1、综采放顶煤采场矿压控制2022-8-132综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制 目目 录录5.15.1概述概述 5.1.1 5.1.1 按工作面布置方式分类按工作面布置方式分类 5.1.2 5.1.2 按支护方式分类按支护方式分类5.2 5.2 综放采场顶板结构及综放采场顶板结构及“支架支架围岩围岩”关系关系 5.2.1 5.2.1 放顶煤采场需控岩层范围放顶煤采场需控岩层范围 5.2.2 5.2.2 放顶煤采场的顶板结构放顶煤采场的顶板结构 5.2.3 5.2.3 放顶煤采场的放顶煤采场的“支架支架围岩围岩”关系关系5.3 5.3 综采放顶煤支架类型及选型综采放顶煤支架类型及选型 5
2、.3.1 5.3.1 综采放顶煤支架类型及选型综采放顶煤支架类型及选型 5.3.2 5.3.2 综采放顶煤支架选型综采放顶煤支架选型5.4 5.4 综采放顶煤工作面顶板事故综采放顶煤工作面顶板事故 5.4.1 5.4.1 三软煤层条件顶板事故三软煤层条件顶板事故 5.4.2 5.4.2 中硬以上煤层条件顶板事故中硬以上煤层条件顶板事故 5.4.3 5.4.3 急倾斜煤层条件顶板事故急倾斜煤层条件顶板事故Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-133综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制 放顶煤采煤工艺的实质是，
3、在开采煤层的底部（或沿底板，或在煤层放顶煤采煤工艺的实质是，在开采煤层的底部（或沿底板，或在煤层中某一高度范围的底部）布置一个回采工作面，用正常的机械化方法进行中某一高度范围的底部）布置一个回采工作面，用正常的机械化方法进行回采，工作面上方的顶煤，利用矿山压力作用或辅以人工松动方法使其破回采，工作面上方的顶煤，利用矿山压力作用或辅以人工松动方法使其破碎成散体后由支架后方（或上方）放出，并由刮板输送机运出工作面，这碎成散体后由支架后方（或上方）放出，并由刮板输送机运出工作面，这种采煤工艺称为放顶煤采煤工艺。种采煤工艺称为放顶煤采煤工艺。19571957年苏联开始试验综合机械化放顶煤采煤方法，特别
4、是在年苏联开始试验综合机械化放顶煤采煤方法，特别是在19641964年法年法国首先试验成功以后，一些主要产煤国家相继引进了这一采煤技术。我国国首先试验成功以后，一些主要产煤国家相继引进了这一采煤技术。我国于于19821982年开始引进综采放顶煤技术，并于年开始引进综采放顶煤技术，并于19841984年在沈阳蒲河矿开始工业性年在沈阳蒲河矿开始工业性试验，试验，3030年来，这一技术在我国得到了迅速发展，目前工作面年产已超过年来，这一技术在我国得到了迅速发展，目前工作面年产已超过6Mt6Mt，总体技术水平达到世界领先水平，并已向国外输出综放开采的成套，总体技术水平达到世界领先水平，并已向国外输出综
5、放开采的成套技术。因综放开采具有单产高、综合效率高、成本低、巷道掘进量小、减技术。因综放开采具有单产高、综合效率高、成本低、巷道掘进量小、减少了搬家倒面次数等优点，是开采少了搬家倒面次数等优点，是开采5-20m5-20m厚煤层最好的工艺方法之一。厚煤层最好的工艺方法之一。Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face5.1概述概述 2022-8-134综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制图图5-1 5-1 综采放顶煤工作面设备布置综采放顶煤工作面设备布置1 1采煤机；采煤机；2 2前输送机；前输送机；3 3放顶煤液压支架；放顶煤
6、液压支架；4 4后输送机；后输送机；5 5平巷胶带输送机；平巷胶带输送机；6 6配电设备；配电设备；7 7安全绞车；安全绞车；8 8泵站；泵站；9 9放煤窗口；放煤窗口；1010转载破碎机转载破碎机Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-135综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制 综合机械化放顶煤采煤工艺的主要生产过程是：在工作面中，采综合机械化放顶煤采煤工艺的主要生产过程是：在工作面中，采煤机割煤后，液压支架及时支护，并移到新的位置，推移工作面前部煤机割煤后，液压支架及时支护，并移到新的位置，推移工作面前部
7、输送机至煤帮位置。此后，操作后部输送机专用千斤顶，将后部输送输送机至煤帮位置。此后，操作后部输送机专用千斤顶，将后部输送机相应前移。待采过机相应前移。待采过1 13 3刀后，按规定的放煤工艺和放煤方式要求顺刀后，按规定的放煤工艺和放煤方式要求顺序打开支架后方的放煤窗口，放出已松碎成散体的顶煤，待放出的煤序打开支架后方的放煤窗口，放出已松碎成散体的顶煤，待放出的煤炭中的矸石含量超过一定限度后，及时关闭放煤窗口。将工作面全长炭中的矸石含量超过一定限度后，及时关闭放煤窗口。将工作面全长的顶煤全部放出后，再进行端头支护和其它辅助工序。完成上述全部的顶煤全部放出后，再进行端头支护和其它辅助工序。完成上述
