；(b)微增阻式；微增阻式；(c)恒阻式恒阻式急增阻式急增阻式：有一个较小的人为初撑力：有一个较

19、小的人为初撑力P0，当支柱在顶，当支柱在顶板压力作用下，活柱开始下缩时便形成了始动阻力板压力作用下，活柱开始下缩时便形成了始动阻力P0，随，随着活柱下缩，工作阻力呈直线型急剧增加。着活柱下缩，工作阻力呈直线型急剧增加。这种支柱可缩这种支柱可缩量较小量较小。282024/1/21矿山压力与岩层控制(a)急增阻式；急增阻式；(b)微增阻式；微增阻式；(c)恒阻式恒阻式微增阻式微增阻式：随着活柱的下缩，：随着活柱的下缩，工作阻力先有一个急剧工作阻力先有一个急剧增长过程。当达到初工作阻力增长过程。当达到初工作阻力P1后，后，随着支柱的继续下缩，随着支柱的继续下缩，随着支柱的继续下缩，随着支柱的继续下缩

20、，工作阻力的增长变得极为缓慢，一直到支柱的最大可缩量工作阻力的增长变得极为缓慢，一直到支柱的最大可缩量工作阻力的增长变得极为缓慢，一直到支柱的最大可缩量工作阻力的增长变得极为缓慢，一直到支柱的最大可缩量，也即是支柱的最大工作阻力时为止也即是支柱的最大工作阻力时为止。此类支柱具有较大的。此类支柱具有较大的可缩量。可缩量。292024/1/21矿山压力与岩层控制(a)急增阻式；急增阻式；(b)微增阻式；微增阻式；(c)恒阻式恒阻式恒阻式恒阻式：随着活柱下缩，很快达到额定工作阻力，以后尽：随着活柱下缩，很快达到额定工作阻力，以后尽管活柱继续管活柱继续下缩，支柱的工作阻力保持不变，下缩，支柱的工作阻力

21、保持不变，液压支柱是典液压支柱是典型的恒阻性能支柱。型的恒阻性能支柱。从支柱工作阻力适应顶板压力的特点进行分析，显然，从支柱工作阻力适应顶板压力的特点进行分析，显然，恒恒阻性能的支柱较为有利，急增式性能比较差。阻性能的支柱较为有利，急增式性能比较差。木支柱木支柱木支柱木支柱单体金属摩擦支柱（急增阻和微增阻）单体金属摩擦支柱（急增阻和微增阻）单体金属摩擦支柱（急增阻和微增阻）单体金属摩擦支柱（急增阻和微增阻）单体液单体液单体液单体液压支柱（恒阻式）压支柱（恒阻式）压支柱（恒阻式）压支柱（恒阻式）液压自移支架液压自移支架液压自移支架液压自移支架302024/1/21矿山压力与岩层控制31内注内注式

22、式外注式外注式按注液方式分为按注液方式分为单体支架的单体支架的优点优点：轻便、价格便宜，适用性强：轻便、价格便宜，适用性强缺点缺点：支设、回柱劳动强度大，稳：支设、回柱劳动强度大，稳 定定性差；支、回柱速度慢性差；支、回柱速度慢2024/1/21矿山压力与岩层控制二、单体液压支柱的结构与特性二、单体液压支柱的结构与特性内注式液压支柱内注式液压支柱：内注式内注式液压支柱液压支柱使用的工作介质是使用的工作介质是机油，它是通过摇动手把，机油，它是通过摇动手把，操纵支柱内的手摇泵，把油操纵支柱内的手摇泵，把油从从低压腔低压腔压入压入高压腔高压腔。回收。回收时，打开卸载阀使时，打开卸载阀使高压腔高压腔内

