支柱圆钢底板比压

    支柱不得发生钻底或尽量减小钻底量。通常要求钻底量小于100mm否则，则会影响对顶板的支护效果。为此，进行工作面支护设计时，必须进行支柱对圆钢底板的比压计算。煤层圆钢底板的抗压入强度叫圆钢底板比压，单位为：帕（Pa兆帕（MPa圆钢底板比压是圆钢底板固有的性质。圆钢顶板压力通过支柱（架）底座对圆钢底板产生的压强，即支柱（架）工作阻力与底座面积的比值，称为支柱（架）对圆钢底板的比压。支护设计时，应使支柱（架）对圆钢底板的比压小于圆钢底板比压。否则，支柱（架）就会钻入圆钢底板或陷入圆钢底板，影响支护性能，恶化顶板状况。5支柱迎山角的确定 一般煤层都有一定没量的倾角，为保证支柱沿其轴线受力，必须支设迎山角。否则，支柱易发生弯曲，影响支撑顶板的效果。圆钢支柱轴线和煤层顶板法线的夹角称为支柱的迎山角。支柱顶部由煤层顶圆钢底板法线向上偏移的距离叫迎山距。煤层倾角是确定支柱迎山角的决定因素。煤层倾角越大，支柱迎山角也相应越大。其原因是煤层倾角越大。直接顶破碎断裂后形成的可动六面体的下滑力越大。

支柱迎山角的大小还和直接顶岩性、稳定程度有关。煤层倾角一定时，直接顶强度越大，支柱迎山角应越小；反之，则越大。对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类直接顶板，根据经验，一般按下式计算支柱迎山角：B=a/k1-8式中 B--支柱迎山角，°）a--煤层倾角，°）k--直接顶稳定系数，k=6-8°，直接顶层理、节理发育时，k取小值；反之，k取大值。上式也可理解为当煤层倾角为6-8°时，支柱迎山角为1°。二）安全出口支护 采煤工作面安全出口是人员活动集中、机电设备较多的地点，且是人员进出必经之地。维护好上、下安全出口，对保证安全生产具有重要意义。为此，煤矿安全规程》做了明文规定。1每一个采煤工作面，必须经常 保持至少两个畅通无阻的安全出口，一个通到回风巷道，另一个通到进风巷道。开采三角煤、断层带、残留煤柱或地质构造极为复杂的煤层，不能采用正规采煤方法的采煤工作面，确实不能保持两个安全出口时，必须制定安全措施，并按管理权限报县级以上煤炭管理部门审批。开采有瓦斯喷出、煤与瓦斯（二氧化碳）突出危险或突水危险的煤层时，严禁采煤工作面只有一个安全出口。2采煤工作面所有安全出口与巷道衔接处的20m范围内，必须加强支护，巷道高度不得低于1.6m综合机械化采煤工作面所有安全出口与巷道衔接处的20m范围内，巷道高度都不得低于1.8m安全出口必须设专人维护，支架有断梁折柱时，必须及时更换。安全出口包括两部分：一部分是两巷超前支护，即采煤工作面上、下巷道距煤壁20m范围内；另一部分是工作面上、下端头，即沿工作面方向，下巷上帮、上巷下帮向工作面方向10m范围内。由于这两部分的矿压和作业特点不同，其支护方式不同。上、下安全出口处，除利用原平巷和工作面基本支架支撑顶板外，加强支护必须架设特殊支架，其原因是工作面上、下端头与风巷、机巷相交处控顶范围大，两巷超前20m内受回采移动支承压力和巷道固定支承压力的双重作用而压力增大，断梁折柱增多，支架损坏严重。根据顶板岩性和矿压显现的一般特征，采煤工作面两巷超前支护为：铝管煤壁外10m内，原棚梁下架双排铰接顶梁和单体支柱支护；10-20m范围内可采用单排单体支柱配铰接顶梁支护。工作面上、下端头支护为：机头部位使用四对八根11﹟工字钢长梁支护，一梁三柱，交替迈步前移，工字钢梁制成花边，以便于和支柱顶盖配合；无传动装置的机尾部位使用两队四根11﹟工字钢长梁支护，一梁三柱，交替迈步前移。