采场支护设计ppt课件.ppt

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1、第二章采场“支架—围岩”关系（支护强度）的确定支护强度研究现状支架—围岩关系支护强度计算支架对顶板的工作状态（回顾）（1）支架对直接顶的工作状态—“给定载荷”方案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”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。fz—直接顶悬顶系数，Ls—悬顶距，m；Lk—控顶距，m；S0—支护合力作用点到煤壁距离，m；nz—采场支护合力作用点系数，nz=S0/LkLs=0时，A；Ls很大时，A；S0=（Ls+Lk）/2时，A力矩平衡支架对顶板的工作状态（回顾）（2）支架对基本顶的

2、工作状态—“给定变形”和“限定变形”①“给定变形”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，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。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态时的顶板下沉量：支架对顶板的工作状态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：支架对顶板的工作状态岩梁运动结束后，支架实际受力ET—支架的综合刚度②“限定变形”工作方案采场支架对岩梁运动采取“限定变形”，是指采场支架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（

3、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。支架在“限定变形”状态下工作时，支架阻力与取得平衡的岩梁位态之间存在着一定的力学关系，可以建立两者间的力学方程。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。支架对顶板的工作状态支护强度概念支护强度是指单位面积上支架给予顶板的支撑力。从安全角度出发，除易碎直接顶采场外，支护强度使越大越好，但从经济角度出发，应该在保证安全的前提下，尽可能减少支护强度，因为支架强度的提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称为合理的支护强度。合理的支护强度应该能杜绝下列顶板事故：剪切冒落、

4、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、悬顶、冲击载荷。针对不同的控制要求，支护强度是不同的，通常我们说的某一面的支护强度是多少，是指针对一定的顶板控制而言的，因而不能笼统的认为该面的顶板压力就等于测得的支护强度。岩重法“支架—围岩”关系理论。人们通过实验室和现场的调压试验，很早就提出了顶板下沉量和支护强度之间存在的双曲线关系。该关系指出：要减少顶板下沉量，就必须以提高支护强度为代价。第一节支护强度的研究现状“传递岩梁”理论注意到上述双曲线只能定性的描述支架围岩关系，因而基于梁式结构的力学模型，提出了位态方程的概念和表达式式

5、中：A—直接顶作用力—控顶末排最大顶板下沉量；—要控制的顶板下沉量；K—位态常数，由岩梁参数和控顶距决定。该公式除阐明了支架围岩之间的双曲线关系外，还进一步指明了直接顶在位态方程中的作用。在具体采场，可计算出，K则不能定量计算，因为：式中，，—分别是老顶厚度、密度和运动步距；—控顶距；—岩重分配系数。与岩梁断裂位置、结构形式、物理性质、支架性能等有关系，只有搞清这些关系后，才能定量计算，然而，要搞清这些关系几乎是不可能的。一、“煤壁、支架——老顶”支撑系统的力学性质对老顶来讲，其支撑点只有前支点煤壁端（包括支架）和后支点采空区矸石两个，如果把岩梁断口处视为铰

6、接，不考虑接触点的弯矩，则该支撑体系属超静定结构，其力学模型简图如图所示显然，该体系用数学力学方法是难以解算的，因为老顶的变形协调方程很难建立。第二节支架围岩的一般关系二、支架围岩的一般关系为了进一步研究支架围岩的一般关系，首先要建立一般采场的顶板结构模型。1、一般老顶的结构模型沉积岩层中存在许多分层弱面，这些弱面把顶板分解成许多厚度不同的分层，假定从煤层到6~8倍采高范围内的顶板由分层厚度相等和力学性质完全相同的岩层组成，这种条件下的岩层运动状态如图所示。老顶岩层由若干分层组成，且每一分层间存在离层，触矸点位置也不同。在具体采场，分层厚度和岩层强度发生变化

7、时，将引起岩层运动的组合形式、离层量和触矸点的差异，但其运动机理与如图中模型是一致的。2、支架——围岩关系（1）支架与直接顶的关系直接顶直接覆盖于煤层上，一般情况下，采场支架要控制住其全部作用力（大悬顶是则不需要控制全部作用力）。设直接顶作用力为A，则支护强度PT的最低限度PT=A。然而，在现场矿压观测中，大量存在顶板大变形、支架荷载小于直接顶的作用力A，随着顶板下沉量的增大，支架载荷越来越小（特别在钻底严重的采场）。形成这种支架围岩关系有两种可能的岩层状态:一是直接顶自身离层,上位直接顶在采空区触矸；二是直接顶与老顶离层,直接顶在采空区整体触矸。这两种状态

8、下支架极易被直接顶推垮或老顶来压时冲垮,因此是不安全