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1、第三章第三章 预防冒顶事故的采场控顶设计预防冒顶事故的采场控顶设计第一节概述第一节概述第二节综采面的控顶设计第二节综采面的控顶设计第三节单体工作面控顶距的确定第三节单体工作面控顶距的确定第四节单体支柱工作面控顶设计第四节单体支柱工作面控顶设计第五节初放阶段的控顶设计第五节初放阶段的控顶设计第六节用经验数据估算有关老顶参数第六节用经验数据估算有关老顶参数第一节第一节 概述概述（1 1）安全：安全：能最大限度地消除压、漏、推冒顶隐患，能最大限度地消除压、漏、推冒顶隐患，防止发生各种类型的冒顶事故；防止发生各种类型的冒顶事故；（2 2）经济：经济：所需费用最少。所需费用最少。（3 3）高效：高效：采
2、场控顶设计的目标：设计方法：（1 1）方法一：方法一：依据顶板岩层的运动规律。依据顶板岩层的运动规律。（2 2）方法二：方法二：依据统计数据。依据统计数据。（3 3）方法三：方法三：依据采场顶板事故的机理及其预防措依据采场顶板事故的机理及其预防措施。更具有针对性。施。更具有针对性。控顶原则之一：预防压垮型冒顶（1 1）采场支架或支柱的）采场支架或支柱的工作阻力应能支撑住工作空间及应能支撑住工作空间及采空区上方垮落带岩层的重量。采空区上方垮落带岩层的重量。（2 2）采场支架或支柱的）采场支架或支柱的初撑力应能保证直接顶与老顶或应能保证直接顶与老顶或下位岩层与上位岩层之间不离层。下位岩层与上位岩层
3、之间不离层。（3 3）采场支架或支柱的）采场支架或支柱的可缩量应能适应裂隙带岩层的下应能适应裂隙带岩层的下沉。沉。控顶原则之二：预防漏冒型冒顶（1）综采综采时，如果直接顶比较软弱，液压支架应在掩护式时，如果直接顶比较软弱，液压支架应在掩护式或支撑掩护式中选用，且端面距不宜超过或支撑掩护式中选用，且端面距不宜超过340mm。及时。及时支护，带护帮装置。支护，带护帮装置。（2）单体单体支柱工作面，如果直接顶比较软弱，支柱必须带支柱工作面，如果直接顶比较软弱，支柱必须带顶梁，顶梁上还须背板，甚至背严。柱距小于顶梁，顶梁上还须背板，甚至背严。柱距小于0.7m，同同时端面距小于时端面距小于200mm 。
4、（3）综采支架综采支架的初撑力应保证端面冒高不超过的初撑力应保证端面冒高不超过300mm；单单体支柱的初撑力应保证端面冒高不超过体支柱的初撑力应保证端面冒高不超过200mm。控顶原则之三：预防推垮型冒顶（1）采场支架或支柱的采场支架或支柱的初撑力应能保证直接顶与老顶或下应能保证直接顶与老顶或下位岩层与上位岩层之间不离层。位岩层与上位岩层之间不离层。（2）采场支架或支柱的采场支架或支柱的初撑力应能把下位软岩层顶紧到上应能把下位软岩层顶紧到上位硬岩层，并使其间产生的摩擦力足以防推。位硬岩层，并使其间产生的摩擦力足以防推。预防冒顶事故的控顶设计特点：（1）要求支架（支柱）有一定（较高）的初撑）要求支
5、架（支柱）有一定（较高）的初撑力来防压、防漏、防推。力来防压、防漏、防推。-工作阻力工作阻力是压出是压出来的，而来的，而初撑力初撑力是主动支撑顶板的是主动支撑顶板的（2）均按）均按最不利最不利的条件，确定支护参数。的条件，确定支护参数。-因因为对于顶板事故是不允许有半点差错的。为对于顶板事故是不允许有半点差错的。 第二节第二节 综采工作面控顶设计综采工作面控顶设计&控顶设计：确定支架架型、支架工作阻力、初撑控顶设计：确定支架架型、支架工作阻力、初撑力、支架的高度等。力、支架的高度等。&要求防漏、防压、防推。要求防漏、防压、防推。（1）支撑式支架）支撑式支架支撑性能好，但防护与稳定性支撑性能好，
6、但防护与稳定性差，不适应软弱顶板或倾角大的煤层。差，不适应软弱顶板或倾角大的煤层。&综采支架类型综采支架类型（2）掩护式支架）掩护式支架防护与稳定性性能很好，但支防护与稳定性性能很好，但支撑性能差，不适应垮落带中有老顶的条件。撑性能差，不适应垮落带中有老顶的条件。（3）支撑掩护式支架）支撑掩护式支架-支撑性、防护与稳定性性支撑性、防护与稳定性性能都很好，但造价较高。能都很好，但造价较高。1. 综采漏冒型冒顶的控制措施综采漏冒型冒顶的控制措施&当直接顶较软时当直接顶较软时，需要考虑防漏；应选用掩护式与支，需要考虑防漏；应选用掩护式与支撑掩护式支架。撑掩护式支架。&当直接顶较软时当直接顶较软时,如
