第二节采煤工作面顶板控制.docx

第二节采煤工作面顶板控制 一、采煤工作面顶板控制的内容 采煤工作面的煤在采出后，通常在靠煤壁处用支架维护出一个工作空间包括机道、人行道和材料道等，多余的采空空间则为采空区，如图2-10所示。 1-机道；2-人行道；3-材料道；4-采空区 图2-10工作空间与采空区 随着采煤工作面的不断推进，顶板暴露面积不断扩大。为了保证采煤工作面安全、不间断推进和工作面采煤时需要的工作空间，必须进行经济、可靠的支护，以控制矿山压力和顶、底板围岩移动。随着工作面的推进，也必须对采空区进行及时处理，减轻工作面的压力。采煤工作面顶板支护和采空区处理是采煤工作面顶板控制也称顶板管理的主要内容，在特殊情况下还应包括对底板，煤壁等的控制。所以，顶板控制的实质就是对明显影响工作面矿山压力显现的直接顶和基本顶活动的控制。 二、采煤工作面顶板支护 一采煤工作面支护的作用和要求 1.支护的作用 1防止工作空间直接顶岩层的垮落，保护好工作空间，以便能正常、安全地进行采煤工作。 2在一定程度上防止基本顶岩层的下沉、弯曲和离层，保持基本顶岩层的基本整体性，增大基本顶的强度。 3衡量工作面支护效果的标志，就是工作面不发生冒顶事故。 2.对采煤工作面支架的基本要求 采煤工作面，需要用各种支架支护工作空间的顶板，以保证采煤工作能够安全而正常地进行。鉴于采煤工作面冒顶有压、漏、推3个基本类型，采煤工作面支架应具备的基本性能应该有支、护、稳3个方面，即采煤工作面支架应支得起、护得好、稳得住。 1采煤工作面支架对顶板应能支得起 所谓支得起，就是要求支架在其工作全过程都能够支承住顶板施加的压力，否则就会导致压垮型冒顶事故。 从支得起的观点看，单体液压支柱，由于它的可缩量大，初撑力也较大，只要选型合适或密度合理，支起顶板应该说没有问题。 考虑到遇特殊情况如断层时，所需支架的支撑力要增大，因此在支柱的选型时，支柱的额定工作阻力与所需支撑力相比应有一定的富裕。采用单体支柱时，必要时可增加支柱密度，其富裕系数为1.2即可。 2采煤工作面支架对顶板应能护得好 所谓护得好，就是要求采煤工作面支架能控制住工作空间的顶板，使其一点都不冒落；如果护不好，则可能发生漏冒型冒顶。 实践中人们已经认识到对顶板既要支又要护，而且把直接顶按有无裂隙以及裂隙的多少，分为完整或坚硬的、中等稳定的和破碎或松软的3类。当采用单体支架时，对完整的直接顶使用戴帽顶柱即可；对中等稳定的顶板，应使用棚子棚梁最好垂直裂隙布置；对破碎的直接顶，则顶梁上要加背板甚至要背严，柱距应不大于0.7m,机头机尾处要用成对迈步抬棚。 此外，为使生产工作能正常进行，要提高支柱的初撑力，使单体支柱工作面端面冒高不超过200mm。控制端面距梁端至煤壁的距离对预防端面冒落也很重要，单体支柱工作面端面距不宜超过200mm。 3采煤工作面支架对顶板应能稳得住 所谓稳得住，就是要求支架具有抵抗来自层面方向推力的能力，如果采煤工作面支架对顶板稳不住，则可能导致推垮型冒顶。 有两种方法可以使采煤工作面支架对顶板稳得住。一种是支架结构本身就是稳定的，就有抵抗来自层面方向推力的能力，如金属支柱与铰接顶梁加拉钩式连接器组成的整体支架等。另一种是用初撑力大的支柱，把下位岩层与上位岩层紧紧顶住，不仅不让其离层，而且靠层间的摩擦力去抵抗来自层面方向的推力，反过来使支柱自身也能稳定。可见，支柱的初撑力对防止推垮型冒顶的意义非常重大。由于把单体支柱组成整体支架比较复杂，现场往往难以坚持使用，因此，支护的稳定性应该由支柱的初撑力来解决。 提高放顶线支架稳定性的最有效措施就是应用切顶墩柱，液压系统控制的切顶墩柱既有较高的初撑力切断老塘顶板，又能有效地挡住采空区大块冒矸。 最后，应该指出，护得好是建立在支得起基础上的，如果支架在支上失效，那就谈不上护了。