《煤礦支護(hù)方式》課件

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1、,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2015/6/16,精選ppt,#,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,煤礦支護(hù)方式,1,精選ppt,常見的煤礦支護(hù)方式,木支護(hù),金屬,摩擦支柱,單體液壓支柱,綜采液壓支架,2,精選ppt,木支護(hù),3,精選ppt,一、概述,二、木支護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn),三、木支護(hù)的適用范圍,4,精選ppt,在地下采煤時(shí)，為了維護(hù)采煤工作面的有效使用空間，防止頂板冒落，保證安全生產(chǎn)，必須合理選擇支護(hù)材料。普采工作面支護(hù)材料和支護(hù)設(shè)備有：木支架 、金屬支架、單體液壓支柱和液壓支架。,1,、概述,5,精選ppt,木支架組成和特點(diǎn),木支架由木支柱和木頂梁組成，煤礦井下做支護(hù)用的

2、木材叫坑木。,巷道支護(hù)中常用梯形木支架，結(jié)構(gòu)如圖所示。,礦井中常用的坑木有：紅松、落葉松、杉木、樺木、櫟木、榆木、水曲柳、椴木、槐木、楊木。,6,精選ppt,木支架組成和特點(diǎn),1.,頂梁,木支架支撐頂板壓力的受彎構(gòu)件；,2.,棚腿,頂梁的支點(diǎn)并且支承側(cè)壓；,3.,木楔,梁腿接口與圍巖之間楔緊；,4.,背板,使低壓均勻的分布到頂梁和棚腿上，防止矸石下落。,7,精選ppt,木支護(hù)的工作特性,坑木是一種輕質(zhì)各向異性材料，沿紋理方向加壓時(shí)，支柱的可縮性比垂直紋理加壓時(shí)小的多。,木支柱的工作特性是靠本身強(qiáng)度支承頂板壓力，工作阻力增長極快，而可縮量很小，一直達(dá)到屈服點(diǎn)折斷為止，這對頂板管理是極為不利的。,

3、8,精選ppt,木材,用于礦井支護(hù)時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn),缺點(diǎn),：抗彎強(qiáng)度低，無可縮性，工作面頂板下沉量大，頂板事故多，不安全；不適于機(jī)械化采煤工作面支護(hù)；在潮濕條件下易腐爛，明顯降低其抗壓強(qiáng)度；易燃，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)能使火情迅速蔓延。,優(yōu)點(diǎn),：與其他支護(hù)材料相比，同體積的坑木重量輕，便于運(yùn)輸、易于鋸砍加工；在其徹底破壞之前，受壓時(shí)能發(fā)出可見的信號；折斷了的材料回收后，還可做木楔、墊板等支護(hù)輔助材料；,9,精選ppt,木支護(hù),的適用范圍,目前，我國仍有一些小型，煤礦使用木材作為采煤工作面的支護(hù)材料；,在大中型煤礦，木材僅作為輔助支護(hù)材料和特殊條件下支護(hù)而普遍使用；,木支架一般可使用在地壓不大，巷道服務(wù)年限不長

4、、斷面較小的采區(qū)巷道。,10,精選ppt,金屬摩擦支柱,原理,利用金屬銷和金屬桿之間的摩擦來提供工作阻力，使用液壓千斤頂或者機(jī)械升柱器來提供初撐力。,11,精選ppt,12,12,精選ppt,13,13,精選ppt,優(yōu)點(diǎn),1.,初工作阻力高、可縮量較大。,2.,快速達(dá)到初工作阻力，及早發(fā)揮對頂板的支撐作用。,3.,還可用于對頂板下沉量較大，有周期來壓的工作面。,4.,價(jià)格低廉，初期投資少。,5.,結(jié)構(gòu)簡單，操作與維修方便。,14,精選ppt,缺點(diǎn),1.,工作阻力不穩(wěn)定，有時(shí)相差很大，使工作面支柱受載不均，頂板容易局部冒落。,2.,瞬間卸載，一打松金屬銷，活柱立即下落。,3.,支撤和移動都靠人工

