综采支护设计

3）3类顶板
指标： 18＜ LZ ≤28 岩性：砂岩、灰岩，节理裂隙很少 稳定程度：稳定
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4）4类顶板
指标： 28＜ LZ ≤50
岩性：致密砂岩、灰岩，节理裂隙极少
稳定程度：非常稳定
3.2.1.2基本顶分级
基本顶的分级指标是基本顶初次来压当量(pe)，
pe = 241.3ln(C0)-15.5N+52.6hm
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支架的临界初撑力
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支护阻力确定：
(1)为保证稳产高效，避免机道顶板破碎及移架中顶 板下沉速度急剧增加，求取支架的初撑支护阻力P0 应将Pok乘以安全系数K1，对于稳定、中等稳定及不 稳定顶板，K1分别为1.1，1.2及1.35。
对支架的要求：
① 支撑能力大、抗水平推力强；
② 切顶性能好、支架安全阀流量大等性能。
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3.3综采（放）工作面支护设计内容


3.3.1确定支架类型
3.3.1.1综采面液压支架类型
① 支撑式
② 掩护式
③ 支撑掩护式
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1）支撑式 优点：支撑效率高，立柱阻力完全用于支撑控顶 区内顶板；每米工作面的支撑力高，放顶线的支撑 能力大，结构简单，价格便宜。 缺点：支架端部支撑能力弱；对顶板的覆盖率及 对架间和采空区的挡矸能力低；对顶板水平力的承 受能力差。
构稳定，适应性广，无论在稳定或不稳定的顶板下
都可使用。 缺点：结构复杂，重量大，价格贵，初期投资高， 支架回缩时间长、不便运输。
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支撑掩护式液压支架
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3.3.1.2综放工作面液压支架类型
① 单输送机高位放顶煤支架
② 双输送机中位放顶煤支架 ③ 双输送机低位放顶煤支架
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3.3.2确定支架工作阻力及支护强度
目前我国主要采用的方法有：
① 根据支架与围岩相互作用关系式——位态方程的 计算法
② 载荷估算法
③ 实测统计法
④ 临界阻力法
⑤ 理论分析法
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3.3.2.1支架围岩关系——位态方程法
在即定采高下，围岩组成及各部分运动规律不随
3.2 综采面对支架设计要求


3.2.1顶板分类
3.2.1.1直接顶分类
1）1类顶板
指标：LZ ≤8（ Lz；直接顶垮落步距）
岩性：泥岩、泥页岩，节理裂隙发育或松软泥岩，
炭质泥岩，节理裂隙较发育。
稳定程度：不稳定
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2）2类顶板
指标： 8＜ LZ ≤18 岩性：致密泥岩、粉砂岩、砂质泥岩节理裂隙不发育 稳定程度：中等稳定
应，即 ：
PB=PT/KY
KY=KYB·KYZ
式中，KY——液压支架支护效果影响系数； KT — 一般取2～3。
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支架受力图
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式中，C0—基本顶初次来压步距，m； N—直接顶充填系数； hm —煤层采高，m。
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1）Ⅰ级顶板
指标： 岩性：一般砂页岩 来压程度：不明显 c0范围：15-20
2）Ⅱ级顶板
指标： 来压程度：明显
岩性：层理不发育的砂页及小厚度砂岩
c0范围：20-30
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保支架具有足够的切顶能力，能有效地对付强烈的
老顶来压。
2）利用四连杆机构，增强抵抗水平推理的能力，防
止支护毁坏。
3)利用连杆机构，使支架尽量减少梁端距。
4)利用大流量安全阀，确保支架受冲击载荷时少受
损坏。
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5)利用掩护梁挡好采空区矸石，防止矸石窜入支护 工作空间；利用侧护板，防止架间窜矸漏矸。
压系统均较简单，便于操作维护。
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缺点：整架工作阻力小，切顶性能差，工作空间小，
通风阻力大，不适用有强烈周期来压和瓦斯涌出量
大的煤层。
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3）支撑掩护式
支撑掩护式支架一般适用于老顶Ⅲ级，动压系数约
为1.5以上，直接顶为中等稳定以上的工作面。对底 板的强度不限。总之，支撑掩护式支架适用范围较 宽，可适用于Ⅰ~Ⅳ2-4级顶板。 优点：支撑力大，切顶性能好，工作空间宽敞，结
P0= K1·Pok
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(2)将Pok带入式Pt=At＋BtlnP0得时间加权临界阻力 Ptk，自移支架的额定工作阻力PH 应以Ptk为基础， 并考虑安全系数K2取1.52
PH=K2·Ptk
(3)对于稳定和坚硬顶板，尚需考虑每延米阻力：
PH= 58M+14C+36(Lk-1)
3.2.2.1Ⅰ1~2 、Ⅱ1~2顶板
1、2类直接顶即破碎和中等稳定顶板，Ⅰ、Ⅱ级老顶

