第三章 顶板控制
第一节 支护设计
一、工作面的支护设计 采用类比法进行设计。 （一）工作面矿压参数
表3-1 同煤层矿压观测选择及本工作面矿压参数预计 序号 1 2 3 初次来压 周期来压 平时 顶底板条件 项目 直接顶厚度 基本顶厚度 直接底厚度 直接顶初次垮落步距 来压步距 加权平均支护强度 来压显现程度 来压步距 加权平均支护强度 来压显现程度 加权平均支护强度 底板容许比压 直接顶类型 基本顶级别 巷道超前影响范围 单位 m m m m m MPa m MPa MPa MPa 类 级 m 同煤层实测 0.55 2.7 2.3 16.3 38.7 0.59 明显 11.9-17.3 0.58 明显 0.48 1.95 中等稳定 II 48 本工作面预计 2.7 3 2.3 20 40 0.60 明显 13-19 0.59 明显 0.48 1.95 中等稳定 II 50-60 4 5 6 7 8 9 （二）合理支护强度计算 （1）采用经验公式计算，工作面的合理支护强度为： pt=9.81hγ岩k310-6
式中 pt ----经验计算的支护强度，MPa； h----采高，m；
γ岩----顶板岩石重力密度，Kg/m3，一般取2.53103Kg/m3；
k----工作面支架应该支护的上覆岩层厚度与采高之比，一般为6~8（新选型支架均应选择8），应根据具体情况合理选取。
pt=9.81hγ岩k310-6
=9.8133m32.53103Kg/m338310-6 =0.59MPa
（2）选取表1中的加权平均支护强度最大值作为pz=0.6MPa。
（3）选取pt和pz中的最大值作为本工作面的合理支护强度P=0.6MPa。 （三）支护强度确定 1、综采工作面
综采工作面选取的液压支架额定工作阻力应符合以下条件。 F≥PS3103
式中 F----液压支架的额定工作阻力，KN；
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P----工作面的合理支护强度，MPa；
S----液压支架的支护面积（最大控顶距3支架宽度），m2。 （1）ZTZ11582/18/35型端头架：
F1＝PS3103＝0.6MPa312.6m32.56m÷23103＝9676.8KN F1=9676.8KN＜F=11582KN
因此本工作面选用ZTZ11582/18/35型端头架满足使用要求。 （2）ZFG7200/18.5/33.5型排头支架：
F1＝PS3103＝0.6MPa35.405m31.5m3103＝4864.5KN F1=4864.5KN＜F=7200KN
因此本工作面选用ZFG7200/18.5/33.5型支架满足使用要求。 （3）ZF5400/17/33B(B)型中间支架：
F1＝PS3103＝0.6MPa35.498m31.5m3103＝4948.2KN F1=4948.2KN＜F=5400KN
因此本工作面选用ZFS5400/17/33型支架满足使用要求。 2、底板比压
综采工作面底板比压应符合以下条件。 P底≥（PS3103+G39.8）／1000S底
式中 P底----底板岩石抗压强度 MPa； G----液压支架重量 t； S底----液压支架底座面积 m2。 （1）ZTZ11582/18/35型端头架： P1＝（PS3103+G39.8）／1000S底＝(9676.8KN+37t39.8)/(1000311.03m30.47m)＝1.94MPa
P1=1.94MPa＜P底=1.95MPa
因此本工作面选用ZTZ11582/18/35型端头架满足使用要求。 （2）ZFG7200/18.5/33.5型排头支架： P1＝（PS3103+G39.8）／1000S底＝(4864.5KN +24.439.8)/(100032.9m31.36m)＝1.29MPa
P1=1.29MPa＜P底=1.95MPa
因此本工作面选用ZFG7200/18.5/33.5型支架满足使用要求。 （3）ZF5400/17/33B(B)型中间支架：
P1＝（PS3103+G39.8）／1000S底＝(4948.2KN +17.9939.8)/(100032.59m31.3m)＝1.52MPa
P1=1.52MPa＜P底=1.95MPa
因此本工作面选用ZFS5400/17/33 B(B)型支架满足使用要求。
表3-2 支架参数对照表 项目 采高/m 倾角/（°） 煤厚/m 硬度f 支护强度/MPa、KN
工作面实际条件 3 2-6 6.65 2.7-3.2 0.59 ZTZ11582/18/35 1.8-3.5 0.65 ZFG7200/18.5/33.5 1.85-3.35 纵向≤±10°横向≤17° 0.93 ZF5400/17/33B(B) 1.7-3.3 ≤15° 0.66-0.75 16
底板比压/MPa 顶板类（级）别 1.95 中等稳定性 2.1 2.1 2.1 二、乳化液泵站 1、（一）泵站及管路选型
为了保证井下各工作面有足够的乳化液进行升柱作业，避免乳化液供应不足、压力低，工作面升柱时间过长而影响生产、安全，必须对系统压力、管路的过流能力进行校核。验算步骤按以下进行:
(1)沿程压力损失
Re=v*DH/v=2.7m/s30.05m÷（4310-6m2/s）=33750＞2320 紊流