5、操作，勞動強(qiáng)度大，安全性較差。,4.,工作面產(chǎn)量和效率低。,15,15,精選ppt,適用條件,適用于底板較硬,無明顯沖擊地壓,煤層傾角小于,25,的緩傾斜薄及中厚煤層工作面,采取一定的安全措施,也可用于,25,35,的采煤工作面。,16,精選ppt,單體液壓支柱,17,精選ppt,單體液壓支柱是一種新環(huán)保型的支護(hù)裝備，既可與金屬鉸接頂梁配套用于高檔普采和炮采用工作面支護(hù)頂板以及綜采工作面支護(hù)端頭，也可單獨(dú)做點(diǎn)柱或其它臨時(shí)性支護(hù)用。,18,精選ppt,單體液壓支柱適用于煤層傾角小于,25,度,-35,度的傾斜煤層回采工作面，所 適應(yīng)的煤層頂?shù)装鍡l件是,:,頂板,落后不影響支柱的回收，底板不宜過軟

6、，支柱壓入底板深度不惡化底板的完整性，否則應(yīng)加大底座。在煤質(zhì)較松軟的炮采工作面內(nèi)使用時(shí)，對活柱體鍍層表面采取保護(hù)措施，以防崩壞。支柱與木頂梁配合或做點(diǎn)柱使用時(shí)，應(yīng)將頂蓋換成柱帽，以免損壞木梁。,它和金屬鉸接頂梁柱配合，可適用于煤層傾角在,35,以下的任何采煤工作面。按供油方式和工作介質(zhì)不同，支柱分成外供油式,(,簡稱,外注式,),和內(nèi)供油式,(,簡稱,內(nèi)注式,),兩大類,;,按支柱工作行程不同，支柱可分成單伸縮和雙伸縮支柱,;,按支柱使用材料不同，支柱可分為鋼質(zhì)支柱和輕合金支柱。結(jié)合實(shí)際使用情況，將其分為外注式單體液壓支柱、內(nèi)注式單體液壓支柱、其它類型支柱,19,精選ppt,1.,懸浮,式,單

7、體液壓支柱,懸浮,式單體液壓支柱是外注式單體液壓支柱的一種，但是比外注式單體液壓支柱又有一個(gè)很顯著的優(yōu)點(diǎn)，那就是,DWX,型單體液壓支柱采用柱塞懸浮式技術(shù)原理，懸浮力達(dá)到工作阻力的五分之四，立柱受力僅為五分之一，,DWX,型支柱三用閥設(shè)于手把體上，注液時(shí)，三用閥不隨支柱的活柱升高而升高，操作方便，安全可靠。,2.,雙,伸縮懸浮,單體液壓支柱,雙伸縮懸浮式單體液壓支柱是中國礦業(yè)大學(xué)研制的一種新一代工作面單體支護(hù)產(chǎn)品，是高檔機(jī)械化普采工作面的配套設(shè)備，也是綜采工作面的端頭支護(hù)設(shè)備。其適用于煤礦回采工作面的頂板支護(hù)，綜采工作面的端頭頂板支護(hù)，巷道掘進(jìn)的超前支護(hù)。懸浮式單體液壓支柱是外注式單體液壓支柱

8、的一種，但是比外注式單體液壓支柱又有一個(gè)很顯著的優(yōu)點(diǎn)，那就是,DWX,型單體液壓支柱采用柱塞懸浮式技術(shù)原理，懸浮力達(dá)到工作阻力的五分之四，立柱受力僅為五分之一，,DWX,型支柱三用閥設(shè)于手把體上，注液時(shí)，三用閥不隨支柱的活柱升高而升高，操作方便，安全可靠,。,分類：,20,精選ppt,3.DN,內(nèi)注式單體液壓支柱,單體液壓支柱一般分為外注式單體液壓支柱，內(nèi)注式單體液壓支柱，懸浮式單體液壓支柱，摩擦支柱。內(nèi)注式單體液壓支柱是自身帶泵及同，支設(shè)時(shí)用手搖把搖動就能快速升柱，降柱時(shí)不排出工作液，可較好地保護(hù)工作環(huán)境，而且使用時(shí)方便，管理靈活，裝備簡單。目前主要使用的有直徑,90mm,缸徑，從,0.6-

