矿压课件(4采场顶板控制设计)山科.ppt

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1、Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系5 回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 12/21/20221Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系地质与开采条件采空区处理方式顶板运动规律合理支护强度合理支护强度合理支护强度合理支护强度地表和岩层保护要求岩层运动理论支架支架支架支架围岩关系围岩关系围岩关系围岩关系支架性能与评价支架性能与评价支架性能与评价支架性能与评价支架选型支架选型支架选型支架选型支护方式与参数支护方式与参数支护方式与参数支护方式与参数特种支护技术管理措

2、施监测监控完善设计控制设计理论控制设计理论控制设计理论控制设计理论事故预测方法顶板管理法规反馈修正回采工作面顶板控制设计流程回采工作面顶板控制设计流程12/21/20222Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系4.1 4.1 回采工作面顶板分类回采工作面顶板分类回采工作面顶板分类回采工作面顶板分类 顶板岩层的性质、组成，运动形式以及不同的稳定条件，对顶板岩层的性质、组成，运动形式以及不同的稳定条件，对于顶板处理方式、支护设计都会有明显影响。因此，回采工作面于顶板处理方式、支护设计都会有明显影响。因此，回采工作面顶板分类是顶板控制设计

3、和日常顶板管理的基础。顶板分类是顶板控制设计和日常顶板管理的基础。顶板分类主要指标有顶板分类主要指标有岩性指标、工程指标岩性指标、工程指标两种。两种。岩性指标包括顶板岩层的岩石力学性质（单向抗压强度）、分岩性指标包括顶板岩层的岩石力学性质（单向抗压强度）、分层厚度、节理和裂隙的发育情况等，通常由实验室试验和现场实测层厚度、节理和裂隙的发育情况等，通常由实验室试验和现场实测两种方法测定。两种方法测定。12/21/20223Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系 工程指标是指在回采过程中可以直接观测到的参数，包括顶板的工程指标是指在回采

4、过程中可以直接观测到的参数，包括顶板的挠曲情况、端面顶板破碎和顶板运动步距等。挠曲情况、端面顶板破碎和顶板运动步距等。（1）直接顶端面挠曲情况、（）直接顶端面挠曲情况、（2）端面顶板破碎度、（）端面顶板破碎度、（3）直接顶）直接顶垮落步距、（垮落步距、（4）基本顶运动步距及岩梁数目、（）基本顶运动步距及岩梁数目、（5）直接顶厚度与采）直接顶厚度与采高比值、（高比值、（6）顶板下沉量、（）顶板下沉量、（7）煤壁片帮深度）煤壁片帮深度12/21/20224Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系12/21/20225Ground Pres

5、sure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系直接顶分类直接顶分类单轴抗压强度、分层厚度单轴抗压强度、分层厚度f、节理裂隙间距、节理裂隙间距dD=C1C2CC1=0.2255(f+1)+0.0503C2=0.1541(d+1)+0.0697不稳定不稳定中等稳定中等稳定稳定稳定非常稳定非常稳定强度系数强度系数砂岩、灰岩、节理裂隙很少砂岩、灰岩、节理裂隙很少致密砂岩、灰岩、节理裂隙极少致密砂岩、灰岩、节理裂隙极少致密泥岩、粉砂岩、砂质泥岩节理裂隙不发育致密泥岩、粉砂岩、砂质泥岩节理裂隙不发育泥岩、泥页岩、碳质泥岩，理裂隙发育或松软泥岩、泥页岩、碳质泥岩，理裂隙发育或

6、松软岩性描述岩性描述12/21/20226Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系基本顶分级基本顶分级不明显不明显明显明显强烈强烈非常强烈非常强烈 基本顶的分级指标是基本顶的分级指标是基本顶初次来压当量基本顶初次来压当量(pe)，由基本顶初次来压步距由基本顶初次来压步距(C0)、直接顶充填系数、直接顶充填系数(N)和煤层采高和煤层采高(hm)按下式确定。基本顶的分级指标见表按下式确定。基本顶的分级指标见表6。pe=241.3ln(C0)-15.5N+52.6hm式中式中 pe基本顶初次来压当量，基本顶初次来压当量，kNm2。12/21