7、果端面距过大如果端面距过大,易引起端面冒顶。易引起端面冒顶。应选用端面距不超过应选用端面距不超过340mm，又能及时支护的架型，又能及时支护的架型（带护帮装置）。（带护帮装置）。&支架初撑力大，顶板下沉小，端面冒高小。掩护式与支架初撑力大，顶板下沉小，端面冒高小。掩护式与支撑掩护式有向煤壁的推力，初撑力大，推力大，有支撑掩护式有向煤壁的推力，初撑力大，推力大，有利于控制端面冒高。利于控制端面冒高。&在断层破碎带，应采用固结法处理碎顶。在断层破碎带，应采用固结法处理碎顶。 2. 综采压垮型冒顶的控制措施综采压垮型冒顶的控制措施&工作阻力工作阻力应能支撑住工作空间及采空区上方垮应能支撑住工作空间及
8、采空区上方垮落带岩层的重量。落带岩层的重量。&支架处于最不利的情况：支架处于最不利的情况：支撑老顶断裂岩块全支撑老顶断裂岩块全部重量部重量+直接顶岩层重量直接顶岩层重量（1）工作阻力的要求）工作阻力的要求&支架的工作阻力支撑垮落带岩重支架的工作阻力支撑垮落带岩重L Lz z 直接顶岩梁的长度，直接顶岩梁的长度，直接顶岩梁的长度，直接顶岩梁的长度， LLz z= =L Ld d+L+Lh h+L+Lzxzx L Ld d 端面距端面距端面距端面距 L Lh h 顶梁和前梁长度之和顶梁和前梁长度之和顶梁和前梁长度之和顶梁和前梁长度之和 L Lzxzx支架后悬顶长度，页岩，支架后悬顶长度，页岩，支架
9、后悬顶长度，页岩，支架后悬顶长度，页岩，1.0m1.0m， 砂页岩，砂页岩，砂页岩，砂页岩，2.0m2.0mL Llkilki垮落带老顶第垮落带老顶第垮落带老顶第垮落带老顶第i i分层岩块的长度，分层岩块的长度，分层岩块的长度，分层岩块的长度， h hi i=1.5m, =1.5m, L Llkilki=6m, =6m, h hi i=2m, =2m, L Llkilki=10m, =10m, h hi i=2.5m, =2.5m, L Llkilki=14m. =14m. &支架的工作阻力支撑垮落带岩重支架的工作阻力支撑垮落带岩重 考虑掩护梁上有冒矸载荷及立柱不垂直顶梁的考虑掩护梁上有冒矸载
10、荷及立柱不垂直顶梁的考虑掩护梁上有冒矸载荷及立柱不垂直顶梁的考虑掩护梁上有冒矸载荷及立柱不垂直顶梁的系数系数系数系数 1 支撑式支架支撑式支架 = 0.850.9 支撑掩护式支架支撑掩护式支架 0.6 支掩掩护式支架支掩掩护式支架（1 1）选）选支架时支架时，P P不应大于支架不应大于支架额定工作阻力的额定工作阻力的50%65%50%65%。富裕系数为。富裕系数为1.52.01.52.0。（2 2）初次来压）初次来压步距大于周期来压步距大于周期来压2 2倍时，富裕系数倍时，富裕系数应应取大取大。（3 3）当顶板块度很大）当顶板块度很大时，支架立柱需要大流量的安时，支架立柱需要大流量的安全阀。全
11、阀。&注意事项：注意事项：&初撑力初撑力应能保持直接顶与老顶或下位岩层应能保持直接顶与老顶或下位岩层与上位岩层不离层。与上位岩层不离层。&为达此目的，初撑力应能把直接顶沿支架为达此目的，初撑力应能把直接顶沿支架后端切断。后端切断。（2）初撑力的要求）初撑力的要求&支架支架的初撑力必须满足的初撑力必须满足三个三个条件条件：初撑力能平衡支架上方直接顶岩初撑力能平衡支架上方直接顶岩重；重；支架支架后端初撑力后端初撑力能平衡采空区上方将要被切断的直接能平衡采空区上方将要被切断的直接顶悬顶岩重；顶悬顶岩重；初撑力产生的主动力矩能平衡工作空间上方及采空区初撑力产生的主动力矩能平衡工作空间上方及采空区上方直