即来压不明显和明显的顶板。 1、2类直接顶和Ⅰ 、Ⅱ 级老顶综采面矿压特点： ① 老顶来压步距小而稳定，强度缓和；
② 支护阻力小而分布均匀；
③ 直接顶特别是端面不稳定，受移架影响严重等。
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米阻力；
⑤根据顶底板类型、级别及采高，初选必需的额定支护
强度，初选支架类型；
⑥考虑工作面风量，行人断面，煤层倾角，修正架型及 参数； ⑦考虑采高、煤壁片帮（煤层硬度和节理）的倾向性及 顶板端面冒落度，确定顶梁及护帮结构；

3.2.2.2Ⅰ3~4 、Ⅱ3~4顶板
3、4类直接顶即稳定和坚硬顶板，Ⅲ、Ⅳ级老顶
即来压强烈的顶板。 Ⅰ3~4、Ⅱ3~4顶板综采工作面矿压特点： ① ② 老顶来压步距大、强度高 支护阻力大而分布不均
③
④
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直接顶稳定
支架易损坏
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1）利用较大支撑能力，并使后柱阻力高于前柱，确

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3.3.2.4临界阻力法
临界工作阻力就是使支架围岩处于相对平衡状态必需的
最低支架阻力。 大量实测资料及调压试验确定，支架初撑力P0与时间加 权平均阻力Pt或末阻力Pm之间存在如下回归方程：
Pt=At＋BtlnP0 Pm=Am＋BmlnP0
此曲线为对数曲线，式中At、Bt、Am、Bm为经验公式常数。
3.综采（放）工作面支护设计
3.1 综采（放）面支护要求
3.2 综采面对支架设计要求
3.3 综采（放）工作面支护设计内容
3.3.1 确定支架类型
3.3.2 确定支架工作阻力及支护强度 3.3.3 支架选型 3.3.4 端头支护与超前支护
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3.1 综采（放）面支护要求
RH= 410M+49C+460Lk-1660
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3.3.2.5理论分析法
砌体梁学说： ① 工作面支架的作用应及时支撑控顶区直接顶岩层， 避免直接顶和老顶离层而破碎； ② 同时要对上覆可能形成砌体梁结构的老顶岩层以 作用力，用以平衡其部分载荷，不让其沿工作面 形成切顶以及大量的台阶下沉。
《煤矿安全规程》对综采（放）面支护作出如下规定：
第67条规定采用综合机械化采煤时，必须遵守下列规定：
（四）液压支架必须接顶。顶板破碎时必须超前支护。
在处理液压支架上方冒顶时，必须制定措施。
（六）严格控制采高，严禁采高大于支架的最大支护高
度。当煤层变薄时，采高不得小于支架的最小支护高度。 （八）工作面两端必须使用端头支架或增设其他形式的 支护。
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上覆岩层断裂时受力情况
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当A岩块前端断裂瞬间，为协助B块实现平衡结构， 其关系式为：
式中，
PH—合理支护强度，kN/m 2； φ —岩块间摩擦角； θ —岩块破断角（破断面和垂直面的夹角）；
ME—老顶岩层厚度；
δ —B岩块回转下沉量； Q—砌体梁下位岩层中悬露岩块的全部重量。
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适用条件：支撑式支架随下位岩层为中等 稳定以下的煤层难于适应，在破碎顶板下工 作十分困难，较适用于直接顶稳定和老顶来 压较强烈的煤层，尤其是薄煤层。
按支架结构与动作方式的不同，支撑式又
可分为垛式和节式两种。
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（1）节式支架
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4）利用顶梁侧护板等护顶装置，提高支架对顶板的 封闭程度，以此提高支架的护顶能力，防止破碎岩 块窜入回采空间影响生产，威胁人和设备的安全。 5）利用完善的挡矸装置，防止采空区破碎岩块窜入 回采空间，确保顺利移架。 6）利用邻架操作，保证移架工人的安全；利用灵活、 快速的操作阀，保证快速移架，以免因移架引起顶 底板移近量过大，使顶板难以控制。
所用支护手段的改变而发生明显的、质的变化。
在同一顶板条件下，不管是采用单体支柱支护，
还是使用液压支架，顶板控制设计的基本要求和所
