煤矿支护方式

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015/6/16,#,单击此处编辑母版标题样式,煤矿支护方式,常见的煤矿支护方式,木支护,金属,摩擦支柱,单体液压支柱,综采液压支架,木支护,一、概述,二、木支护的优缺点,三、木支护的适用范围,在地下采煤时，为了维护采煤工作面的有效使用空间，防止顶板冒落，保证安全生产，必须合理选择支护材料。普采工作面支护材料和支护设备有：木支架 、金属支架、单体液压支柱和液压支架。,1,、概述,木支架组成和特点,木支架由木支柱和木顶梁组成，煤矿井下做支护用的木材叫坑木。,巷道支护中常用梯形木支架，结构如图所示。,矿井中常用的坑木有：红松、落叶松、杉木、桦木、栎木、榆木、水曲柳、椴木、槐木、杨木。,木支架组成和特点,1.,顶梁,木支架支撑顶板压力的受弯构件；,2.,棚腿,顶梁的支点并且支承侧压；,3.,木楔,梁腿接口与围岩之间楔紧；,4.,背板,使低压均匀的分布到顶梁和棚腿上，防止矸石下落。,木支护的工作特性,坑木是一种轻质各向异性材料，沿纹理方向加压时，支柱的可缩性比垂直纹理加压时小的多。,木支柱的工作特性是靠本身强度支承顶板压力，工作阻力增长极快，而可缩量很小，一直达到屈服点折断为止，这对顶板管理是极为不利的。,木材,用于矿井支护时的优缺点,缺点,：抗弯强度低，无可缩性，工作面顶板下沉量大，顶板事故多，不安全；不适于机械化采煤工作面支护；在潮湿条件下易腐烂，明显降低其抗压强度；易燃，当发生火灾时能使火情迅速蔓延。,优点,：与其他支护材料相比，同体积的坑木重量轻，便于运输、易于锯砍加工；在其彻底破坏之前，受压时能发出可见的信号；折断了的材料回收后，还可做木楔、垫板等支护辅助材料；,木支护,的适用范围,目前，我国仍有一些小型，煤矿使用木材作为采煤工作面的支护材料；,在大中型煤矿，木材仅作为辅助支护材料和特殊条件下支护而普遍使用；,木支架一般可使用在地压不大，巷道服务年限不长、断面较小的采区巷道。,金属摩擦支柱,原理,利用金属销和金属杆之间的摩擦来提供工作阻力，使用液压千斤顶或者机械升柱器来提供初撑力。,11,12,13,优点,1.,初工作阻力高、可缩量较大。,2.,快速达到初工作阻力，及早发挥对顶板的支撑作用。,3.,还可用于对顶板下沉量较大，有周期来压的工作面。,4.,价格低廉，初期投资少。,5.,结构简单，操作与维修方便。,14,缺点,1.,工作阻力不稳定，有时相差很大，使工作面支柱受载不均，顶板容易局部冒落。,2.,瞬间卸载，一打松金属销，活柱立即下落。,3.,支撤和移动都靠人工操作，劳动强度大，安全性较差。,4.,工作面产量和效率低。,15,适用条件,适用于底板较硬,无明显冲击地压,煤层倾角小于,25,的缓倾斜薄及中厚煤层工作面,采取一定的安全措施,也可用于,25,35,的采煤工作面。,16,单体液压支柱,单体液压支柱是一种新环保型的支护装备，既可与金属铰接顶梁配套用于高档普采和炮采用工作面支护顶板以及综采工作面支护端头，也可单独做点柱或其它临时性支护用。,单体液压支柱适用于煤层倾角小于,25,度,-35,度的倾斜煤层回采工作面，所 适应的煤层顶底板条件是,:,顶板,落后不影响支柱的回收，底板不宜过软，支柱压入底板深度不恶化底板的完整性，否则应加大底座。在煤质较松软的炮采工作面内使用时，对活柱体镀层表面采取保护措施，以防崩坏。支柱与木顶梁配合或做点柱使用时，应将顶盖换成柱帽，以免损坏木梁。,它和金属铰接顶梁柱配合，可适用于煤层倾角在,35,以下的任何采煤工作面。按供油方式和工作介质不同，支柱分成外供油式,(,简称,外注式,),和内供油式,(,简称,内注式,),两大类,;,按支柱工作行程不同，支柱可分成单伸缩和双伸缩支柱,;,按支柱使用材料不同，支柱可分为钢质支柱和轻合金支柱。