12、接顶岩重所产生的力矩。上方直接顶岩重所产生的力矩。平衡直接顶岩梁的初撑力平衡直接顶岩梁的初撑力平衡平衡直接顶岩梁力矩的初撑力直接顶岩梁力矩的初撑力&说明：说明：（1）为切断直接顶）为切断直接顶,初撑力取上述三者的最大值。初撑力取上述三者的最大值。（2）直接顶很厚时，切断厚度小于）直接顶很厚时，切断厚度小于2.53.0m 。（3）无直接顶时，切断老顶厚度）无直接顶时，切断老顶厚度2.02.5m。计算时，。计算时，调整岩重；选取老顶悬顶距。调整岩重；选取老顶悬顶距。1.5m厚老顶，悬厚老顶，悬3m；2.0m厚，悬厚，悬5m；2.5m厚，悬厚，悬7m。或实际数据。或实际数据。&支架的可缩量支架的可缩
13、量应适应裂隙带老顶的下沉。应适应裂隙带老顶的下沉。&最大控顶距时，顶梁末端顶板最大下沉量计算图。最大控顶距时，顶梁末端顶板最大下沉量计算图。&支架的最大与最小高度。支架的最大与最小高度。（3）可缩量的要求）可缩量的要求 3. 综采推垮型冒顶的控制措施综采推垮型冒顶的控制措施&具有复合顶板，初撑力不足时，容易倒架。具有复合顶板，初撑力不足时，容易倒架。&上下位岩层间的摩擦阻力防推。上下位岩层间的摩擦阻力防推。&初撑力可将下位岩层紧顶到上位岩层上。初撑力可将下位岩层紧顶到上位岩层上。 4. 总结总结&综采顶板控制设计的主要目的是为了防推、防压、防综采顶板控制设计的主要目的是为了防推、防压、防漏顶板
14、事故。漏顶板事故。&可以设计的是支架的初撑力，应取上述三者最大值。可以设计的是支架的初撑力，应取上述三者最大值。&选型时，设计初撑力应小于支架额定值的选型时，设计初撑力应小于支架额定值的80%。&新研制支架的初撑力应有大于新研制支架的初撑力应有大于1.2 倍的富裕系数。倍的富裕系数。 第三节第三节 单体工作面控顶距的确定单体工作面控顶距的确定&控顶距：控顶距：控顶距：控顶距：从煤壁至密集支柱（墩柱）或采空从煤壁至密集支柱（墩柱）或采空区顶梁末端的一段距离。区顶梁末端的一段距离。&最小控顶距：最小控顶距：最小控顶距：最小控顶距：为采煤所必须的最小空间宽度。为采煤所必须的最小空间宽度。&最大控顶距
15、：最大控顶距：最大控顶距：最大控顶距： 最小控顶距加上放顶距（一或最小控顶距加上放顶距（一或二排）。二排）。 1. 放顶距的确定放顶距的确定&选择一排或二排放顶？选择一排或二排放顶？&取决于顶板条件和支柱的支撑能力取决于顶板条件和支柱的支撑能力&一排放顶距一排放顶距直接顶较松软，回柱放顶能立即垮落。直接顶较松软，回柱放顶能立即垮落。&二排放顶距二排放顶距直接顶较完整，回一排柱后较长时间不垮直接顶较完整，回一排柱后较长时间不垮落，工作面顶板压力增大。落，工作面顶板压力增大。（1）顶梁长度）顶梁长度0.8或或1.0m顶板软，放顶距顶板软，放顶距0.8或或1.0m。顶板顶板完整，放顶距完整，放顶距1
16、.62.0m。（2）顶梁长度）顶梁长度1.2m直接顶完整，齐梁直线柱；顶板软，直接顶完整，齐梁直线柱；顶板软，错梁直线柱。放顶距均为错梁直线柱。放顶距均为1.2m。&注：注：注：注：单体液压支柱单体液压支柱初撑力大，采用一排放顶距。初撑力大，采用一排放顶距。&排距如何确定？排距如何确定？ 2. 最小控顶距的确定最小控顶距的确定&生产要求生产要求三排：机道、人行道和材料道。三排：机道、人行道和材料道。&机道宽度机道宽度一般为一般为1.2m1.4m。&人行道、材料道人行道、材料道由排距与顶梁长度有关，一般为由排距与顶梁长度有关，一般为0.8m，1.0m，1.2m。并与采煤机截深相配套。并与采煤机截
17、深相配套。（1）顶板来压明显、要求较大的通风断面或出现地质破坏）顶板来压明显、要求较大的通风断面或出现地质破坏带时带时（2）例如：老顶来压，为增加支撑力。复合顶板初垮期间、）例如：老顶来压，为增加支撑力。复合顶板初垮期间、工作面仰采、大采高大倾角工作面、有平行工作面的断工作面仰采、大采高大倾角工作面、有平行工作面的断层或顶板台阶时，增加控顶距，层或顶板台阶时，增加控顶距，&扩大控顶距的条件：扩大控顶距的条件：&直接直接顶软碎，上部岩层硬，易出现碎顶抽冒现象。顶软碎，上部岩层硬，易出现碎顶抽冒现象。&需要增加支柱的整体稳定性和控顶距。按下式计算。需要增加支柱的整体稳定性和控顶距。按下式计算。 第