同样稳得住是建立在支得起、护得好基础上的，如果支架在支、护上失效，那就谈不上稳了。因此，在支、护、稳与压、漏、推的关系上，从本质上讲，应该是用支对付压，用支与护对付漏，用支、护、稳对付推。但是，在解决实际问题时却应该是以支对付压，以护对付漏，以稳对付推。 3顶板控制的目标与原则 1顶板控制的目标 对于单体液压支柱工作面，从当前技术水平出发，其合理的顶板控制目标有3个 1能大限度地消除压、漏、推冒顶隐患，防止发生各种类型的冒顶事故。 2能保持顶底板移近量、台阶下沉量以及端面冒高等顶板状态参数在一定限度之内，保证顶板处于良好状态。 3所需的费用最少。 为了达到上述目标1,从当前顶板事故主要是推垮型冒顶这个事实出发，应尽可能地提高单体液压支柱的初撑力。为达到目标2，必须在生产实践中进行日常的支护质量与顶板动态监测。此外，应在达到前两个目标的前提下，再考虑使所需费用最少。 2顶板控制的原则 从顶板控制的目标出发，单体液压支柱工作面的顶板控制原则如下 1对垮落带岩层采取“支”，采场支柱的工作阻力应能平衡工作空间及采空区上方垮落带岩层的质量；采场支柱的初撑力应能平衡工作空间及采空区上方垮落带直接顶岩重。 2对裂隙到岩层采取“让”，采场支柱的可缩量应能适应裂隙带岩层的下沉。 3当直接顶厚度不足1倍采高，尤其是煤层上面直接就是厚度不大的基本顶时，可用“切”的原则切断采空区上方基本顶。 4当直接顶厚度不足1倍采高时，可用“挑”，挑落1倍采高顶板。对厚层难冒顶板，应松动碎裂3倍采高顶板岩层，或在工作面前方用钻眼爆破或高压注水的措施进行松动弱化，或在采空区挑顶3倍采高。这些措施也可统称之为“挑”。 5不论哪一种顶板，都要针对直接顶的稳定性采取“护”。 6如果是复合顶板，应使支柱的初撑力本身就能防推。为此，支柱初撑力PCkPa应满足下式要求 Pc≥γHcosα-1fsinα 式中Pc-复合顶板下部软岩层平均体积力，kN/m3; H-复合顶板下部软岩层厚度，m; α-煤层倾角，; f-复合顶板软硬岩层之间的摩擦因数。 7支护参数应保证顶板处于良好状态。一般情况下，应保持工作面控顶范围内顶底板移近量每米采高不大于100mm,顶板不出现台阶下沉，端面冒高不大于200mm。 3不同煤层顶板管理的指导原则 在生产实践中人们把回采工作面顶板管理大体分为“复合顶板”、“三软煤层”、“大倾角”、“稳定顶板”4大类型，并实施分类指导，收到了良好的效果。 1“复合顶板”要“支、护”兼顾，以提高“初撑力”为主，必须确保支柱的初撑力达标准。 2“三软煤层”；要“支、护、让”兼顾，以“护”为主，实施“三封闭”管理。 3“大倾角采场”要“支、护、稳”兼顾，以“稳”为主，实施“四封闭”管 理。 4“稳定顶板”；要“支、切、挑”兼，顾以“支”为主，综合防治。 其中“支”提高支柱的初撑力； “护”指对顶、帮、放顶线、底板的封闭严实； “稳”除提高初撑力外，还要采取如穿鞋、下底梁、打抗棚抗柱等措施，最大限度地增加支柱的稳定性； “让”主要指支柱应有一定的可缩性； “切”主要指切顶线采用打密集、丛柱等措施，增强“切顶”的效果； “挑”主要指采取“人工强制放顶”等措施。 二采煤工作面支架类型和单体支柱特性 采煤工作面支架的类型很多，根据不同的分类方法，主要有以下几种 1按结构可分为单根的支柱和由支柱、顶梁组合成的棚子支架，以及由支柱、顶梁、底座组合成的液压支架。 2按材料可分为金属支柱和木支柱。 3按工作原理可分为单体液压支柱及液压支架。4按支架的作用可分为普通支架和特殊支架。 普通支架是支护工作面的基本支架。 特殊支架是在特殊地点或特殊情况下，为提高工作面基本支架的支护强度和稳定性而架设的支架。