7、/20227Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系支架对顶板的工作状态支架对顶板的工作状态支架对顶板的工作状态支架对顶板的工作状态（1）支架对直接顶的工作状态）支架对直接顶的工作状态“给定载荷给定载荷”方案方案 在顶板岩层沉降过程中，支架对直接顶的工作状态按在顶板岩层沉降过程中，支架对直接顶的工作状态按在顶板岩层沉降过程中，支架对直接顶的工作状态按在顶板岩层沉降过程中，支架对直接顶的工作状态按“给定载荷给定载荷给定载荷给定载荷”考虑是接近实际的。无论顶板沉降到什么位考虑是接近实际的。无论顶板沉降到什么位考虑是接近实际的。无论顶板沉降

8、到什么位考虑是接近实际的。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。置，直接顶给支架的作用力可以近似地看成是恒定的。置，直接顶给支架的作用力可以近似地看成是恒定的。置，直接顶给支架的作用力可以近似地看成是恒定的。12/21/20228Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系（2 2）支架对基本顶的工作状态）支架对基本顶的工作状态）支架对基本顶的工作状态）支架对基本顶的工作状态“给定变形给定变形给定变形给定变形”和和和和“限定变限定变限定变限定变形形形形”“给定变形给定变形给定变形给定变形”工作方案工作方案工作

9、方案工作方案 在岩梁由端部断裂到沉降至最终位态的整个运动过程中，在岩梁由端部断裂到沉降至最终位态的整个运动过程中，在岩梁由端部断裂到沉降至最终位态的整个运动过程中，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。运动起到阻止作用。运动起到阻止作用。运动起到阻止作用。12/21/20229Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学

10、院-资源工程1系岩梁运动全过程中支架作用力与顶板压力之间的关系岩梁运动全过程中支架作用力与顶板压力之间的关系岩梁运动全过程中支架作用力与顶板压力之间的关系岩梁运动全过程中支架作用力与顶板压力之间的关系 或 岩梁运动至最终状岩梁运动至最终状岩梁运动至最终状岩梁运动至最终状态时的顶板下沉量：态时的顶板下沉量：态时的顶板下沉量：态时的顶板下沉量：12/21/202210Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系为防止支架在岩梁运动过程中被压死，最大允许缩量须满足：为防止支架在岩梁运动过程中被压死，最大允许缩量须满足：岩梁运动结束时回采工作面支

11、架实际受力值岩梁运动结束时回采工作面支架实际受力值岩梁运动结束时回采工作面支架实际受力值岩梁运动结束时回采工作面支架实际受力值 E ET T支架的综合刚度支架的综合刚度支架的综合刚度支架的综合刚度 12/21/202211Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系“限定变形限定变形限定变形限定变形”工作方案工作方案工作方案工作方案 采场支架对岩梁运动采取采场支架对岩梁运动采取采场支架对岩梁运动采取采场支架对岩梁运动采取“限定变形限定变形限定变形限定变形”，是指采场支架，是指采场支架，是指采场支架，是指采场支架对岩梁运动进行必要的限制。在

12、支架阻力的作用下，岩梁对岩梁运动进行必要的限制。在支架阻力的作用下，岩梁对岩梁运动进行必要的限制。在支架阻力的作用下，岩梁对岩梁运动进行必要的限制。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（岩梁运动不能沉降至最低位态。岩梁进入稳定时的位态（岩梁运动不能沉降至最低位态。岩梁进入稳定时的位态（岩梁运动不能沉降至最低位态。岩梁进入稳定时的位态（岩梁运动稳定时采场顶板下沉量）由采场支架的阻抗力所限定。稳定时采场顶板下沉量）由采场支架的阻抗力所限定。稳定时采场顶板下沉量）由采场支架的阻抗力所限定。稳定时采场顶板下沉量）由采场支架的阻抗力所限定。12/21/202212Ground

13、 Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系 在支架刚度一定的条件下，要求控制的位态愈在支架刚度一定的条件下，要求控制的位态愈在支架刚度一定的条件下，要求控制的位态愈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。高，所需支架的阻抗力越大。高，所需支架的阻抗力越大。高，所需支架的阻抗力越大。在选择支架对基本顶控制状态时，应该根据采在选择支架对基本顶控制状态时，应该根据采在选择支架对基本顶控制状态时，应该根据采在选择支架对基本顶控制状态时，应该根据采场的需要来选择，是场的需要来选择，是场的需要来选择，是场的需要来选择，是“给定变形给定