18、四节第四节 单体支柱工作面控顶设计单体支柱工作面控顶设计&设计的主要内容：支柱、顶梁类型、支架排距与柱距、设计的主要内容：支柱、顶梁类型、支架排距与柱距、支柱的初撑力、密集支柱距墩柱的应用等。支柱的初撑力、密集支柱距墩柱的应用等。&已知量：顶梁长度与排距，与采煤进度与采煤机截深一已知量：顶梁长度与排距，与采煤进度与采煤机截深一并考虑。控顶距与放顶距。并考虑。控顶距与放顶距。&设计量：支柱初撑力、支护密度。设计量：支柱初撑力、支护密度。 1.漏冒型冒顶的控制措施漏冒型冒顶的控制措施&按按顶板类型确定支护原则顶板类型确定支护原则（1）坚硬顶板）坚硬顶板无需护顶，支柱带帽即可。无需护顶，支柱带帽即可
19、。（2）中等稳定）中等稳定支柱带顶梁，顶梁与裂缝最好垂交。支柱带顶梁，顶梁与裂缝最好垂交。（3）软弱顶板）软弱顶板带顶梁，顶梁上加背板。特别碎的还带顶梁，顶梁上加背板。特别碎的还要背严，柱距小于要背严，柱距小于0.7m 。机头机尾采用四对八梁。机头机尾采用四对八梁。顶板松软时，应采用恰当的柱梁配合，控制端面距，必顶板松软时，应采用恰当的柱梁配合，控制端面距，必要时增设短梁，使其小于要时增设短梁，使其小于200mm。&控制端面距控制端面距&控制单体面的端面冒高控制单体面的端面冒高应控制在应控制在200mm以内，否则，顶板不好控以内，否则，顶板不好控制。一般初撑力愈大，端面冒高愈小。靠调压制。一般
20、初撑力愈大，端面冒高愈小。靠调压实验和监测来解决。实验和监测来解决。当直接顶板松软破碎，或下行垮落开采而冒当直接顶板松软破碎，或下行垮落开采而冒矸又胶结不好时，应采用金属网假顶。矸又胶结不好时，应采用金属网假顶。当垮落带无老顶时，网下可用支柱与当垮落带无老顶时，网下可用支柱与II型长钢型长钢梁组成的对棚迈步支架。梁组成的对棚迈步支架。&铺金属网假顶解决碎顶铺金属网假顶解决碎顶 2. 压垮型冒顶的控制措施压垮型冒顶的控制措施&支架的工作阻力支架的工作阻力应能支撑工作空间及采空区上应能支撑工作空间及采空区上方垮落带岩重。方垮落带岩重。u一定密度基本柱阻力支撑工作空间的垮落带。一定密度基本柱阻力支撑
21、工作空间的垮落带。u一定线密度的密集柱阻力支撑采空区的垮落带。一定线密度的密集柱阻力支撑采空区的垮落带。（1）工作空间上方单位面积垮落带岩重）工作空间上方单位面积垮落带岩重u支柱工作阻力支柱工作阻力P的选取：单体液压柱按额定的选取：单体液压柱按额定的的60%；微增阻摩擦柱按额定的；微增阻摩擦柱按额定的45%；急增；急增阻摩擦柱按额定的阻摩擦柱按额定的30%。u确定基本支柱的密度：确定基本支柱的密度：u机道宽度系数机道宽度系数Lg-机道宽度机道宽度Lp-基本支柱排距基本支柱排距Lx-最小控顶距最小控顶距Lt-末排柱距密集、墩柱或顶梁末端的距离末排柱距密集、墩柱或顶梁末端的距离&末排柱后顶梁岩重系
22、数末排柱后顶梁岩重系数u确定基本支柱的密度：确定基本支柱的密度：u基本支柱柱距的确定：基本支柱柱距的确定：u柱距一般不大于柱距一般不大于1.0m，不应小于不应小于 0.5m。当直接顶软弱当直接顶软弱时，应采用较小的柱距。时，应采用较小的柱距。（2）放顶线每米采空区上方垮落带岩重：）放顶线每米采空区上方垮落带岩重：Llki-垮落带中第垮落带中第i老顶分层岩块长度。分层厚老顶分层岩块长度。分层厚1.5m时，为时，为6m，分层厚分层厚2.0m时，为时，为10m，分层厚分层厚2.5m时，为时，为14m。Lzx-垮落带直接顶的极限悬顶长度。页岩为垮落带直接顶的极限悬顶长度。页岩为1.0m，砂页岩，砂页岩
23、为为2.0m。u密集支柱工作阻力密集支柱工作阻力Pm的选取：单体液压柱按额定的的选取：单体液压柱按额定的80%；微增阻摩擦柱按额定的；微增阻摩擦柱按额定的65%；急增阻摩擦柱按额定的；急增阻摩擦柱按额定的50%。u确定密集支柱的线密度：确定密集支柱的线密度：u放顶线采用墩柱：放顶线采用墩柱：Pc不应大于额定的不应大于额定的80%。Lc一般为一般为1.5m或或3.0 m.u垮落带中只有直接顶时，放顶线每米采空区上方垮落带垮落带中只有直接顶时，放顶线每米采空区上方垮落带岩重为岩重为Lzx-垮落带垮落带直接顶的极限悬顶长度。页岩为直接顶的极限悬顶长度。页岩为1.0m，砂页岩为砂页岩为2.0m。&注意