在炮采工作面有木垛、斜撑支架即戗柱和戗棚和托梁支架、丛柱、密集支柱、端头支架等，在高档工作面有切顶液压墩柱，在综采工作面有端头支架、锚固支架等。 单体支柱的基本特性见表2-1,常用单体支柱的特点见表2-2。 表2-1 单体支柱的基本特性 支柱类型 工作原理 初撑力／kN 初撑力获得方式 达到初撑力时支柱压缩量/mm 初工作阻力／kN 额定工作阻力／kN 支柱极限压缩量 工作特性 木支柱 靠支柱本身强度支承顶板岩石压力 10 依靠木楔子打紧形成 26 50120 280610 3496 工作阻力急剧增加，直到破坏为止 钢管支柱 钢轨支柱 410760 3262 单体液压支柱 利用液压传递压力安全阀保证阻力恒定 80150 外部泵站压力或支柱自身手摇泵 510 80150 200350 400800 恒阻 液压切顶墩柱 400600 外部泵站压力 510 400600 200350 400800 表2-2 常用单体支柱的特点 类型 使用寿命 特性曲线 主要优缺点 木支柱 23次 1.支柱强度受材质影响大 2.支、回困难，效率低 3.工作面顶板下沉量大，冒顶事故多，不安全 4.不适应机采 5.消耗大量坑木压缩量 6.质量轻，容易加工 三单体支柱支护及其他支护 1.单体支柱的初撑力、始动阻力和额定工作阻力 在对顶板进行有效支护过程中，单体支柱从支设直至回柱，其作用力经历了初撑力、始动阻力和额定工作阻力的变化。 支架的初撑力是指支架刚架设时对顶底板的主动支撑力。对液压支柱，其初撑力是液压泵站给定的。 支架的始动阻力是指顶板下沉、液压支柱开始动作的阻力。液压支柱的始动阻力就是初撑力。 额定工作阻力是指支柱允许的最大工作载荷。液压支柱达到额定工作阻力时，安全阀开始动作。 提高支架的初撑力对减小顶板的下沉量、下沉速度和保持支架稳定性有直接影响。初撑力过低，容易造成直接顶离层，使岩层变形破碎而造成局部冒顶。 2.影响支柱支撑能力的因素 由于支柱在工作过程中受多方面因素的影响，因此支柱在井下的实际支撑能力不能简单地用支柱出厂技术标准所规定的工作阻力来表示。进行支护密度的计算时，应从中扣除有关因素影响的部分。 1自然地质条件的影响 1倾角。煤层倾角过大的工作面，支柱搬移困难，支设的支柱稳定性也较差，受力状况恶化，支柱容易偏心受压产生纵向弯曲以致变形破坏。支柱支设不好，在偏心载荷的作用下，也易滑倒。所以，一般规定在煤层倾角小于25的工作面才可使用单体液压支柱，超过25必须采取相应措施。主要有两个方面一是挖柱窝，防止倒滑窜移；二是迎山角要找准，不能没有也不宜过大，使支柱大体上垂直于顶、底板，保证轴向受力。 2局部地质破坏。工作面遇到断层带或地质破坏严重地段、顶底板破碎，甚至还有淋水的情况下，支柱容易穿顶、插底，严重影响支护效果。必须采取在支柱顶上密封顶板、加顶梁、加密顶梁上的插板、支柱下面铺设柱鞋、扩大支柱底座支承面积等措施，减少局部地质破坏产生的影响。 3顶底板的岩性。单体液压支柱可使用在不同矿山压力显现规律的工作面。支柱对顶板支撑力的大小，一方面取决于支柱的初撑力，另一方面取决于初撑后支柱得到增阻。支柱的支撑力是支柱和围岩包括顶板和底板相互作用的结果。 对于抗压入强度低的顶底板，提高支撑力，防止支柱插入顶底板的唯一途径是加大支架和顶底板的接触面积。加大顶板接触面积的方法有戴柱帽、加顶梁或在顶梁上再加插板等。加大底板接触面积的方法主要是“穿鞋”。由于木材横向抗压强度低，而液压支柱初撑力高、刚度大，所以使用单体液压支柱时，“鞋”、“帽”、顶梁等均不宜使用木材。同时也要尽量避免采用单柱戴帽的支护形式，而要采用铰接顶梁的形式，在过于松软地段应采用特制的加宽顶梁象板的结构。底板特松软时，则可使用增阻床和加宽的尼龙，防止支柱钻底。 在有冲击地压工作面使用支柱时，安全阀最大溢流量应大于10L/min。 