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

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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