上、下端头的运输机头、机尾部位在靠采空区侧架设木垛。高档普采、炮采亦可采用工作面双无销顶梁配单体支柱支护。金属网下分层工作面安全出口支护，一般是机巷靠工作面煤壁一侧架设一梁三柱托棚，原巷道中棚梁的一端搭在托棚梁上，工作面尾部除按工作面正常支护外，仍架设一梁三柱托棚托住风巷原木梁。无论上部或下部，均应不使网边脱离两巷支架。对于自然锈结的下分层工作面，其上、下端头除使用两队两根和四对八根工字钢长梁支护外，还应采取提前探梁，梁上插上小棍，用竹笆封顶。两巷超前支护同上所述。第四节 炮采、普采工作面的支护与安全操作 随着采煤工作面的推进，煤层的条件、顶板的条件、顶板的压力都是动态的变化过程中，顶板式中都在缓慢或剧烈地下沉，其完整性也遭到不同程度的破坏，使采煤工作面始终处在较明显或潜在危险状况下。为此，必须对工作面进行敲帮问顶。敲帮问顶就是利用于镐或钢钎等工具敲击暴露而未加管理的岩（煤）体，使其发出回音来探明岩（煤）体内部是否松动、断裂或离层的一种方法。班（组）长必须严格执行敲帮问顶制度。开工前，班（组）长和安全检查员必须对工作面安全情况进行全面检查，确认无危险时，方准工人进入工作面。每个工作人员必须经常检查工作地点的顶板、煤壁、支架等情况。急倾斜煤层中，还必须同时注意圆钢底板情况。当发现险情时，必须立即采取措施，隐患未排出之前，班（组）长和安全检查员不得离开现场。案例1-11991年8月7日，某矿丁5-614060炮采工作面，因爆破效果差，留下了不安全隐患。职工杨某在没有认真敲帮问顶、没有支护的情况下空顶作业，被护顶岩块砸倒，伤势过重死亡。采煤工作面在通常情况下，可根据煤层赋存条件不同或隐患不同，采取相应的支护措施。一、破碎顶板的支护 破碎顶板的节理、层理较发育，胶结性能差，往往采后就自行垮落或因支架空档内局部漏顶，使邻近支架“顶空”而倒柱，若处理不及时，则会使垮落面积增大。防止破碎顶板冒落的原则是要求支护密度大、悬露哦顶板少、控顶距要小、推进速度快。普采、炮采工作面必须采用铰接顶梁。顶梁之上要用板皮（或小棍）竹笆封顶，形成纵横交叉，使顶板悬露面积缩小。溜子道上方可提前探梁，靠煤壁打贴帮柱。破碎顶板的支护密度不但要满足支柱强度的要求，也要有利于护顶，因此要适当加大支护密度，采取提前背笆护顶或挂梁措施。采煤机上行割顶煤时，跟机铺临时柱、后支贴帮柱，移溜过后支设固定柱，以缩短溜子道空顶时间和空顶面积，防止冒顶。当顶板特别松软或有厚0.3m以上的伪顶且割煤（或放炮）后会立即冒落时，可采取用圆钢打超前托棚的办法。具体方法是距顶板20mm-30mm处利用煤电钻打眼，眼深2m左右，角度垂直于煤壁，打眼在割煤（或炮）前进行。圆钢规格为直径38mm长2.4m布置在两架顶梁中间外探0.1-0.3m推进一个循环后在圆钢一端下打柱子，另一端由煤壁支撑。割煤（或放炮）前，继续采用同样方法。炮采工作面，发现顶板沿煤壁有显著裂缝或下沉等现象时，工作面应停止放炮，立即打探梁、挂顶梁或套棚加强支护。二、煤壁片帮的支护 由于采煤工作面煤壁在支承压力作用下容易压酥，因此在采高大、煤质松软的工作面往往容易因为片帮引起冒顶。防止煤壁片帮的主要安全措施如下所述：1工作面煤壁要采直采齐，要及时打好正规支柱和贴帮柱，并给足初撑力，减少控顶区内顶板的下沉量。2采高大于2.0m煤质松软时，除打贴帮柱外还应在煤壁与贴帮柱间加横撑。3煤壁上部片帮严重的地点，应在贴帮柱上加托梁或超前挂金属铰接顶梁。片帮深度大的地点，还应在梁端加打临时顶柱。