矿山压力及其控制

内容回顾一、顶板压力的估算1、估算法（1）经验估算法（2）从老顶平衡结构关系估算（3）威尔逊估算2、实测法二、回采工作面前后支承压力的分布三、影响采场矿山压力显现的主要因素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性

5.3采场支架与围岩相互作用原理

5.4综合机械化工作面顶板控制设计

5.5单体液压支柱工作面顶板控制设计

5.6采场来压预报与支护质量监测控制采场矿山压力的重要性总体角度（矿井设计的问题）局部（支护和采空区处理）直接顶与老顶的关系控制工作面矿山压力的方法掌握矿山压力的规律回采工作面支架第一节顶板分类与底板特征一、对直接顶的分析

1、定性分析破碎顶板————页岩、再生顶、煤顶中等稳定顶板——砂页岩、粉砂岩完整顶板————砂岩、坚硬砂页岩

按稳定状态原生裂隙构造裂隙压裂裂隙裂隙类型张裂隙剪裂隙2、定量分析按直接顶初次垮落步距分不稳定顶板——中等稳定顶板—稳定顶板———3、雅格比分类法端面破碎度——端面破碎面积与梁端无支护面积之比。冒落敏感度E——端面距为1米时的端面破碎度。一类二类三类FAFh

直接顶：对支架选型、支护方式、局部冒顶等起主导作用；老顶：对直接顶稳定性、来压强度、支护强度、支架性能、采空区处理等起决定性作用。根据老顶取得平衡的条件，在采用全部垮落法的工作面中，一般情况下，老顶岩层对工作面顶板的压力影响主要取决于直接顶的厚度。显然，老顶离煤层越远，即直接顶越厚，破断后形成“结构”和呈现缓慢下沉式平衡的可能性也越大。因此长期以来，生产单位常以直接顶厚度作为预计影响工作面矿山压力显现的重要指标之一。二、对老顶分析

无来压来压明显来压严重坚硬顶板塑性顶板

Ⅳ、老顶特别坚硬，又无直接顶：这时顶板常在采空区悬露上万平方米而不垮落，当其垮落时，常常形成冲击，造成事故。这类顶板称为极坚硬顶板。目前通常采用爆破方法强制放顶或高压水方法使顶板软化Ⅴ、能塑性弯曲的顶板：赋存在煤层之上的顶板，随着工作面的推进能缓慢下沉，而后逐渐与煤层底板相接触。这种情况的形成，显然与顶板岩层的性质、采高及岩层厚度有关。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。显然老顶的失稳不仅与N有关，还与节理裂隙的发育程度及其在岩层中的分布有关，以及与老顶的厚度和含水情况有关。因此对于具体条件，必须进行具体分析。三、顶板分类方案

1、分类目的：规范化、科学化、系列化

2、分类方案：依据直接顶的稳定性（强度、初垮步距）分为四类；依据直接顶厚高比、老顶来压步距将老顶分为4级。直接顶：分为四类，其中1、2类各分为两个亚类；

（不稳定、中稳、稳定、非常稳定）老顶：依据老顶初次来压当量将老顶分为4级。

（来压不明显、明显、强烈、非常强烈）直接顶：一类二类三类四类不稳定中等稳定稳定坚硬原煤炭工业部颁发的缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类方案老顶：1级2级3级4级来压不明显来压明显来压强烈来压极强烈原煤炭工业部颁发的缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类方案老顶初次来压当量四、底板特征

1、底板的力学特征

2、底板比压——支架底座对单位面积底板所造成的压力

支柱插入底板的破坏形式受支承压力影响，产生变形。受支柱压力作用，被压入。整体剪切局部剪切其它剪切

整体剪切局部剪切其它剪切穿鞋破坏

整体剪切——当载荷达到某一值后（极限抗压入强度），突然下降。局部剪切——没有明显的突破点，随载荷增加，压入深度的变形率增长较快。其它剪切——界于二者之间，有突破点但不明显，载荷超过突破点后，压入深度明显增大。木柱鞋抗压强度较低，不宜使用第二节采场支架类型与特性一、支架类型木支架——————木柱+木梁摩擦金属支架———摩擦柱+铰接金属梁单体液压支架———液压柱+铰接金属梁支撑式掩护式支撑掩护式

单体支架液压支架普通支架端头支架大采高支架放顶煤支架液压支架的应用范围正在逐步扩大二、支架的工作特性

单体支架特性应为支架与顶梁的共同特性，当顶梁为刚性材料时，支架特性主要由支柱特性决定。液压支架特性不仅与支柱特性有关，而且与支架结构有关。1、支柱特性

支柱力学特性——受顶板压力作用，支柱变形（下缩）性质。2、支柱的工作阻力支柱的撑力——支柱对顶板的主动作用力支柱的工作阻力——支柱受顶板压力作用而反映出来的力。（撑力——主动力；阻力——被动力）