24、：注意：u垮落带中只有直接顶且比较破碎时，又不设密集垮落带中只有直接顶且比较破碎时，又不设密集时（无密集放顶），基本支柱的密度为：时（无密集放顶），基本支柱的密度为：小结：对于单体支柱工作面来说，支柱的阻力是小结：对于单体支柱工作面来说，支柱的阻力是选定的，支护设计主要确定支护的密度，排距和选定的，支护设计主要确定支护的密度，排距和顶梁长度有关，那么需要确定的量是柱距。先计顶梁长度有关，那么需要确定的量是柱距。先计算工作空间上方单位面积垮落带岩重，然后根据算工作空间上方单位面积垮落带岩重，然后根据每根支柱的工作阻力确定密度，最后计算柱距。每根支柱的工作阻力确定密度，最后计算柱距。过程比较复杂。
25、过程比较复杂。新版教材中介绍了一种简单的支柱柱距的确定方新版教材中介绍了一种简单的支柱柱距的确定方法。法。式中：式中：n1 1一个柱距内第一排基本支柱数目；一个柱距内第一排基本支柱数目；n2一个柱距内第二排基本支柱数目；一个柱距内第二排基本支柱数目；ni一个柱距内末排基本支柱数目；一个柱距内末排基本支柱数目；nm一个柱距内密集支柱数目；一个柱距内密集支柱数目；垮落带直接顶岩层容重；垮落带直接顶岩层容重； h垮落带直接顶厚度；垮落带直接顶厚度；Lx最小控顶距；最小控顶距；Lzx直接顶在采空区极限悬顶距；直接顶在采空区极限悬顶距；li垮落带中第垮落带中第i层层老顶及附加岩层平均容重；老顶及附加岩层
26、平均容重；hli垮落带中第垮落带中第i层老顶及附加岩层层老顶及附加岩层厚度；厚度；Llki垮落带中第垮落带中第i层老顶层老顶岩块长度岩块长度( (周期来压步距周期来压步距) )，13m13m；煤层倾角。煤层倾角。&支架的初撑力支架的初撑力应能保持直接顶与老顶或下位岩应能保持直接顶与老顶或下位岩层与上位岩层之间不离层。层与上位岩层之间不离层。u支架初撑力能平衡直接顶岩重支架初撑力能平衡直接顶岩重（包括悬顶）。（包括悬顶）。u放顶线支架初撑力能平衡采空区放顶线支架初撑力能平衡采空区直接顶悬顶岩重。直接顶悬顶岩重。u初撑力的主动力矩能平衡直接顶初撑力的主动力矩能平衡直接顶岩梁所产生的力矩。岩梁所产生
27、的力矩。（1）支架初撑力平衡直接顶岩梁的重量。所需）支架初撑力平衡直接顶岩梁的重量。所需的初撑力为的初撑力为（2）放顶线支架初撑力平衡采空区上方将被切断直接顶悬）放顶线支架初撑力平衡采空区上方将被切断直接顶悬顶岩重（放顶线处，直接顶岩梁内的剪应力为零，拉顶岩重（放顶线处，直接顶岩梁内的剪应力为零，拉应力最大）。应力最大）。（3）初撑力的主动力矩能平衡工作空间上方及采空区上方）初撑力的主动力矩能平衡工作空间上方及采空区上方直接顶岩梁所产生的力矩。直接顶岩梁所产生的力矩。u为沿放顶线切断直接顶，所需初撑力为上述三为沿放顶线切断直接顶，所需初撑力为上述三者的最大值。者的最大值。u如果初撑力过大，则支
28、柱选型困难，此时应减如果初撑力过大，则支柱选型困难，此时应减小柱距，加大密集支柱数量来解决。小柱距，加大密集支柱数量来解决。u直接顶厚度很大，切断直接顶的厚度为直接顶厚度很大，切断直接顶的厚度为11.5M。u单体面，若需要切断下位老顶，则需要切顶墩柱。单体面，若需要切断下位老顶，则需要切顶墩柱。初撑力计算方法同前。但需要：一是调整有关岩重的初撑力计算方法同前。但需要：一是调整有关岩重的计算，二是老顶的极限悬顶应采用实际数据。计算，二是老顶的极限悬顶应采用实际数据。u参考数据：参考数据：1.5m厚的老顶，悬厚的老顶，悬3.0m。2.0m厚的老顶，厚的老顶，悬悬5.0m。2.5m厚的老顶，悬厚的老
29、顶，悬7.0m。u所需初撑力是墩柱间距与单位密集柱初撑力的乘积。所需初撑力是墩柱间距与单位密集柱初撑力的乘积。&支架的可缩量支架的可缩量应能适应裂隙带老顶的下沉。应能适应裂隙带老顶的下沉。u顶板下沉量估算图顶板下沉量估算图u采场最大控顶距处的最大下沉量采场最大控顶距处的最大下沉量LD最大控顶距最大控顶距（煤壁至密集、墩柱、或末排柱的距离）（煤壁至密集、墩柱、或末排柱的距离） Llz 老顶周期来压步距，一般按实际或老顶周期来压步距，一般按实际或10m。H 裂隙带老顶断块触矸处的下沉量，裂隙带老顶断块触矸处的下沉量，M为采高，为采高，h为直接顶跨落带厚度，为直接顶跨落带厚度，Kz为直接顶碎胀系数，