8、全部工序即为一个采煤工艺循环过程。工序即为一个采煤工艺循环过程。Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-136综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制5.1.1 5.1.1 按工作面布置方式（位置）分类按工作面布置方式（位置）分类（1）整层放顶煤采煤法）整层放顶煤采煤法 直接沿底板布置放顶煤直接沿底板布置放顶煤工作面，当采煤工作面推进工作面，当采煤工作面推进一定的距离后，就将上部顶一定的距离后，就将上部顶煤放出，这样一次采出煤层煤放出，这样一次采出煤层的全部厚度。这种方法一般的全部厚度。这种方法一般适用于厚度适用
9、于厚度612m的缓斜厚的缓斜厚煤层。是我国目前采用的主煤层。是我国目前采用的主要放顶煤采煤方法。要放顶煤采煤方法。图图5-25-2整层放顶煤采煤法整层放顶煤采煤法Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face 根据煤层及围岩的赋存条件（根据煤层及围岩的赋存条件（厚度和物理力学性质厚度和物理力学性质等），正常回采等），正常回采工作面可有不同的布置位置，放顶煤采煤法可分为四种不同的类型。工作面可有不同的布置位置，放顶煤采煤法可分为四种不同的类型。2022-8-137综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制（2 2）预采顶分层放顶煤采煤法
10、）预采顶分层放顶煤采煤法 首先沿煤层顶板在煤层中布首先沿煤层顶板在煤层中布置一个普通长壁采煤工作面（即置一个普通长壁采煤工作面（即顶分层开采），然后再沿底板布顶分层开采），然后再沿底板布置放顶煤工作面进行回采，将底置放顶煤工作面进行回采，将底分层上部的顶煤放出。这种方法分层上部的顶煤放出。这种方法适用于厚度大于适用于厚度大于12m12m、直接顶坚、直接顶坚硬或煤层瓦斯含量高，需预先排硬或煤层瓦斯含量高，需预先排放瓦斯的缓斜煤层。放瓦斯的缓斜煤层。这种采煤法主要解决三个方面的问题：一是这种采煤法主要解决三个方面的问题：一是直接顶坚硬或厚度较薄直接顶坚硬或厚度较薄，不，不能随采随冒，需要人工措施处
11、理顶板；二是防止在底部放顶煤时发生混矸，能随采随冒，需要人工措施处理顶板；二是防止在底部放顶煤时发生混矸，在在预采顶分层时铺设隔离网，形成网下放煤预采顶分层时铺设隔离网，形成网下放煤；三是当煤层中瓦斯含量较大或；三是当煤层中瓦斯含量较大或有突出危险时，有突出危险时，预采顶分层可起到预先释放瓦斯，或进行瓦斯抽放工作预采顶分层可起到预先释放瓦斯，或进行瓦斯抽放工作。图图5-35-3预采顶分层放顶煤采煤法预采顶分层放顶煤采煤法Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-138综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制（3 3
12、）预采中间分层放顶煤采煤法）预采中间分层放顶煤采煤法 先在煤层中间布置一个普通长壁采煤工作面进行开采。然后，再沿底板先在煤层中间布置一个普通长壁采煤工作面进行开采。然后，再沿底板布置放顶煤采煤工作面。中间分层工作面的位置应使底部放顶煤工作面上方布置放顶煤采煤工作面。中间分层工作面的位置应使底部放顶煤工作面上方有有0.5m0.5m以上的护顶煤。以上的护顶煤。对厚度大于对厚度大于10m10m，硬度较大，难以直接放落的煤层或需预疏干的煤层，可采，硬度较大，难以直接放落的煤层或需预疏干的煤层，可采用这种采煤法使顶煤预先垮落松碎，然后再放顶煤回收。用这种采煤法使顶煤预先垮落松碎，然后再放顶煤回收。但是，
13、若煤层不稳定、底板但是，若煤层不稳定、底板起伏较大起伏较大 ，则无法保证下部的，则无法保证下部的分层厚度，给放顶煤工作面的开分层厚度，给放顶煤工作面的开采造成困难。此外，因顶煤预先采造成困难。此外，因顶煤预先垮落松碎，还将增加自然发火的垮落松碎，还将增加自然发火的危险性和放煤时的煤尘量。危险性和放煤时的煤尘量。图图5-45-4预采中间分层放顶煤采煤法预采中间分层放顶煤采煤法Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-139综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制（4 4）水平分段放顶煤采煤法）水平分段放顶煤采煤法 对