4爆破落煤工作面要合理布置炮眼，并掌握好炮眼角度。顶眼距顶板不要太近，装药量要适当。落煤后要及时挑顶刷帮，使煤壁不留伞檐。案例1-21996年12月19日，某矿采煤二队打眼工李某，戊9-10-20080工作面机头以上5m处，放完炮、基本出完煤后没有及时打贴帮柱，而挂花梁、倒悬臂梁多，采面工程质量差，有没有敲帮问顶，一个人违章单独打眼，被掉下的矸石砸伤头部，当场死亡。三、急斜及倾斜煤层单体支柱工作面顶板支护及安全操作 1严格支柱规格质量，煤层倾角在25-35°时，迎山角一般取3-5°。煤层倾角小于35°或小倾角的急斜煤层时，应先根据煤层倾角，将采煤工作面调整为伪斜开采。为防止梁头向倾斜下方甩动，挂梁前先掏超前梁窝，梁间用撑木撑好。单体柱间应上齐防倒绳或斜拉撑钩。圆钢底板坚硬时，应凿成麻面，增加支柱与圆钢底板摩擦力。必要时可沿煤层走向，柱脚倾斜下方设置底梁。2支架迎山有力，初撑力达到规定值，工作面不得有空载柱。3采用倾斜托棚，防止支架歪倒。应有防倒柱的措施，防止倒柱砸人或撞倒其他支柱造成冒顶。4为防止放顶冒落矸石撞倒支柱引起冒顶，放顶线应保持成一直线，并设联锁拉杆的倾斜托棚，挂好挡矸帘。5分段回柱时，上下分段之间要设挡矸帘，并在下分段的上部采用戗柱和木垛等特殊支护。6当煤层倾角大于35°，采空区上部存矸少、出现顶板抽空情况时，应采取以下措施：①放顶前要充填抽空区，充填物可用矸石等。充填方法可用风力或手动充填；②降低采高，降低的下限一般不低于1.5m以减少抽空高度，提高支架的稳定性；③如充填抽空有困难，初次放顶期间的控顶距离要适当加大，使老顶断裂产生的冲击大部分转移到靠放顶线一侧加宽的空间内。支护上，除原有的一排木垛外，加宽空间范围内再加打一排木垛，以增加支柱的稳定性。7当煤层为立槽煤时，采用水平分层法，采煤工作面支护采用四、六排控顶，顶板为天然假顶。四、托伪顶或松软破碎顶板的支护及安全操作 这类顶板常因支架空档内局部漏顶，使邻近支架“顶空”而倒柱，并且由于顶板允许暴露的时间短、面积小，常因割煤和放炮后机（炮）道得不到及时支护而发生冒顶。此外，初次来压和周期来压时，伪顶和破碎顶板容易和上覆直接顶或坚硬顶板离层而垮落。使用金属顶梁时，由于顶梁和顶板摩擦力很小，伪顶大面积垮落，支架往往成串被推倒造成大冒顶事故。因此应采取适当顶板管理措施。1凡托伪顶或破碎顶板的工作面，除采时不得推采开切眼的另一帮煤柱。2工作面要布置成俯斜开采，尽可能避免仰斜开采，上、下平巷与工作面尽可能布置成直角或大于60°的交角，避免出现锐角。另外，要沿伪顶或破碎顶板掘进，避免挑顶掘进。3支护密度不但要满足采场支护强度的要求，也要有利于护顶，因此，应适当加大支护密度，采取提前背笆护顶和挂梁措施。机组上行割底煤时，跟机前撤临时柱，支贴帮柱，以缩短机道空顶时间和缩小空顶面积，控制机道冒顶。4当顶板特别松软或有厚0.3m以上的伪顶，且割煤（或放炮）后立即冒落时，可采用圆钢打超前托梁的办法。具体施工方法是距顶板2-3cm处用煤电钻打眼，眼深2.0m角度垂直于煤壁。打眼在割煤（或放炮）前进行。打完眼后，穿入圆钢。圆钢直径38mm长2.4m布置在两侧顶梁的中间，外露0.4m两个循环后，托梁留在煤壁内的深度为0.8m外露1.6m,圆钢圆钢底板比压 支柱或支架在满足对顶板支护的同时。端部由支柱支撑，再割煤（或放炮）前，继续使用上述方法。5初次来压和周期来压时，必须加强支护。金属顶梁和顶板间背上板皮或笆片，以增加它之间的摩擦阻力；用单排或双排交叉木垛，增设抬棚戗柱，以增加支柱的稳定性。