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《礦山壓力與巖層控制(中礦版)教案93 淺埋煤層采場支護(hù).pdf》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、4.3淺埋煤層采場支護(hù)4.3.1淺埋煤層采場的支架圍巖動(dòng)態(tài)作用關(guān)系采場支護(hù)是頂板控制基本手段,確定合理支護(hù)阻力是頂板支護(hù)的關(guān)鍵參數(shù)。確定合理的支護(hù)阻力,首先必須根據(jù)頂板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性研究支架與圍巖的相互作用關(guān)系,以便確定最危險(xiǎn)狀態(tài)下的頂板壓力。根據(jù)淺埋煤層采場周期來壓的結(jié)構(gòu)分析,頂板主要有“短砌體梁”和“臺階巖梁”兩種結(jié)構(gòu)形狀。兩種結(jié)構(gòu)都屬于滑落失穩(wěn)類型,支架主要承受結(jié)構(gòu)失穩(wěn)形成的壓力,最危險(xiǎn)狀態(tài)的載荷可以說是“給定”的,支架工作處于“給定失穩(wěn)載荷”狀態(tài)。必須提供必要的支護(hù)力才能維持頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,即由支架和頂板結(jié)構(gòu)共同作用來平衡頂板的滑落
2、失穩(wěn)力、維持頂板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由上一節(jié)關(guān)于合理的頂板結(jié)構(gòu)支護(hù)力的分析可知(圖4-13、圖4-14),雖然淺埋煤層工作面支架處于“給定失穩(wěn)載荷”狀態(tài),但控制頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定所需的支護(hù)阻力不是恒定值,而是隨巖塊的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而變化的。此外,在頂板切落運(yùn)動(dòng)過程中,關(guān)鍵塊上的載荷層作用于關(guān)鍵塊上的載荷不是上方巖柱的靜態(tài)重量,存在載荷傳遞效應(yīng)。必須提供足夠的支護(hù)阻力控制頂板的初始切落運(yùn)動(dòng),才能防止頂板結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步惡化所引起的失穩(wěn)載荷增大,達(dá)到以最小的支護(hù)阻力控制頂板的目的,這就是淺埋煤層周期來壓期間的“支架—圍巖”動(dòng)態(tài)作用關(guān)系。4.3.2合理支護(hù)阻力的確
3、定下面首先以“短砌體梁”結(jié)構(gòu)為例,說明支護(hù)阻力的確定方法。淺埋煤層工作面周期來壓時(shí)頂板最危險(xiǎn)的狀態(tài)如圖4-15所示,工作面支架的支護(hù)阻力P由直接頂巖柱重量W和老頂滑落失穩(wěn)所傳遞的壓力R組成:mDP?W?R?lb?h?g?RmDkD(4-19)圖4-15“短砌體梁”結(jié)構(gòu)的“支架—圍巖”關(guān)系老頂結(jié)構(gòu)滑落失穩(wěn)作用于支架的壓力為:R?bRD代入(10-17)可得:4i(1?sin?)?3sin??2cos?R?111bPD4i?2isin?(cos??2)1(4-20)11周期來壓期間老頂關(guān)鍵塊上載荷層的計(jì)算仍然借鑒太沙基巖土壓力計(jì)算原理,頂板
4、載荷P的構(gòu)成如圖4-16所示。1圖4-16周期來壓頂板載荷根據(jù)文獻(xiàn)[10]中圖3-25,老頂關(guān)鍵塊上的載荷層處于采場上覆巖層的離層區(qū),該區(qū)的載荷層處于非壓實(shí)狀態(tài)。實(shí)測神府1203工作面地表最大下沉速度點(diǎn)滯后采場約30m,表明淺埋煤層工作面關(guān)鍵塊上的載荷也不是載荷層的全部重量,存在載荷傳遞效應(yīng)。載荷傳遞系數(shù)K(?0)可以表示為:GK?KKGrt式中,K為載荷傳遞巖性因子;K為載荷傳遞的時(shí)間因子。rt由圖10-15可知,老頂關(guān)鍵塊的載荷P由老頂關(guān)鍵層重量P和載荷層傳遞1G的重量P組成:ZP=P+P1GZ(4-21)P?hl?gG(4-22)
5、P?Khl?gZG11(4-23)式中,h為老頂關(guān)鍵層厚度;l為關(guān)鍵塊長度(周期來壓步距);?g為基巖容重;h為載荷層厚度;?g為載荷平均容重;K(?0)為載荷傳遞系數(shù)。11G由于載荷層厚度大,仍然按太沙基土壓力計(jì)算原理近似估算載傳遞系數(shù)。參照文獻(xiàn)[11](3-128)式可得作用于老頂巖塊的載荷為:?gl2P?1Z2?tan?,h?(1.5~2.5)l(4-24)1在長時(shí)間狀態(tài)下取K=1,聯(lián)立(10-23)和(10-24)可得周期來壓時(shí)載荷傳t遞巖性因子:lK?r2h?tan?1(4-25)由此可得周期來壓時(shí)的載荷傳遞系數(shù)為:lK?KG
6、2h?tan?t1(4-26)式中,ψ為載荷層的內(nèi)摩擦角;λ為載荷層側(cè)應(yīng)力系數(shù)。由(10-21)、(10-22)、(10-23)可得作用于關(guān)鍵塊的載荷為:P=hl?g+KGh1l?1g,h?(1.5~2.5)l11(4-27)由(10-18)、(10-19)可得,控制頂板所需的支護(hù)阻力為:4i(1?sin?)?3sin??2cos?P?lb?h?g?111bPmk4i?2isin?(cos??2)111(4-28)按與“短砌體梁”結(jié)構(gòu)支護(hù)阻力計(jì)算相同的方法,可以求得“臺階巖梁”結(jié)構(gòu)條件下的控制頂板所需的支護(hù)阻力為:i?2sin??sin
7、??0.5P?lb?h?g?1max1bPmki?2sin??sin?11max1(4-29)考慮支架的支護(hù)效率,工作面支架的工作阻力為:PP?mG?(4-30)其中,μ為支架的支護(hù)效率。4.3.3淺埋煤層工作面支護(hù)設(shè)計(jì)基本方法為了說明支護(hù)阻力確定的方法,針對幾個(gè)工作面實(shí)際參數(shù)給出實(shí)例進(jìn)行說明,在此基礎(chǔ)上總結(jié)出了淺埋煤層的支護(hù)設(shè)計(jì)基本方法。1.支護(hù)阻力確定的實(shí)例分析[實(shí)例4-1]:以大柳塔煤礦1203工作面為例,已知老頂關(guān)鍵層的厚度h=13.4m,基巖容重?g=0.024MN/m3,載荷層厚度h=32m,載荷層容重?g=0.018MN/
8、m3,1周期來壓步距為l=10.4~15m,平均12m,采高m=4m,支架寬度為b=1.5m,兩?h柱掩護(hù)式支架支護(hù)效率μ=0.9,控頂距l(xiāng)=2.2m,直接頂厚度=6m(有2m頂k煤未采),確定控制頂板所需