9、3.15m,共有,12,個(gè)規(guī)格的內(nèi)注式單體液壓支柱。,一般的表示型號為,DN18-250/80,，,D,表示單體支柱，,N,表示內(nèi)注式，,18,表示支柱最大高度為,1800mm,，,250,表示支柱工作阻力為,250kn,，,80,表示支柱的缸徑,80mm,。,4.,玻璃鋼單體液壓支柱,玻璃鋼單體液壓支柱通過液壓站向與單體液壓支柱連接的三用閥注液，單體液壓支柱開始升起，達(dá)到需要的高度，利用液壓支柱內(nèi)的密封圈的密封作用，完成支撐,;,如若下降則打開三用閥卸載閥，液壓支柱開始下降，完成工作。,21,精選ppt,1.,體積,小,2.,支,設(shè)高度高,3.,支護(hù),可靠,4.,使用,和維修方便,5.,綜合

10、,成本低,優(yōu)點(diǎn)：,22,精選ppt,綜采液壓支架,23,精選ppt,工作原理,利用乳化液泵站提供的高壓乳化液，通過液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)升架、降架、移架一系列動作。,24,精選ppt,支架,工作示意圖,25,精選ppt,支撐式支架,支撐力大，作用點(diǎn)在支架中后部，切頂性能好；,對頂板重復(fù)支撐次數(shù)多，易把完整的頂板壓碎；,抗水平載荷能力差，穩(wěn)定性差；,護(hù)矸能力差，矸石易竄入工作空間；,支架工作空間和通風(fēng)斷面大。,適應(yīng)于緩傾斜、頂板穩(wěn)定的薄與中厚煤層。,26,精選ppt,掩護(hù)式支架,支撐力較小，切頂性能差；,支護(hù)強(qiáng)度較大、均勻，掩護(hù)性好；,能承受較大水平推力，對頂板反復(fù)支撐次數(shù)少，能帶壓移架。；,作業(yè)空間

11、和通風(fēng)斷面小。,用于直接頂中等穩(wěn)定以下，頂板周期來壓不強(qiáng)烈的采煤工作面。,掩護(hù)式支架,分支掩掩護(hù)式支架,和,支頂掩護(hù)式支架,。,27,精選ppt,支撐掩護(hù)式支架,在支撐式和掩護(hù)式架型基礎(chǔ)上發(fā)展，兼有這兩種架型的主要技術(shù)特征。,適用于直接頂中等穩(wěn)定、穩(wěn)定和堅(jiān)硬，周期壓力強(qiáng)烈，底板軟硬均可。,根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分支頂支撐掩護(hù)式和支掩支撐掩護(hù)式。,28,精選ppt,放頂煤支架,當(dāng)采高在,5m,20m,，且厚度變化采用放頂煤開采,29,精選ppt,支護(hù)方式,即時(shí)支護(hù)：采煤機(jī)過后，液壓支架按照降架移架升架推溜的次序動作，及時(shí)支護(hù)新裸露的頂板，應(yīng)用廣泛；,滯后支護(hù)：采煤機(jī)割煤后，液壓支架按照推溜降架移架升

12、架的次序動作，用于穩(wěn)定、完整的頂板條件。,30,精選ppt,幾種常見的充填方式：,1.,膠結(jié)充填,2.,注漿,充填,31,精選ppt,膠結(jié)充填,32,精選ppt,Contents,4,2,1,3,膠結(jié)充填的概念,膠結(jié)充填的原理,膠結(jié)充填的優(yōu)缺點(diǎn),膠結(jié)充填的適用條件,33,精選ppt,膠結(jié)充填的概念,將采集和加工的細(xì)砂等惰性充填材料，加入適量的凝膠材料（如水泥），加水混合制備成膠結(jié)充填料漿，沿鉆孔、管道向充填區(qū)域輸送，材料膠結(jié)后形成具有一定強(qiáng)度和完整性的充填體。,主要包括：高濃度膠結(jié)充填、膏體充填、似膏體材料充填、（超）高水材料充填等。,34,精選ppt,膠結(jié)充填的原理,相當(dāng)于減小煤層開采厚度，