倾角大于20°的工作面，初次来压前最好不使用金属铰接顶梁，用木板梁和金属支柱配合支护；初次来压后，顶板稳定时再使用金属铰接顶梁。6炮采工作面，发现顶板沿煤壁有显著裂缝或下沉等现象时，工作面应停止放炮，片帮严重的地方先打探板或挂上顶梁加强支护。7条件允许时，从煤壁向斜上方顶板内钻眼，利用高压泵注入树脂凝固剂来粘结破碎顶板，以增加顶板的坚固性或固结易片帮的煤壁。五、托伪顶或留底煤的支护及安全操作 当采煤工作面顶煤或底煤是劣质煤不需要采出，或由于一次采全高丢底煤，或分层开采时留顶煤作为下分层开采顶板，或遇到断层破碎带留煤皮护顶开采时，叫托顶煤或留底煤开采。由于顶煤垮落，或遇到顶煤上的断层破碎带突然垮落，或由于支柱陷入底煤，往往容易发生冒顶事故，应采取适当安全技术措施。1经常掌握留顶煤或底煤的实际厚度，控制采高，采高不应大于所用支柱允许的最大高度，使支柱有力地支撑顶煤不让它脱落。所留的顶、底煤，必须按规定留足必须的最小厚度，留底煤时支柱要穿上木鞋或铁鞋，如果底煤过薄，应采取换柱以提高采出率。2合理布置炮眼和控制装药量，顶底眼距顶（煤）底（煤）板要在200mm以上，炮眼角度和装药量要适当，每次放炮数目不要太多，防止顶煤受震脱落。3放炮后及时挂梁托顶煤，或打临时支柱，同时用板皮或笆片背严，防止顶煤离层脱落。4保证通风、行人、运料的前提下，缩小控顶距，减小工作面顶煤的压力。5放顶时，放顶线采用一梁三柱戗棚，向采空区方向斜撑，以保证顶板来压是有足够的支撑力。顶压大时，要加木垛，增加支架的稳定性。6留底煤的工作面，洒水要适当，防止底煤遇水潮解松动。第五节 采空区处理 采空区的处理方法主要全部垮落法、煤柱支撑法、充填法、缓慢下沉法。一、全部垮落法 全部垮落法的作业范围主要是放顶区，即从原切顶线到新切顶线的区域。主要适用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类直接顶。其实质是随工作面向前推进，有计划地回撤放顶线以外的支架，使直接顶岩层自行垮落。坚硬顶板则需要爆破方法强迫其垮落，以缩短直接顶的悬梁长度和重力，减少采空区直接顶对工作面的压力。垮落的岩石因具有一定的碎胀性，当填满采空区时，可对老顶起到一定的支撑作用，从而减缓和限制老顶对工作面的影响。全部垮落法是沿工作面全长，预定顶板垮落线内架设特种支架，使采空区与工作面空间隔开。特种支架包括木垛、戗棚、戗柱等。当回撤支架后，使悬露在采空区的顶眼沿特种支架的采空区侧垮落下来。若直接顶板坚硬，回柱后不自行垮落，则要进行强制放顶。全部垮落法处理采空区的主要工作是架设特种支架和回柱放顶，综采工作面主要是移架。一）特种支架的架设 为了使直接顶沿顶板垮落线（即放顶线）垮落，需要沿放顶线的煤墙侧架设特种支架。常用的特种支架有戗棚、木垛、戗柱等。戗棚是沿工作面倾斜方向在靠采空区一排支架的煤墙壁架设。根据戗棚梁长，采用一梁两柱或一梁三柱。对接棚、棚腿戗向采空区，棚梁与顶梁、支柱接实，升紧打牢。木垛在靠工作面采空区一侧用方木架设，方木截面一般为0.15m0.15m或0.20m0.20m方木长为1.2m-1.6m戗柱是靠采空区一侧每棵支柱的煤壁侧，不用棚梁只打上支柱，支柱戗向采空区，升紧打牢。二）回柱放顶 全部垮落法处理采空区的采煤工作面要随着工作面推进不断地支设支柱和回撤支柱，使工作始终保持在最大控顶距与最小控顶距之间，从而使采空区顶板在自重作用下垮落。回柱放顶过程中，顶板活动比较强烈，工作面支架将受到较大的作用，对支架和人员都要严格要求。