14、变形给定变形给定变形”还是还是还是还是“限定变形限定变形限定变形限定变形”。12/21/202213Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系支架围岩的一般关系支架围岩的一般关系支架围岩的一般关系支架围岩的一般关系 合理的支护强度应该能杜绝下列顶板事故：剪切冒落、合理的支护强度应该能杜绝下列顶板事故：剪切冒落、滑动冒落、冲击冒落；应该尽可能抑制下列顶板压力显现：滑动冒落、冲击冒落；应该尽可能抑制下列顶板压力显现：台阶下沉、破碎、离层、大悬顶、冲击载荷。台阶下沉、破碎、离层、大悬顶、冲击载荷。位态方程位态方程位态方程位态方程 图图5.2

15、支架围岩的双曲线关系支架围岩的双曲线关系12/21/202214Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系MME E、E E、c c分别为基本顶厚度、容重和运动步距；分别为基本顶厚度、容重和运动步距；分别为基本顶厚度、容重和运动步距；分别为基本顶厚度、容重和运动步距；L LKK控顶距；控顶距；控顶距；控顶距；K KT T岩重分配系数。岩重分配系数。岩重分配系数。岩重分配系数。K KT T与岩梁断裂位置、结构形式、物理性质和支架性与岩梁断裂位置、结构形式、物理性质和支架性与岩梁断裂位置、结构形式、物理性质和支架性与岩梁断裂位置、结构形式、

16、物理性质和支架性能等都有关系，能等都有关系，能等都有关系，能等都有关系，12/21/202215Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系支架支架支架支架-围岩关系图围岩关系图围岩关系图围岩关系图b b c c段段段段为为为为梁式梁式梁式梁式结结结结构构构构给给给给定定定定变变变变形形形形bcbc段段段段为为为为拱梁或拱梁或拱梁或拱梁或类类类类拱拱拱拱结结结结构分构分构分构分层压实时层压实时层压实时层压实时的工作段，的工作段，的工作段，的工作段，abab或或或或abab 段段段段为为为为限定限定限定限定变变变变形工作段。形工作段。形工作

17、段。形工作段。cdcd段表示支架不能支撑直接段表示支架不能支撑直接段表示支架不能支撑直接段表示支架不能支撑直接顶顶顶顶的的的的重量，因此，是非法工作区。重量，因此，是非法工作区。重量，因此，是非法工作区。重量，因此，是非法工作区。工作段工作段工作段工作段为离层压实量，为离层压实量，为离层压实量，为离层压实量，K K为直接顶与基本顶的接触应力。为直接顶与基本顶的接触应力。为直接顶与基本顶的接触应力。为直接顶与基本顶的接触应力。12/21/202216Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系5.1.3 采场支护的原理采场支护的原理（1）对

18、直接顶）对直接顶“支支”与与“护护”两两重性重性（2）对基本顶控制状态的选择）对基本顶控制状态的选择“给定变形给定变形给定变形给定变形”、“限定变形限定变形限定变形限定变形”。支架要有足够的支撑能力，在采场支护住直接顶，使支架要有足够的支撑能力，在采场支护住直接顶，使其不垮落；同时，由于直接顶比较破碎，支架还必须能够其不垮落；同时，由于直接顶比较破碎，支架还必须能够护住顶板，使破碎岩块不能进入工作面。护住顶板，使破碎岩块不能进入工作面。12/21/202217Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系合理的支护强度：合理的支护强度：合理

19、的支护强度：合理的支护强度：从安全角度出发，除易碎直接顶回采工作从安全角度出发，除易碎直接顶回采工作从安全角度出发，除易碎直接顶回采工作从安全角度出发，除易碎直接顶回采工作面外，支护强度是越大越好，但从经济角度出发，应该在保面外，支护强度是越大越好，但从经济角度出发，应该在保面外，支护强度是越大越好，但从经济角度出发，应该在保面外，支护强度是越大越好，但从经济角度出发，应该在保证安全的前提下，尽可能减小支护强度，因为支护强度的提证安全的前提下，尽可能减小支护强度，因为支护强度的提证安全的前提下，尽可能减小支护强度，因为支护强度的提证安全的前提下，尽可能减小支护强度，因为支护强度的提高是以增加材