30、为直接顶碎胀系数，hl为跨落带老顶及附加层的厚度，为跨落带老顶及附加层的厚度，Kl为跨落老顶及附加层的碎胀系数。为跨落老顶及附加层的碎胀系数。u设计支柱最大高度设计支柱最大高度u设计支柱最小高度设计支柱最小高度a 卸载高度，卸载高度，50mmb 顶梁高度顶梁高度 3. 推垮型冒顶的控制措施推垮型冒顶的控制措施&复合顶板、支柱初撑力不足，导致推垮。复合顶板、支柱初撑力不足，导致推垮。&措施：提高初撑力，将下位岩层顶紧上位措施：提高初撑力，将下位岩层顶紧上位硬岩层，使其间摩擦力防推。硬岩层，使其间摩擦力防推。&hx-下位软岩层厚度（一般小于下位软岩层厚度（一般小于2.53m).&f - 软硬岩层间
31、的摩擦系数，软硬岩层间的摩擦系数，0.3&注：支柱的初撑力应取防推、防漏、防压中注：支柱的初撑力应取防推、防漏、防压中的最大值。选型时，支柱或墩柱的初撑力应的最大值。选型时，支柱或墩柱的初撑力应为额定值的为额定值的80%。&为保持支柱刚度，初撑力不小于为保持支柱刚度，初撑力不小于50kN。第五节第五节 初放阶段的控顶设计初放阶段的控顶设计&关键：沿放顶线切断直接顶。关键：沿放顶线切断直接顶。1.直接顶的初次垮落直接顶的初次垮落&综采工作面：综采工作面：LZDxc垮落带直接顶最大冒落分层极限跨距，按实际或页岩垮落带直接顶最大冒落分层极限跨距，按实际或页岩8m,砂页岩砂页岩12m。Lz Lz+ L
32、ZDxc / 2&单体支柱工作面单体支柱工作面L Lzxzx L Lzdxczdxc /2/22.老顶初次来压老顶初次来压&关键：当靠煤壁处老顶断裂线刚露出煤壁时，关键：当靠煤壁处老顶断裂线刚露出煤壁时，支架的工作阻力能支撑住垮落带岩层重量支架的工作阻力能支撑住垮落带岩层重量&综采工作面综采工作面Llki1/2Llxc（老顶初次来压步距），取实际，或（老顶初次来压步距），取实际，或1.5m厚老顶厚老顶为为20m， 2.0m厚厚老顶老顶为为30m ，2.5m厚厚老顶老顶为为40m。&单体支柱工作面单体支柱工作面 Llki1/2Llxc（老顶初次来压步距）（老顶初次来压步距）3.初放阶段顶板控制注
33、意的问题初放阶段顶板控制注意的问题&切直接顶、支老顶的密集，应在预计极限跨距切直接顶、支老顶的密集，应在预计极限跨距前若干米处就应架设。前若干米处就应架设。&当达到预计步距而未垮，或未来压时，应采用当达到预计步距而未垮，或未来压时，应采用增加密集柱初撑力或阻力的方法。应按增加密集柱初撑力或阻力的方法。应按12天天的推进距重新设计计算。的推进距重新设计计算。&对于综采面，因不能随意增加初撑力与工作阻对于综采面，因不能随意增加初撑力与工作阻力，故设计时应取较大的富裕系数。若极限跨力，故设计时应取较大的富裕系数。若极限跨距太大，则需要挑顶等其他辅助措施。距太大，则需要挑顶等其他辅助措施。第六节 用经
34、验数据估算有关老顶参数当当h(23)M（直接顶厚度小于直接顶厚度小于23倍采倍采高）时，如果老顶分层不是厚层难冒高）时，如果老顶分层不是厚层难冒顶板，则设计的有关数据有：顶板，则设计的有关数据有：1）垮落带中老顶分层数目及其厚度（计算）垮落带中老顶分层数目及其厚度（计算支撑力）。支撑力）。2）由第一裂隙带老顶导致的顶板下沉量）由第一裂隙带老顶导致的顶板下沉量（算支架可缩量）（算支架可缩量）当老顶分层情况不清楚时，如果有当老顶分层情况不清楚时，如果有 （第（第i层老顶分层的厚度）与层老顶分层的厚度）与 （第（第i 层老顶层老顶分层断块的长度）关系的经验数据，通过分层断块的长度）关系的经验数据，通
35、过下列方法，可以把这两者估算出来，而且下列方法，可以把这两者估算出来，而且是该条件下的最大值（最不利情况）。是该条件下的最大值（最不利情况）。 与 关系的经验公式 =1.5m时，时， =6m。 =2.0m时，时， =10m。 =2.5m时，时， =14m。上式上式在在 =1.5m5.5m范围内的应用。范围内的应用。 当当 =5.5m时，时， =38m。若倾角等若倾角等于零，则综采支架上所受的顶板力为于零，则综采支架上所受的顶板力为 P=800t/架，考虑富裕系数架，考虑富裕系数1.2，则，则P=1000t/架，这正是大同支架设计吨位。架，这正是大同支架设计吨位。当直接顶厚度小于当直接顶厚度小于