结合实际使用情况，将其分为外注式单体液压支柱、内注式单体液压支柱、其它类型支柱,1.,悬浮,式,单体液压支柱,悬浮,式单体液压支柱是外注式单体液压支柱的一种，但是比外注式单体液压支柱又有一个很显著的优点，那就是,DWX,型单体液压支柱采用柱塞悬浮式技术原理，悬浮力达到工作阻力的五分之四，立柱受力仅为五分之一，,DWX,型支柱三用阀设于手把体上，注液时，三用阀不随支柱的活柱升高而升高，操作方便，安全可靠。,2.,双,伸缩悬浮,单体液压支柱,双伸缩悬浮式单体液压支柱是中国矿业大学研制的一种新一代工作面单体支护产品，是高档机械化普采工作面的配套设备，也是综采工作面的端头支护设备。其适用于煤矿回采工作面的顶板支护，综采工作面的端头顶板支护，巷道掘进的超前支护。悬浮式单体液压支柱是外注式单体液压支柱的一种，但是比外注式单体液压支柱又有一个很显著的优点，那就是,DWX,型单体液压支柱采用柱塞悬浮式技术原理，悬浮力达到工作阻力的五分之四，立柱受力仅为五分之一，,DWX,型支柱三用阀设于手把体上，注液时，三用阀不随支柱的活柱升高而升高，操作方便，安全可靠,。,分类：,3.DN,内注式单体液压支柱,单体液压支柱一般分为外注式单体液压支柱，内注式单体液压支柱，悬浮式单体液压支柱，摩擦支柱。内注式单体液压支柱是自身带泵及同，支设时用手摇把摇动就能快速升柱，降柱时不排出工作液，可较好地保护工作环境，而且使用时方便，管理灵活，装备简单。目前主要使用的有直径,90mm,缸径，从,0.6-3.15m,共有,12,个规格的内注式单体液压支柱。,一般的表示型号为,DN18-250/80,，,D,表示单体支柱，,N,表示内注式，,18,表示支柱最大高度为,1800mm,，,250,表示支柱工作阻力为,250kn,，,80,表示支柱的缸径,80mm,。,4.,玻璃钢单体液压支柱,玻璃钢单体液压支柱通过液压站向与单体液压支柱连接的三用阀注液，单体液压支柱开始升起，达到需要的高度，利用液压支柱内的密封圈的密封作用，完成支撑,;,如若下降则打开三用阀卸载阀，液压支柱开始下降，完成工作。,1.,体积,小,2.,支,设高度高,3.,支护,可靠,4.,使用,和维修方便,5.,综合,成本低,优点：,综采液压支架,工作原理,利用乳化液泵站提供的高压乳化液，通过液压控制系统实现升架、降架、移架一系列动作。,支架,工作示意图,支撑式支架,支撑力大，作用点在支架中后部，切顶性能好；,对顶板重复支撑次数多，易把完整的顶板压碎；,抗水平载荷能力差，稳定性差；,护矸能力差，矸石易窜入工作空间；,支架工作空间和通风断面大。,适应于缓倾斜、顶板稳定的薄与中厚煤层。,掩护式支架,支撑力较小，切顶性能差；,支护强度较大、均匀，掩护性好；,能承受较大水平推力，对顶板反复支撑次数少，能带压移架。；,作业空间和通风断面小。,用于直接顶中等稳定以下，顶板周期来压不强烈的采煤工作面。,掩护式支架,分支掩掩护式支架,和,支顶掩护式支架,。,支撑掩护式支架,在支撑式和掩护式架型基础上发展，兼有这两种架型的主要技术特征。,适用于直接顶中等稳定、稳定和坚硬，周期压力强烈，底板软硬均可。,根据支架的结构特点分支顶支撑掩护式和支掩支撑掩护式。,放顶煤支架,当采高在,5m,20m,，且厚度变化采用放顶煤开采,支护方式,即时支护：采煤机过后，液压支架按照降架移架升架推溜的次序动作，及时支护新裸露的顶板，应用广泛；,滞后支护：采煤机割煤后，液压支架按照推溜降架移架升架的次序动作，用于稳定、完整的顶板条件。,几种常见的充填方式：,1.,胶结充填,2.,注浆,充填,胶结充填,Contents,4,2,1,3,胶结充填的概念,胶结充填的原理,胶结充填的优缺点,胶结充填的适用条件,胶结充填的概念,将采集和加工的细砂等惰性充填材料，加入适量的凝胶材料（如水泥），加水混合制备成胶结充填料浆，沿钻孔、管道向充填区域输送，材料胶结后形成具有一定强度和完整性的充填体。,主要包括：高浓度胶结充填、膏体充填、似膏体材料充填、（超）高水材料充填等。,胶结充填的原理,相当于减小煤层开采厚度，从而减小采空区上方岩层的变形和破坏。