1、12023-5-25矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制之 第五章中国矿业大学矿业学院采矿系采场顶板支护方法采场顶板支护方法2023-5-25矿山压力与岩层控制2本章内容提要第五章 采场顶板支护方法5.1 顶板分类与底板特征5.2 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5.4 采场支护设计5.5 采场来压预报与支护质量监测5.6 本章小结3控制矿山压力目的：保证回采工作面的正常生产和人员安全。工作面支护的直接对象是直接顶，通过直接顶间接对老顶的活动起一定的控制作用，平衡老顶失稳的压力。采空区处理方法对老顶的活动有着明显的影响。采空区处理采场矿山压力控制工作面支护2023-
2、5-25矿山压力与岩层控制第一节 顶板分类与底板特征一、采场矿山压力控制的概念4对于全部冒落法处理采空区：“煤壁支架矸石”构成对采场上覆岩层的支撑体系2023-5-25矿山压力与岩层控制第一节 顶板分类与底板特征一定条件下，上述支撑体系的支撑性能将主要取决于支架的支撑特性，即主要取决于支架的支撑力与支架可缩量的关系特征。5采场支架处在一个由围岩组成的系统中：“老顶直接顶支架底板”2023-5-25矿山压力与岩层控制5第一节 顶板分类与底板特征62023-5-25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应，采场支架必须具备下列两个特性：必须具备一定的可缩量，煤壁与矸石
3、的刚性；必须具备一定的支撑性能,即一定的支撑阻力。采场围岩：直接顶、老顶、直接底岩层。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。因而需对三者加以分类。第一节 顶板分类与底板特征7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的选择。直接顶的完整程度取决于两个因素：1）岩层本身的力学性质；2）直接顶岩层内的层理和裂隙的发育情况。2023-5-25矿山压力与岩层控制第一节 顶板分类与底板特征二、直接顶的分类1）岩层的力学性质：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状态：破碎顶板，回采护顶不及时，很易造成局部冒
4、顶，如页岩、再生顶板及煤层顶板等。中等稳定顶板，虽由于受到一系列裂隙所切割，但局部尚较完整，如砂页岩或粉砂岩等。完整顶板，这种顶板允许悬露面积大，稳定性好，不易发生局部冒顶。如砂岩或坚硬的砂页岩等。82023-5-25矿山压力与岩层控制第一节 顶板分类与底板特征2）岩层内节理裂隙的发育情况：原生裂隙：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。构造裂隙：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。这种弱面有些是贯穿于整个岩层群的大小断层面，以及伴随此断层的各种小型破坏面。压裂裂隙：指在煤层开采时引起的破坏面。一般仅发生在比较软的直接顶，
5、主要是由于支承压力的作用。92023-5-25矿山压力与岩层控制第一节 顶板分类与底板特征10直接顶的分类（冒空使接顶恶化）以直接顶初次垮落步距L0作为分类指标，分为4类：1类 L0 8m 不稳定顶板2类8m L0 18m中等稳定顶板3类18m L0 28m 稳定顶板4类28m L0 50m非常稳定顶板 以直接顶端面破碎度作为分类指标，分为3类：破碎顶板 中等稳定顶板 完整顶板2023-5-25矿山压力与岩层控制第一节 顶板分类与底板特征 FA端面破碎面积 F支架梁端到煤壁面积端面距为1m时的端面破碎度称为顶板冒落灵敏度。1类 E30%不稳定顶板 2类 11%E30%中等稳定顶板 3类 E5,
6、无周期来压或来压不明显顶板,图(a)级 260 0.6 0.4 1.0 1.2 2023-5-25矿山压力与岩层控制第五节 采场来压预测与支护质量监测表 5-13 11110工作面支护质量指标 监控后11110工作面支护质量与顶板状况发生了明显的好转。监控前后支护质量状况对比见表5-14,顶板及煤壁片帮情况见表5-15。111表表 5 5-1414 1111011110 工作面监测前后支护质量对比工作面监测前后支护质量对比 内容 初撑力/kN 接顶距 a/m 梁端距 b/m 端面距 /mm 顶梁角/（）立柱偏角/（）顶梁错距/m 监测前 1141 0.64 0.41 1.48 6.2 4.2
7、0.32 监测后 1912 0.27 0.32 0.83 3.4 2.6 0.22 比较/%676 57.8 21.9 43.4 45.38.1 31.2 2023-5-25矿山压力与岩层控制第五节 采场来压预测与支护质量监测表表5 5-1515 1111011110工作面监测前后状况对比工作面监测前后状况对比 项目 平均日产/t 冒落度/（%）冒顶倾斜长工作面长/（%）片帮深度/m 片帮倾斜长工作面长/（%）监控前 1138 33.9 14.5 0.43 22.5 监控后 1618 10.2 3.4 0.24 9.3 比较/%+42.2 69.9 76.6 44.2 58.7 112顶板支护
8、质量监测方法总体思路以支柱初撑力为主要监控指标，树立“初撑力第一”的观念。以实现“装面、初放、正常回采、收作”四阶段的全过程监控。将“监控”作为回采工艺的一道重要工序来安排。2023-5-25矿山压力与岩层控制第五节 采场来压预测与支护质量监测 采场支架作为支护顶板、维护采场安全生产的结构物，并不是孤立存在的，而是处在一个由老顶-直接顶-支架-底板组成的体系中。因此，首先对顶板稳定性和底板特征进行分类。依据直接顶平均初次垮落距，将直接顶分为4类，其中1类、2类又分为2个亚类；依据老顶初次来压当量pe值，将老顶分为4级，其中级又分为2个亚级；主要依据底板比压和刚度，将底板分为类，其中类分为2个亚
9、类。1132023-5-25矿山压力与岩层控制第六节 本章小结 详细介绍了采场支架类型与支架力学特性，回采工作面支架分为单体支架和液压支架两大类，单体支架又分为摩擦式金属支架和单体液压支架；我国目前基本上分为支撑式、掩护式、支撑掩护式、纯掩护式4种类型液压支架。分析研究各类支架的结构特征和受力状态，根据采场支架与围岩相互作用原理，确定各类支架的优缺点和适用范围。液压支架的架型、主要参数和控顶技术制约支架控顶能力。1142023-5-25矿山压力与岩层控制第六节 本章小结 围绕工作面矿山压力控制，阐述了液压支架选型顺序和决定液压支架参数的方法，单体液压支柱工作面顶板控制原则和方法，老顶来压的预测预报原理和预测预报实例及采场支护质量监测的实施措施。1152023-5-25矿山压力与岩层控制第六节 本章小结