2混用支柱的影响 不同特性与不同材质的支柱以及不同的支护结构都会对控制顶板产生不同影响，因而在同一采煤工作面中，不得使用不同类型或不同性能的支柱。如遇采高变化、使用一种规格支柱不适用时，可换用相同类型、相同工作阻力的其他规格的支柱。也就是说，一个工作面只能使用同一种技术特性的支柱。 3单体液压支柱使用状况的影响 单体液压支柱的使用寿命规定为5a。支柱的需用量根据采煤工作面技术作业规程的支护设计需用量确定一般情况下按工作面长度13根/m。支柱的备用量是使用量的30，同规格同型号需备足，其中1/3存放在工作面附近安全、干燥、整洁的地点，并且一律立放。另外，单体液压支柱的大修周期，外注式为2a,内注式为1.52a。 支柱在井下支护过程中发现以下情形之一时，必须立即升井修理支柱自动卸载降柱；活柱卸载后不降柱；卸载机构失效；柱体有明显变形；活柱下缩到底形成死柱。 4单体液压支柱维护使用状况的影响 1液压支柱清洁度的影响。液压支柱清洁度是指液压支柱内腔或三用阀中所含杂质的多少，其指标为支柱内腔平均含杂质小于40mg/根；最长支柱内腔平均含杂质小于50mg/根；支柱三用阀含杂质小于10mg/个。 使用过程中保持支柱内腔良好的清洁状态，对保证支柱性能、防止支柱失效、减少支柱维修量至关重要。外注液式单体液压支柱的单向阀和内注液式单体液压支柱的通气阀是易被污染的主要配件，使用时要采取有效措施防止其被污染。 2工作液的影响。例如DZ型外注式支柱采用1～2％乳化油配制的乳化液，浓度大了造成浪费，浓度低了使支柱和阀锈蚀。工作介质的更换或浓度的改变等，都会使支柱和阀件锈蚀，影响其密封性能。 3.控顶距离及其确定的原则 控顶距离是指从煤壁至密集支柱墩柱或采空区顶梁末端无密集时的距离。 1控顶距离 最小、最大控顶距以及放顶距应根据顶板岩性、回采工作空间的需要、采煤工艺和保证人员的安全等因素确定。 1最小控顶距 为使回采工作正常进行，工作面留设的最小宽度，即回柱放顶之后从放顶线到工作面煤壁的距离就是最小控顶距。最小控顶距要满足通风、行人、运料和工作的需要。其距离与机道、人行道与材料道的具体宽度以及末排柱与密集支柱墩柱或采空区顶梁末端的距离有关。机道的宽度与所使用的采煤机、输送机的宽度有关，目前多在1.21.4m之间；炮采时只与输送机的宽度有关，一般比普采时略小一些。人行道或材料道的宽度根据排距的大小而定，与工作面所用的顶梁长度有关，通常为0.8m、1.0m或1.2m,并与采煤机的截深相配套。 应当指出，有些情况下，最小控顶距需要采用4排柱子。例如，当一个工作面存在基本顶来压威胁时，在基本顶初次来压期间可扩大1排控顶距，以增加对基本顶断块的支撑力，从而缓和基本顶初次来压的威胁。 在复合顶板初次垮落期间，或在工作面仰采时，或在大采高大倾角工作面，也可扩大1排控顶距以增加支护的稳定性。 当煤层上面直接就是破碎顶板，再上部又是强度较大的顶板时，可能出现破碎顶板的抽冒问题，如果支柱的初撑力很小，这个问题会更加突出。这时，抽冒区以下的支架是不稳定的，除必须用连接件将工作面支架连成整体支架以增加其稳定性外，还必须增大控顶距，把抽冒以下的范围考虑在内。 此外，当矿井瓦斯涌出量较大时，为满足通风的要求，有时不得不采用4排的最小控顶距。 最小控顶距中支柱排数愈少，放顶距愈少，一个工作面所需的支柱与顶梁数量就愈少，经济上也最有利。因此，除有特殊原因外，不宜随意扩大控顶距。 2放顶距 工作面每推进一定距离，需要进行回柱放预，这个距离就叫放顶距。放顶距的大小应根据顶板岩石性质和循环进度确定。当直接顶板比较松软能随回柱立即垮落时，采用1排的放顶距。如果直接顶板较为完整，回1排柱后顶板较长时间不垮落，采空区出现悬顶情况，导致工作面顶板压力增大，这时放顶距可取两排。