36、23倍采高，而上面倍采高，而上面老顶分层厚度又小于老顶分层厚度又小于56m时，判断时，判断老顶分层带别的方法：老顶分层带别的方法：(1)老顶分层厚度大于其下自由空间高老顶分层厚度大于其下自由空间高度度2m时，该老顶分层已进入裂隙带。时，该老顶分层已进入裂隙带。(2)判断进入裂隙带老顶分层的公式判断进入裂隙带老顶分层的公式Hi-Hi-由下而上第由下而上第由下而上第由下而上第I I层老顶的厚度层老顶的厚度层老顶的厚度层老顶的厚度( (右边包括附加岩层，左边不包括右边包括附加岩层，左边不包括右边包括附加岩层，左边不包括右边包括附加岩层，左边不包括) )M-M-煤层采高煤层采高煤层采高煤层采高K1-K
37、1-老顶及附加岩层的碎胀系数，老顶及附加岩层的碎胀系数，老顶及附加岩层的碎胀系数，老顶及附加岩层的碎胀系数，1.151.331.151.33h-h-直接顶厚度直接顶厚度直接顶厚度直接顶厚度KzKz- -直接顶岩层的碎胀系数，直接顶岩层的碎胀系数，直接顶岩层的碎胀系数，直接顶岩层的碎胀系数，1.331.51.331.5老顶数据的估算方法老顶数据的估算方法条件：条件：45，M=2.0m，h=5.0m， =25.0m，按最不利条件，按最不利条件，Kz=1.33, Kl=1.15一、设一、设一、设一、设H1H1=1.5m=1.5m（H1H1即为即为即为即为 , ,是为了对应（是为了对应（是为了对应（是
38、为了对应（1-11-1）1. 1.设设设设H1H1=1.5m, 2.0m, 2.5m, 3.0m.=1.5m, 2.0m, 2.5m, 3.0m.利用利用利用利用(1-1)(1-1)判断判断判断判断. .i i=1=1时时时时, ,右边右边右边右边=2-5(1.33-1)+2=2.35m=2-5(1.33-1)+2=2.35m H1 H12.35m2.35m，H1H1 在垮落带。在垮落带。在垮落带。在垮落带。i i=2=2时时时时, ,右边右边右边右边=2-1.5(1.15-1)+5(1.33-1)+2=2.125m=2-1.5(1.15-1)+5(1.33-1)+2=2.125m H2 H2
39、2.125m1.82 H31.825m5m，H3H3为第一个进入裂隙带。为第一个进入裂隙带。为第一个进入裂隙带。为第一个进入裂隙带。 （ 垮落带岩层厚度）垮落带岩层厚度）垮落带岩层厚度）垮落带岩层厚度） （代表垮落带老顶（代表垮落带老顶（代表垮落带老顶（代表垮落带老顶岩重）岩重）岩重）岩重）（第一个进入裂隙带老顶厚度）（第一个进入裂隙带老顶厚度）（第一个进入裂隙带老顶厚度）（第一个进入裂隙带老顶厚度）（进入裂隙带老顶岩块长度）（进入裂隙带老顶岩块长度）（进入裂隙带老顶岩块长度）（进入裂隙带老顶岩块长度）（第一个进入裂隙带老顶触矸点（第一个进入裂隙带老顶触矸点（第一个进入裂隙带老顶触矸点（第一个
40、进入裂隙带老顶触矸点下沉高度。下沉高度。下沉高度。下沉高度。HH值为右边数值减值为右边数值减值为右边数值减值为右边数值减去去去去22这里是这里是这里是这里是I=3I=3时右边数值时右边数值时右边数值时右边数值减减减减2 2，为负值，因而取，为负值，因而取，为负值，因而取，为负值，因而取0 0）（代表工作面顶板下沉量）（代表工作面顶板下沉量）（代表工作面顶板下沉量）（代表工作面顶板下沉量）2. 2.设设设设H1H1=1.5m, 2.5m, 3.0m=1.5m, 2.5m, 3.0m，i i=1=1时时时时, ,右边右边右边右边=2-5(1.33-1)+2=2.35m=2-5(1.33-1)+2=
41、2.35m H1 H12.35m H22.125m2.125m，H2H2为第一个进入裂隙带。为第一个进入裂隙带。为第一个进入裂隙带。为第一个进入裂隙带。3. 3.设设设设H1H1=1.5m, 3.0m, 3.5m=1.5m, 3.0m, 3.5m，i i=1=1时时时时, ,右边右边右边右边=2-5(1.33-1)+2=2.35m=2-5(1.33-1)+2=2.35m H1 H12.35m H22.125m2.125m，H2H2为第一个进入裂隙带。为第一个进入裂隙带。为第一个进入裂隙带。为第一个进入裂隙带。再再再再估算下去，估算下去，估算下去，估算下去， 不会再大，不会再大，不会再大，不会再
