單體液壓支柱工作面支護設計方法與例項

2022-06-26 07:45:04 字數 2841 閱讀 6588

1、根據工作面採高需要選擇合適的支柱型號,當煤厚變異係數較大時應選擇大行程支柱。

2、參考本礦或鄰近礦井同煤層礦壓觀測資料,選擇本工作面礦壓引數。

同煤層礦壓觀測資料與本工作面預計礦壓參數列

3、合理確定支護強度。

⑴根據採高及上覆岩層碎脹係數計算跨落帶高度(緩傾斜煤層)

m-∑hi(ki-1)=0

hk=∑hi

式中:m----採高(m)

hi----上覆岩層第i分層厚度(m)

ki----上覆岩層第i分層岩石碎脹係數

hk-----跨落帶高度(m)

注:淮北礦區常見頂板碎脹係數一般在1.15~1.25之間。

⑵根據跨落帶高度計算支護強度:

pt=hk·γ·cosα

式中:pt-------工作面支護強度,kn/m2;

hk------上覆岩層跨落帶高度(m)

γ-----頂板岩石容重,kn/m3。一般可取25 kn/m3。

α-----工作面煤層傾角(°)

⑶選定參照工作面初次來壓時的實測最大支護強度pc。

⑷確定工作面合理支護強度pr:根據以上兩個支護強度(pt、pc),選取其中最大值作為本工作面的設計支護強度pr。

4、工作面合理的支柱密度,可以採用下式計算:

n=pr/rt

式中:n-------支柱密度,根/m2。

rt------支柱支撐能力,kn/根,按所選支柱額定工作阻力的60%計算。

5、根據合理的支柱密度、排距,確定柱距。

6、在滿足安全生產的條件下,可以根據工作面的實際條件選擇控頂距。

7、柱鞋直徑的選擇:根據支柱對底板的壓強應小於底板允許比壓的原則,採用下列公式計算:

φ ≥200·

式中:φ-------柱鞋直徑,mm。

q------底板比壓,mpa。

re-----支柱額定工作阻力,kn/根

8、確定工作面正常生產期間切頂排支柱線密度

⑴沿放頂線每公尺採空區上方跨落帶巖重qk

qk=[γz·hz·lz+∑γi·hi·(li-lx)] cosα (kn/m)

式中:γi----跨落帶第i分層老頂岩石容重,kn/m3,一般可取25 kn/m3。

hi---跨落帶第i分層老頂岩層厚度(m)。

li---跨落帶第i分層老頂在採空區的極限懸頂長度(m),老頂厚1.5m時可取6m,厚2.0m時為10m,厚2.5m時為14m,當li小於10m時用li代替li-lx。

lx----最小控頂距,即工作面煤壁至採空區頂樑末端距離(m)。

γz---直接頂岩石容重,kn/m3。

hz----跨落帶中直接頂岩層厚度(m)。

lz---跨落帶中直接頂在採空區的極限懸頂長度(m),一般直接頂為頁岩時約為1m,砂頁岩時約為2m。

⑵切頂排支柱線密度計算(支柱工作阻力pm按額定工阻的80%計)

nm=qk/pm (根/m)

9、確定工作面初次放頂期間切頂排支柱線密度:初放期間切頂排支柱線密度按正常生產期間切頂排密度的2~4倍執行,或採取有效加強切頂排支護強度措施,將切頂排支護強度提高到正常生產期間的兩倍以上。

10、單體支柱初撐力

破碎頂板初撐力不小於50kn/棵,中等穩定頂板不小於70kn/棵,堅硬頂板不小於90kn/棵。

單體支柱支護工作面支護設計例項

工作面基本引數:

煤層平均厚度2.3m,平均傾角7°,直接頂為細中粒砂岩,厚15m,老頂為灰色塊狀泥岩,厚29m,底板比壓q=4.0mpa,參考相鄰工作面老頂初次來壓時支柱最大載荷140kn/根。

1、選擇支柱型號:

根據煤層平均厚度,設計採高m=2.3m,選擇dz25-25/100型支柱;re=250kn

2、參照工作面礦壓引數(略)

3、確定合理支護強度

⑴根據採高及上覆岩層碎脹係數確定跨落帶高度

m=2.3m,直接頂為細中粒砂岩,碎脹係數取1.25,老頂為塊狀泥岩,取1.2

按公式m-∑hi(ki-1)=0計算,

∑hi=m/(ki-1), ∑hi=2.3/(1.25-1)=9.2(m),由於直接頂厚度為15m,大於跨落帶高度,老頂不進入跨落帶.

⑵根據跨落帶高度計算支護強度pt

pt=hk*γ*cosα=9.2*25*cos7=228.3(kn/m2)

⑶所參照工作面初次來壓時實測的最大支護強度pc=140kn/m2

⑷選定設計支護強度pr:因為pt=228.3>pc=140,故,選定pr=228.3kn/m2

4、確定工作面合理支柱密度

n=pr/rt=228.3/150=1.522

5、確定支柱柱、排距:因使用1m鉸接頂樑,確定排距1m,故柱距為1/1*1.52=0.66m;考慮直接頂裂隙較發育,選定柱距為550mm±50mm

6、確定控頂距:採用

三、四排管理,最大控頂距4.0 m,最小3.0m。

7、確定柱鞋直徑:

φ= 200·=200*√250/10*3.14*4=282mm,

選擇柱鞋直徑φ=300mm

8、正常生產條件下切頂排支護線密度計算

⑴沿放頂線每公尺採空區上方跨落帶巖重qk:

qk= hk*γ*lz* cosα=9.2*25* 2*cos7=456.6(kn/m)

(因跨落帶處在直接頂內,老頂未進入跨落帶,故只計算公式前項,取lz=2)

⑵切頂排支柱線密度計算

nm= qk/pm=456.6/200=2.283根/m,正常生產情況下,切頂排實際線密度為3.64根/m,能滿足要求.

9、初放期間切頂排支柱線密度,按正常生產期間密度的2倍計算為4.566根/m,因而,初放期間,老塘應加打一樑三柱挑棚管理,這時支護密度為5根/m,打挑棚後能滿足切頂要求.

10、支柱初撐力確定:因本面頂板為中等穩定頂板,支柱初撐力應不小於70kn/棵。

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