13、從而減小采空區(qū)上方巖層的變形和破壞。,1.,有效緩解礦山壓力顯現(xiàn)；,2.,減少導(dǎo)水裂隙帶高度和頂板破壞深度；,3.,減少地表移動和破壞。,35,精選ppt,膠結(jié)充填的評價(jià),優(yōu)點(diǎn)：,1.,合理利用固體廢料，減少污染，提高資源回收率；,2.,膠結(jié)充填料漿不泌水或泌水少，井下環(huán)境較好；,3.,無需構(gòu)筑專門的隔墻或構(gòu)筑物；,4.,充填體整體性、均勻性較好，不產(chǎn)生離析等現(xiàn)象，強(qiáng)度較高；,5.,接頂效果較好。,36,精選ppt,膠結(jié)充填的評價(jià),缺點(diǎn)：,1.,充填生產(chǎn)能力滯后于采煤生產(chǎn)能力；,2.,充填材料供需不均衡；,3.,增加生產(chǎn)成本。,37,精選ppt,膠結(jié)充填的適用條件,適用于適合綜采的區(qū)段，地面有

14、需要保護(hù)的建筑物、構(gòu)筑物或?yàn)榇迩f的條件，且是否采用該方法取決于地面安全、煤價(jià)、產(chǎn)量、搬遷成本及帶材儲量緊缺程度的綜合平衡。,38,精選ppt,注漿充填,39,精選ppt,注漿充填的定義,離層區(qū)注漿充填,冒落區(qū)注漿充填,40,精選ppt,注漿充填的定義,注漿是將具有充滿膠結(jié)性能的材料配成漿液以泵壓作為動力源，用注漿設(shè)備通過注漿管將其注入到加固對象，滲透、充填、壓密等方式進(jìn)行擴(kuò)散，通過材料自身凝結(jié)、硬化、使其與被加固對象膠結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大、抗?jié)B性好的一個(gè)結(jié)合體。,41,精選ppt,離層區(qū)注漿充填原理,利用巖層移動過程中覆巖內(nèi)形成的離層孔隙，從地面,布置,鉆孔,將,充填料漿液高壓

15、注入離層空間，使?jié){液與裂隙巖體粘結(jié)成整體，對巖層空間的上覆巖層形成支撐從而減緩他的移動向地表傳播。,支撐、壓實(shí)、減緩地表破壞程度,42,精選ppt,離層區(qū)注漿充填優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：,相對充填量少，通過充填空隙帶，支撐上部巖層，移動變形量小，有效限制上覆巖層彎曲，抑制地表沉陷,缺點(diǎn):,離層位置預(yù)計(jì)、離層量大小計(jì)算、離層發(fā)育的動態(tài)過程理論不成熟；不充分采動效果好，充分采動效果一般,43,精選ppt,離層區(qū)注漿充填適用條件,1、關(guān)鍵層未垮落之前,2、地質(zhì)情況簡單，巖層探明清楚,44,精選ppt,冒落區(qū)注漿充填,1、長壁開采冒落區(qū)注漿充填,2、房柱式冒落區(qū)注漿充填,3、條帶開采冒落區(qū)注漿充填,45,精選p

