7第五章回采工作面顶板控制设计7.30讲解.doc

针对上覆岩层的赋存条件及其可能的运动情况进行控制设计，将工作 面内矿压显现控制在要求的范围内，是实现矿井安全生产的重要保证。回采 工作面顶板控制设计的内容包括：回采工作面支架与围岩关系、合理支护强 度的确定、支架工作特性及实际支撑能力的确定以及常见顶板事故的控制的 控制设计。 回采工作面顶板控制设计 §5.1 回采工作面支架与围岩关系 5.1.1 支架对顶板的工作状态 5.1.2 支架围岩的一般关系 5.1.3 采场支护的原理 §5.2 合理支护强度的确定 5.2.1 直接顶初次垮落期间 5.2.2 基本顶初次来压期间 5.2.3 正常推进阶段 5.2.4 合理支护强度的确定 §5.3 支架工作特性及实际支撑能力的确定 5.3.1 支架分类 5.3.2 支架的工作特性 5.3.3 支架的实际支撑能力 §5.4 控制设计 5.4.1 单体支柱工作面支护设计 5.4.2 综采综放工作面支架选型 §5.5 常见顶板事故的控制 5.5.1 概述 5.5.2 回采工作面区域性切冒事故 5.5.3 回采工作面局部冒顶 5.5.4 底板失稳与破坏引起的顶板事故 5.5.5 应力集中型顶板事故§5.1 回采工作面支架与围岩关系 5.1.1 支架对顶板的工作状态 （1）支架对直接顶的工作状态—“给定载荷”方案 由于直接顶在采空区内已经垮落，所以顶板控制设计时，必须按最危险状态（沿煤壁处切断）考虑。理论与实践已证明，在顶板岩层沉降过程中，支架对直接顶的工作状态按“给定载荷”考虑是接近实际的。亦即无论顶板沉降到什么位置，直接顶给支架的作用力可以近似地看成是恒定的。其值可由下式表达： （1）—直接顶给支架的作用力； —直接顶悬顶系数。 其它符号含义同前。 （2）支架对基本顶的工作状态—“给定变形”和“限定变形” 基本顶岩梁断裂后，给支架的作用力，由支架对岩梁运动的抵抗程度（或对岩梁位态控制的要求）决定。因此，岩梁运动结束时支架可在以下两种状态下工作： ①“给定变形”工作方案 采场支架对基本顶岩梁的运动处于“给定变形”工作状态时，岩梁运动稳定时的位置状态（即“位态”）由岩梁的强度及两端支承情况决定。在岩梁由端部断裂到沉降至最终位态的整个运动过程中，支架只能在一定范围内降低岩梁运动速度，但不能对岩梁的运动起到阻止作用。 在“给定变形”工作状态下，岩梁运动全过程中支架作用力与顶板压力之间的关系为： 或者 （2）—沿倾斜每米顶板给支架的作用力，； —沿倾斜每米支架阻抗力，； —采场支架平均承载能力，； —控顶距，。 显然，在这种情况下岩梁从运动到重新进入稳定的全过程中，都无法建立起支架受力与顶板压力之间的直接关系方程。 在这种工作状态下岩梁运动至最终状态时的顶板下沉量（即岩梁无阻碍最终沉降值，见图5.1）为： （3）—岩梁无阻碍最终沉降值，即岩梁处于最低位态条件下最大控顶距处的顶板下沉量。 图5.1 计算图 在这种工作状态下，为了防止支架在岩梁运动过程中被压死，所要求的最大允许缩量须满足下式 （5.4） 式中 —支架最大允许缩量； —支柱破顶钻底及辅助支护物压缩量。 岩梁运动结束时采场支架实际受力值（），在不发生破顶钻底的理想条件下，将由支架的综合刚度（支架力学特性）所决定，即 （5.5）—支架的综合刚度。 ②“限定变形”工作方案 采场支架对岩梁运动采取“限定变形”，是指采场支架对岩梁运动进行必要的限制。即在支架阻力的作用下，岩梁不能沉降至最低位态。岩梁进入稳定时的位态（岩梁运动稳定时既定控顶距的采场顶板下沉量）由采场支架的阻抗力所限定。 支架在“限定变形”状态下工作时，支架阻力与取得平衡的岩梁位态之间存在着一定的力学关系，可以建立两者间的力学方程。在支架刚度一定的条件下，要求控制的位态愈高，所需支架的阻抗力越大。