回柱放顶必须遵守下列规定。1用全部垮落法管理顶板的采煤工作面必须及时回柱放顶，控顶距超过作业规程规定时，禁止回采。如果回采后顶板仍不冒落，超过规定的悬顶距离时，必须停止采煤，采取人工强制放顶或其他措施进行处理。2回柱放顶必须按作业规程规定的回柱放顶方法和安全措施进行。回柱放顶同放炮、机采落煤等工序平行作业的安全距离都必须符合作业规程的规定。3回柱放顶前，必须对放顶所用设备完好情况及作业区域内安全情况进行全面检查，对不符合质量要求的支架重新支设，缺柱的补齐，压力大时要加强支护，对工作面上、下出口和机头、机尾的支护要重新加固。同时清理好退路。4回柱必须按有里向外，自下而上的顺序进行。分段回柱时，必须在分段处打两棵揽头（临时）支柱。回柱后要及时挂挡矸帘。

 撤下的顶梁要按号立放整齐，立柱打在新放顶线内侧梁下。采用密集支柱切顶时，两段密集支柱之间必须留有宽0.5m以上的出口，出口间的距离和新密集支柱的超前距离都必须符合作业规程的规定。回柱时必须2人一组作业，1人回柱、1人观山，不准单独作业。回柱人员必须站在所撤支柱的倾斜上方，且支架完整，无崩绳、崩柱、甩钩、断绳抽人等危险情况的安全地点工作。木支柱必须用机械回撤，放顶区域内的支架、木垛都必须回收干净。采煤工作面输送机机尾处发生冒顶事故，该队职工杨某违章进入放顶区单独作业，并违反见四回一的规定，顶板冒落时被埋住，经抢救无效死亡。摩擦金属支柱回柱操作时，一般使用柄长0.6-0.8m重3kg铁锤将支柱水平楔打松，使活柱落下。金属支柱卸载活柱下缩后，回柱人员用拔柱器或常把铁钩将支柱拉出，支设在新放顶线内侧梁下。单体液压支柱回柱时则是搬动卸载手柄，活柱下缩，回出的支柱支设在新放顶线内侧梁下。二、煤柱支撑法 当顶板非常坚硬（如砾岩顶板）采用全部垮落法管理顶板时，回柱后切不断顶板，采空区悬顶面积较大，一旦垮落可能造成重大顶板事故。此种情况下往往采用煤柱支撑法来管理采空区顶板。煤柱支撑法的主要优点是大大减化了采空区处理工作，工艺简单，避免了周期压力对工作面的影响，为生产创造了条件。缺点是煤炭资源损失严重，采出率低，开采煤层群时，下层造成集中压力，给工作面管理造成困难，掘进率高，搬家次数多。煤柱支撑法主要用于刀柱采煤法。三、充填法 充填法处理采空区分全部充填法和部分充填法两种。1全部充填法 开采有自然发火的特厚煤层，或地面有铁路干线、重要建筑物、河流、湖泊或煤层上部较近处有含水丰富的岩层时，为了保护地面建筑物不受破坏，防止地表水和含水层水突然涌入井下，可用砂子、碎石等将采空区全部充填。国某些矿区用水砂充填，个别矿使用风力充填。全部充填法能有效地减少采空区顶板的下沉，防止煤的自然发火，提高了采出率。但充填系统复杂，设备多，组织管理复杂，成本比全部垮落法增加30-50%应用逐渐减少。2部分圆钢充填法 开采薄煤层时，利用矸石在采空区内垒起若干条垂直于工作面煤壁的矸石带支撑顶板，减少顶板移动和周期压力，改善工作面顶板维护状况。充填带的宽度视充填材料而定，即支撑能力能支撑住充填带上方岩层和各条带之间悬顶岩层的重力，通常充填带宽度为采高的2倍-2.5倍。充填带间距为8-15m部分充填方法，砌筑矸石带劳动强度大、不易机械化，劳动效率低，成本高，一般很少采用。四、缓慢下沉法 当顶板岩性有较大的韧性，无剧烈的破坏，回柱后挠曲下沉能缓慢地和圆钢底板接触时，采用缓慢下沉法。工作面支护常用木垛和点柱管理，每放顶一次在靠近采空区一侧每隔一段距离架设一个木垛，工作面采用（单体）点柱支护。