42、大， 只会更小，故不必再算。只会更小，故不必再算。只会更小，故不必再算。只会更小，故不必再算。总结：总结：总结：总结：一、一、一、一、 5+1.5+2=8.5m 5+1.5=6.5m 5+1.5=6.5m5+1.5+2=8.5m 5+1.5=6.5m 5+1.5=6.5m 29 9 9 29 9 9 2.5m 2.5m 2.5m2.5m 3.0m 3.0m 14m 14m 14m14m 18m 18m 0 0 0.1250.125 0.125 0.125 0 0 0.010.01 0.007 0.007二、设二、设二、设二、设H1H1=2.0m.=2.0m. 1. 1. 设设设设H1H1=2.
43、0m=2.0m，2.5m2.5m，3.0m3.0m 2. 2. 设设设设H1H1=2.0m=2.0m，3.0m3.0m，3.5m3.5m一、一、一、一、 5+2=7.0m 5+2=7.0m5+2=7.0m 5+2=7.0m 210=20 210=20 210=20 210=20 2.5m2.5m 2.5m 2.5m 14m 14m 14m 14m 0.050.05 0.05 0.05 0.0040.004 0.003 0.003三、设三、设三、设三、设H1H1=2.5m.=2.5m. 1. 1. 设设设设H1H1=2.5m=2.5m，3.0m3.0m，3.5m3.5m一、一、一、一、 5.0m
44、 5.0m 0 0 2.5m2.5m 14m14m 0.35 0.35 0.0250.025无须再估算。下面是一、二、三最大值汇总标。无须再估算。下面是一、二、三最大值汇总标。无须再估算。下面是一、二、三最大值汇总标。无须再估算。下面是一、二、三最大值汇总标。 一一一一 二二二二 三三三三 8.5m 7m 5m8.5m 7m 5m 29 20 0 29 20 0 2.5m 2.5m 2.5m 2.5m 2.5m2.5m 14m 14m 14m 14m 14m14m 0.125m 0.05m 0.125m 0.05m 0.35m0.35m 0.01 0.004 0.01 0.004 0.0250
45、.025可见：可见：可见：可见：1 1。考虑支架（支柱）工作阻力时，应考虑。考虑支架（支柱）工作阻力时，应考虑。考虑支架（支柱）工作阻力时，应考虑。考虑支架（支柱）工作阻力时，应考虑1.5m1.5m与与与与2.0m 2.0m 两个垮落带老顶分层。两个垮落带老顶分层。两个垮落带老顶分层。两个垮落带老顶分层。2 2。考虑支架（柱可缩量）时，应考虑直接顶上部直。考虑支架（柱可缩量）时，应考虑直接顶上部直。考虑支架（柱可缩量）时，应考虑直接顶上部直。考虑支架（柱可缩量）时，应考虑直接顶上部直接就是接就是接就是接就是2.5m2.5m的裂隙带老顶。的裂隙带老顶。的裂隙带老顶。的裂隙带老顶。说明：说明：说明
46、：说明：1 1。直接顶愈薄，计算次数愈多。直接顶愈薄，计算次数愈多。直接顶愈薄，计算次数愈多。直接顶愈薄，计算次数愈多。 当当当当MM=2.0=2.0，h h=0=0，KlKl=1.15=1.15时，要计算到六步。时，要计算到六步。时，要计算到六步。时，要计算到六步。2 2。煤层愈厚（采高愈大），计算次数愈多。煤层愈厚（采高愈大），计算次数愈多。煤层愈厚（采高愈大），计算次数愈多。煤层愈厚（采高愈大），计算次数愈多。3 3。 的公差愈小（以上是的公差愈小（以上是的公差愈小（以上是的公差愈小（以上是0.5 m 0.5 m ，再小为再小为再小为再小为0.25m0.25m），），），），计算次数愈多。计算次数愈多。计算次数愈多。计算次数愈多。4 4。计算过程与计算结果，可编制相应的计算机程序。计算过程与计算结果，可编制相应的计算机程序。计算过程与计算结果，可编制相应的计算机程序。计算过程与计算结果，可编制相应的计算机程序进行。进行。进行。进行。