14、于厚度超过对于厚度超过20m20m，甚至上百，甚至上百米的极厚煤层，可以把煤层厚度按米的极厚煤层，可以把煤层厚度按10m10m20m20m分成若干个分段，使用放分成若干个分段，使用放顶煤采煤法依次自上而下分段回采。顶煤采煤法依次自上而下分段回采。这种方法叫做极厚煤层分段放顶煤这种方法叫做极厚煤层分段放顶煤采煤法。采煤法。在在急倾斜特厚煤层急倾斜特厚煤层中，水平分段放顶煤采煤法类似于水平分层采煤法，中，水平分段放顶煤采煤法类似于水平分层采煤法，其差别是按高度划分为分段，在分段底部采用水平分层采煤法的落煤方式其差别是按高度划分为分段，在分段底部采用水平分层采煤法的落煤方式（机采或炮采），分段上部的
15、煤炭由采场后方放出运走。这样，各段依次自（机采或炮采），分段上部的煤炭由采场后方放出运走。这样，各段依次自上而下使用放顶煤采煤工艺进行回采。上而下使用放顶煤采煤工艺进行回采。图图5-5极厚煤层分段放顶煤采煤法极厚煤层分段放顶煤采煤法Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1310综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制5.1.2 5.1.2 按支护方式（支架类型）的放顶煤技术分类按支护方式（支架类型）的放顶煤技术分类（1 1）综采放顶煤（综放）综采放顶煤（综放）采用综采放顶煤液压支架进行放顶煤开采的称之为综采放顶
16、煤，采用综采放顶煤液压支架进行放顶煤开采的称之为综采放顶煤，简称简称“综放综放”。综采放顶煤液压支架综采放顶煤液压支架Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving FaceRoof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1311综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制（2 2）轻型综采放顶煤（轻放）轻型综采放顶煤（轻放）轻型综采放顶煤与综采放顶煤类似，是在综采放顶煤的基础上，将轻型综采放顶煤与综采放顶煤类似，是在综采放顶煤的基础上，将综采放顶煤支架改造，使支架结构简单、骨
17、架变小，使支架重量大幅综采放顶煤支架改造，使支架结构简单、骨架变小，使支架重量大幅度降低，成为轻型结构，自动放煤，简称为度降低，成为轻型结构，自动放煤，简称为“轻放轻放”。轻型放顶煤液压支架轻型放顶煤液压支架Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1312综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制（3 3）悬移支架放顶煤（简放）悬移支架放顶煤（简放）悬移支架是一种无底座由顶梁与双作用（支、移）液压支柱等组成，悬移支架是一种无底座由顶梁与双作用（支、移）液压支柱等组成，是可提腿迈步前移的支架，支架靠两个相邻的顶梁交错
18、向前移动来前移。是可提腿迈步前移的支架，支架靠两个相邻的顶梁交错向前移动来前移。由于支架一般没有放煤机构，主要靠由于支架一般没有放煤机构，主要靠人工方式放煤人工方式放煤，简称为，简称为“简放简放”。悬移支架悬移支架2022-8-1313综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制5.2 5.2 综放采场顶板结构及综放采场顶板结构及“支架支架围岩围岩”关系关系 5.2.1 5.2.1 需控岩层范围需控岩层范围 放顶煤采场的需控岩层，主要指放顶煤采场的需控岩层，主要指直接顶和顶煤直接顶和顶煤，一般而言，由，一般而言，由于顶煤的存在，于顶煤的存在，基本顶基本顶的运动效应将被顶煤的运动效应将被顶煤“弱
19、化弱化”，变为，变为次要次要的控制对象的控制对象（仅对回采工作面内部的顶板控制而言）。因此，我（仅对回采工作面内部的顶板控制而言）。因此，我们重点讨论直接顶厚度与顶煤放出率、采高、煤岩破碎后碎胀状们重点讨论直接顶厚度与顶煤放出率、采高、煤岩破碎后碎胀状况的关系。况的关系。搞清放顶煤工作面的顶板结构形式及支架围岩关系，是科学进搞清放顶煤工作面的顶板结构形式及支架围岩关系，是科学进行回采工作面支护设计和提高放顶煤开采综合效益的前提。行回采工作面支护设计和提高放顶煤开采综合效益的前提。Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving FaceRoof C
20、ontrol of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1314综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制工作面工作面煤层煤层厚度厚度直接顶垮落高度直接顶垮落高度不规则垮落高度不规则垮落高度规则垮落高度规则垮落高度高度高度H HH/MH/M高度高度H H1 1H H1 1/M/M高度高度H H2 2H H2 2/M/M三河尖矿三河尖矿713171319.009.0020.3220.322.312.3110.4910.491.171.1710.3310.331.131.13扎局扎局11#11#井综放面井综放面12.0012.0032.0032.