20、料的投入为代价的。既安全又经济的支护强度高是以增加材料的投入为代价的。既安全又经济的支护强度高是以增加材料的投入为代价的。既安全又经济的支护强度高是以增加材料的投入为代价的。既安全又经济的支护强度为合理支护强度。为合理支护强度。为合理支护强度。为合理支护强度。支护强度：支护强度：支护强度：支护强度：指单位面积上支架给予顶板的支撑力。指单位面积上支架给予顶板的支撑力。指单位面积上支架给予顶板的支撑力。指单位面积上支架给予顶板的支撑力。12/21/202218Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系 注意！注意！针对不同的控制要求，支护强

21、度是不同的，通针对不同的控制要求，支护强度是不同的，通针对不同的控制要求，支护强度是不同的，通针对不同的控制要求，支护强度是不同的，通常所说的某一个回采工作面的支护强度是多少，是常所说的某一个回采工作面的支护强度是多少，是常所说的某一个回采工作面的支护强度是多少，是常所说的某一个回采工作面的支护强度是多少，是针对一定的顶板控制状态而言的，因而不能笼统地针对一定的顶板控制状态而言的，因而不能笼统地针对一定的顶板控制状态而言的，因而不能笼统地针对一定的顶板控制状态而言的，因而不能笼统地认为该采场的顶板压力就等于测得的支护强度。认为该采场的顶板压力就等于测得的支护强度。认为该采场的顶板压力就等于测得

22、的支护强度。认为该采场的顶板压力就等于测得的支护强度。12/21/202219Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系5.2 合理支护强度的确定合理支护强度的确定 5.2.1 直接顶初次垮落期间直接顶初次垮落期间（1）支的准则：保证直接顶安全切落。）支的准则：保证直接顶安全切落。（3）支护强度：）支护强度：（2）力学保证条件：支架至少能承担起直接顶初次垮落步距一半的重力。）力学保证条件：支架至少能承担起直接顶初次垮落步距一半的重力。12/21/202220Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工

23、程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 5.2.2 基本顶初次来压期间基本顶初次来压期间（1）支的准则）支的准则防止直接顶向采空区推垮；防止直接顶向采空区推垮；让基本顶缓慢沉降到要求的位态（防止冲击）；让基本顶缓慢沉降到要求的位态（防止冲击）；保证支架不被压死；保证支架不被压死；对可能发生剪切的采场，应采取特殊的处理方对可能发生剪切的采场，应采取特殊的处理方 法，并进行采场来压预报。法，并进行采场来压预报。12/21/202221Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系（2）力学保证条件）力学保证条件增加支柱

24、初撑力和工作阻力，使直接顶和基本顶增加支柱初撑力和工作阻力，使直接顶和基本顶紧贴（加大泵压，穿鞋或用大吨位升柱器等措施）；紧贴（加大泵压，穿鞋或用大吨位升柱器等措施）；支架能在不被压死的情况下，承担起基本顶的部支架能在不被压死的情况下，承担起基本顶的部分作用力和全部直接顶的作用力。分作用力和全部直接顶的作用力。12/21/202222Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 支护强度支护强度 12/21/202223Ground Pressure and Strata Control矿业与安

25、全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 N N11时，表明直接顶很薄，坚硬基本顶来压猛烈，支架必时，表明直接顶很薄，坚硬基本顶来压猛烈，支架必时，表明直接顶很薄，坚硬基本顶来压猛烈，支架必时，表明直接顶很薄，坚硬基本顶来压猛烈，支架必须承担初次来压步距内须承担初次来压步距内须承担初次来压步距内须承担初次来压步距内1/41/4的岩重。如基本支护达不到要求，的岩重。如基本支护达不到要求，的岩重。如基本支护达不到要求，的岩重。如基本支护达不到要求，则采取特种支护或其它措施。则采取特种支护或其它措施。则采取特种支护或其它措施。则采取特种支护或其它措施。1N2.51N2.5