当然，放顶距过小，将增加放顶的次数，顶板也不易充分垮落，对减轻顶压不利。放顶距过大，顶板下沉量及顶压增加，冒落块度大，可能造成顶板事故。放顶距应与工作面推进度相适应。 放顶距的具体数值与采场所用的顶梁长度及支护方式有关。当用0.8m或1m铰接顶梁时，如果顶板较松软，放顶距取0.8m或1m;如果顶板较完整，放顶距取1.6m或2.0m。当用1.2m的铰接顶梁时，如果顶板较松软，支架往往采取错梁直线柱布置，如果顶板比较完整，支架往往采取齐梁直线柱布置，放顶距均取1.2m。 一般来说，对于使用单体液压支柱的工作面，由于支柱的初撑力比较大，可以采用1排的放顶距。 3最大控顶距 放顶距与最小控顶距之和为最大控顶距。为了减少顶板对支架的作用时间和柱梁占用量，降低顶板下沉和变形破坏的程度，应尽量减小最大控顶距。 2选择控顶距离的原则 1采用单体支护自然垮落法的工作面，控顶距并非是愈小愈好，缩小控顶距是有条件的。 2在某些条件下，缩小控顶距并不能带来经济上的效益。 3在有伪顶、煤顶、复合顶或金属网人工顶板的顶板条件下，即使不是为了满足支护强度的需要，而仅为了增加支护的稳定性，也应当适当加大控顶距。 4.底板比压 支柱或支架在满足对顶板支护的同时，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，会影响对顶板的支护效果。为此，在进行工作面支护设计时，必须进行支柱对底板的比压计算。 煤层底板的抗压入强度叫底板比压，单位为帕Pa、兆帕MPa。底板比压是底板固有的性质。 支柱架底座对底板产生的压强，即支柱架工作阻力与底座面积的比值，称为支柱架对底板的比压。支护设计时，应使支柱架对底板的比压小于底板比压，否则，支柱架就会钻人底板或陷人底板，影响支护性能，恶化顶板状况。 根据经验，一般底板比压在16MPa以上。在底板比压小于16MPa或支柱压入底板影响回柱的软底工作面，应采用大底座或使用柱鞋。 5.工作面支柱迎山角的确定 一般煤层都有一定的倾角，为了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。 支柱轴线和煤层顶底板法线的夹角称为支柱的迎山角。支柱顶部由煤层顶底板法线向上偏移一定的距离叫迎山距。迎山角过大时叫“过山”，没有迎山角叫“退山”。无论是“过山”或“退山”的支柱对顶板的支撑效果都不好，顶板来压时容易发生倒柱。 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 βαK 式中β-支柱迎山角，； α-煤层倾角，； K-直接顶稳定系数，K68,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68时，支柱迎山角为1，但最大值不得超过8。 6.普通支架 采用单体支架时，工作面普通支架的布置方式有点柱、棚子及悬臂支架等。 1点柱 d-排距；j-柱距；s-炮道 图2-11 戴帽点柱及排列形式 如图2-11所示，点柱的特点是单根支柱在顶盖上加木垫或带帽单根支柱直接支设在顶、底板之间，主要起“支”的作用。柱帽长0.30.5m、厚50100mm。柱帽一般应斜向煤壁，与煤壁垂线成1530夹角。点柱可用木柱、摩擦式金属支柱或单体液压支柱。 点柱支护适用在直接顶较完整、稳定的工作面作基本支柱和破碎顶板工作面作临时支柱，它的布置形式有矩形排列和三角形排列。 2棚子 图2-12 棚子的布置形式 如图2-12所示，木棚由木棚腿、木棚梁组成，金属棚由摩擦式金属支柱或单体液压支柱与金属长钢梁组成。棚子的形式有一梁二柱、一梁三柱两种。木棚一般用于顶板比较稳定、压力比较小的工作面；在顶板比较破碎和压力较大时，应采用金属棚和适宜的背顶材料。