采場與巷道支護設計

砌體梁學說工作面支架的作用應及時支撐控頂區(qū)直接頂巖層，避免直接頂和老頂離層而破碎；同時要對上覆可能形成砌體梁結構的老頂巖層以作用力，用以平衡其部分載荷，不讓其沿工作面形成切頂以及大量的臺階下沉。（一）采場支護方法1）支護方式（1）點柱、棚子（單體支柱鉸接頂梁）木支柱、金屬摩擦支柱、單體液壓支柱（2）液壓支架支護支撐式、掩護式、支撐掩護式、綜放液壓支架（3）輕型支架支護（4）滑移/懸移頂梁支架（簡單支架）支護液壓支架分類支撐式掩護式支撐掩護式輕型支架分類滑移頂梁支架單體組合式支架（二）采場支護設計方法1）工程類比法2）解析法、半解析法3）頂?shù)装蹇刂圃O計專家系統(tǒng)（三）巷道支護方法1）支護方式類型（1）表面支護和內(nèi)部支護表面支護是木支架、金屬支架、裝配式混凝土支架、砌碹、噴層等直接作用于巷道圍巖表面的支護，其作用就是提供表面約束支護力。內(nèi)部支護是錨桿、錨索、注漿等深入圍巖內(nèi)部的支護。其作用主要是加固圍巖，同時對圍巖表面提供約束支護力。（2）主動支護與被動支護注漿、有預緊力的錨桿索、有初撐力的表面支護屬主動支護。無預緊力的錨桿索、無初撐力的表面支護，屬被動支護。（3）剛性支護與可縮性支護盡管各種支護均有一定的可縮性，但相差較大。一般而言，壁后充填的可縮性金屬支架、可拉伸錨桿、柔性噴層等支護可縮性較大，而其他支護的可縮性均較小。這里的可縮性，必須是指產(chǎn)生縮量后巷道及支架仍能正常工作，支架結構木遭到破壞的情況。因支架鉆底破頂或支架產(chǎn)生結構性破壞的“縮量”，是不允許的，因此不屬于設計可縮性能的范疇。（4）臨時支護與永久支護臨時支護指為保證安全臨時支設的，需要撤除并反復使用的支架，如采煤工作面附近巷道的超前支護或加強支護、掘進工作面的臨時支護等；永久支護是指為維護巷道長期使用所采用的支護。（5）一次支護與二次支護不撤除的超前支護應屬于一次支護，它同樣要在整個巷道服務期內(nèi)發(fā)揮作用。滯后一次支護一定時間及距離的支護，為二次支護。（6）聯(lián)合支護和單一支護聯(lián)合支護指采用多種不同性能的單一支護的組合結構，即在聯(lián)合支護中各自充分發(fā)揮其固有的性能，揚長避短，共同作用，以適應圍巖變形的要求，最終達到圍巖和巷道穩(wěn)定的目的。聯(lián)合支護要與混合支架概念相區(qū)分，即兩種不同材質(zhì)組成的單一支護體。聯(lián)合支護也要與復合襯砌和復合材料的概念相區(qū)分，在碹體支護中兩碹體間充以瀝青或塑料板等進行復合襯砌，借以滿足工藝要求，不能稱為聯(lián)合支護。又如在同一噴層內(nèi)，外層、內(nèi)層采用不同彈模的纖維，只能稱作復合材料而不能稱為聯(lián)合支護。聯(lián)合支護必須是多種獨立的支護方法的組合如錨噴和U型鋼支架的聯(lián)合、錨噴和弧板的聯(lián)合。（7）巷內(nèi)基本支架支護、巷內(nèi)加強支護、巷旁支護。（三）巷道支護1）巷道支護類型煤巷支護、巖巷支護、半煤巖巷道支護。平巷支護、斜巷支護、垂直井巷支護、硐室支護。回采巷道支護、準備巷道支護、開拓巷道支護。2）巷道支護裝備（1）錨桿（2）金屬支架（3）其它傳統(tǒng)支護混凝土、鋼筋混凝土、石材、木材（4）聯(lián)合支護。（四）錨噴支護設計方法1）工程類比法2）圍巖松動圈分類法3）解析法4）錨桿支護設計專家系統(tǒng)基本頂存在類拱式、拱梁式和梁式三種基本結構錢鳴高院士在實測的基礎上，提出了基本頂?shù)钠鲶w梁假說，該假說首次詳細分析了結構平衡的條件，提出了判斷結構變形失穩(wěn)和滑動失穩(wěn)的準則。該假說的前提條件之一是頂板中存在堅硬巖層，基本頂結構有多個巖塊鉸接而成。