23、内的油回到的油回到低压腔低压腔，活柱在自，活柱在自重作用下自动回缩重作用下自动回缩322024/1/21矿山压力与岩层控制外注式液压支柱外注式液压支柱靠外部泵站靠外部泵站经管路系统通过注液枪向支柱经管路系统通过注液枪向支柱供液。工作介质是含有供液。工作介质是含有1%2%乳化油的乳化液。乳化油的乳化液。回收时打回收时打回收时打回收时打开卸载阀，把工作介质排到支开卸载阀，把工作介质排到支开卸载阀，把工作介质排到支开卸载阀，把工作介质排到支柱外部，活柱靠自重和弹簧力柱外部，活柱靠自重和弹簧力柱外部，活柱靠自重和弹簧力柱外部，活柱靠自重和弹簧力回缩。回缩。回缩。回缩。单向阀、安全阀和卸载单向阀、安全阀

24、和卸载阀共同组成一个三用阀，它的阀共同组成一个三用阀，它的性能优劣直接影响着支柱的工性能优劣直接影响着支柱的工作特性作特性332024/1/21矿山压力与岩层控制外注式和内注式液压支柱外注式和内注式液压支柱使用特点使用特点：P129（1）外注式液压支柱需要配备液压泵和管路系统，不如内外注式液压支柱需要配备液压泵和管路系统，不如内注式灵活，但柱体内不需手摇泵，因此结构简单，重量轻，成注式灵活，但柱体内不需手摇泵，因此结构简单，重量轻，成本较低本较低；（2）外注式液压支柱每使用一次需要消耗一定的乳化液；外注式液压支柱每使用一次需要消耗一定的乳化液；（3）外注式液压支柱支设速度由液压泵的流量决定，泵

25、的外注式液压支柱支设速度由液压泵的流量决定，泵的流量比内注式液压支柱的手摇泵要大得多，所以支设速度较快。流量比内注式液压支柱的手摇泵要大得多，所以支设速度较快。在一些薄煤层或人行走比较困难的工作面，来回拉注液在一些薄煤层或人行走比较困难的工作面，来回拉注液枪有困难时，宜使用枪有困难时，宜使用内注式液压支柱内注式液压支柱。在缓斜和倾斜中厚煤层。在缓斜和倾斜中厚煤层工作面中，则宜使用工作面中，则宜使用外注式液压支柱外注式液压支柱。342024/1/21矿山压力与岩层控制液压支架支柱工作原理液压支架支柱工作原理1-活柱；活柱；2-柱体；柱体；3、9、10-管路；管路；4-安全阀；安全阀；5-单向阀；

26、单向阀；6-主回油路；主回油路；7-主进主进油路；油路；8-操纵阀操纵阀352024/1/21矿山压力与岩层控制三、液压支架支护方法分析三、液压支架支护方法分析液压自移支架内使用的液压支柱属于外注式，其工作液压自移支架内使用的液压支柱属于外注式，其工作原理如图所示原理如图所示-升柱状态；升柱状态；-工作状态；工作状态；-卸载状态卸载状态从支架结构及其支撑特点出发，我国将液压支架分为从支架结构及其支撑特点出发，我国将液压支架分为三类：三类：支撑式支撑式、掩护式掩护式、支撑掩护式支撑掩护式P131支撑式支撑式。指在结构上没有掩护梁，对顶板的起支。指在结构上没有掩护梁，对顶板的起支撑作用的支架称为支

27、撑式支架。撑作用的支架称为支撑式支架。362024/1/21矿山压力与岩层控制掩护式掩护式：在结构上有掩护梁，单排立柱连接掩护梁或：在结构上有掩护梁，单排立柱连接掩护梁或直接支撑顶梁对顶板起支撑作用的支架。直接支撑顶梁对顶板起支撑作用的支架。支撑掩护式支撑掩护式：具有双排或多排立柱及掩护梁结构的支：具有双排或多排立柱及掩护梁结构的支架，支柱大部或全部通过顶梁对顶板起支撑作用，可能有部分架，支柱大部或全部通过顶梁对顶板起支撑作用，可能有部分支柱是通过掩护梁对顶板起作用。支柱是通过掩护梁对顶板起作用。另外，将对顶板仅起掩护作用的液压支架称为纯掩护式液另外，将对顶板仅起掩护作用的液压支架称为纯掩护式