16、pt,長壁開采冒落區(qū)注漿充填,原理,采空區(qū)冒落矸石之間空隙未被壓實(shí)之前注漿充填，充填材料加冒落矸石一起支撐上覆巖層，控制頂板。,優(yōu)點(diǎn)：,不但減少地表下沉，還處理廢料；不會發(fā)生自然發(fā)火，很少有沖擊礦壓，改善通風(fēng),缺點(diǎn)：,建立井下，地表充填系統(tǒng)，需要一定水泥作為粘結(jié)劑，提高成本。,46,精選ppt,長壁開采冒落區(qū)注漿充填,適用條件：,1、煤層或開采分層傾角5-10度，厚度2-3m,2、頂板巖層具有良好的破碎特性和和規(guī)則的垮落性,3、長壁工作面長100-300m，仰斜開采,47,精選ppt,條帶開采冒落區(qū)充填,原理：,1、提供側(cè)向約束,2、充填體承載,優(yōu)點(diǎn)：,1、減少留設(shè)煤柱寬度,2、提高資源回收率

17、,3、降低充填成本、充填工藝簡單,4、不需要專用充填巷道，鉆孔、工程量少,48,精選ppt,條帶開采冒落區(qū)充填,缺點(diǎn)：,1、隨采隨冒時(shí)工作面必須仰采,2、充填與采煤相互干擾、工作面脫水隔離設(shè)施復(fù)雜,適用條件：,1、煤層埋藏淺，小于300-500m,2、單一薄及中厚煤層,3、頂?shù)装鍘r層和煤層較硬,49,精選ppt,房柱式冒落充填,原理：,對礦房進(jìn)行注漿充填，回收煤柱,優(yōu)點(diǎn)：,回采率高，機(jī)械化程度高,缺點(diǎn)：,投資大，適應(yīng)性差,適用條件：,1、煤層埋藏淺；2、頂板堅(jiān)固，底板平整，不要太軟；,3煤層傾角小于10度，近水平煤層，硬及中硬煤層,50,精選ppt,錨桿支護(hù),錨桿支護(hù)是指，在邊坡、巖土深基坑等

18、地表工程及隧道、采場等地下硐室施工中采用的一種加固支護(hù)方式。,用金屬件、木件、聚合物件或其他材料制成桿柱，打入地表巖體或硐室周圍巖體預(yù)先鉆,好的孔中，,利用其頭部、桿體的特殊構(gòu)造和尾部托板（亦可不用），或依賴于黏結(jié)作用將圍巖與穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起而產(chǎn)生懸吊效果、組合梁效果、補(bǔ)強(qiáng)效果，以達(dá)到支護(hù)的目的。,具有成本低、支護(hù)效果好、操作簡便、使用靈活、占用施工凈空少等優(yōu)點(diǎn)。,51,精選ppt,理論分類：,懸吊理論,19521962,年路易斯 阿,帕內(nèi)科,(Louis APanek),等發(fā)表了懸吊理論，懸吊理論認(rèn)為錨桿支護(hù)的作用就是將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上。對于回采巷道揭露的層狀巖體，

19、直接頂板均有彎曲下沉變形趨勢，如果使用錨桿及時(shí)將其擠壓，并懸吊在老頂上，直接頂板就不會與老頂離層乃至脫落。錨桿的懸吊作用主要取決于所懸吊的巖層的厚度，層數(shù)及巖層彎曲時(shí)相對的剛度與彈性模量，還受錨桿長度、密度及強(qiáng)度等因素的影響。這一理論提出的較早，滿足其前提條件時(shí)，有一定的實(shí)用價(jià)值。但是大量的工程實(shí)踐證明，即使巷道上部沒有穩(wěn)固的巖層，錨桿亦能發(fā)揮支護(hù)作用。例如，在全煤巷道中，錨桿就錨固在煤層中也能達(dá)到支護(hù)的目的，說明這一理論有局限性。,。,52,精選ppt,組合拱理論,組合拱理論是由蘭氏,(T A Lang),和彭德,(Pender),通過光彈試驗(yàn)提出來的。組合拱原理認(rèn)為，在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)