如果頂板中無堅硬巖層，但實測證明又存在基本頂?shù)钠胶饨Y構時，可把它看作是組成砌體梁的巖塊數(shù)增多，基本頂結構由砌體梁過渡到基本結構中的類拱構。宋振騏院士在對堅硬頂板的長期觀測和控制實踐中，提出了傳遞巖梁假說，該假說將正常推進階段的基本頂視為兩塊鉸接的結構，他基于巖層沉降、斷裂所引起的支承壓力及其顯現(xiàn)的規(guī)律，創(chuàng)立了一套堅硬頂板來壓預報方法，基于直接頂和基本頂斷裂、回轉(zhuǎn)沉降與支架承載性能的關系，提出了一套頂板控制設計的理論和方法。兩塊鉸接的基本頂結構，相當于砌體梁假說前提中的“堅硬巖層”堅硬到這樣的程度，使形成砌體梁的巖塊數(shù)目只有兩塊，且?guī)r塊的長度即為周期來壓的步距。1）巖層質(zhì)量指數(shù)（單軸抗壓強度、分層厚度、節(jié)理裂隙間距）關于頂板處理方法的選擇頂板處理方法的要求有利于頂板的有效管理，安全、經(jīng)濟。常用頂板處理方法（1）留煤柱、煤垛支撐頂板（如房柱、刀柱等）；（2）緩慢下沉法；（3）自然垮落法；（4）層狀堅硬頂板運動形式轉(zhuǎn)換法；（5）厚層堅硬頂板特殊處理法（注水軟化法和爆破法）；（6）充填方法。對頂板不采取專門的處理措施，隨工作面推進，頂板在采空區(qū)內(nèi)自行垮落稱為自然垮落法處理頂板。對頂板進行處理的主要措施是采取人工放頂?shù)霓k法來減小巖梁的厚度，通常采用分循環(huán)放頂和中部拉槽采用這種放頂放法的效果取決于頂板巖層被爆厚度和爆破步距兩個參數(shù)。2）對煤體進行處理對煤壁進行松動放炮或注水軟化。事故的預測和防治措施包括一是在設計階段提出正確的方案；二是在生產(chǎn)過程中根據(jù)實際情況，實施具體的措施。合理支護方式一、基本支護方式（一）點柱（二）棚子二、特殊支護端頭、放頂線等支護方式一般分為基本支護和特種支護兩類?；局ёo要求支架在頂板不發(fā)生特殊情況時，能支和護住頂板。特種支護要求支架在頂板出現(xiàn)懸頂、滑動、沖擊等隱患時，能防止頂板事故的發(fā)生。在單體支柱工作面，基本支護法一般分為點柱和棚子支護兩類。點柱支護方式一般用于下位直接頂堅硬完整的采場棚子支護的基本內(nèi)容掛梁方向、掛梁方式、護頂方式。特種支護一般用于事故多發(fā)地段，即放頂線、端頭、煤壁處及局部構造地段。目前，我國煤礦使用的單體支柱主要有木支柱、金屬摩擦支柱和單體液壓支柱三類。摩擦支柱分急增阻（HZJA）和微增阻（HZWA）兩類液壓支柱分內(nèi)注式（NDZ）和外注式（DZ）兩大類液壓支柱工作過程分初撐、增阻和恒阻三個階段由底板引發(fā)的事故主要有鉆底和滑底兩類頂板支護（“支”和“護”）（1）“支”的對象重點是老頂和堅硬直接頂；（2）“護”的對象重點是煤層上05M內(nèi)的直接頂和偽頂。合理的支護密度應該取支密度和護密度中的最大值。液壓支架架型1）支撐式結構上沒有掩護梁，對頂板的作用是以垂直支撐為主的支架。支架具有較大的支撐能力，靠立柱和頂梁直接支撐頂板，維護工作空間，頂板在頂梁后部切斷垮落。支撐力集中在頂梁的后部，而在煤壁附近無立柱支護區(qū)由支撐力較弱的前探梁維護。一般適用于支撐穩(wěn)定和堅硬的頂板。按支架結構與動作方式的不同，支撐式又可分為垛式和節(jié)式兩種。優(yōu)點支撐效率高，立柱阻力完全用于支撐控頂區(qū)內(nèi)頂板；每米工作面的支撐力高，放頂線的支撐能力大，結構簡單，價格便宜。缺點支架端部支撐能力弱；對頂板的覆蓋率及對架間和采空區(qū)的擋矸能力低；對頂板水平力的承受能力差。適應條件支撐式支架隨下位巖層為中等穩(wěn)定以下的煤層難于適應，在破碎頂板下工作十分困難，較適用于直接頂穩(wěn)定和老頂來壓較強烈的煤層，尤其是薄煤層。2）掩護式支架頂梁較短，支撐能力較弱，主要靠掩護作用維護工作空間，適用于松軟頂板。