28、液另外，将对顶板仅起掩护作用的液压支架称为纯掩护式液另外，将对顶板仅起掩护作用的液压支架称为纯掩护式液压支架。压支架。压支架。压支架。372024/1/21矿山压力与岩层控制38（1）支撑式：结构上没有掩护梁支撑式：结构上没有掩护梁2024/1/21矿山压力与岩层控制BZZC型型39（2）掩护式：结构上有掩护梁，支柱在掩护梁上掩护式：结构上有掩护梁，支柱在掩护梁上2024/1/21矿山压力与岩层控制40（3）支撑掩护式：结构上有掩护梁，支柱在顶梁上，支撑掩护式：结构上有掩护梁，支柱在顶梁上，有时在顶梁和掩护梁上都有支柱。有时在顶梁和掩护梁上都有支柱。（4）掩护式支撑掩护式支撑2024/1/21

29、矿山压力与岩层控制41（1）支撑式液压支架支）支撑式液压支架支护方式分析护方式分析P1312024/1/21矿山压力与岩层控制三、液压支架支护方式分析三、液压支架支护方式分析42支撑式液压支架支撑力的分布，与有排柱放顶的单体支撑式液压支架支撑力的分布，与有排柱放顶的单体支架工作面相类似。支架工作面相类似。支撑力在顶梁上的理想分布状态如图所示。支撑力在顶梁上的理想分布状态如图所示。2024/1/21矿山压力与岩层控制支撑式支架支撑力分布状态支撑式支架支撑力分布状态支撑式支架顶梁后端支撑力大于前端，支撑力合力远支撑式支架顶梁后端支撑力大于前端，支撑力合力远离前梁端部。支撑式支架适应直接顶较完整的条

30、件，若周离前梁端部。支撑式支架适应直接顶较完整的条件，若周期来压又较强烈则更适应。期来压又较强烈则更适应。432024/1/21矿山压力与岩层控制但由于支架结构但由于支架结构不能抗水不能抗水平推力平推力，当顶板特别坚硬、破，当顶板特别坚硬、破断形成的强大的水平推力又会断形成的强大的水平推力又会损坏支撑式支架。不适用于破损坏支撑式支架。不适用于破碎顶板条件。碎顶板条件。支撑式支架支撑力分布状态支撑式支架支撑力分布状态44表中合力作用位置是以前柱为起点进行计算，表中合力作用位置是以前柱为起点进行计算，BZZB前后前后柱间距为柱间距为1.1m，因此表中，因此表中0.50.6m为前后柱的中间位置。为前

31、后柱的中间位置。其中最大值是指其中最大值是指四根支柱的载荷四根支柱的载荷。83%是处于两柱中间而偏于前柱的位置，只有是处于两柱中间而偏于前柱的位置，只有7%是后柱是后柱明显大于前柱，明显大于前柱，10%是前柱明显大于后柱。这种情况说明，支是前柱明显大于后柱。这种情况说明，支架的架型与顶板情况是相适应的。架的架型与顶板情况是相适应的。2024/1/21矿山压力与岩层控制对于顶板比较破碎的工作面，由于支架反复支撑，常对于顶板比较破碎的工作面，由于支架反复支撑，常常导致直接顶比使用单体支柱时更易破碎。图中常导致直接顶比使用单体支柱时更易破碎。图中(a)、(b)与与(d)的情况，的情况，必然导致支架受

