综采面的支护设计精要.pptx
《综采面的支护设计精要.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《综采面的支护设计精要.pptx(119页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、1第四章第四章 综采面的支护设计综采面的支护设计液压支架的选型、计算液压支架的选型、计算2o近年来综采在采煤机械化中所占的比例有长足发展,然而,综采工作面的效率与安全状况并不令人满意,综合机械化采煤的效率与安全很大程度上取决于液压支架与地质条件的适应情况。o本章在对不同类型煤层顶底板分类及对支架设计要求分析的基础上,论述了支架合理选型的方法,并简要介绍端头与超前支护。3o第一节第一节 综采面矿压特点及对支架设计的要求综采面矿压特点及对支架设计的要求o第二节第二节 现有的典型架型与实际支撑能力现有的典型架型与实际支撑能力o第三节第三节 合理工作阻力的确定方法合理工作阻力的确定方法o第四节第四节
2、支架选型支架选型o第五节第五节 端头支护和超前支护端头支护和超前支护4第一节第一节 综采面的矿压特点及对支架设计的要求综采面的矿压特点及对支架设计的要求 一、工作面顶板分类及矿压描述的常用指标一、工作面顶板分类及矿压描述的常用指标o煤层及顶底板条件是液压支架选型的依据,也是支架设计的基础。o因此,进行顶板分类及掌握各类顶板条件下的矿压显现特点是支护设计的必要条件。5(一)顶板分类(一)顶板分类 基本要求:基本要求:o对顶板进行分类,必须从顶板控制的原则和具体方法出发,具体考虑顶板管理方法的差别和效果。o例如,考虑支架选型计算得要求及具体方法步骤时,o首先要确定支架选型是以防止切顶事故为主,还是
3、以防止支柱缩量超限及保证必要的工作空间为主;o在日常顶板管理中,是否要进行老顶来压的预测预报,是否要在来压前夕架设特别支架,来压前后是否需要分别管理等等。6(二)矿压描述的常用指标(二)矿压描述的常用指标 o1)岩性指标)岩性指标o岩性指标以顶板岩性为基础,包括顶板岩层的岩石力学性质(单向抗压强度)、分层厚度、节理和裂隙的发育情况等。通常由实验室试验和现场实测两种方法测定。o综合指标强度指数强度指数D来表示,根据对全国近百个工作面的统计结果有如下关系式存在:7式中:D强度指数;c1节理裂隙影响系数;c2分层厚度影响系数;压直接顶岩层的岩石单向抗压强度,MPa 2)工程指标)工程指标o工程指标是
4、指在进行回采的过程中可以直接观测到的参数,包括顶板的挠曲情况、端面顶板破碎顶板的挠曲情况、端面顶板破碎程度和运动步距程度和运动步距等。o这些参数利用井下动态观测法可直接测出。8(1)直接顶端面挠曲情况)直接顶端面挠曲情况 o直接顶强度越高,受裂隙破坏程度越低,则自承载能力越高,稳定性越好。o相反,分层厚度小、强度低、受原生裂隙和因超前支承压力作用产生的次生裂隙切割的直接顶回采暴露后,如果得不到及时支护或支护不当,很快由自行挠曲发展到冒落。o直接顶端面挠曲情况由安设在工作面内靠煤壁侧和靠老塘侧的动态仪读数变化情况进行判断。9(2)端面顶板破碎度)端面顶板破碎度o端面顶板破碎度端面顶板破碎度E是端
5、面顶板冒落面积(冒高超过100mm)与端面顶板悬露面积的比值。在现场使用中,将面积比简化在具体观测剖面中的端面冒顶宽度端面冒顶宽度与悬顶宽度悬顶宽度的比值式中:a顶梁第一顶点到顶梁前端的距离,m;b端面距,m;c片帮深度,m;d冒顶宽度,m;s端面悬顶距,s=a+b+c,m.10(3)直接顶垮落步距(Lz,Lk+Ls)Lz基本上不受支护形式和生产工艺影响。(4)老顶步距及厚度(C0,C,ME)在自然垮落条件下,C0、C基本上回采工作影响。(5)采空区填充系数(N)(6)顶板下沉量(h)每米采高对应的下沉量控制在100mm以内,能保证工作面顶板完整。(7)煤壁片帮(s)11直接顶分类直接顶分类单
