支架围岩关系

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节 采场来压时支架与围岩关系,支架与围岩关系时顶板控制设计的基础，也是检验顶板控制效果的依据。,一、采场支架的设计工作状态,（一）采场支架对直接顶的工作状态,1,、直接顶的结构特点,初次垮落后，煤壁与支架支撑，呈悬臂梁状态，失去了传递力的联系。端部断裂则以煤壁为支点作回转运动，支架完全承担其作用力。,2,、支架对直接顶的工作状态,由于它在采空区内已经垮落，控制设计时，必须按最危险状态考虑。即按“给定载荷”考虑。,（二）采场支架对老顶的工作状态,1,、老顶岩梁的结构特点,能保持传递力的联系，其作用力可传递到煤壁前方与矸石上。,2,、支架对老顶岩梁的设计工作状态,老顶运动过程中给支架的作用力，由支架对老顶岩梁运动抵抗程度（或对岩梁位态控制的要求）决定。,支架对老顶岩梁有两种工作状态：,1,）“给定变形”工作状态,特点：（,1,）,岩梁运动稳定时的位置状态（即位态）由岩梁的强度及梁端支承情况决定。,（,2,）支架只能在一定范围内降低岩梁运动速度，但不能阻止岩梁运动。,（,3,）支架作用力与顶板作用力之间关系：,Q,i,R,i,或,Q,i,P,i,L,R,其中：,R,i,沿倾斜每米支架阻力；,P,i,采场支架平均阻力。,二者之间没有直接的关系方程。,此状态下岩梁运动最终状态的采场顶板下沉量为：,要求的支架缩量,:,运动结束时采场支架受力由支架综合刚度（支架力学特性）决定。,2,）“限定变形”工作状态,指采场支架对岩梁运动进行必要的限制。（即在支架作用下，岩梁不能沉降至最低状态，运动结束时采场顶板下沉量由支架阻力决定。,顶板下沉量由以下关系式：,运动结束时岩梁跨度将大于周期运动步距,C,，即,L,i,C,i,，,支架阻力与岩梁位态间存在着必然的力学关系。也就是说可以建立二者之间的关系方程。,此状态下，采场支架的阻力由岩梁的位置状态决定，而与支架自身的力学特性无关。且要求控制的岩梁位态愈高（即顶板下沉量愈小），需要的支架阻力越大。,二、“限定变形”条件下，支架与围岩关系综合表达式,位态方程式,1,、,关系方程,支架控制岩梁位态在,h,i,时所受顶板压力，包括老顶岩梁作用力与直接顶作用力两部分。,式中：,P,T,控制顶板下沉量在,h,i,时,顶板给支架的作用力。,A,与岩梁位态无关的常数，即直接顶的作用力部分。,注意：,1,）此关系式不能简单地看成是支架阻力与采场顶板下沉量间的关系方程，应当看成是岩梁运动结束稳定时状态与支架间的相互作用关系方程。,2,）两者之间的关系是以,h,i,=0,，及,P,T,=A,为渐近线的双曲线。,2,、位态常数,K,A,的表达式,1,）直接用岩梁的运动参数表达为：,适用条件,:,已知岩梁运动参数,m,E,、,C,等条件下。,此表达式对应称为极限位态方程式，,K,A,称为极限位态常数。,表达了岩梁处于最低位态时（或接近最低位态时）给支架的作用力。,2,）间接表达式（相对位态常数）,用岩梁在某一位态,h,0,时,实测所得采场支架承载值,P,0,代入位态方程式反推出。,位态,h,0,时，岩梁跨度为,L,0,，,此时的位态常数为,K,0,，,则,令：,h,0,=h,i,，,P,T,=P,0,，,则得：,K,0,=P,0,-A,。,3,、,建立位态方程的条件,1,）适用范围,位态方程不能任意使用。位态方程只能用于支架却是对顶板起到限制作用的情况下。,关于顶板位置状态可按图示分为三种：,（,1,）最高位态,（,2,）最低位态,（,3,）中间位态,则位态方程式适用范围为：,用采场顶板下沉量表达：,用 支 架 承 载 值 表 达：,2,）建立的条件,只有当采场来压结束时支架对老顶岩梁的位态确实起到“限定”作用条件下，才能根据实测采场支架承载值和顶板下沉量等参数建立。,（,1,）必要条件,若,P,0,A,，则,K,0,=P,0,-AA,，,有可能建立，但要分析支护是否真正限制了顶板下沉。,因为,P,0,A,只能说明老顶已给支架加了力，但支架不一定限制其运动下沉。,只有,P,0,A,，且,确实支架对老顶岩梁起到了限制其运动的作用才能建立二者之间的关系。,（,2,）充分条件,能对岩梁位态起到限制作用的支架承载值下限为：,即：只有当支架承载能力大于,P,min,时，支架才确实在“限定变形”状态下工作，可以说支架已对岩梁位态起到了限制作用。则建立位态方程的充分条件是：,P,0,P,min,4,、,生产现场建立位态方程的方法与步骤,1,）实测参数,岩梁步距参数：,b,、,c,来压前后支架承载值及顶板下沉量：、,P,0,、,h,0,2,）,确定直接顶厚度,m,Z,及,支架支撑直接顶必需的承载值,A,。,3,）,确定位态常数,（,1,）已知岩梁厚度,m,E,，,运动步距,C,等，则：,（,2,）根据实测的,P,0,值反推,若实测,P,0,值满足下式：,P,0,P,min,=A+K,0,则位态常数,K,0,=P,0,-A,4),写出位态方程,（,1,）,（,2,）,例题：,已知直接顶厚度为,3m,的细砂岩，悬顶距为,2m,，,控顶距为,4m,，,老顶厚度为,5m,，,来压步距为,C=10m,，,比重,E,=,z,=25KN/m,3,，,碎胀系数,K=1.25,，,采高为,2m,，,试建立位态方程（处于限定变形状态）。,解：,根据题意得支架处于限定变形工作状态，可以利用实测参数建立位态方程。,已知岩梁的运动参数，则,直接顶的载荷为：,A=,m,z,z,f,z,=325(1+2/4),2,=168.75KN/m,2,位态常数为（极限位态常数）：,顶板下沉量为：,则由极限位态方程式得：,作 业,已知某矿直接顶厚度为,3m,，,悬顶距为,2m,，,控顶距为,4m,，,平均比重为,E,=,z,=25KN/m,3,，,实测得到两次老顶来压完成时支护强度及顶板下沉量分别为（见,表）。顶板无阻碍最大下沉量值为,600mm,，,试分别用两次来压实测数据建立为态方程。,序 号,1,2,最终下沉量,400mm,500mm,支护强度,282KN,259.3KN,