32、力前移，其结果是使支架必然导致支架受力前移，其结果是使支架前柱受力远大于后柱，有时甚至形成后梁上翘现象。前柱受力远大于后柱，有时甚至形成后梁上翘现象。452024/1/21矿山压力与岩层控制在图中在图中(c)所示的所示的情况，才有可能出现情况，才有可能出现前后柱受力相等或后前后柱受力相等或后柱受力大于前柱的现柱受力大于前柱的现象。象。支撑式液压支架比较适应于直接顶比较完整的工作面，支撑式液压支架比较适应于直接顶比较完整的工作面，若周期来压又较剧烈则更易于适应。若周期来压又较剧烈则更易于适应。p134对特别坚硬的顶板却又由于支柱承受不了强大的水平对特别坚硬的顶板却又由于支柱承受不了强大的水平推力

33、而不相适应。推力而不相适应。在破碎顶板条件下，则必须采取有效的护顶措施，才在破碎顶板条件下，则必须采取有效的护顶措施，才能得到良好的使用效果。能得到良好的使用效果。支撑式支架通风断面大、行人方便、结构简单，在高支撑式支架通风断面大、行人方便、结构简单，在高瓦斯矿井中使用具有很大的优越性。我国煤炭行业标准认瓦斯矿井中使用具有很大的优越性。我国煤炭行业标准认为支撑式液压支架适用于采高为支撑式液压支架适用于采高1.5m以上，直接顶以上，直接顶3、4类，类，底板底板类以上，煤层倾角小于类以上，煤层倾角小于20的长壁工作面。的长壁工作面。462024/1/21矿山压力与岩层控制47（2）掩护式液压支架支

34、护方式分析）掩护式液压支架支护方式分析P134单铰式单铰式双铰式（四连杆式）双铰式（四连杆式）掩护式支架是由掩护式支架是由托梁、掩护梁、底座与支柱托梁、掩护梁、底座与支柱四个主要四个主要部件所组成。这种支架的主要特点是对机道上方的顶板进部件所组成。这种支架的主要特点是对机道上方的顶板进行支撑而对采空区冒落的矸石采取掩护的办法。行支撑而对采空区冒落的矸石采取掩护的办法。P1352024/1/21矿山压力与岩层控制按掩护梁与底座间联结方式分为：按掩护梁与底座间联结方式分为：单铰式掩护支架托梁铰接点做圆弧线运动单铰式掩护支架托梁铰接点做圆弧线运动P135，双铰双铰式掩护支架的托梁铰接点做双纽线运动式

35、掩护支架的托梁铰接点做双纽线运动P137。482024/1/21矿山压力与岩层控制VOBHP116型掩护支架外形（单铰式）型掩护支架外形（单铰式）1托梁；托梁；2-掩护梁；掩护梁；3-底座；底座；4-立柱；立柱；5-护帮板护帮板49T13K11掩护液压支架（双铰式）掩护液压支架（双铰式）1-托梁；托梁；2-立柱；立柱；3-掩护梁；掩护梁；4-前连杆；前连杆；5-推移千斤顶；推移千斤顶；6-底座；底座；7-后连杆后连杆2024/1/21矿山压力与岩层控制掩护支架的优点掩护支架的优点：P135缩小了控顶距，减少了托梁与顶板之间反复支撑的次数，缩小了控顶距，减少了托梁与顶板之间反复支撑的次数，提高了

36、支架对机道上方顶板的支撑。提高了支架对机道上方顶板的支撑。在顶板局部冒顶情况下，可以考虑不接顶。在顶板局部冒顶情况下，可以考虑不接顶。在顶板局部冒顶情况下，可以考虑不接顶。在顶板局部冒顶情况下，可以考虑不接顶。支架结构可以承受一定水平推力，因而可以实现承载前支架结构可以承受一定水平推力，因而可以实现承载前移。移。挡矸性能良好，因而采空区矸石不能涌入回采工作面空挡矸性能良好，因而采空区矸石不能涌入回采工作面空挡矸性能良好，因而采空区矸石不能涌入回采工作面空挡矸性能良好，因而采空区矸石不能涌入回采工作面空间。间。间。间。502024/1/21矿山压力与岩层控制但这种支架工作空间小，因而通风断但这种