6、轴抗压强度、分层厚度f、节理裂隙间距dD=C1C2CC1=0.2255(d+1)+0.0503C2=0.1541(f+1)+0.0697强度系数强度系数不稳定不稳定中等稳定中等稳定稳定稳定非常稳定非常稳定砂岩、灰岩、节理裂隙很少致密砂岩、灰岩、节理裂隙极少致密泥岩、粉砂岩、砂质泥岩节理裂隙不发育泥岩、泥页岩、碳质泥岩,理裂隙发育或松软岩性描述岩性描述12直接顶分类表直接顶分类表指指 标标岩岩 性性 描描 述述直接顶类别直接顶类别LZ 44 LZ 8泥岩、泥页岩,节理裂隙发育或松软泥岩,炭质泥岩,节理裂隙较发育1a1b不稳定不稳定8 LZ 18致密泥岩、粉砂岩、砂质泥岩节理裂隙不发育2中等稳定中
7、等稳定18 LZ 28砂岩、灰岩,节理裂隙很少3稳定稳定28 LZ 50致密砂岩、灰岩,节理裂隙极少4非常稳定非常稳定13基本顶分级基本顶分级不明显明显强烈非常强烈基本顶的分级指标是基本顶初次来压当量(pe),由基本顶初次来压步距(C0)、直接顶充填系数(N)和煤层采高(hm)按式(4)确定。基本顶的分级指标见表6。pe=241.3ln(C0)-15.5N+52.6hm式中 pe基本顶初次来压当量,kNm2。14基本顶分级基本顶分级基本顶分级表基本顶分级表指指 标标岩性岩性C0级级 别别来压程度来压程度一般砂页岩15-20不明显层理不发育的砂页及小厚度砂岩20-30明显4-5m的细粒及中粒砂岩
8、35-45强烈厚度10m的砂岩50-60a非常强烈高强砂岩60-70b15(三)各类级顶板矿压显现特点(三)各类级顶板矿压显现特点 1)直接顶)直接顶(1)1类顶板类顶板o顶板岩性:顶板岩性:多为分层厚度比较小的页岩、炭质页岩、粘土岩、粉砂岩等。o顶板特点:顶板特点:强度低,原生裂隙发育,初次垮落步距小于8m,采空区内形不成悬顶,随采随冒。o矿压特点:矿压特点:随工作面推进,在超前支承压力作用下,岩层内部原生裂隙继续扩张,同时形成许多再生裂隙。受裂隙切割的顶板裸露后,如果得不到及时支护,端面顶板下沉速度明显增大,容易冒顶,E较高。16(2)2类顶板类顶板o顶板岩性:顶板岩性:多为分层厚度在25
9、0500mm的砂质页岩、厚层页岩、泥质石灰岩等。o顶板特点:顶板特点:裂隙间距在250500mm,初次垮落步距918m。o矿压特点:矿压特点:在工作面推进过程中,由于老顶岩梁周期性断裂和超前支承压力作用,直接顶会出现周期性的破碎带。因此,机道上方顶板破碎度呈显明显周期性变化。17(3)3、4类顶板类顶板o矿压特点:矿压特点:分层厚度大,裂隙不发育,比较完整。o矿压特点:矿压特点:n初次垮落步距大于18m,推进过程中在采空区内经常出现悬顶,并按一定步距周期性垮落。n在工作面推进过程中,端面顶板破碎度很低,几乎为零。18(1)级顶板级顶板o三种情形:n一是老顶岩梁强度低岩梁强度低,C025m,C8
10、m;n二是厚煤层下分层开采厚煤层下分层开采时,老顶岩梁已预先断裂成块,运动剧烈程度明显削弱;n三是冒高大,充填效果好冒高大,充填效果好,允许老顶运动的空间小,最终沉降值因而很小。o顶板运动效果在工作面内的压力显现变化平缓,没有明显的周期性。2)老顶)老顶19(2)级顶板级顶板o工作面内压力显现有明显的周期性明显的周期性。oC0一般为2545m,C为815m。o老顶岩梁数目一般为1-2个。上位坚硬岩梁来压时,可能对下位岩梁产生动压冲击,容易造成直接顶板的下切。20(3)、级顶板级顶板o顶板岩梁多为砂岩、中粒石英砂岩等。o强度高,来压步距大,初次来压步距大于45m。o老顶由一个或多个岩梁组成。o在
