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固定支架学习 TPM挑战分任组 李双 * * 第一节 采煤工作面顶板组成及其分类 一、顶板组成 采场围岩包括煤层上方的直接顶、基本顶和煤层下方的直接底板。 采场围岩的机械性质和运动特征对工作面支护设备选型和支护参数选择至关重要。 煤层采动后，因顶板出现变形、断裂和垮落，煤体被压松和发生片帮，支护设备的载荷增大和底板鼓起等原因引起的矿山压力显现。 1-煤层 2-直接顶 3-基本顶 Ⅰ-冒落带 Ⅱ-裂隙带 Ⅲ-弯曲下沉带 第一节 采煤工作面顶板组成及其分类 1-煤层 2-直接顶 3-基本顶 从开切眼向前推进，直接顶悬露面积逐渐增大，下沉和变形随之增大。当推进到初次垮落步距(从开切眼到工作面初次切顶线的距离)时，直接顶冒落，形成冒落带Ⅰ。 直接顶冒落，基本顶悬露。随工作面推进，基本顶在矿压作用下不断产生裂隙和变形，形成裂隙带Ⅱ。当达到极限垮落步距时发生断裂和垮落→基本顶初次来压。 随工作面推进，基本顶周期垮落。在弯曲下沉带Ⅲ，裂隙少，仅岩层间有离层现象，对支护设备载荷影响不大。 第一节 采煤工作面顶板组成及其分类 二、顶底板稳定性特征及分类 1．直接顶稳定性划分 直接顶是工作面支架首要的支护对象。对直接顶的稳定性评价，是支架结构和支护参数选择的首要依据。 影响顶板稳定性的主要因素： (1)组成顶板岩石的坚硬程度和脆性特征。用单轴抗压强度表征其坚硬程度，抗拉强度反映其脆性特征。 (2)顶板岩层分层厚度和分层强度沿厚度的分布。涉及刚度较大的岩层(承载层)和刚度较小的岩层(随动层)的厚度及相对关系。 (3)顶板岩体的完整程度。以节理弱面的发育程度来表征，包括分层厚度和节理特征(密度、方向、组数)。 3个指标是反映直接顶稳定性的基本要素。从岩层控制需要出发，对直接顶的稳定性进行实用性分类。 第一节 采煤工作面顶板组成及其分类 2．基本顶矿压显现分级 基本顶(原称老顶)指位于煤层直接顶之上，抗弯刚度较大，较难跨落的岩层或岩层组合，其运动特征对于综采工作面支架设计和选型意义重大。 基本顶断裂对工作面压力显现的影响程度取决于： (1)基本顶初次或周期来压步距→基本顶厚度、抗拉或抗压强度及被裂隙弱化程度的综合反映。 (2)直接顶垮落后的充填程度，用直接顶厚度与采高的比值表示。 (3)采高，在直接顶厚度一定情况下，采高愈大，矿压显现愈强烈 。 长壁工作面的开采边界条件，如周围未采、一侧采空、两侧采空等因素对围岩应力及基本顶断裂步距有一定的影响，特别是当基本顶初次来压步距超过工作面长度1/2时，影响显著——进行基本顶初次来压步距等效值计算。 第一节 采煤工作面顶板组成及其分类 3．采煤工作面底板分类 对综采工作面围岩控制有重要影响的是直接底板对支架的抗压入特性。 底板抗压入特性分脆性、塑脆性和塑性类型。 每种类型分增阻型和降阻型两类，共同特点是在支架未压入底板前，底板具有线弹性特征，具有不同的抗压缩刚度；支架或支柱压入底板后抗压缩刚度显著降低，顶板下沉显著增大。 第二节 支架架型选择 在液压支架与围岩力学相互作用研究的基础上，综合分析不同地质条件下支护阻力确定的理论研究成果并分析不同支架的结构力学特征，为支架选型提供依据。 液压支架选型准则 液压支架选型必须考虑的地质和采矿条件： ①直接顶稳定性类型； ②基本顶级别及相应矿压显现参数(初次和周期来压步距，来压时载荷，直接顶厚度)； ③底板类别及相应的力学参数(容许载荷强度，抗压缩刚度)； ④截高，煤层强度，节理方向，煤层厚度变化等； ⑤煤层倾角和工作面推进方向； ⑥瓦斯等级和必需的通风断面等。 选型顺序： ①根据直接顶、基本顶、底板类型初步选定基本架型； ②考虑上述①～⑩诸因素选定具体结构，包括顶梁、底座、侧护结构等； ③根据地质条件和矿压显现参数，计算支架必需的支护强度和相应的额定工作阻力。 ④考虑顶底板含水层条件，验算支架对底板比压或载荷强度。 ⑤验算通风断面、风流、风速等。如果瓦斯涌出量较大，避免用插底式支架。 第二节 支架架型选择 第二节 支架架型选择 根据使用经验，在综采工作面支架选型时，注意： (1)不稳定和中等稳定顶板优先选用掩护式支架。在底板极松软条件下，严格验算并限制支架底座尖端比压，不得超过底板容许比压即极限载荷强度→避免使用重型支架 (2)非常稳定和稳定的难垮落顶板和周期来压强烈和十分强烈的顶板，优先考虑选取支撑掩护式支