37、支架工作空间小，因而通风断面小，行人也不方便。由于增加了掩护面小，行人也不方便。由于增加了掩护梁，支架重量有所增加。梁，支架重量有所增加。适用于直接顶破碎，来压不明显的适用于直接顶破碎，来压不明显的条件。条件。不适用于直接顶坚硬而老顶周期不适用于直接顶坚硬而老顶周期来压强烈的条件。来压强烈的条件。（3）支撑掩护式液压支架支护分析）支撑掩护式液压支架支护分析P138同时兼有支撑式与掩护式支架的有点，它是支撑与掩同时兼有支撑式与掩护式支架的有点，它是支撑与掩护式两种架型的组合。护式两种架型的组合。支撑掩护式支架分支撑掩护式支架分支顶式及支顶支掩式支顶式及支顶支掩式两种。有双排、两种。有双排、三或四

38、立柱。顶梁长度一般均较掩护式支架长，增加了支三或四立柱。顶梁长度一般均较掩护式支架长，增加了支撑力，缩短了掩护梁长度，加大掩护梁的坡度，改善支架撑力，缩短了掩护梁长度，加大掩护梁的坡度，改善支架底座与底板受力情况，可见支撑掩护式支架支撑能力较强，底座与底板受力情况，可见支撑掩护式支架支撑能力较强，对顶板的适应性较强。对顶板的适应性较强。导致控顶距增大，价格较高，重量较大，支架结构较导致控顶距增大，价格较高，重量较大，支架结构较复杂等缺陷。复杂等缺陷。512024/1/21矿山压力与岩层控制支架结构兼有支架结构兼有支撑式液压支架和支掩式掩护支架支撑式液压支架和支掩式掩护支架这两这两者的优点，逐步

39、取代了其他型号的支架。者的优点，逐步取代了其他型号的支架。我国煤炭行业标准规定，我国煤炭行业标准规定，支顶式掩护支架支顶式掩护支架优先适用于优先适用于直接顶为直接顶为1、2、3类，老顶类，老顶、级，底板为级，底板为2类以上类以上的条件。的条件。522024/1/21矿山压力与岩层控制我国自行设计与制造的我国自行设计与制造的支顶式掩护支架支顶式掩护支架，这种支架在，这种支架在实际使用中取得了很好的效果。这种支架消灭了实际使用中取得了很好的效果。这种支架消灭了掩护梁与掩护梁与托梁间的三角区托梁间的三角区，提高了掩护梁的坡度，缩短了掩护梁的，提高了掩护梁的坡度，缩短了掩护梁的长度，同时还改善了底座与

40、底板间的受力情况。长度，同时还改善了底座与底板间的受力情况。P138532024/1/21矿山压力与岩层控制（4）几种新型支架几种新型支架542024/1/21矿山压力与岩层控制552024/1/21矿山压力与岩层控制562024/1/21矿山压力与岩层控制572024/1/21矿山压力与岩层控制582024/1/21矿山压力与岩层控制世界首套世界首套8.8米超大采高成套综采智能工作面米超大采高成套综采智能工作面神神东煤炭集团上湾煤矿东煤炭集团上湾煤矿12401综采工作面的设备全部入井，综采工作面的设备全部入井，2018年年3月月20日开始井下调试。日开始井下调试。每一根支柱都经历了回采工作空

41、间顶板下沉的全过每一根支柱都经历了回采工作空间顶板下沉的全过程。程。单体支柱受力的大小，首先决定于顶板压力的大小，单体支柱受力的大小，首先决定于顶板压力的大小，有时还决定于有时还决定于底板的力学性质以及顶梁是否具有压缩性。底板的力学性质以及顶梁是否具有压缩性。592024/1/21矿山压力与岩层控制四、单体支架支护方法分四、单体支架支护方法分析析P145单体支柱载荷在梁上的分布状态：单体支柱载荷在梁上的分布状态：P145若若接顶情况良好接顶情况良好，以支柱为基准，前后梁的长度为，以支柱为基准，前后梁的长度为1 1，则载荷应是均匀分布，如图，则载荷应是均匀分布，如图(a)若若考虑考虑到到顶梁两端