11、工作面推进过程中,相对稳定阶段压力显现不明显,一旦岩梁断裂来压,工作面压力明显上升,来压时的压力显现是来压前的34倍倍,甚至更高。21二、各类级顶板对支架设计的要求顶板二、各类级顶板对支架设计的要求顶板(一)(一)12、12顶板顶板1、2类直接顶即破碎和中等稳定顶板,、级老顶即来压不明显和明显的顶板。对对12、12顶板对支架设计的要求:顶板对支架设计的要求:o利用较高初撑力较高初撑力,提高支架支撑效率,确保工作面顶板移架后早期移近量小,移近速度低,以提高梁端距空顶处顶板稳定性。o利用四连杆机构,控制端面顶板控制端面顶板,选取双扭线最佳段为支架工作范围,确保工作面端面附近支架有较强的控制能力较强
12、的控制能力。o利用伸缩梁或可旋转180的挑梁,在移架前、采煤后及时支护刚刚刚刚暴露的梁前顶板暴露的梁前顶板,减少顶板早期破坏。22o利用顶梁侧护板顶梁侧护板等护顶装置,提高支架对顶板的封闭程度,以此提高支架的护顶能力,防止破碎岩块窜入回采空间影响生产,威胁人和设备的安全。o利用防片帮装置防片帮装置,减少片帮深度和面积,从而提高煤壁的稳定性。o利用完善的挡矸装置挡矸装置,防止采空区破碎岩块窜入回采空间,确保顺利移架。o利用邻架操作邻架操作,保证移架工人的安全;o利用灵活、快速的操作阀,保证快速移架快速移架,以免因移架引起顶底板移近量过大,使顶板难以控制。23o1、2类直接顶和类直接顶和、级老顶综
13、采面级老顶综采面具有老顶来压步距小而稳定,强度缓和,支护阻力小而分布均匀,直接顶特别是端面不稳定,受移架影响严重等矿压特点。o要求:要求:支架初撑力高,控制端面顶板能力强,及时支护,护顶能力强,挡矸、护帮装置齐全,能快速邻架操作移架。24(二)(二)34、34顶板对支架设计的要求顶板对支架设计的要求、级老顶即来压强烈的顶板,3、4类直接顶即稳定和坚硬顶板。对此类级顶板综采工作面液压支架设计的要求:对此类级顶板综采工作面液压支架设计的要求:o利用较大支撑能力较大支撑能力,并使后柱阻力高于前柱,确保支架具有足够的切顶能力切顶能力,能有效地对付强烈的老顶来压。o利用四连杆机构,增强抵抗水平推力抵抗水
14、平推力的能力,防止支护毁坏。o利用连杆机构,使支架尽量减少梁端距减少梁端距。o利用掩护梁挡好采空区矸石掩护梁挡好采空区矸石,防止矸石窜入支护工作空间;利用侧护板,防止架间窜矸漏矸。o利用大流量安全阀,确保支架受冲击载荷受冲击载荷时少受损坏。25o34、34顶板综采工作面矿压特点:n老顶来压步距大、强度高,n支护阻力大而分布不均,n直接顶稳定,n支架易损坏。o支架要求:n具有支撑能力大、抗水平推力强;n切顶性能好、支架安全阀流量大等性能。26(三)分层开采对支架设计的要求(三)分层开采对支架设计的要求1)分层开采的矿压显现)分层开采的矿压显现o垮落带的高度随开采分层数而增加,但增加的幅度逐层减少
15、,因此多数情况下,下分层支架的静载较顶分层大下分层支架的静载较顶分层大。o下分层支架受载无上覆岩梁断裂时的冲击载荷,只有岩块间咬合失稳而产生载荷增加,故支架的动载较顶分层小支架的动载较顶分层小。o跨落后的直接顶形成再生顶板,其强度、刚度、粘结力均大为降低,其力学参数随块度水分、粘结料、压实时间及再生层厚度而变化。o再生顶板一般无悬顶无悬顶,能随垮落而充满支架后方采空区,但采空区矸采空区矸石涌入的侧压力较大石涌入的侧压力较大,并随采高和顶板压力增加而增高。27无论上行还是下行垮落法开采,分层综采工作面都要求上下分层支架有区别。o对于上分层对于上分层,由于顶板为实体岩石,故要求支架支架工作阻力较大