26、时，表明采空区充填一般，顶板下沉量和来时，表明采空区充填一般，顶板下沉量和来时，表明采空区充填一般，顶板下沉量和来时，表明采空区充填一般，顶板下沉量和来压强度随压强度随压强度随压强度随N N的增加而线性减小，需承担的基本顶作用力的增加而线性减小，需承担的基本顶作用力的增加而线性减小，需承担的基本顶作用力的增加而线性减小，需承担的基本顶作用力也越来越小。也越来越小。也越来越小。也越来越小。12/21/202224Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系2.5N52.55N5时，表明垮落直接顶与基本顶接实，支架可完时，表明垮落直接顶与基本

27、顶接实，支架可完时，表明垮落直接顶与基本顶接实，支架可完时，表明垮落直接顶与基本顶接实，支架可完全不考虑基本顶的作用力。全不考虑基本顶的作用力。全不考虑基本顶的作用力。全不考虑基本顶的作用力。12/21/202225Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 直接顶作用力直接顶作用力A 当悬顶距较大时，自身有一定支承能力，其作用力无须支架全部承担，当悬顶距较大时，自身有一定支承能力，其作用力无须支架全部承担，悬顶断裂后，在沉降过程中，根据静力平衡，支架必须承受悬顶的全部重力悬顶断裂后，在沉降过

28、程中，根据静力平衡，支架必须承受悬顶的全部重力（不考虑力矩的作用）。（不考虑力矩的作用）。当悬顶距较小时，悬顶与采空区已垮矸石很难接触以传递直接顶的重力，当悬顶距较小时，悬顶与采空区已垮矸石很难接触以传递直接顶的重力，所以，应按力矩平衡来求所以，应按力矩平衡来求A。12/21/202226Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 长悬顶触矸后，直接顶给支架的作用力：长悬顶触矸后，直接顶给支架的作用力：12/21/202227Ground Pressure and Strata Control

29、矿业与安全工程学院-资源工程1系5.2.3 正常推进阶段正常推进阶段类拱结构采场类拱结构采场，防止类拱在煤壁处切落（沿图，防止类拱在煤壁处切落（沿图 5.4中中AB、CD线）；线）；图图5.4 类拱在煤壁处的切落位置类拱在煤壁处的切落位置12/21/202228Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系梁式结构采场梁式结构采场防止基本顶来压时出现大的台阶下防止基本顶来压时出现大的台阶下 沉和冲击；沉和冲击；多岩层结构采场多岩层结构采场防止上位岩梁对下位岩梁冲击；防止上位岩梁对下位岩梁冲击；防止支架压死。防止支架压死。12/21/2022

30、29Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 类拱结构采场保证支架能支撑直接顶和悬垮度一半的类拱结构采场保证支架能支撑直接顶和悬垮度一半的重量；重量；支架在支架在“给定变形给定变形”状态工作时，必须能支撑直接顶状态工作时，必须能支撑直接顶并能承担部分基本顶的作用力，以减缓基本顶的来压速度；并能承担部分基本顶的作用力，以减缓基本顶的来压速度；力学保证条件：力学保证条件：支架在支架在支架在支架在“限定变形限定变形限定变形限定变形”状态下工作时，必须能支住直接顶状态下工作时，必须能支住直接顶状态下

31、工作时，必须能支住直接顶状态下工作时，必须能支住直接顶的全部作用力并能承担控制顶板下沉量为的全部作用力并能承担控制顶板下沉量为的全部作用力并能承担控制顶板下沉量为的全部作用力并能承担控制顶板下沉量为 h hi i时对应的基时对应的基时对应的基时对应的基本顶悬跨度本顶悬跨度本顶悬跨度本顶悬跨度L Li i的部分作用力。的部分作用力。的部分作用力。的部分作用力。12/21/202230Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系（3 3）支护强度）支护强度）支护强度）支护强度类拱结构类拱结构“给定变形给定变形”12/21/202231Grou

32、nd Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计“限定变形限定变形”多岩梁结构多岩梁结构12/21/202232Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系5.2.4 5.2.4 防止直接顶滑动的支护强度计算防止直接顶滑动的支护强度计算防止直接顶滑动的支护强度计算防止直接顶滑动的支护强度计算 防滑准则为一般情况下基本顶自身能形成平衡防滑准则为一般情况下基本顶自身能形成平衡防滑准则为一般情况下基本顶自身能形成平衡防滑准则为一般情况下基本顶自身能形成平衡结