21、002.672.6711.9011.901.001.0020.1020.101.671.67三河尖矿三河尖矿712171216.506.5013.3413.342.052.056.536.531.011.016.776.771.041.04旗山矿旗山矿311931194.504.5010.5010.502.332.334.504.501.001.006.006.001.331.33大屯徐庄矿综放面大屯徐庄矿综放面5.505.5015.1315.132.762.765.955.951.081.089.239.231.681.68王庄矿王庄矿436943697.027.0214.2014.202.
22、022.027.607.601.081.086.606.600.940.94鹤壁六矿鹤壁六矿2503-22503-25.205.2010.7910.792.082.086.266.261.201.204.534.530.880.88扎局灵北矿综放面扎局灵北矿综放面12.0012.0022.0022.001.831.8312.0012.001.001.0010.0010.000.830.83阳泉一矿阳泉一矿860386036.386.3813.2013.202.042.047.807.801.221.226.646.641.041.04兴隆庄矿兴隆庄矿530653067.887.8817.561
23、7.562.242.2411.4011.401.461.466.276.270.800.80平均平均2.232.231.121.121.111.11表表5-1 5-1 我国部分综放面直接顶垮落高度的模拟和实测结果我国部分综放面直接顶垮落高度的模拟和实测结果（1 1）直接顶厚度）直接顶厚度Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1315综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制 通过大量实践及模拟试验结果分析，可以对放顶煤采场的直接通过大量实践及模拟试验结果分析，可以对放顶煤采场的直接顶得出以下两点认识：顶得出以下两
24、点认识：（1 1）直接顶的厚度在不同的开采阶段有变化，老顶初次来压前）直接顶的厚度在不同的开采阶段有变化，老顶初次来压前直接顶厚度较小，正常推进阶段直接顶厚度较小，正常推进阶段直接顶厚度增大到一个基本稳定值直接顶厚度增大到一个基本稳定值，约为，约为2 2倍采出厚度倍采出厚度；（2 2）稳定的直接顶厚度可按运动特性分为上位直接顶）稳定的直接顶厚度可按运动特性分为上位直接顶及下位直接顶及下位直接顶 两部分。下位直接顶（两部分。下位直接顶（1.01.01.21.2倍左右采出厚倍左右采出厚度）由于断裂后回转空间大，垮落形态为度）由于断裂后回转空间大，垮落形态为不规则垮落带不规则垮落带，而上位直，而上位
25、直接顶岩层断裂后回转空间小，垮落形态一般为接顶岩层断裂后回转空间小，垮落形态一般为规则垮落带规则垮落带。现场观测和模拟试验结果还表明，现场观测和模拟试验结果还表明，只有当采空区被煤和矸石充只有当采空区被煤和矸石充填满后，直接顶的不规则垮落才停止填满后，直接顶的不规则垮落才停止。2022-8-1316综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制 在放顶煤回采工作在放顶煤回采工作面，煤从开始垮落到放面，煤从开始垮落到放完是一个动态过程，此完是一个动态过程，此过程中过程中直接顶的厚度也直接顶的厚度也是变化的是变化的，亦即基本顶亦即基本顶的厚度与位态也是变化的厚度与位态也是变化的。的。直接顶厚度：直接
26、顶厚度：图图5-6 5-6 直接顶厚度计算图直接顶厚度计算图（5-15-1）Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving FaceRoof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1317综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制 根据有关研究，根据有关研究，SASA=（0.150.150.250.25）h h，在放顶煤回采工作面，在放顶煤回采工作面，h h=h+T=h+T（为顶煤放出率）；在一般顶板的回采工作面，为顶煤放出率）；在一般顶板的回采工作面，SA=0.2hSA=0