20、中，安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應(yīng)力，如果沿巷道周邊布置的錨桿間距足夠小，各個(gè)錨桿的壓應(yīng)力維體相互交錯(cuò)，這樣使巷道周圍的巖層形成一種連續(xù)的組合帶,(,拱,),。這個(gè)組合拱可承受上部巖石的徑向載荷，如同碹體起到巖層補(bǔ)強(qiáng)的作用，承載外圍的壓力。組合拱理論的不足是缺乏對被加固巖體本身力學(xué)行為的進(jìn)一步探討，與實(shí)際情況有一定差距，在分析過程中沒深入探索圍巖,支護(hù)的相互作用。,53,精選ppt,組合梁理論,組合梁理論認(rèn)為巷道頂板中存在著若干分層的層狀頂板，可看作是由巷道兩幫作為支點(diǎn)的一種梁，這種巖梁支承其上部的巖層載荷。使用錨桿將各層“裝訂”成一個(gè)整體的組合梁，防止巖石沿層面滑動，避免

21、各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象。在上覆巖層荷載作用下，這種較厚的組合梁比單純的迭加梁，其最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力將大大減小，撓度亦減小。而且各層間摩擦阻力愈大，整體強(qiáng)度愈大，補(bǔ)強(qiáng)效果愈好。但是，這種理論在處理巖層沿巷道縱向有裂縫時(shí)梁的連續(xù)性問題和梁的抗彎強(qiáng)度問題時(shí)有一定的局限性,54,精選ppt,水平應(yīng)力理論,澳大利亞學(xué)者蓋爾,(W J Gale),在,20,世紀(jì),90,年代初提出了最大水平應(yīng)力理論。該理論認(rèn)為,:,礦井巖層的水平應(yīng)力一般是垂直應(yīng)力,1. 3,2. 0,倍。而且水平應(yīng)力具有方向性，最大水平應(yīng)力一般為最小水平應(yīng)力的,1. 5,2. 5,倍。巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定性主要受水平應(yīng)力影響，且有三個(gè)特點(diǎn),: ,

22、與最大水平應(yīng)力平行的巷道受水平應(yīng)力影響最小，頂?shù)装宸€(wěn)定性最好,; ,與最大水平應(yīng)力呈銳角相交的巷道。其頂板變形破壞偏向巷道某一幫,; ,與最大水平應(yīng)力垂直的巷道，頂?shù)装宸€(wěn)定性最差。最大水平應(yīng)力理論，論述了巷道圍巖水平應(yīng)力對巷道穩(wěn)定性的影響以及錨桿支護(hù)所起的作用。在最大水平應(yīng)力作用下，巷道頂?shù)装鍘r層發(fā)生剪切破壞，因而會出現(xiàn)錯(cuò)動與松動引起層間膨脹，造成圍巖變形。錨桿所起的作用是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向的巖層剪切錯(cuò)動，因此要求具備有強(qiáng)度大、剛度大、抗剪阻力大的高強(qiáng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)。,55,精選ppt,支護(hù),優(yōu)點(diǎn),錨桿支護(hù),是通過圍巖內(nèi)部的錨桿改變圍巖本身的力學(xué)狀態(tài)，在巷道周圍形成一個(gè)整體而又穩(wěn)定

23、的巖石帶，利用錨桿與圍巖共同作用，達(dá)到維護(hù)巷道穩(wěn)定的目的。它是一種積極防御的支護(hù)方法，是礦山支護(hù)的重大變革。,錨桿不但支護(hù)效果好，且用料省、施工簡單、有利于機(jī)械化操作、施工速度快。但是錨桿不能封閉圍巖，防止圍巖風(fēng)化；不能防止各錨桿之間裂隙巖石的剝落。,56,精選ppt,錨桿,類型,錨桿有,木錨桿、金屬錨桿、水泥錨桿和樹脂錨桿等類型。,（一）金屬倒楔式,錨桿,由,桿體、固定楔、活動倒楔、墊板和螺帽組成。,（二）鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿,1,.,鋼筋砂漿錨桿,2,.,鋼絲繩砂漿錨桿,（三,）樹脂錨桿,（四）快硬水泥錨桿,（五）快硬膨脹水泥錨桿,（六）管縫式錨桿,57,精選ppt,Thank you!,58,精選ppt,