3）支撐掩護式支撐掩護式支架一般適用于老頂級，動壓系數(shù)約為15以上，直接頂為中等穩(wěn)定以上的工作面。對底板的強度不限?？傊窝谧o式支架適用范圍較寬，可適用于24級頂板。4）純掩護式特點沒有頂梁，對頂板只起掩護作用。（二）液壓支架實際支撐能力支架對頂板的實際支撐力應當是沿工作面煤壁方向整個支架控頂范圍內(nèi)的阻力平均值RTKYBKYZRB式中RT液壓支架的實際支撐能力，KN/架；KYB液壓支架承載不均勻系數(shù)；KYZ液壓支架增阻系數(shù)；RB液壓支架額定工作阻力，KN/架。我國液壓支架合理工作阻力的確定目前主要采用的方法有據(jù)支架與圍巖相互作用關系式位態(tài)方程的計算法載荷估算法實測統(tǒng)計法臨界阻力法理論分析法液壓支架初撐力是指支架架設時對頂板巖層的支撐力。液壓支架架型選擇是指針對具體頂板類型和頂板巖層組成情況選擇不同的支架類型。液壓支架選型方法目前液壓支架選型有兩種方法系統(tǒng)分析比較法；綜合評分法。端頭是指采煤工作面與工作面運輸巷和回風巷接合的部位。端頭支護方式單體支柱端頭支護。液壓端頭支架支護錨桿端頭支護混合式二、超前支護一超前支護范圍指上、下兩巷距工作面煤壁20M范圍內(nèi)支護方式需超前改變和加強支護的范圍。二超前支護方式1）梯形棚平巷的超前支護方式2）金屬拱形支架平巷的超前支護方式3）雙向鉸接頂梁支護方式目前所使用的簡易支架的典型架型滑移頂梁支架、單體組合式支架。1、單列節(jié)式滑移頂梁液壓支架2、單列帶燕尾夾板節(jié)式滑移頂梁液壓支架3、并列左右梁式滑移頂梁液壓支架（懸移頂梁支架）放頂煤采煤工藝的實質(zhì)在開采煤層的底部或沿底板，或在煤層中某一高度范圍的底部布置一個回采工作面，用正常的機械化方法進行回來，工作面上方的頂煤，利用礦山壓力作用或輔以人工松動方法使其破碎，并隨工作面推進在后方放出，這種采煤工藝稱為放頂煤采煤工藝。采煤工藝的關鍵頂煤破碎和被順利放出。1、放頂煤采煤方法分類1整層放頂煤采煤法2預采頂分層采煤法3預采中分層放頂煤采煤法4）水平分段放頂煤采煤法2、按支護方式的放頂煤技術分類（1）綜采放頂煤（綜放）（2）輕型綜采放頂煤（輕放）（3）懸移支架放頂煤（簡放）放頂煤采場的需控巖層，主要指直接頂和頂煤。巷道圍巖控制控制巷道圍巖的礦山壓力和周邊位移措施的總和，其目的是保證巷道的正常使用，為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造必要的條件。巷道礦壓控制途徑與手段（1）三種途徑降低巷道圍巖應力；提高巷道圍巖強度；巷道穩(wěn)定性“三大要素”合理選擇支護方式。（2）四種手段巷道布置；巷道保護；巷道支護；巷道維護。圍巖壓力為了防止圍巖變形和破壞，需要對圍巖進行支護。這種圍巖變形受阻順作用在支護結構物上的擠壓力或塌落巖石的重力，統(tǒng)稱為圍巖壓力。根據(jù)圍巖壓力的成因，可分為四種類型（1）松動圍巖壓力（2）變形圍巖壓力（3）膨脹圍巖壓力（4）沖擊和撞擊圍巖壓力影響圍巖壓力的主要因索影響圍巖壓力的因素基本上可分為地質(zhì)因素和開采技術因素兩大類。圍巖整體結構的四種組合類型IAIIA、IAIIB、IBIIA、IBIIB。支護和加固巷道的原則（適應圍巖發(fā)生屈服，而不是支護單個巖塊自重）（1）開挖后立即支護；（2）接觸良好；（3）變形協(xié)調(diào)；（4）防止風化；（5）避免重復移動支護構件；（6）靈活；（7）少擾動圍巖。巷道圍巖變形過程（1）沿空留巷的圍巖變形（2）沿空送巷影響巷道圍巖變形量的因素P221采區(qū)上山類型1煤層上山2巖石上山大巷及硐室的卸壓保護支護形式錨噴支護。錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護。錨噴網(wǎng)U型鋼可縮性支架。整體砌碹支護。卸壓方法（1）開槽