矿山压力与岩层控制(中矿版)教案93 浅埋煤层采场支护.pdf

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1、4.3浅埋煤层采场支护4.3.1浅埋煤层采场的支架围岩动态作用关系采场支护是顶板控制基本手段，确定合理支护阻力是顶板支护的关键参数。确定合理的支护阻力，首先必须根据顶板结构的稳定性研究支架与围岩的相互作用关系，以便确定最危险状态下的顶板压力。根据浅埋煤层采场周期来压的结构分析，顶板主要有“短砌体梁”和“台阶岩梁”两种结构形状。两种结构都属于滑落失稳类型，支架主要承受结构失稳形成的压力，最危险状态的载荷可以说是“给定”的，支架工作处于“给定失稳载荷”状态。必须提供必要的支护力才能维持顶板结构稳定，即由支架和顶板结构共同作用来平衡顶板的滑落

2、失稳力、维持顶板结构的稳定性。由上一节关于合理的顶板结构支护力的分析可知（图4-13、图4-14），虽然浅埋煤层工作面支架处于“给定失稳载荷”状态，但控制顶板结构稳定所需的支护阻力不是恒定值，而是随岩块的回转运动而变化的。此外，在顶板切落运动过程中，关键块上的载荷层作用于关键块上的载荷不是上方岩柱的静态重量，存在载荷传递效应。必须提供足够的支护阻力控制顶板的初始切落运动，才能防止顶板结构的进一步恶化所引起的失稳载荷增大，达到以最小的支护阻力控制顶板的目的，这就是浅埋煤层周期来压期间的“支架—围岩”动态作用关系。4.3.2合理支护阻力的确

3、定下面首先以“短砌体梁”结构为例，说明支护阻力的确定方法。浅埋煤层工作面周期来压时顶板最危险的状态如图4-15所示，工作面支架的支护阻力P由直接顶岩柱重量W和老顶滑落失稳所传递的压力R组成：mDPWRlbhgRmDkD（4-19）图4-15“短砌体梁”结构的“支架—围岩”关系老顶结构滑落失稳作用于支架的压力为：RbRD代入（10-17）可得：4i(1sin)3sin2cosR111bPD4i2isin(cos2)1（4-20）11周期来压期间老顶关键块上载荷层的计算仍然借鉴太沙基岩土压力计算原理，顶板

4、载荷P的构成如图4-16所示。1图4-16周期来压顶板载荷根据文献[10]中图3-25，老顶关键块上的载荷层处于采场上覆岩层的离层区，该区的载荷层处于非压实状态。实测神府1203工作面地表最大下沉速度点滞后采场约30m，表明浅埋煤层工作面关键块上的载荷也不是载荷层的全部重量，存在载荷传递效应。载荷传递系数K（0）可以表示为：GKKKGrt式中，K为载荷传递岩性因子；K为载荷传递的时间因子。rt由图10-15可知，老顶关键块的载荷P由老顶关键层重量P和载荷层传递1G的重量P组成：ZP=P+P1GZ（4-21）PhlgG（4-22）

5、PKhlgZG11（4-23）式中，h为老顶关键层厚度；l为关键块长度（周期来压步距）；g为基岩容重；h为载荷层厚度；g为载荷平均容重；K（0）为载荷传递系数。11G由于载荷层厚度大，仍然按太沙基土压力计算原理近似估算载传递系数。参照文献[11]（3-128）式可得作用于老顶岩块的载荷为：gl2P1Z2tan，h(1.5~2.5)l（4-24）1在长时间状态下取K=1，联立（10-23）和（10-24）可得周期来压时载荷传t递岩性因子：lKr2htan1（4-25）由此可得周期来压时的载荷传递系数为：lKKG

6、2htant1（4-26）式中，ψ为载荷层的内摩擦角；λ为载荷层侧应力系数。由（10-21）、（10-22）、（10-23）可得作用于关键块的载荷为：P=hlg+KGh1l1g，h(1.5~2.5)l11（4-27）由（10-18）、（10-19）可得，控制顶板所需的支护阻力为：4i(1sin)3sin2cosPlbhg111bPmk4i2isin(cos2)111（4-28）按与“短砌体梁”结构支护阻力计算相同的方法，可以求得“台阶岩梁”结构条件下的控制顶板所需的支护阻力为：i2sinsin

7、0.5Plbhg1max1bPmki2sinsin11max1（4-29）考虑支架的支护效率，工作面支架的工作阻力为：PPmG（4-30）其中，μ为支架的支护效率。4.3.3浅埋煤层工作面支护设计基本方法为了说明支护阻力确定的方法，针对几个工作面实际参数给出实例进行说明，在此基础上总结出了浅埋煤层的支护设计基本方法。1.支护阻力确定的实例分析[实例4-1]：以大柳塔煤矿1203工作面为例，已知老顶关键层的厚度h=13.4m，基岩容重g=0.024MN/m3，载荷层厚度h=32m，载荷层容重g=0.018MN/

8、m3，1周期来压步距为l=10.4~15m，平均12m，采高m=4m，支架宽度为b=1.5m，两h柱掩护式支架支护效率μ=0.9，控顶距l=2.2m，直接顶厚度=6m（有2m顶k煤未采），确定控制顶板所需