33、构，为防止直接顶顶向采空区方向滑动，支架除结构，为防止直接顶顶向采空区方向滑动，支架除结构，为防止直接顶顶向采空区方向滑动，支架除结构，为防止直接顶顶向采空区方向滑动，支架除承受直接顶的全部作用外，还需使直接顶与基本顶承受直接顶的全部作用外，还需使直接顶与基本顶承受直接顶的全部作用外，还需使直接顶与基本顶承受直接顶的全部作用外，还需使直接顶与基本顶有足够大的接触压力，使直接顶与基本顶紧贴。有足够大的接触压力，使直接顶与基本顶紧贴。有足够大的接触压力，使直接顶与基本顶紧贴。有足够大的接触压力，使直接顶与基本顶紧贴。12/21/202233Ground Pressure and Strata Co

34、ntrol矿业与安全工程学院-资源工程1系基本顶初次来压期间的支护强度基本顶初次来压期间的支护强度基本顶初次来压期间的支护强度基本顶初次来压期间的支护强度 A A直接顶作用力；直接顶作用力；直接顶作用力；直接顶作用力；QQ由基本顶结构形式决定的摩擦力安全系数，见下表；由基本顶结构形式决定的摩擦力安全系数，见下表；由基本顶结构形式决定的摩擦力安全系数，见下表；由基本顶结构形式决定的摩擦力安全系数，见下表；f f基本顶与直接顶之间的摩擦系数，一般取基本顶与直接顶之间的摩擦系数，一般取基本顶与直接顶之间的摩擦系数，一般取基本顶与直接顶之间的摩擦系数，一般取0.30.3；00基本顶初次来压完成后的顶板

35、下沉角。基本顶初次来压完成后的顶板下沉角。基本顶初次来压完成后的顶板下沉角。基本顶初次来压完成后的顶板下沉角。12/21/202234Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系基本基本基本基本顶结顶结顶结顶结构构构构类类类类拱拱拱拱结结结结构构构构拱式拱式拱式拱式结结结结构构构构梁式梁式梁式梁式结结结结构构构构安全系数安全系数安全系数安全系数1.51.52 23 3安全系数安全系数安全系数安全系数Q Q选取表选取表选取表选取表 12/21/202235Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院

36、-资源工程1系正常推进阶段的支护强度正常推进阶段的支护强度正常推进阶段的支护强度正常推进阶段的支护强度 基本顶周期来压完成后的顶板下沉角基本顶周期来压完成后的顶板下沉角基本顶周期来压完成后的顶板下沉角基本顶周期来压完成后的顶板下沉角 12/21/202236Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系5.2.5 5.2.5 合理支护强度的确定合理支护强度的确定合理支护强度的确定合理支护强度的确定 根据前面按根据前面按根据前面按根据前面按“支的准则支的准则支的准则支的准则”和和和和“防滑准则防滑准则防滑准则防滑准则”计算的支计算的支计算的支

37、计算的支护强度，取其中的最大值为合理支护强度，这样既护强度，取其中的最大值为合理支护强度，这样既护强度，取其中的最大值为合理支护强度，这样既护强度，取其中的最大值为合理支护强度，这样既可以防止直接顶滑动，又可以防止出现动压冲击和可以防止直接顶滑动，又可以防止出现动压冲击和可以防止直接顶滑动，又可以防止出现动压冲击和可以防止直接顶滑动，又可以防止出现动压冲击和台阶下沉。台阶下沉。台阶下沉。台阶下沉。12/21/202237Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 5.3 支架工作特性及实际支撑

38、能力的确定支架工作特性及实际支撑能力的确定12/21/202238Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 在进行顶板控制设计时，必须考虑各种因素对在进行顶板控制设计时，必须考虑各种因素对在进行顶板控制设计时，必须考虑各种因素对在进行顶板控制设计时，必须考虑各种因素对支架实际支撑能力的影响：支架实际支撑能力的影响：支架实际支撑能力的影响：支架实际支撑能力的影响：（a a）初撑力）初撑力）初撑力）初撑力 支架支设时，将活柱升起，托住顶梁，利用升柱支架支设时，将活柱升起，托住顶梁，利用升柱支架支