27、.2h。由式（由式（5-15-1）可估算放顶煤回采工作面的直接顶厚度。例如，郑州）可估算放顶煤回采工作面的直接顶厚度。例如，郑州矿务局顶煤的碎胀系数为矿务局顶煤的碎胀系数为1.21.2，SA SA=0.2=0.2h h，则直接顶厚度为，则直接顶厚度为 由式（由式（5-25-2）可知，）可知，KAKA在一定的顶板条件下是常数，直接顶厚在一定的顶板条件下是常数，直接顶厚度由采高、顶煤厚度和放出率控制。例如，芦沟矿某工作面采高度由采高、顶煤厚度和放出率控制。例如，芦沟矿某工作面采高2.0m2.0m，KA KA=1.3=1.3，直接顶厚度为，直接顶厚度为 显然，在顶煤厚度一定时，直接顶厚度与顶煤放出率
28、成正比。显然，在顶煤厚度一定时，直接顶厚度与顶煤放出率成正比。=5.3+3.3T（-0.2）（5-25-2）（5-3）2022-8-1318综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制（2 2）基本顶作用）基本顶作用 由于放顶煤开采的特殊性，基本顶活动的矿压显现是通过直接顶及由于放顶煤开采的特殊性，基本顶活动的矿压显现是通过直接顶及顶煤介质传递到工作面煤壁及支架上，多数采场的顶煤介质传递到工作面煤壁及支架上，多数采场的基本顶运动基本顶运动在工作在工作面的面的矿压显现矿压显现并并不是十分明显。不是十分明显。5.2.2 5.2.2 放顶煤采场的顶板结构放顶煤采场的顶板结构（1 1）“煤煤煤煤”结构
29、结构 在顶煤较厚、煤层结构复在顶煤较厚、煤层结构复杂的情况下，很可能出现杂的情况下，很可能出现支架支架上方未冒顶煤上方未冒顶煤与与采空区已冒顶采空区已冒顶煤煤之间的拱式平衡结构，且这之间的拱式平衡结构，且这个结构人为不易破坏个结构人为不易破坏 。简称。简称其为其为“煤煤-煤煤”结构。结构。图图5-7 5-7 “煤煤煤煤”结构示意结构示意图图Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1319综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制出现出现“煤煤-煤煤”结构的条件：结构的条件：顶煤中存在较厚、较硬的夹矸，顶煤中存在较厚
30、、较硬的夹矸，大块夹矸大块夹矸形成形成“煤煤煤煤”结构的结构的基底岩层基底岩层；上部顶煤坚硬，呈大块状垮落，或煤中含有粘土成分，呈团块状垮落。上部顶煤坚硬，呈大块状垮落，或煤中含有粘土成分，呈团块状垮落。在这种结构下，由于下位顶煤已在采空区内放出，采空区内形成空在这种结构下，由于下位顶煤已在采空区内放出，采空区内形成空洞，空洞上方是洞，空洞上方是“煤煤煤煤”结构，尽管在采空区能内用矿灯照见这种结结构，尽管在采空区能内用矿灯照见这种结构，但又很难破坏它，因此，在这类采场，除特殊情况外，最好不采用构，但又很难破坏它，因此，在这类采场，除特殊情况外，最好不采用放顶煤开采。若采用放顶煤开采，应在开采前
31、采用松动爆破或者采用注放顶煤开采。若采用放顶煤开采，应在开采前采用松动爆破或者采用注水软化的方法对顶煤进行预处理。水软化的方法对顶煤进行预处理。例如，郑州矿业集团王庄煤矿例如，郑州矿业集团王庄煤矿4700147001工作面一度出现这种结构，工作工作面一度出现这种结构，工作面支架上方压力很小（只承受下位顶煤的作用力），放出煤量很少，在面支架上方压力很小（只承受下位顶煤的作用力），放出煤量很少，在老塘侧能看到团块状顶煤挤压成的半拱结构，但又不易破坏它，只能老塘侧能看到团块状顶煤挤压成的半拱结构，但又不易破坏它，只能“望煤兴叹望煤兴叹”。Roof Control of Fully Mechanize
32、dTop Coal Caving FaceRoof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1320综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制（2 2）“岩岩矸矸”结构结构为了说明这种结构的形成为了说明这种结构的形成及变化过程，假定及变化过程，假定在上一放煤在上一放煤循环中垮落的顶煤已全部放出，循环中垮落的顶煤已全部放出，且空穴被矸石全部充满，此时且空穴被矸石全部充满，此时采空区内煤岩的状态采空区内煤岩的状态,如图所如图所示，示，下位直接顶岩层呈不规则下位直接顶岩层呈不规则垮落，上位直接顶岩层呈大块垮落，上位直接顶岩层呈大块