,1.,有效缓解矿山压力显现；,2.,减少导水裂隙带高度和顶板破坏深度；,3.,减少地表移动和破坏。,胶结充填的评价,优点：,1.,合理利用固体废料，减少污染，提高资源回收率；,2.,胶结充填料浆不泌水或泌水少，井下环境较好；,3.,无需构筑专门的隔墙或构筑物；,4.,充填体整体性、均匀性较好，不产生离析等现象，强度较高；,5.,接顶效果较好。,胶结充填的评价,缺点：,1.,充填生产能力滞后于采煤生产能力；,2.,充填材料供需不均衡；,3.,增加生产成本。,胶结充填的适用条件,适用于适合综采的区段，地面有需要保护的建筑物、构筑物或为村庄的条件，且是否采用该方法取决于地面安全、煤价、产量、搬迁成本及带材储量紧缺程度的综合平衡。,注浆充填,注浆充填的定义,离层区注浆充填,冒落区注浆充填,注浆充填的定义,注浆是将具有充满胶结性能的材料配成浆液以泵压作为动力源，用注浆设备通过注浆管将其注入到加固对象，渗透、充填、压密等方式进行扩散，通过材料自身凝结、硬化、使其与被加固对象胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、抗渗性好的一个结合体。,离层区注浆充填原理,利用岩层移动过程中覆岩内形成的离层孔隙，从地面,布置,钻孔,将,充填料浆液高压注入离层空间，使浆液与裂隙岩体粘结成整体，对岩层空间的上覆岩层形成支撑从而减缓他的移动向地表传播。,支撑、压实、减缓地表破坏程度,离层区注浆充填优缺点,优点：,相对充填量少，通过充填空隙带，支撑上部岩层，移动变形量小，有效限制上覆岩层弯曲，抑制地表沉陷,缺点:,离层位置预计、离层量大小计算、离层发育的动态过程理论不成熟；不充分采动效果好，充分采动效果一般,离层区注浆充填适用条件,1、关键层未垮落之前,2、地质情况简单，岩层探明清楚,冒落区注浆充填,1、长壁开采冒落区注浆充填,2、房柱式冒落区注浆充填,3、条带开采冒落区注浆充填,长壁开采冒落区注浆充填,原理,采空区冒落矸石之间空隙未被压实之前注浆充填，充填材料加冒落矸石一起支撑上覆岩层，控制顶板。,优点：,不但减少地表下沉，还处理废料；不会发生自然发火，很少有冲击矿压，改善通风,缺点：,建立井下，地表充填系统，需要一定水泥作为粘结剂，提高成本。,长壁开采冒落区注浆充填,适用条件：,1、煤层或开采分层倾角5-10度，厚度2-3m,2、顶板岩层具有良好的破碎特性和和规则的垮落性,3、长壁工作面长100-300m，仰斜开采,条带开采冒落区充填,原理：,1、提供侧向约束,2、充填体承载,优点：,1、减少留设煤柱宽度,2、提高资源回收率,3、降低充填成本、充填工艺简单,4、不需要专用充填巷道，钻孔、工程量少,条带开采冒落区充填,缺点：,1、随采随冒时工作面必须仰采,2、充填与采煤相互干扰、工作面脱水隔离设施复杂,适用条件：,1、煤层埋藏浅，小于300-500m,2、单一薄及中厚煤层,3、顶底板岩层和煤层较硬,房柱式冒落充填,原理：,对矿房进行注浆充填，回收煤柱,优点：,回采率高，机械化程度高,缺点：,投资大，适应性差,适用条件：,1、煤层埋藏浅；2、顶板坚固，底板平整，不要太软；,3煤层倾角小于10度，近水平煤层，硬及中硬煤层,锚杆支护,锚杆支护是指，在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下硐室施工中采用的一种加固支护方式。,用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成杆柱，打入地表岩体或硐室周围岩体预先钻,好的孔中，,利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板（亦可不用），或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果，以达到支护的目的。,具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活、占用施工净空少等优点。