需支护强度计算方法是相同的。
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综采工作面液压支架一旦布置好，支护密度（支
架间距）是不能随意变动的，这就要求液压支架的
额定工作阻力PB直接与控顶要求的支护强度PT相适
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3.3.3.2影响液压支架选型的因素和顺序
①根据顶板岩石力学性质、厚度及岩层结构及弱面 发育程度确定直接定类型； ②根据老顶岩石力学特性及矿压显现特征确定老顶 级别； ③根据底板岩性及底板抗压入强度及刚度测定结果， 确定底板类型；
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④根据矿压实测数据计算额定工作阻力或根据采高、控 顶宽度及周期来压步距，估算支架必需的支护强度和每
3）Ⅲ级顶板
指标： 来压程度：强烈
岩性：4-5m的细粒及中粒砂岩
4）Ⅳa级顶板
c0范围：35-50 来压程度：非常强烈
c0范围：50-60
指标：
岩性：厚度>10m的砂岩 Ⅳb级顶板 指标： 岩性：高强砂岩
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来压程度：非常强烈 c0范围：60-70
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3.2.2各类（级）顶板对支架设计的要求
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第68条规定采用放顶煤采煤法开采时，必须遵守下 列规定：
（五）工作面严禁采用木支柱、金属摩擦支柱支护
方式。
有下列情形之一的，严禁采用单体液压支柱放顶
煤开采：
（一）倾角大于30°的煤层（急倾斜特厚煤层水平
分层放顶煤除外）。 （二）冲击地压煤层。
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3.3.3 支架选型（综采工作面）
3.3.3.1液压支架选型的内容和要求
岩层组成情况选择不同的支架类型。

① 液压支架架型选择是指针对具体顶板类型和顶板
② 不仅包括支架的架型及额定工作阻力，支护强度 等参数，而且涉及顶梁、护帮、底座、侧推及阀
组等主要部件的选型及其参数的决定。
1）利用四连杆机构，控制端面顶板，选取双扭线最
佳段为支架工作范围，确保工作面端面附近支架有
较强的控制能力。
2）利用伸缩梁或可旋转180°的挑梁，在移架前、
采煤后及时支护刚刚暴露的梁前顶板，减少顶板早
期破坏。
3）利用防片帮装置，减少片帮深度和面积，从而提
高煤壁的稳定性。
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1）单输送机高位放顶煤支架
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2）双输送机中位放顶煤支架
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3）双输送机低位放顶煤支架
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二柱掩护式低位放顶煤支架
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四柱支撑掩护式低位放顶煤支架
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（2）垛式支架
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2）掩护式
支架顶梁较短，支撑能力较弱，主要靠掩护作用维护
工作空间，适用于松软顶板。 优点：顶梁对顶板的作用力均匀，移架时控顶距离较小， 对顶板的重复支撑次数少；支柱倾斜布置，采高范围大， 由于支柱不受横向载荷，受力状态好，不易损坏；挡矸 装置完善，可使工作空间与顶板和老塘完全隔开；抗水 平推移性能好，可以实现擦顶带压移架；机械结构和液
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7）利用较高初撑力，提高支架支撑效率，确保工作 面顶板移架后早期移近量小，移近速度低，以提高 梁端距空顶处顶板稳定性。
对支架的要求：
支架初撑力高，控制端面顶板能力强，及时支护， 护顶能力强，挡矸、护帮装置齐全，能快速邻架操 作移架。
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