33、状较规则地垮落。状较规则地垮落。“岩岩矸矸”结构是指结构是指未垮落岩层未垮落岩层与与已垮落大块矸石已垮落大块矸石挤压而形成的半挤压而形成的半拱结构。这种结构形式是放顶煤采场最为常见的结构形式。拱结构。这种结构形式是放顶煤采场最为常见的结构形式。图图5-8 5-8 “岩岩矸矸”结构示意图结构示意图Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1321综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制 进入当前循环后，随移架，进入当前循环后，随移架，顶煤和直接顶垮落，充满采空区。顶煤和直接顶垮落，充满采空区。随着放煤的进行，散矸面逐
34、渐下随着放煤的进行，散矸面逐渐下降，上位大块矸石下落、再破碎，降，上位大块矸石下落、再破碎，导致拱结构上移，图导致拱结构上移，图5-95-9示出了示出了当放出率为当放出率为 时的顶板结构状态。时的顶板结构状态。图图5-85-8是图是图5-95-9的极限状态，即图的极限状态，即图5-85-8所示的是可能的最高拱结构所示的是可能的最高拱结构位置。位置。图图5-9 5-9 岩岩-矸结构放出率为矸结构放出率为时的岩层状态时的岩层状态 由于拱结构位置变化，必然引起采场支架载荷的变化，在现场，当由于拱结构位置变化，必然引起采场支架载荷的变化，在现场，当支架处于支架处于“给定载荷给定载荷”工作状态时，可以根
35、据支架实测载荷的变化规律工作状态时，可以根据支架实测载荷的变化规律，反推拱结构的大致位置。，反推拱结构的大致位置。2022-8-1322综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制（3 3）岩梁结构）岩梁结构 当煤层上方存在当煤层上方存在大厚度坚硬岩层大厚度坚硬岩层且且直接顶厚度较小直接顶厚度较小、顶煤较薄时，、顶煤较薄时，可能存在如图所示的岩梁结构，且岩梁的断裂长度为周期来压步距。可能存在如图所示的岩梁结构，且岩梁的断裂长度为周期来压步距。该结构能否存在的近似判别条件该结构能否存在的近似判别条件 ：(1)zAMhTmKCM M：坚硬岩层厚度（一次同时运动的：坚硬岩层厚度（一次同时运动的厚度，
36、有时不是岩层的总厚度）；厚度，有时不是岩层的总厚度）；C C：残煤厚度残煤厚度 。可见，可见，反应回采率的参数反应回采率的参数C C对老对老顶和直接顶的相互转化起控制作用，顶和直接顶的相互转化起控制作用，即顶煤放出率不同，采场支架的载即顶煤放出率不同，采场支架的载荷也不同。荷也不同。图图5-10 5-10 岩梁结构示意图岩梁结构示意图Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1323综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制5.2.3 5.2.3 放顶煤采场的放顶煤采场的“支架支架围岩围岩”关系关系（1 1）“煤煤煤
37、煤”结构下的支架围岩关系结构下的支架围岩关系 根据实测，该结构下不来压时，支架仅支住下位顶煤的作用力即可保根据实测，该结构下不来压时，支架仅支住下位顶煤的作用力即可保证回采工作面安全。来压时，需同时支住上位顶煤的作用力。支护设计时，证回采工作面安全。来压时，需同时支住上位顶煤的作用力。支护设计时，应考虑到最危险的状态，并有一定的安全系数。因此，对照图应考虑到最危险的状态，并有一定的安全系数。因此，对照图5-75-7，支架应，支架应能同时承担下位和上位顶煤的作用力，并同时考虑基本顶的作用，此种结能同时承担下位和上位顶煤的作用力，并同时考虑基本顶的作用，此种结构下支架围岩关系式为：构下支架围岩关系
38、式为：式中式中图图5-7 “煤煤煤煤”结构示意图结构示意图Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1324综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制（2 2）“岩岩矸矸”结构下的支架围岩关系结构下的支架围岩关系Ttz zcPTmp 与图与图5-105-10对应的支架围岩关系对应的支架围岩关系为为图图5-10 5-10“岩岩-矸矸”结构顶煤放出率为结构顶煤放出率为时的岩层状态时的岩层状态 在现场实测中，如测得来压后的最小支架载荷在现场实测中，如测得来压后的最小支架载荷 ，可根据上式，可根据上式，令，令 ，近似地反推下