42、顶梁两端有一定的有一定的弯曲弯曲，则载荷应呈抛物线，则载荷应呈抛物线形，如图形，如图(b)若若前后比值为前后比值为2 1，则为三角形分布，如图，则为三角形分布，如图(c)最好前后梁长的比例不大于最好前后梁长的比例不大于2，因为事实上多余的一，因为事实上多余的一部分梁对顶板不起支护作用，如图部分梁对顶板不起支护作用，如图(d)602024/1/21矿山压力与岩层控制在使用全部垮落法处理采空区时，分在使用全部垮落法处理采空区时，分工作面支柱工作面支柱与与切切顶支柱顶支柱两部分，其布置方式如图所示。有排柱放顶。两部分，其布置方式如图所示。有排柱放顶。612024/1/21矿山压力与岩层控制有排柱放顶

43、支柱支撑力分布（来压较强烈、顶板较稳定）有排柱放顶支柱支撑力分布（来压较强烈、顶板较稳定）当工作面直接顶比较破碎时，不再使用切顶支架，而当工作面直接顶比较破碎时，不再使用切顶支架，而是以加强工作面支护为主。支架的布置方式及支撑力分布是以加强工作面支护为主。支架的布置方式及支撑力分布如图所示，称为如图所示，称为无排柱放顶无排柱放顶622024/1/21矿山压力与岩层控制无排柱放顶支架支撑力分布无排柱放顶支架支撑力分布63单体支架在回采工作面的单体支架在回采工作面的布置方式布置方式决定于直接顶的稳决定于直接顶的稳定性，同时考虑老顶来压。定性，同时考虑老顶来压。1)带帽点柱支护带帽点柱支护P146无

44、顶梁无顶梁直接顶比较完整时使用。直接顶比较完整时使用。但目前已少用但目前已少用带帽点柱的布置方式带帽点柱的布置方式2024/1/21矿山压力与岩层控制2)棚子支护棚子支护直接顶为中等稳定或比较破碎时采用这种支护方式。直接顶为中等稳定或比较破碎时采用这种支护方式。一般棚子多由一般棚子多由一梁二柱一梁二柱组成。在破碎顶板条件下，棚子的组成。在破碎顶板条件下，棚子的梁与梁之间还应采取加木背板、竹笆或荆笆等护顶措施。梁与梁之间还应采取加木背板、竹笆或荆笆等护顶措施。64连锁式及对接式走向棚连锁式及对接式走向棚(a)连锁上行式；连锁上行式；(b)连锁下行式；连锁下行式；(c)连锁混合式；连锁混合式；(d

45、)对接式对接式2024/1/21矿山压力与岩层控制653)单体柱铰接顶梁布置单体柱铰接顶梁布置P1472024/1/21矿山压力与岩层控制机道顶板有支护机道顶板有支护回撤不易被矸石埋住回撤不易被矸石埋住正悬臂正悬臂倒悬臂倒悬臂66(1)金属顶梁金属顶梁HDJA型金属顶梁型金属顶梁1-接头；接头；2-梁体；梁体；3-耳子；耳子；4-销子；销子；5-调角楔；调角楔；L-中心距中心距2024/1/21矿山压力与岩层控制67(2)悬梁与支柱的关系悬梁与支柱的关系 P1472024/1/21矿山压力与岩层控制正悬臂正悬臂：机道可以支护，机道可以支护，安全好，采空区侧不易损安全好，采空区侧不易损折折倒悬臂

