回采工作面顶板控制及支护方法

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1、第六章回采工作面顶板控制及支护方法6.1基本概念回采工作面是地下移动着的工作空间，为了保证生产工作的正常进行与矿工的安全，必须对它进行维护。工作空间维护一方面是维护直接顶，另一方面又要控制老顶的活动规律，对老顶的控制是通过直接顶岩层进行的。在维护空间位置来讲，对回采工作面顶板控制包含对回采空间的支护以及对采空区的处理，采空区处理的具体措施则对老顶的活动起着明显的影响。控制采场矿压的基本手段从一定意义上讲，控制采场矿压显现主要是控制老顶的活动规律采空区的处理支撑和控制上覆岩层活动工作面支护支护构筑物必须与大结构相适应，因而必须具

2、备：一定的可缩性Δｓ和良好的支撑性能PP-Δｓ将直接影响支架受力的大小回采工作面支架的两个特性可缩性良好的支撑性能支架的性能：支架的支撑力与支架的可缩性的关系特征（P-Δs曲线）。支架性能：一般指支架的支撑力与支架可缩量的关系特征。常用P-ΔS曲线表示。回采工作面支架主要由梁和柱组成，一般，金属顶梁属于刚性结构，支柱常由活柱和底柱组成。它们之间的伸缩关系形成了支柱的可缩性。因此支架的特性主要由支柱的特性来决定的。支柱的撑力：支柱对顶板的主动作用力；支柱的工作阻力：支柱受顶板压力作用而反映出来的力；初撑力P0＇：支架支设时，支架

3、对顶板的主动支撑力，液压支柱时，由泵站压力确定；始动阻力P0：在顶板压力下，活柱开始下缩的瞬间，支柱上所反映出来的力；初工作阻力P1：在支架性能曲线中，活柱下缩时，工作阻力的增长率由急剧增长转为缓慢增长的转折点处的工作阻力；最大工作阻力P2：支柱所能承受的最大负载能力，又称额定工作阻力。目前所使用的工作特性有如下几种：P’0P0P2ΔS/mmP/KNP0P2ΔS/mmP/KNP’0P1P2ΔS/mmP/KNP0急增阻式微增阻式恒阻式急增阻式——支柱开始支设时，有一个极小的人为的初撑力P0‘，当支柱在顶板压力作用下，活柱开始下缩

4、时便形成了始动阻力P0，而后随活柱下缩，工作阻力呈直线性急增，这种支柱的可缩性量较小。可缩性很小，增阻较快，很快支撑顶板，一般多用于薄煤层工作面（下沉量小）。微增阻式——较小的初撑力P0’与始动阻力P0，随着活柱下缩先有一个急剧增长过程，达到工作阻力P1后，随着支柱继续下缩，工作阻力的增长变得极为缓慢，一直到支柱的最大可缩性，也就是支柱的最大工作阻力时为止，此类支柱具有较大的可缩量。初始增阻快，有利于及时支撑，后增阻较慢，可缩性较大，一般适用于中厚煤层工作面。恒阻式——随着活柱下缩，很快达到额定工作阻力P2，以后尽管活柱继续下

5、缩，支柱的工作阻力保持不变。初撑力较高，及时支护顶板，工作阻力保持恒定，可缩性较大，不因支架受力过大而损坏，缺点重量大，结构复杂，成本高，适于顶板压力较大的工作面。从支柱工作阻力适应顶板压力的特点进行分析，恒阻式的支柱较为有利，但结构较复杂，成本较高。急增阻式性能比较差，但成本较低，结构较简单。6.2回采工作面顶板岩层组成分类回采工作面的围岩，一般指直接顶、老顶及直接底的岩层。这三者对回采工作面的生产有着直接的影响。但一般来说，直接顶与老顶对回采工作面矿山压力及支护方式的选择影响更大一些。6.2.1对直接顶的分析直接顶是工作空

6、间直接维护的对象，显然直接顶的完整程度将直接影响到工作的安全及工作面生产能力的发挥，而且直接影响到所选择的支护方式。直接顶的完整程度取决于岩层本身的力学性质，和直接顶岩层内由各种原因造成的层理和裂隙的发育情况。综合这两者，结合我国的实际情况，曾将直接顶分为三种状态：（1）破碎的顶板：如页岩、再生顶板及煤顶等，这种顶板若护顶不及时，很易造成局部冒顶；（2）中等稳定顶板：此类直接顶板的岩层力学强度较大。有些岩层如砂页岩或粉砂岩等，虽由于受到一系列裂隙所切割，但局部尚较完整，因而仍属于中等稳定型；（3）完整顶板：允许悬露面积大，稳定

7、性好，不易发生局部冒顶。如砂岩或坚硬的砂页岩等。有的学者从节理裂隙的发育情况研究直接顶的稳定性，一般可将各种裂隙分为三类（教材P175）：（1）原生裂隙：在成岩过程中形成的;（2）压裂裂隙：在采动过程中形成的；（3）构造裂隙：在地质构造运动过程中形成的。根据裂隙面与工作面顶板岩层层面的位置关系，西德学者O.雅可毕曾将其分为五类，见下图：分为R1、R2、……R5五种基本裂隙。图中R1为平行于层面的裂隙，R2为垂直于层面的裂隙，R3为向煤壁方向倾斜的裂隙，R4为向采空区倾斜的裂隙，R5则为楔形裂隙。实际情况可能是这五种基本裂隙的组

8、合，如R12、R23……R34等，这种组合裂隙对顶板的支护极为不利。roofR1R2R3R4R5R12R34R23R13图所示为两种不同推进方向所造成的不同结果。如图所示存在一组构造裂隙，其可以造成有规则的倾斜于煤壁或采空区方向的裂隙R3及R4。由于工作面的推进方向与裂隙方向