放顶煤开采理论与技术（2）.pptVIP

五、综放工作面的液压支架及支架一围岩关系 工作面支架的支撑作用主要反映在两个方面：一是根据围岩破坏特征，防止或控制冒顶（大冒顶或局部冒顶）、漏矸（架前或架间）、片帮以至底臌等矿压显现；二是支架以其支撑力（取决于支撑特性），改变支架周边局部围岩的应力特征，发挥围岩自承能力，控制局部冒顶、漏矸和煤壁片帮等。 工作空间上方及其临近围岩属于 “减压带” ，地压主应力（σ1）影响甚微，现代液压支架只要具足够的垂直支撑能力，一般都能实现平衡。因此，我们研究采场周边应力场时，主要研究工作面临近围岩的侧向应力（σ3）。 支架提供的支撑力能局部改变 σ3 的分布特征，在 σ3 为正（压应力）时，顶板内的裂隙趋于闭合，顶板趋向稳定。否则，拉应力区扩大或拉应力值增大（增长梯度大），则易发生冒顶等事故。 5.1 采场围岩内拉应力（σ3）的分布 在支架的前方（煤壁内）和前上方（端面顶板）存在着一个拉应力区，是端面冒顶和片帮的主要原因。控制这个拉应力区范围和应力大小就基本上可控制采场的局部冒顶，也体现了支架控顶的有效牲； 在工作空间的上方和后方有大范围拉应力区，是采空区冒落的主要条件； 在工作空间上方还有一个压应力区，这是顶板（或煤）可以不冒落的区域。压应力区的大小和应力值的大小表示顶板的稳定性。 5.2 支护参数对顶板的影响 A 支撑力较高，端面距较小； B 降低支撑力，拉应力区扩大； C 降低支撑力，拉应力区扩大； D 垂直支撑力适中，增加水平支撑力 端面距为零。控顶效果大改观。 5.2 支护参数对顶板的影响 A图、B图、C图都可以看出直接顶板内存在着一上一下两个拉应力区：一个决定端面顶板的控制；一个决定上位顶板的垮落； C图是端面距大，无水平支撑力，垂直支撑力小的状况，上下两个拉应力区贯通，工作面存在切顶（大冒顶）的危险； D图是端面距为零，水平支撑力大，垂直支撑力较大的状况，这时顶板的维护状况最好，拉应力区最小； A图和B图大体上差不多，只是A比B的垂直支撑力大，可以看出拉应力区就有明显变化。 用数字模拟、模糊聚类分折方法研究了支护各参数对控制端面顶板及煤壁各力学参数的重要性（权重），红色数据表示改变某支撑参数对端面及煤壁有显著影响的因素；黄色表明有一定的影响，其影响的显著性不超过0.2；白色表示影响不显著的因素。 煤体强度对端面控制，特别是对控煤壁的水平位移（煤壁片帮）有着无可争议的重要性； 端面支撑力的作用十分明显，提高端面支撑力对防止煤壁片帮有着和提高煤壁强度有着相类似的重要性。而这一点在以往研究支架—围岩关系时，是相对受到忽略的（“三软煤层”炮采时，工人十分注意加打“贴帮柱”的控顶作用）。 缩小端面距主要是对防止端面局部冒顶有着十分重要的意义。其重要性甚至超过提高端面支撑力； 提高支架水平工作阻力将对控制端面冒顶的较多的力学参数起着较重要的作用； 提高支架垂直工作阻力除了对减少端面顶板的垂直位移有一定作用外，对控制端面顶板和煤邦的其他力学参数的影响相对较小。 5.3 支架一一围岩关系与支架设计 支架—围岩关系研究的目的：设计更好的支架以控制采场围岩 采场围岩控制是通过改善支架各方面功能实现的，仅仅提高立柱支撑力将达不到完满的效果或得非所值。 支架完善的支护功能应包括： 合理的支架垂直支撑力； 合理的水平支撑力； 在保证满足近煤壁采运设备和通风行人等要求下，应使支撑合力对顶板的作用点距煤壁最近。 在不影响采煤机摇臂割煤的前提下，支架设计应使端面距最小；当采煤机割煤扩大端面距后，支架要能及时恢复最小端面距； 前梁前端应对顶板有较大的支撑力（Pb）。对于“三软煤层”，提高Pb的作用十分明显。 完善的支架还应有其它一系列的功能以保证最佳支护功能的实现。如支架稳定性（防倒防滑等）要好，尤其是大倾角放顶煤支架的设计、快速移架（包括处理软底板支架陷底问题）、有自动（包括程控）前移和自动调架功能等； 5.4 支架的合理支撑力 1、支架工作阻力（支撑力）是支架设计的最基本的参数， “类比法”。根据条件大体相同的已采工作面观测数据作参照。这是当前使用最广泛的方法。由于在采用时，大多遵循“宁高勿低”的原则，因而一般不会出现太大问题； “采高倍数法”——传统的单一长壁确定支架工作阻力的方法。根据冒落后需要几倍采高的垮落顶板岩石（层）方能填满采空区确定的。一般为4-8倍采高的岩石重量 p = n γ h 对