39、位直接顶的厚度，近似地反推下位直接顶的厚度 ，以此确定，以此确定“岩岩矸矸”结构的位置。结构的位置。式中式中 下位直接顶厚下位直接顶厚度，度，m m，该厚度随着顶煤放出，该厚度随着顶煤放出率而变化。率而变化。Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving FaceRoof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1325综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制（3 3）岩梁结构下的支架围岩关系）岩梁结构下的支架围岩关系TtzzcPTmp岩梁结构放顶煤采场，与图岩梁结构放顶煤采
40、场，与图5-95-9对应的支架围岩关系为：对应的支架围岩关系为：图图5-9 5-9 岩梁结构示意图岩梁结构示意图式中式中 直接顶厚度，直接顶厚度，m m。Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1326综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制 上述三种结构下的上述三种结构下的 均为基本顶与直接顶间的接触应均为基本顶与直接顶间的接触应力。大量的现场实测表明，基本顶的运动对工作面矿压显力。大量的现场实测表明，基本顶的运动对工作面矿压显现的差异较大，其动载系数一般在现的差异较大，其动载系数一般在1.051.051.81
41、.8之间，由于岩之间，由于岩梁结构运动时压力显现明显，因此选择基本顶来压时的动梁结构运动时压力显现明显，因此选择基本顶来压时的动载系数时应比其他两种结构下的大，以避免基本顶来压时载系数时应比其他两种结构下的大，以避免基本顶来压时对支架产生明显的动压冲击。由于各矿煤层及顶底板情况对支架产生明显的动压冲击。由于各矿煤层及顶底板情况差异较大，因此选择基本顶来压时合理的动载系数，应通差异较大，因此选择基本顶来压时合理的动载系数，应通过矿压实测结果来具体确定。过矿压实测结果来具体确定。Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1
42、327综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制 综采放顶煤支架（简称综放支架）是在综采液压支架的综采放顶煤支架（简称综放支架）是在综采液压支架的基础上增设了放煤机构。综放支架按照放煤位置的不同一般基础上增设了放煤机构。综放支架按照放煤位置的不同一般分为分为高位放顶煤支架、中位放顶煤支架和低位放顶煤支架高位放顶煤支架、中位放顶煤支架和低位放顶煤支架；按输送机数目可分为按输送机数目可分为单输送机放顶煤支架和双输送机放顶煤单输送机放顶煤支架和双输送机放顶煤支架支架。按支架重量及其生产能力分为。按支架重量及其生产能力分为普通放顶煤支架和轻型普通放顶煤支架和轻型放顶煤支架。放顶煤支架。5.3 5.3
43、 综采放顶煤支架类型及选择综采放顶煤支架类型及选择 5.3.1 5.3.1 综采放顶煤液压支架类型及特性综采放顶煤液压支架类型及特性 Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1328综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制、单输送机高位放顶煤支架、单输送机高位放顶煤支架优点：单输送机系统简单，维护工优点：单输送机系统简单，维护工作量小；短顶梁加伸缩梁，对支架端面作量小；短顶梁加伸缩梁，对支架端面顶板维护及时，插腿式底座，支架稳定顶板维护及时，插腿式底座，支架稳定性较好。性较好。缺点：放煤点位置高，放煤时煤尘缺点：
44、放煤点位置高，放煤时煤尘大，支架通风断面小，放煤时工作面行大，支架通风断面小，放煤时工作面行人受阻；顶煤破碎不充分，顶煤下降距人受阻；顶煤破碎不充分，顶煤下降距离小，大块煤可能堵住放煤窗口，放煤离小，大块煤可能堵住放煤窗口，放煤口距底板距离大，放煤损失大，顶煤采口距底板距离大，放煤损失大，顶煤采出率低；单输送机能力限制，采煤和放出率低；单输送机能力限制，采煤和放煤不能同时作业；插腿式底座使输送机煤不能同时作业；插腿式底座使输送机运转不便，装煤困难。运转不便，装煤困难。单输送机高位放顶煤支架单输送机高位放顶煤支架适用于急倾斜特厚煤层和缓倾斜软煤层。适用于急倾斜特厚煤层和缓倾斜软煤层。Roof C