46、倒悬臂：回柱时不易被回柱时不易被矸石埋住，回柱较安全，矸石埋住，回柱较安全，但机道无支护但机道无支护(3)支架的布置方式支架的布置方式P148齐梁式支护齐梁式支护682024/1/21矿山压力与岩层控制齐梁式支护齐梁式支护指悬梁端与工作面相齐，指悬梁端与工作面相齐，支柱排成直线状支柱排成直线状根据截深与顶梁长度的关系，分为根据截深与顶梁长度的关系，分为:截深与顶梁长度相同，截深是顶梁长截深与顶梁长度相同，截深是顶梁长度之半。度之半。一般都采用一般都采用正悬臂式支护正悬臂式支护错梁式支护错梁式支护这种布置方式的截深是顶梁长度的这种布置方式的截深是顶梁长度的一半。每进一刀，隔一架棚挂一根梁。一半。

47、每进一刀，隔一架棚挂一根梁。顶梁交错向前。错梁直线柱布置方式如顶梁交错向前。错梁直线柱布置方式如图所示。图所示。顶梁交错使用正、倒悬臂，支顶梁交错使用正、倒悬臂，支柱呈直线状。柱呈直线状。进第一刀时一般要间隔打临时柱，此进第一刀时一般要间隔打临时柱，此种支护方式一般在顶板比较破碎时使用种支护方式一般在顶板比较破碎时使用692024/1/21矿山压力与岩层控制70煤层开采后，上覆岩层形成的煤层开采后，上覆岩层形成的“大结构大结构”是由是由“煤壁煤壁支架采空区已冒落矸石支架采空区已冒落矸石”支撑体系所支撑。支撑体系所支撑。在煤壁和采空区冒落矸石条件一定时，在煤壁和采空区冒落矸石条件一定时，支架的支

48、撑性支架的支撑性能将对支架受力及对能将对支架受力及对“大结构大结构”的控制效果起重要作用。的控制效果起重要作用。采场支架处在一个由围岩组成的系统中采场支架处在一个由围岩组成的系统中：“老顶直老顶直接顶支架底板接顶支架底板”。支架与围岩相互作用，支架性能必支架与围岩相互作用，支架性能必须符合围岩运动规律。须符合围岩运动规律。2024/1/21矿山压力与岩层控制一、回采面支架与围岩的相互作用一、回采面支架与围岩的相互作用第三节第三节采场支架与围岩相互作用原理采场支架与围岩相互作用原理71支架的性能和结构对支架受力和围岩运动是怎样影响支架的性能和结构对支架受力和围岩运动是怎样影响的呢？以及在各种围岩

49、条件下支架呈现什么反映呢？这就的呢？以及在各种围岩条件下支架呈现什么反映呢？这就是支架与围岩关系研究的内容是支架与围岩关系研究的内容支架类型对围岩的支护支架类型对围岩的支护效果不同，相同的支架在不效果不同，相同的支架在不同的围岩条件下，其受力状同的围岩条件下，其受力状态和支护效果也不同态和支护效果也不同2024/1/21矿山压力与岩层控制支架与围岩体系刚度模型支架与围岩体系刚度模型72（1）支架围岩相互作用的特点：）支架围岩相互作用的特点：P149支架围岩是相互作用的一对力；支架围岩是相互作用的一对力；支架受力大小及其在回采工作面分布的规律与支支架受力大小及其在回采工作面分布的规律与支架性能有

50、关。还与支架与围岩支撑系统的总体特性有关架性能有关。还与支架与围岩支撑系统的总体特性有关事实证明，事实证明，刚性、急增阻式、微增阻式或恒阻式支架刚性、急增阻式、微增阻式或恒阻式支架受力分布状态不一致受力分布状态不一致，恒阻式支架的受力比较均匀，恒阻式支架的受力比较均匀2024/1/21矿山压力与岩层控制支架结构及尺寸不同对顶板压力影响和维护效果支架结构及尺寸不同对顶板压力影响和维护效果不同。不同。架型选择合适，可以用最小的工作阻力维护好顶板架型选择合适，可以用最小的工作阻力维护好顶板例如：某些条件下使用短梁掩护式支架例如：某些条件下使用短梁掩护式支架(工作阻力仅工作阻力仅800kN)能取得比使