,理论分类：,悬吊理论,19521962,年路易斯 阿,帕内科,(Louis APanek),等发表了悬吊理论，悬吊理论认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳固的岩层上。对于回采巷道揭露的层状岩体，直接顶板均有弯曲下沉变形趋势，如果使用锚杆及时将其挤压，并悬吊在老顶上，直接顶板就不会与老顶离层乃至脱落。锚杆的悬吊作用主要取决于所悬吊的岩层的厚度，层数及岩层弯曲时相对的刚度与弹性模量，还受锚杆长度、密度及强度等因素的影响。这一理论提出的较早，满足其前提条件时，有一定的实用价值。但是大量的工程实践证明，即使巷道上部没有稳固的岩层，锚杆亦能发挥支护作用。例如，在全煤巷道中，锚杆就锚固在煤层中也能达到支护的目的，说明这一理论有局限性。,。,组合拱理论,组合拱理论是由兰氏,(T A Lang),和彭德,(Pender),通过光弹试验提出来的。组合拱原理认为，在拱形巷道围岩的破裂区中，安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置的锚杆间距足够小，各个锚杆的压应力维体相互交错，这样使巷道周围的岩层形成一种连续的组合带,(,拱,),。这个组合拱可承受上部岩石的径向载荷，如同碹体起到岩层补强的作用，承载外围的压力。组合拱理论的不足是缺乏对被加固岩体本身力学行为的进一步探讨，与实际情况有一定差距，在分析过程中没深入探索围岩,支护的相互作用。,组合梁理论,组合梁理论认为巷道顶板中存在着若干分层的层状顶板，可看作是由巷道两帮作为支点的一种梁，这种岩梁支承其上部的岩层载荷。使用锚杆将各层“装订”成一个整体的组合梁，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象。在上覆岩层荷载作用下，这种较厚的组合梁比单纯的迭加梁，其最大弯曲应变和应力将大大减小，挠度亦减小。而且各层间摩擦阻力愈大，整体强度愈大，补强效果愈好。但是，这种理论在处理岩层沿巷道纵向有裂缝时梁的连续性问题和梁的抗弯强度问题时有一定的局限性,水平应力理论,澳大利亚学者盖尔,(W J Gale),在,20,世纪,90,年代初提出了最大水平应力理论。该理论认为,:,矿井岩层的水平应力一般是垂直应力,1. 3,2. 0,倍。而且水平应力具有方向性，最大水平应力一般为最小水平应力的,1. 5,2. 5,倍。巷道顶底板的稳定性主要受水平应力影响，且有三个特点,: ,与最大水平应力平行的巷道受水平应力影响最小，顶底板稳定性最好,; ,与最大水平应力呈锐角相交的巷道。其顶板变形破坏偏向巷道某一帮,; ,与最大水平应力垂直的巷道，顶底板稳定性最差。最大水平应力理论，论述了巷道围岩水平应力对巷道稳定性的影响以及锚杆支护所起的作用。在最大水平应力作用下，巷道顶底板岩层发生剪切破坏，因而会出现错动与松动引起层间膨胀，造成围岩变形。锚杆所起的作用是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动，因此要求具备有强度大、刚度大、抗剪阻力大的高强锚杆支护系统。,支护,优点,锚杆支护,是通过围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而又稳定的岩石带，利用锚杆与围岩共同作用，达到维护巷道稳定的目的。它是一种积极防御的支护方法，是矿山支护的重大变革。,锚杆不但支护效果好，且用料省、施工简单、有利于机械化操作、施工速度快。但是锚杆不能封闭围岩，防止围岩风化；不能防止各锚杆之间裂隙岩石的剥落。,锚杆,类型,锚杆有,木锚杆、金属锚杆、水泥锚杆和树脂锚杆等类型。,（一）金属倒楔式,锚杆,由,杆体、固定楔、活动倒楔、垫板和螺帽组成。,（二）钢筋或钢丝绳砂浆锚杆,1,.,钢筋砂浆锚杆,2,.,钢丝绳砂浆锚杆,（三,）树脂锚杆,（四）快硬水泥锚杆,（五）快硬膨胀水泥锚杆,（六）管缝式锚杆,Thank you!,