矿山压力观测与控制综采工作面顶板控制设计综采工作面顶板控制设计.ppt

* 矿山压力观测与控制 教 师：采矿教研室 学 院：资源与测绘工程学院 一、概述 1、选型步骤： 1）确定顶、底板类型（直接顶、老顶、直接底）； 2）估算支架所需支护强度（实测、来压步距）； 3）初定额定支护强度、初选架型； 4）修正架型及参数（断面、风量、倾角）； 5）确定顶梁、护帮及侧推结构； 6）确定底座参数； 7）进行支架参数优化。 重要内容：架型、支架额定强度 §6-11 综采工作面顶板控制设计 液压支架的选型顺序 2、架型选择方法： 分析比较法： 依据顶底板状况、采高、倾角、瓦斯、煤层稳定程度、开采方法等因素确定支架额定工作阻力、几何尺寸、立柱数量位置、移架方式、顶板覆盖率等参数。（目前多用） 综合评分法： 在特定的地质、开采技术条件下，对预选的各种支架对围岩的适应性及力学特性进行评价打分，综合分数时考虑各项内容的重要程度，选择分数最高者，确定支架结构，然后确定支架的初撑力、工作阻力，并对支架参数进行优化。 * 如右图四柱式为例，支架的最大高度 支架的最小高度 式中 S1、S2——分别为最大采高最小控顶距支架前排柱处顶板下沉量和最小采高最大控顶距支架后排柱处顶板下沉量。 S1 S2 R1 Hmax Hmin Mmin Mmax R2 d B 支架高度计算图 上式中R1、R2分别为最小控顶距时前排柱距煤壁距离和最大控顶距时后排柱距煤壁距离，B为采煤机截深，d为支架两排柱之间距离。 二、液压支架参数确定 支架高度确定的原则是，在最大采高时，支架具有初撑力；在最小采高时，支架（或支柱）不被压死。 “严格控制采高，严禁采高大于支架的最大支护高度。当煤层变薄时，采高不得小于支架的最小支护高度。” 1、 支护高度的确定 对支架－围岩系统而言： P＝P0＋K△S P－支架工作阻力 P0－初撑力 可见，提高P0有利预先压实顶底板，提高系统刚度，提高工作阻力P，降低顶板下沉量△S. 因此，要保证支架对顶板的有效支护，要有一合适的初撑力。工作面合理工作阻力的确定应包括初撑力P0与最大工作阻力的确定。 二、支架合理工作阻力 1.初撑力合理值确定 支架设计的初撑力一般为支架额定工作阻力的80％左右。采场支架的初撑力应能平衡冒落带直接顶岩层重量。对单体支架工作面： 即： P0≥ γ h/n h－直接顶厚度 n－支护密度 n＝1/a·b a－排距;为采煤进度或采煤机截深的整数倍.如截深为0.5或1m,a＝1m;截深为0.8m,a=0.8m;截深为0.6m，a＝1.2m。 b－柱距，一般0.5m≤b≤1m 对液压自移式支架支架而言，初撑力取值一般为0.6-0.85倍的支护强度（额定工作阻力）。对1、2类顶板，宜选0.75-0.85；对2、3类顶板，宜选0.6-0.75。 为保证工作面支架初撑力达到设计值，必须保证： 使用的乳化液泵出口压力满足要求; 支护系统的刚度要满足要求,底软钻底需穿鞋; 操作质量必须保证。 * 2、 支护强度的确定 由最近实测资料，依据顶板压力由直接顶和老顶两部分载荷所致，估算式如下 (kPa) 式中 Lf——老顶初次来压步距，m； 200——相当于直接顶的载荷。 若取工作面老顶初次来压步距Lf＝30m，支护强度p＝440kPa。 可以看出，随着机械化程度提高，采场支护强度也在增大。 1）采高倍数估算法 * 2）实测类比法 其原理是条件雷同则工作阻力（或支护强度）也雷同。因此，有 式中 ——实测加权平均工作阻力（支护强度）， ； ——第i循环加权工作阻力（支护强度）， t1 t2 t3 0 n——观测总循环数； ——加权平均支护阻力（或强度）的均方差， ； ——实测最大平均支护阻力（或强度）， ； ——最大平均工作阻力（或支护强度）的均方差， 要求：冒高大于30cm的区段不大于采面总长度的10％； 采面出现台阶高度大于10cm的区段不大于采面总长度10％。 * 3）由顶板类型（行业标准）确定支护强度（统计法） I～III级老顶支护强度下限按下式计算： IVa级老顶Ck＝1.2~1.3；IVb级老顶Ck＝1.4~1.6。 IV级老顶延米支护强度按下式计算： 可取Lf＝2.45Lp 式中 项目 老顶级别 额定支护强度 /kPa 延米支护强度/kNm-1 I II III IVa IVb IVa IVb 采高hm/m 1 2 3 4 390 440 500 570 420