39、设时，将活柱升起，托住顶梁，利用升柱支架支设时，将活柱升起，托住顶梁，利用升柱工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动支撑力。工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动支撑力。工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动支撑力。工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动支撑力。最初形成的主动支撑力称为支柱的初撑力。对于液最初形成的主动支撑力称为支柱的初撑力。对于液最初形成的主动支撑力称为支柱的初撑力。对于液最初形成的主动支撑力称为支柱的初撑力。对于液压支柱，是泵压所形成的支柱对顶板的撑力。压支柱，是泵压所形成的支柱对顶板的撑力。压支柱，是泵压所形成的支柱对顶板的撑力。压支柱，是泵压所形成的支柱对顶板的撑力。1

40、2/21/202239Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系（c）初工作阻力）初工作阻力 在支架的性能曲线中，活柱下缩时，工作阻力增长在支架的性能曲线中，活柱下缩时，工作阻力增长率由急剧增长转为缓慢增长的转折点处的工作阻力。率由急剧增长转为缓慢增长的转折点处的工作阻力。（b）始动力）始动力 在顶板压力作用下，活柱开始下缩的瞬间，支柱在顶板压力作用下，活柱开始下缩的瞬间，支柱上所反映出来的力称为始动阻力。这种力是顶板压上所反映出来的力称为始动阻力。这种力是顶板压缩支柱形成的。也称为支柱的阻力。缩支柱形成的。也称为支柱的阻力。12/21

41、/202240Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系（d）最大工作阻力）最大工作阻力 支柱所能承受的最大负载能力，又称额定工作阻力。支柱所能承受的最大负载能力，又称额定工作阻力。（e e）支架性能（或特性）支架性能（或特性）支架性能（或特性）支架性能（或特性）支架支撑力与支架可缩量关系，常用支架支撑力与支架可缩量关系，常用支架支撑力与支架可缩量关系，常用支架支撑力与支架可缩量关系，常用R R-曲线表示。曲线表示。曲线表示。曲线表示。（f f）支撑力支撑力支撑力支撑力支架对顶板的主动作用力；支架对顶板的主动作用力；支架对顶板的主动作用

42、力；支架对顶板的主动作用力；（g g）工作阻力）工作阻力）工作阻力）工作阻力支架受顶板压力作用而反映出来的力。支架受顶板压力作用而反映出来的力。支架受顶板压力作用而反映出来的力。支架受顶板压力作用而反映出来的力。12/21/202241Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 单体支架由顶梁和支柱组成。它的工作特性单体支架由顶梁和支柱组成。它的工作特性单体支架由顶梁和支柱组成。它的工作特性单体支架由顶梁和支柱组成。它的工作特性主要取决于单体支柱的工作特性和辅助结构的压主要取决于单体支柱的工作

43、特性和辅助结构的压主要取决于单体支柱的工作特性和辅助结构的压主要取决于单体支柱的工作特性和辅助结构的压缩特性。缩特性。缩特性。缩特性。（1 1）单体支柱）单体支柱）单体支柱）单体支柱12/21/202242Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 金属摩擦支柱金属摩擦支柱金属摩擦支柱金属摩擦支柱广泛使用的金属摩擦支柱有急增阻式和微增阻式两种。广泛使用的金属摩擦支柱有急增阻式和微增阻式两种。广泛使用的金属摩擦支柱有急增阻式和微增阻式两种。广泛使用的金属摩擦支柱有急增阻式和微增阻式两种。图图图图

44、5.7 HZWA5.7 HZWA型金属支柱结构型金属支柱结构型金属支柱结构型金属支柱结构（微增阻）（微增阻）（微增阻）（微增阻）12/21/202243Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系图图图图4-13 HZWA4-13 HZWA型支柱工作特性曲线型支柱工作特性曲线型支柱工作特性曲线型支柱工作特性曲线 R R00始动工作阻力始动工作阻力始动工作阻力始动工作阻力R RA A初工作阻力初工作阻力初工作阻力初工作阻力R RB B终工作阻力终工作阻力终工作阻力终工作阻力12/21/202244Ground Pressure and St