ΔP=λ*l/d*ρv2/2=0.3164/RE0.253150031.0310332.72/(230.05)310-6=2.1MPa
(2)所需泵站工作压力
以支架设计初撑力24MPa计算，泵站恢复压力应为24+2.1=26.1MPa，支架设计额定压力为31.5MPa，如采用大于31.5MPa压力的泵站，系统在静止状态时，系统压力将大于支架额定压力，液压支架中的操纵阀、安全阀等也都超过额定压力，将影响液压支架系统的使用寿命和可靠性。
因此建议使用额定压力为31.5MPa，为弥补沿程压力损失，恢复压力应不小于26.7MPa，即只需调整卸载阀恢复压力使泵站工作压力范围为26.1——31.5MPa，即可满足工作面支架工作压力需求。
(3)乳化液泵的流量。
液压支架为(ZY5400/17/33)1.7m—3.3m支架，2根立柱缸径为320/230mm，移动使立柱行程去200mm。
采煤机牵引速度取9m/min。
液压支架的移架速度应大于采煤机的截煤牵引速度。移架速度主要取决于泵站供液流量。一般按支架全部立柱和千斤顶同时动作来估算所需泵站流量，即所需乳化液泵的流量： q≥
公式中 ——一架支架所有立柱和千斤顶完成全部动作所需要的乳化液体积(为简化计算一般取所有立柱千斤顶体积的2倍)L；
——采煤机工作牵引速度，m/min； A——支架中心距，m；
——泵站到支架管路泄漏损失系数，一般为1.1～1.3。
q≥
=1.33233.143(2.3÷2)2 L3439m/min÷1.5m =259L/min﹤315L/min，选型满足使用条件
总结，井下硐室远程供液采用两台BRW315/31.5D型乳化泵，构成两泵两箱泵站，每班启动一台泵供液，两台泵轮流工作并检修，很好的起到延长泵的使用寿命的效果。
工作面采用BRW400/31.5乳化液泵供液，一台在用，一台备用，两台轮换使用。进液管采用φ63310m型高压胶管；回液管采用φ76310m型高压管，回液胶管采用φ38310m的高压胶管。工作面支架采用双进双回供回液系统。
2、泵站设置位置
泵站位置布置在进风巷53013巷巷口。
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3、泵站使用规定
泵站公称压力为31.5MPa，使用过程中要保证泵站压力大于30MPa，乳化液浓度3%-5%，要加强支架与泵站的维修，减少系统的窜漏液。
现场配液浓度3%-5%，现场用折射仪检查配比浓度。
第二节 工作面顶板控制
一、工作面正常回采时顶板支护方式
工作面中间布置122架ZFS5400/17/33B(B)型放顶煤液压支架，机头布置4架ZFG7200/18.5/33.5型排头支架和一组ZTZ11582/18/35型端头架支架，机尾布置5架ZFG7200/18.5/33.5型排尾支架，共计131架支架支护工作面顶板；除端头支架外，其余131架支架的中心距全部为1.5m，中间支架最大控顶距为5498mm，最小控顶距为4698mm，端面距不大于0.34m，超过规定要在支架前梁上支设板梁。
1、保证支架完好，使支架处于良好的工作状态，升架时要达到初撑力要求。 2、将顶底板割平，保证支架有良好的接顶性能和支护状态。
3、片帮严重处和顶板破碎处要超前拉架，防止冒顶、漏矸。当超前拉架后，端面距仍超过标准时，则在支架前梁上挑长度适宜的板梁支护。
4、拉架到位后，将支架升紧接顶严密，护帮板及时打出。 5、机组停机必须将支架拉到最小控顶距。
6、在进回风巷全锚地段支护处，若顶板压力大顶板破碎时，要采取套棚支护。 7、进入溜子挂联网时，首先确认煤帮是否安全，如果煤壁裂隙发育或有片帮危险时，首先将支架拉到最小控顶距且将支架护帮板打出。
二、特殊时期顶板控制方式 （一）初、末采时的顶板控制
1、初、末采期间，将支架升紧、护帮板打出，保证支架支承顶板均匀，接顶严密，护帮有力，防止抽条、片帮，初撑力符合要求。
2、初、末采期间，对进、回风巷不进行退锚工作。
3、初、末采期间割煤后，要及时拉架，并及时护帮，顶板破碎时，要带压拉架。
4、初、末采期间时刻注意顶板压力及安全阀开启情况，防止压死支架。
5、老塘悬顶面积较大，影响工作面风量时，通风科要负责调节风量，同时加强瓦斯检查，防止瓦斯超限。
6、工作面片帮时要超前拉架，片帮严重时，要在煤帮挑棚打柱。
7、加强两顺槽超前支护并保证安全出口畅通，单体柱支设要迎山有力，保证两巷超前支护距离足够。
8、初、末采期间，要合理组织生产，加快工作面推进速度，调整好顶、底板。 （二）过地质构造时的顶板控制。
本工作面在过断层、陷落柱、褶曲、冲刷带、老空等地质构造时的支架布置形式不变，主要是通过采取以下措施来加强顶板管理，防止片帮，冒顶事故发生。
1、保证支架完好，使支架处于良好的工作状态，升架时初撑力达到规定要求。 2、将顶底板割平，保证支架有良好的接顶性能和支护状态。
3、割煤后，及时拉架护顶，片帮严重处要超前拉架，超前拉架时要保证机组能顺利通过，不得相互干涉，以免损坏设备。
4、若出现片帮，当支架已拉过超前架，但护帮板仍不能护顶时，在煤帮挑走向棚支护顶板，所用棚梁规格为不小于100mm厚的板梁，其板梁一头搭在支架前梁上不少于300mm，另一头直顶煤帮，且由两端向中间逐架进行。
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