初撑力——支柱刚架设时对顶板支撑力；

始动阻力——顶板压力下，支柱开始下缩时的阻力；

初工作阻力——阻力由急剧增长到缓慢增长的转折点处阻力；

额定工作阻力——支柱所能承受的最大载荷。急增阻微增阻恒阻支柱几种典型特性曲线（P-s）3、支撑系统工作特性支撑系统——围岩与支撑物所构成的力学系统。

支撑系统=顶板+插背物+顶梁+支柱+（浮煤矸）+柱鞋+底板

支撑系统特性——支撑系统受力作用而呈现的变形性质。

在对顶板的支撑中，实际是支撑系统工作特性在起作用。

支撑物的可缩性使支撑系统早期发生较大变形，阻力上不去，顶板离层。支柱插入底板可导致顶板管理恶化。正常情况插入底板

安全规程规定：

禁止将支柱架设在浮煤、浮矸上。

技术要求：

柱顶要插严背实；

煤底或软岩底时，支柱要穿鞋（液柱铁鞋）三、液压支柱的结构及特性：

1、类型：内注液式：NDZ

外注液式：DZ2、结构

3、DZ系列：

4、型号：DZ22—30/100DZ——普通单体液压支柱PDZ——炮采单体液柱SDZ——三柱套（薄煤层）DZ系列系列高度22分米—额定阻力30吨/油缸内径100毫米内注式和外注式各自特点？？？

5、初撑力：式中：——泵站工作压力；

——活柱直径；

——管路压力损失系数。

6、液压支柱工作原理：Ⅰ—升柱；Ⅱ—工作；Ⅲ—降柱1—活柱；2—柱体；3、9、10—管路；4—安全阀；5—单向阀；6—主回油路；7—主进油路；8—操纵阀三、液压支架支护方法分析

1、分类按支撑面积与掩护面积比值分类支撑式支撑掩护式掩护支撑式掩护式支撑式掩护支撑式支撑掩护式掩护式

支撑式

2、按支架结构分类：掩护式支撑掩护式A---支撑式支架支护分析工作特点：

支撑力大，适宜坚硬有来压顶板；反复支撑次数多，不适宜破碎顶板；框式结构，不能承受水平推力。优点：通风断面大、行人方便、结构简单、重量轻；

适用于：顶板稳定，有来压，瓦斯大的工作面。

支撑力的合力远离前端梁，重点在后柱。直接顶较为完整，老顶有明显周期来压，或采空区有较大的控顶距。A:在坚硬顶板条件下，支架支撑力的分布分析合力，但是采空区冒落，形成对支架向煤壁方向强大的水平推力，支架易损坏。（优先）B：破碎顶板条件下，采用良好的护顶措施（加强前梁的支撑力），使顶板和支架的支撑力分布相适应。1.5m以下煤层；倾角小于20°；直接顶3，4类；底板Ⅲ类。煤炭行业标准认为：B--掩护式支架分析工作特点：（支柱支撑在掩护梁上）

控顶距小，减少了对顶板的反复支撑次数结构可承受一定水平推力；适应破碎顶板（挡矸，冒顶时可不勾顶）

缺点：支架空间小、通风断面小、行人不便、重量大单铰式双铰式掩护梁由托梁、掩护梁、底座与支柱四个主要部件组成。优点：1、缩小控顶距，减少托梁与顶板之间反复支撑的次数，提高了顶板了支撑力；2、在顶板局部冒顶的情况下，可以考虑不勾顶；3、可以承受一定水平推力，实现承载前移；4、挡矸效果较好。C---支撑掩护式支架架分析：支撑掩护式支架的支撑能力较强，顶板的合力作用点工作范围宽，对顶板的适应性较强，切顶能力强。支撑掩护式支架的掩护梁，因水平投影面积小故受载也小得多，支架底座对底板压力的分布也较掩护支架更均匀，对松软底板有较好的适应性。支架断面大，行人方便。但由于支架顶梁较长，结构较复杂，故支架价格较高，重量较大。支撑掩护式支架较适用于老顶来压强度大的煤层，对底板强度不限，适用范围较宽。支撑掩护式支架带帽点柱的布置方式

a—矩形排列；b—三角形排列四、单体支架方法分析（取决于直接顶的稳定性及来压时的危害）1、