综合机械化采煤工作面顶板控制设计.docx

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1、综合机械化采煤工作面顶板控制设计一、液压支架选型1.液压自移支架的选型顺序（1）根据顶板岩石力学性质、厚度及岩层结构及弱面发育程度确定直接顶类型；（2）根据老顶岩石力学特性及矿压显现特征确定老顶级别；（3）根据底板岩性及底板抗压入强度及刚度测定结果，确定底板类型；（4）根据矿压实测数据计算额定工作阻力或根据采高，控顶宽度及周期来压步距，估算支架必需的支护强度和每米阻力；（5）根据顶底板类型、级别及采高，初选必需的额定支护强度，初选支架型式；（6）考虑工作面风量，行人断面，煤层倾角，修正架型及参数；（7）考虑采高、煤壁片帮（煤层硬度和节理）的倾向性及顶板端面冒落度，确定顶梁及护帮结构；（8）考虑

2、煤层倾角及工作面推进方向，确定侧推结构及参数；（9）根据底板抗压入强度，确定支架底座结构参数及对架型参数的要求；（10）利用支架参数优化程序（考虑结构受力最小），使支架结构优化。液压支架的选型：系统分析比较法分析比较法选型原则为：（1）主要根据直接顶、老顶的厚度、物理性质、层理和裂隙发育情况及类级；结合采高、开采方法等因素确定支架的额定工作阻力、初撑力、几何形状、立柱数量及位置、移架方式、顶板覆盖率。下位顶板的稳定性对液压支架选型尤为重要。例如经分析认为，目前适用最广的架型为两柱支顶式掩护支架及支撑掩护式支架，而前者可适用于老顶II级，动压系数为1.21.5,直接顶较稳定，采高小于5m的煤层；

3、后者主要适用于I级以上老顶，动压系数约1.5m以上，直接顶中等稳定以上的煤层；（2）对于“三软”煤层，目前采取的架型有两种两柱掩护支架。一种是短顶梁的支掩式托梁掩护支架，为了缩小控顶距可采用插底式支架；另一途径是采取对顶板全封闭方式的支顶式掩护支架，可采用长侧护板的整体顶梁加伸缩梁，加大立柱的倾斜以增大支架的指向煤壁的水平支撑能力；(3)根据煤厚、变化范围及其规则程度，确定支架最大和最小高度、活柱伸缩段数、加高装置。结合煤层的强度和节理发育程度确定是否采用护帮装置，以及装置的形式和尺寸。煤层厚度小于2.7m时，一般不使用护帮装置；(4)煤层倾角数据主要用于确定支架稳定性，如防倒、防滑装置、锚固

4、站及调架装置；(5)底板抗压入强度及平整程度用于确定底座类型是整体刚性底座或弹性连结的分底座；根据底板载荷集度分布确定底座面积以及在软底时采用减少底座端部载荷集度峰值的架型或采用插底式还是设置抬底座装置；(6)依据煤层的瓦斯含量及释放方式确定支架的最小过风断面是否能满足通风要求；(7)金矿井内地质构造情况，特别是断层的落差、影响范围，陷落柱的范围和规律。这一方面应使综采区段布置避开地质构造复杂区域，宜用于断层落差小于1m,最大不超过煤厚1/2的稳定煤层。此外应选对地质构造变化适应能力强的架型。根据以上原则对可选择的支架架型及各部件的几个方案进行比较后，决定采取某类型及其参数。二、液压支架参数对

5、液压支架设计使用起决定作用的力学参数是初撑力和工作阻力。支架的合理支护强度应包括支架合理工作阻力、合理初撑力以及两者的比值，对于坚硬和稳定顶板尚需考虑工作面每延米阻力，此值反映支撑力矩的大小。1.液压支架工作阻力决定支架合理工作阻力的方法主要有：载荷估算法、实测统计法及理论分析法等。(1)载荷估算方法估算法认为支架的合理工作阻力P应能承受控顶区内以及悬顶部分的全部直接顶岩重Ql,还要承受当老顶来压时形成的附加载荷Q2。P=Q+。2=M%+Ql式中，九分别为第i层直接顶的厚度、悬顶距及容重。当直接顶随支架推移而冒落时，4等于控顶距1明工作面的合理支护强度P应为：P=Zhy+半ln由于老顶的载荷Q

6、2难于精确地计算，故可将不来压时的支架载荷作为仅是直接顶的载荷，再乘以来压时的动压系数n可得p=h若考虑直接顶的初始碎胀系数为1.25-1.5,动压系数一般不超过2,则=(48)M/,式中M-采高，mo显然，在顶板条件较好，周期来压不明显时可取低倍数，而周期来压比较剧烈时则可用高倍数。(2)实测统计法支架的时间加权平均工作阻力在每一循环是不同的，它是一个随机变量。据一些工作面的统计，它服从正态分布，故支架合理工作阻力P可用下式表示：P=Pl+k式中3标准均方差，kN；k置信度系数若允许有3%的支架时间加权平均阻力大于额定工作阻力而使安全阀开启，则k值约为2,故上式为：P=P1+2t若以支架最大

7、工作阻力Pm作为统计值，则k可取为11.3,支架合理工作阻力P为尸11.3)M当工作面有明显老顶来压现象时，应按来压期间统计的支架阻力来确定合理工作阻力。（3）理论分析法图514R与PoZPh的关系曲线I-IBIl-f50S （2j） 2-布山- 2297 （2 集“3-范各庄。1375 （2）t 4-南电旷83。7 （3类“ 5一想各庄71477 （2类）.6*范各庄,1英）I 7一南电0*7304 （2奥）砌体梁学说认为，工作面支架的作用应及时支撑控顶区内直接顶岩层,避免直接顶和老顶离层而破碎，同时要对上覆可能形成砌体梁结构的老顶岩层以作用力，用以平衡其部分载荷，不让其沿工作面形成切顶及大

8、量的台阶下沉。由于支架的工作阻力不可能改变老顶以上岩层的主要位移状态，因此，这时支架的受力条件应考虑到满足支架必要的可缩量。Ph=Z +2L2tg(-)2(H-)式中PH合理支护强度，kN/m2；夕一岩块间摩擦角；一岩块破断角；H一老顶岩层厚度；万一B岩块回转下沉量;Q一砌体梁下位岩层中悬露岩块的全部重量。2初撑力初撑力在支架参数中具有重要地位，其对顶板控制度重要性已得到普遍认同。提高支架初撑力可以减少顶板离层，增强顶板自身强度，增加顶板的稳定性；提高支架对机道顶板的支撑能力，减少工作面顶板端面破碎度及煤壁片帮；压实顶梁上及底座下浮砰，提高支撑系统刚度；充分利用支架额定支撑能力，减少顶底板相对移近量。实测表明，随着初撑力与额定工作阻力的比值自增加，实测支架平时工作阻力按指数曲线增长，其回归方程为BPl=Ae1式中，A和B为随地质技术条件而变的常数。)尸。随着支架尸，值的增加，Pl值也增加，但当，值达到60%85%后，Pl值曲线的斜率迅速减小，因此，为了使支架发挥较高的支撑水平，又考虑尸。到支柱安全阀开启压力通常要低于额定压力o%,故与的合理值宜取尸。0.60.85。对于I、II类顶板，与值宜选75%85%,对于H上及m类顶尼板，PH值取60%75%为宜。初撑力的适当提高，并不会增加支柱的开启率，因为高初撑力可减少支架的增阻值，从而减少顶板下沉量及安全阀开启率。