45、rata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 单体液压支柱单体液压支柱单体液压支柱单体液压支柱 按注油（液）方式分为按注油（液）方式分为内注式和外注式两种。内注式和外注式两种。图图5.9 内注式内注式图图5.10 外注式外注式 内注式液压支柱内注式液压支柱工作液存工作液存在支柱体内，在支柱体内，通过摇动手把通过摇动手把操纵支柱内的液压泵，把工操纵支柱内的液压泵，把工作液从低压腔压入高压腔升作液从低压腔压入高压腔升起支柱。起支柱。外注式液压支柱的工作外注式液压支柱的工作液是从外部供给的。液是从外部供给的。12/21/202245Ground

46、 Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 图图 5.12 单体液压支柱工作特性曲线单体液压支柱工作特性曲线 12/21/202246Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系（1 1）外注式支柱体内无手摇泵，结构简单，重量轻，成本低；）外注式支柱体内无手摇泵，结构简单，重量轻，成本低；）外注式支柱体内无手摇泵，结构简单，重量轻，成本低；）外注式支柱体内无手摇泵，结构简单，重量轻，成本低；（2 2）外注式支柱支设速度较快；）外注式支柱支设速度较快；

47、）外注式支柱支设速度较快；）外注式支柱支设速度较快；（3 3）外注式支柱需要配备液压泵和管路系统，使用上灵活；）外注式支柱需要配备液压泵和管路系统，使用上灵活；）外注式支柱需要配备液压泵和管路系统，使用上灵活；）外注式支柱需要配备液压泵和管路系统，使用上灵活；（4 4）外注式支柱每使用一次需要消耗一定的乳化液。）外注式支柱每使用一次需要消耗一定的乳化液。）外注式支柱每使用一次需要消耗一定的乳化液。）外注式支柱每使用一次需要消耗一定的乳化液。在一些薄煤层或行人较困难的工作面，来回拉注液枪有困难在一些薄煤层或行人较困难的工作面，来回拉注液枪有困难在一些薄煤层或行人较困难的工作面，来回拉注液枪有困难

48、在一些薄煤层或行人较困难的工作面，来回拉注液枪有困难时，宜使用内注式液压支柱；在缓斜和倾斜中厚煤层工作面中，时，宜使用内注式液压支柱；在缓斜和倾斜中厚煤层工作面中，时，宜使用内注式液压支柱；在缓斜和倾斜中厚煤层工作面中，时，宜使用内注式液压支柱；在缓斜和倾斜中厚煤层工作面中，则宜使用外注式液压支柱。则宜使用外注式液压支柱。则宜使用外注式液压支柱。则宜使用外注式液压支柱。外注式和内注式液压支柱各自的优缺点：外注式和内注式液压支柱各自的优缺点：外注式和内注式液压支柱各自的优缺点：外注式和内注式液压支柱各自的优缺点：12/21/202247Ground Pressure and Strata Con

49、trol矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计（2 2）液压支架）液压支架）液压支架）液压支架综采支架综采支架（a）支撑式液压支架）支撑式液压支架 结构上没有掩护梁，对顶板作用是以垂直支撑为主的支架。结构上没有掩护梁，对顶板作用是以垂直支撑为主的支架。支架具有较大的支撑能力，靠立柱和顶梁直接支撑顶板，支架具有较大的支撑能力，靠立柱和顶梁直接支撑顶板，维护工作空间，顶板在顶梁后部切断垮落。支撑力集中在顶维护工作空间，顶板在顶梁后部切断垮落。支撑力集中在顶梁的后部，在煤壁附近（无立柱支护区）由支撑力较弱的前梁的后部，在煤壁附近（无立柱支护区）由支撑力较弱的前探

50、梁维护。探梁维护。12/21/202248Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 图图5.14 BZZZC型垛式液压支架型垛式液压支架12/21/202249Ground Pressure and Strata Control矿业与安全工程学院-资源工程1系 一般适用于支撑稳定和坚硬的顶板，对下位岩层一般适用于支撑稳定和坚硬的顶板，对下位岩层一般适用于支撑稳定和坚硬的顶板，对下位岩层一般适用于支撑稳定和坚硬的顶板，对下位岩层为中等稳定以下的煤层难于适应，在破碎顶板下工为中等稳定以下的煤层难