45、ontrol of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1329综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制、双输送机中位放顶煤支架、双输送机中位放顶煤支架优点：支架顶梁较长，可配有伸优点：支架顶梁较长，可配有伸缩梁或铰接前探梁，能够及时支护，缩梁或铰接前探梁，能够及时支护，有利于顶煤破碎；该类支架由于掩护有利于顶煤破碎；该类支架由于掩护梁与底座饺连，支架受力较好，稳定梁与底座饺连，支架受力较好，稳定性高，抗扭能力强。性高，抗扭能力强。缺点：该类液压支架后部空间小缺点：该类液压支架后部空间小，输送机配套困难；后部输送机放在，输送机配套困难；后部
46、输送机放在机架底座上，浮煤不易清理；放煤粉机架底座上，浮煤不易清理；放煤粉尘和顶煤损失仍然较大。尘和顶煤损失仍然较大。该类支架是当前应用较多、分该类支架是当前应用较多、分布较广的一种放顶煤支架，是我国布较广的一种放顶煤支架，是我国综放高产架型之一。综放高产架型之一。双输送机中位放顶煤支架双输送机中位放顶煤支架Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1330综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制、双输送机低位放顶煤支架、双输送机低位放顶煤支架优点：该类支架顶梁一般有铰接前梁优点：该类支架顶梁一般有铰接前梁与手套式
47、伸缩梁两种类型。因顶梁较长，与手套式伸缩梁两种类型。因顶梁较长，支架会有反复卸载，有利于顶煤预先破裂支架会有反复卸载，有利于顶煤预先破裂，放煤效果好，顶煤放出率高，放煤粉尘，放煤效果好，顶煤放出率高，放煤粉尘也最小；支架后部空间大，便于维修，输也最小；支架后部空间大，便于维修，输送机放在底板上，浮煤易于清理。送机放在底板上，浮煤易于清理。缺点：该类液压支架稳定性差，单向缺点：该类液压支架稳定性差，单向四连杆机构抗扭及承受侧向力能力差。四连杆机构抗扭及承受侧向力能力差。该类支架适用于急倾斜特厚煤层和该类支架适用于急倾斜特厚煤层和倾斜中硬煤层开采。倾斜中硬煤层开采。双输送机低位放顶煤支架双输送机低
48、位放顶煤支架Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1331综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制、轻型放顶煤支架、轻型放顶煤支架 轻型放顶煤支架根据结构形式分为单摆杆式和单铰接式，如下图，支架轻型放顶煤支架根据结构形式分为单摆杆式和单铰接式，如下图，支架采用低位放煤方式，支架尾部设有可以摆动和伸缩的放煤机构。采用低位放煤方式，支架尾部设有可以摆动和伸缩的放煤机构。轻型放顶煤支架体积小，重量轻（每架重约轻型放顶煤支架体积小，重量轻（每架重约68t），运输方便、操作简），运输方便、操作简单，每套支架较普通放顶煤支
49、架低单，每套支架较普通放顶煤支架低45%60%。轻放支架主要适用于煤层普氏系数小于轻放支架主要适用于煤层普氏系数小于2.5、来压强度不大、煤层厚度、来压强度不大、煤层厚度38 M、倾角小于、倾角小于25的工作面，也可使用于的工作面，也可使用于工作面尺寸较小、断层工作面尺寸较小、断层较多、地质条件较复杂较多、地质条件较复杂的工作面，同时也可使的工作面，同时也可使用于边角煤、厚度不稳用于边角煤、厚度不稳定及较薄厚煤层。定及较薄厚煤层。轻型放顶煤支架示意图轻型放顶煤支架示意图Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face2022-8-1332
50、综采放顶煤采场矿压控制综采放顶煤采场矿压控制5、“三软三软”煤层的放顶煤支架煤层的放顶煤支架目前解决目前解决“三软三软”煤层放顶煤的支架架型主要应提高支架对围岩煤层放顶煤的支架架型主要应提高支架对围岩的封闭能力，并适当增加顶梁长度，以免梁上顶煤放空，一般采用四的封闭能力，并适当增加顶梁长度，以免梁上顶煤放空，一般采用四柱长梁支撑掩护式放顶煤支架。柱长梁支撑掩护式放顶煤支架。图图5.21 ZFS 3600-16/285.21 ZFS 3600-16/28三软煤层放顶煤支架三软煤层放顶煤支架Roof Control of Fully MechanizedTop Coal Caving Face20