16、;而底板为较弱的煤体,则要求支架底座比压分布较均匀,接触比压小;由于上分层要为下分层铺网,故要求支架设置铺网和洒水装置。o对于下分层对于下分层,由于顶板为破碎岩石,故要求支架工作阻力较小。282)下分层支架设计应满足的要求:下分层支架设计应满足的要求:o 具有较高的支架初撑力较高的支架初撑力,防止顶板早期破碎;利用带压移架带压移架防止支架反复支卸破坏顶板、产生网兜,尽量保证再生顶板和人工假顶的稳定性;o 做到及时迅速移架及时迅速移架,减少下分层顶板暴露时间和面积,防止顶板冒落、流矸;o 设置防倒装置防倒装置,歪斜倾倒;o 利用四连杆和侧护板及人工假顶等,提高支架护顶能力支架护顶能力,以防梁端和
17、其他部位漏矸、窜矸,威胁人和设备安全,影响生产;o设置机械铺网和向采空区洒水装置机械铺网和向采空区洒水装置,保证人工假顶铺设质量或提高破碎岩石再生能力;o 为了适应下分层采高变化大的特点,立柱伸缩比宜大些。29(四)大采高工作面对支架设计的要求(四)大采高工作面对支架设计的要求 1)矿压显现特点)矿压显现特点o用综采设备一次回采3.5m以上的厚煤层称为大采高综采。o特点:特点:n采高增加使支架载荷相应提高支架载荷相应提高,但并非线形正比关系。n采高增加,煤壁的片帮范围及深度增加,端部冒顶片帮范围及深度增加,端部冒顶增加。n采高增加,支架易倾倒支架易倾倒,稳定性差。302)对支架设计的要求,一般
18、为)对支架设计的要求,一般为掩护式支架掩护式支架。o 为了保证大采高支架在移架时支架运动的稳定性移架时支架运动的稳定性,掩护梁所受的垮落矸石水平推力矸石水平推力要大于大于移架时顶梁及掩护梁侧护板所受到的摩擦阻力摩擦阻力,以保证移架过程中架体上部不出现滞后现象。o此外,支架在平时掩护梁的推力可使架体受到一个指向煤壁的水平推力,以阻止顶板向采空区方向变形移动。由此推算,当采高为44.5 m时,掩护梁倾角应为掩护梁倾角应为6065,这足以保证移架过程中掩护梁上矸石能沿梁体下滑的掩护梁最小倾角为1719。31o 两柱掩护支架的上柱窝位置上柱窝位置对顶梁前端部的承载能力影响很大,从而也是影响端面冒落度的
19、重要参数。o虽然将上柱窝前移有利于增加梁端承载能力,但却易使平衡千斤顶受力过大而损坏,故在直接顶属不稳定或中等稳定条件下,顶梁柱在支柱前后长度比顶梁柱在支柱前后长度比,应为11.5,使梁前端部有700800 kN/m2的支护强度。32o 平衡千斤顶应有足够的工作阻力及行程平衡千斤顶应有足够的工作阻力及行程,应认真考虑支柱根数和布置。当支架处于拉架状态时顶梁卸载而掩护梁受载,此时平衡千斤顶受拉。o如顶梁仰角过大,应操作千斤顶收回行程,提起掩护梁,使支架在下一循环开始时能恢复良好的工作状态。据此推算平衡千斤顶工作阻力在最大采高为3.53.5 m时应为700750 kN。o当支架顶梁前端冒空,顶梁与
20、掩护梁接近直线状的情况下,即使用工作阻力较大的双平衡千斤顶亦难以改变支架成正常状态。为此,应在掩护梁上设置具有足够强度的机械限位装置足够强度的机械限位装置,在限位时千斤顶仍有2530 mm的行程。33第二节第二节 现有的典型架型与实际支撑能力现有的典型架型与实际支撑能力一、液压支架的结构一、液压支架的结构o液压支架的基本部件:n顶梁n液压支柱n底座n掩护梁n推移装置n操纵装置n挡矸板。34 结构上没有掩护梁没有掩护梁,对顶板的作用是以垂直支撑垂直支撑为主的支架。支架具有较大的支撑能力,靠立柱和顶梁直接支撑顶板,维护工作空间,顶板在顶梁后部切断垮落。支撑力集中在顶梁的后部,而在煤壁附近无立柱支护
21、区由支撑力较弱的前探梁维护。一般适用于支撑稳定和坚硬的顶板一般适用于支撑稳定和坚硬的顶板。按支架结构与动作方式的不同,支撑式又可分为垛式和节式两种。液压支架架型液压支架架型1)支撑式)支撑式35o(1)节式支架 图图4-6 节式支架节式支架36o(2)垛式支架 图图4-7 BZZC型垛式液压支架型垛式液压支架37优点:优点:支撑效率高,立柱阻力完全用于支撑控顶区内顶板;每米工作面的支撑力高,放顶线的支撑能力大,结构简单,价格便宜。缺点:缺点:支架端部支撑能力弱;对顶板的覆盖率及对架间和采空区的挡矸能力低;对顶板水平力的承受能力差。适应条件:适应条件:支撑式支架随下位岩层为中等稳定以下的煤层难于
