單體液壓支柱迎山角的計算及打設方法

一、支柱迎山角的計算方法

迎山角是針對支柱打設的穩定與可靠性而定的，其目的就是為了加強支護技術方面的管理，便於對工作面頂板的維護，是為防止頂板沿傾向移動提出的。下面從支柱的受力情況作一下分析（見圖1），支柱支護頂板的壓力，其主要是直接頂的重力，取一塊直接頂岩體a，來進行受力分析。

在圖1中，f為老頂對直接頂的壓力；fm為老頂對直接頂之間的摩擦力；f1，f2分別為來自斜上方的圍岩應力；g為直接頂a的自重；q，p分別為重力g沿傾角和法向上的兩個分力；z為支柱對直接頂a的支撐力；α為煤層傾角；α1為支柱與頂板間的法向夾角，即迎山角。

圖1 支柱受力示意圖

當直接頂與老頂處於穩定的連線狀態時，對工作面支護不會產生大影響，這種情況不必要進行分析，而直接頂與老頂處於滑動、離層的臨界狀態時，f、f1、f2均可略去不計，直接頂a從受力保持平衡的條件上，必須滿足以下關係式：

1）2）

3）4）

式中—直接頂與老頂間的摩擦係數。

將（3），（4）式代入（1）式得

5）所以

設一銳角，使，

則有6）

對於每棵支柱支護的直接頂重量g則有以下表示式

式中 h—直接頂的厚度；

—直接頂的容重；

n—工作面支護密度。

將此式代入（6）式則得迎山角為

7）從受力分析結果來看，支柱迎山角是針對防止直接頂沿傾向滑動來確定的，而承受直接頂法向的壓力在選擇工作面支護密度計算時都考慮一定的富餘係數，因此關於防止直接頂沿法向垮落的問題在此不必進行討論。

二、支柱迎山角的應用計算

由（7）式可以看出支柱迎山角的計算，必須知道直接頂的厚度h，岩體容重，煤層傾角，支護密度p，支柱的支撐力z以及岩石的內摩擦角。乙個工作面一經確定除支柱的支撐力z外，而支柱的支撐力則需從現場實際觀測來確定，這樣支柱的迎山角就可以從計算中得出。

以某煤礦一採區層右工作面為例：該面煤層傾角為14°；直接頂厚度h為3.2m；岩性為細砂岩，容重為；支護密度n選擇為；支撐力z通過現場觀測為，岩石內摩擦角取25°；由（7）式可知，選擇的迎山角，取5°。

三、迎山角的打設方法

在實際操作中，用測量角度的方法來打設支柱迎山角，非常不便，可以通過以下測量距離的方法進行操作（見圖2）。

圖2 測量距離示意圖

圖2中，ab為工作面頂板鉛垂方向；cb為工作面支柱；db為頂板法向；、分別為煤層傾角和支柱迎山角。由圖中幾何關係可知

8) 式中，db為工作面採高，通過計算可知ac段的長度，操作者在作業時，從頂板a點持一鉛垂，將支柱底座置於頂板岩鉛垂點b上，支柱頂部打在頂板c點處，c點位置為從a點沿頂板傾向量出事先計算好的ac長度，即得出c點位置。

實踐證明，採用這種方法打設支柱迎山角簡單準確，便於操作，既簡化了工藝，又保證了支護質量。

四、支柱迎山角計算應用中應注意的問題

（1）、對支柱支撐力數值的觀測是乙個關鍵。如果觀測的不夠準確，則迎山角的計算也就不夠合理。乙個工作面，支柱支撐力是乙個動態值，為了達到準確性，就要求勤觀測，多取點，迎山角就要根據觀測的結果不斷地進行修正。

（2）、大傾角工作面，這種計算方法不適用，這時不但要考慮底板的移動，同時也要考慮支柱本身的防滑。

（3）、對於近水平煤層，支柱的迎山角可以不必考慮，即按底板的法向打設即可。

（4）、既然支柱的迎山角是針對防止頂板沿傾向滑動提出的，對於俯斜推進的工作面，在頂板連續、狀態完好的情況下，迎山角就顯得不重要，其支護的重點在於防止串矸和支柱本身的防滑。

（5）、迎山角的計算應用，適用於上下山巷道的架棚支護。