22、适应,在破碎顶板下工作十分困难,较适用于直接顶稳定较适用于直接顶稳定和老顶来压较强烈的煤层,尤其是薄煤层和老顶来压较强烈的煤层,尤其是薄煤层。1)支撑式)支撑式382)掩护式)掩护式 支架顶梁较短顶梁较短,支撑能力较弱支撑能力较弱,主要靠掩护作用维护工作空间,适用于松软顶板适用于松软顶板。图图4.8 G320-13/32型掩护式支架型掩护式支架392)掩护式)掩护式 ZY3600/20/45型掩护式液压支架 403)支撑掩护式)支撑掩护式 o支撑掩护式支架一般适用于老顶老顶级,动压系数约为级,动压系数约为1.5以上,直接顶为中等稳定以上的工作面以上,直接顶为中等稳定以上的工作面。对底板的强度不
23、限。总之,支撑掩护式支架适用范围较宽,可适用于可适用于2-4级顶板级顶板。图图4.9 支撑掩护式支架支撑掩护式支架41ZZ9900/29.5/50型支撑掩护式液压支架型支撑掩护式液压支架 424)纯掩护式)纯掩护式 o特点:没有顶梁没有顶梁,对顶板只起掩护作用只起掩护作用。43图图4.11 不同架型顶梁上载荷分布不同架型顶梁上载荷分布a、b垛式;c、d支撑掩护式;e掩护支撑式;f纯掩护式 液压支架架型液压支架架型4445二、液压支架实际支撑能力二、液压支架实际支撑能力 液压支架升架质量,直接影响到支架对顶板的初撑力,也影响到支架由初撑状态进入到恒阻状态所需的时间(即该段活柱缩量大小),如图4.
24、19所示。支架由于受临近支架卸载移架和顶底板中裂隙扩展或浮矸浮煤压缩的影响,多数处在多增阻状态下工作(图4.20),整个支护循环中的平均阻力小于终工作阻力,更小于额定工作阻力。图4.20 实测支架循环工况 图4.19 液压支架特性曲线46o液压支架对顶板的支护特性与单体支柱不同液压支架对顶板的支护特性与单体支柱不同,随工作面推进,存在着支架反复卸载、前移、再支撑的过程。o在支架卸载前移过程中,卸载时对顶板的支撑力几乎消失,使临近的未移支架所受压力升高,沿工作面煤壁方向明显出现支架受载不均现象(如图4.21)。图图4.21 沿煤壁方向支架受力分布沿煤壁方向支架受力分布47(二)液压支架实际支撑能
25、力(二)液压支架实际支撑能力 o支架对顶板的实际支撑力应当是沿工作面煤壁方向整个支架控顶范围内的阻力平均值 RT=KYBKYZRB 式中 RT液压支架的实际支撑能力,kN/架;KYB液压支架承载不均匀系数;KYZ液压支架增阻系数;RB液压支架额定工作阻力,kN/架。48一、我国液压支架合理工作阻力的确定一、我国液压支架合理工作阻力的确定 o目前主要采用的方法有:n据支架与围岩相互作用关系式位态方程的计算法 n载荷估算法n实测统计法n临界阻力法n理论分析法第三节第三节 合理工作阻力的确定方法合理工作阻力的确定方法49(一)支架围岩关系(一)支架围岩关系位态方程法位态方程法o在即定采高下,围岩组成
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 综采面 支护 设计 精要
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【w****g】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【w****g】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。