一梁三柱或多柱多用于工作面端头支架。 棚子的布置方式，应根据顶板裂隙的方向来确定。顶板裂隙平行工作面时，采用走向棚子；顶板裂隙垂直工作面时，采用顺山棚子。这两种棚子又有对口棚子和连锁棚子两种形式，连锁棚子的形式可增加棚子的稳定性。 3悬臂支架 图2-13 金属悬臂式支护 如图2-13所示，悬臂支架是由一梁一柱组成，支柱用单体液压支柱，梁用金属铰接顶梁。支柱一般支在靠梁端的1/3处，位于同一列的梁与梁互相铰接在一起，柱与梁组合后成为悬臂的支架形式。根据工作面的顶板和开采技术条件，悬臂支架分为正悬臂和倒悬臂。正悬臂支架可以及时维护机道上方的顶板，能减少顶板的初期下沉量，对破碎顶板的管理非常有利；倒悬臂支架，有利于回柱操作的安全，防止冒落的矸石压埋支柱。另外，根据正、倒悬臂的不同组合，在布置形式上又有齐梁式、错梁齐柱式和错梁错柱式。齐梁式是沿工作面倾斜方向的顶梁和支柱都为直线排列，顶梁为正悬臂架设；错梁齐柱式是每排支柱成一直线，顶梁交错排列，其相邻两排支架，一个为正悬臂，一个为倒悬臂；错梁错柱式是沿工作面倾斜方向的顶梁都是交错排列，顶梁均为正悬臂架设，在放顶线处的支柱数量较错梁齐柱式布置要少一半。 7.单体液压支柱支护 液压支柱是利用高压油或乳化液来升柱支撑顶板。高压油乳化液由外部泵站供给，也可把油事先注入支柱内，再靠支柱本身的液压泵加压为高压油。前者称为外注式支柱，后者称为内注式支柱。现场广泛使用外注式支柱。 单体液压支柱适用于倾角小于25的缓斜或近水平的煤层，当采取可靠的安全措施时，可在2535的倾斜煤层中使用，也可用于煤层底板比较坚硬的非炮采工作面。 单体液压支柱应与铰接顶梁配套使用，但不能与木梁配套使用。 1戴帽点柱操作及安全注意事项 1操作顺序量好排距、柱距-清理柱位-竖直点柱-用注液枪冲洗注液阀口煤粉-将注液枪卡套卡紧注液阀-戴上柱帽-供液升柱。 2安全注意事项柱帽应用0.3m0.1m0.5m的木板或半圆木，用半圆木时平面应朝上。每根支柱只准带1个柱帽，严禁戴双柱帽。 2铰接顶梁与单体液压支柱操作及安全注意事项 1支设单体液压支柱必须两人协作进行，一人扶支柱，另一人观察顶板、支架状况并给支柱注液，补柱必须在拉线的情况下进行。 2具体的操作方法 ①挂梁一人站在支架完整处两手抓住铰接顶梁将它插人巳安设好的顶梁两耳中，另一人站在人行道，插上顶梁圆销子井用锤将圆销子打到位。 ②插调角楔将顶梁托起，插入调角楔，使梁与顶板留有0.1-0.15m的间隙。 ③背顶按规定数量与上一架棚子的背顶材料交叉背好，并用锤打紧水平楔。 ④清理和定柱位根据作业规程的规定确定柱位，清净柱位浮煤，凿柱窝或麻面，需穿柱鞋时，将柱鞋平放在柱位上。 ⑤立柱与升柱一人抓住支柱的手把将支柱立在柱位上，另一人拿好注液枪，先冲洗注液阀口的煤粉，然后将注液枪卡套卡紧注液阀，开动手把供液升柱，使柱爪卡住梁牙并供液达到规定的初撑力为止支柱接顶后继续供液4～5m再切断液源以保证初撑力，拔退下注液枪再支设另一根支柱。 炮采工作面使用铰接顶梁的采煤工艺落煤后等一定的时间或与爆破间隔一定距离进入采煤工作面-检查整改-铺网-挂梁-打水平销-背顶-打紧水平销-支设临时支柱-攉煤、清理-移车-补正规支柱-翻打特殊支架-回柱放顶-全承载-收工下一循环。 炮采工作面使用Π型钢顶梁的采煤工艺落煤后等一定的时间或与爆破间隔一定距离进入采煤工作面-检查顶、帮-回柱移窜Π型钢梁-过顶-人工出煤-移车-支柱。 高档普采工作面使用Π型钢梁的采煤工艺人工做端头-煤机上行割煤-回主梁第四排支柱-移窜主梁护顶-移车-支设主梁支柱-煤机下行割煤-回副梁第四排支柱-移窜副梁护顶-移车-支设副梁支柱。 3安全注意事项 ①支护必须符合作业规程规定，确保一梁一柱，严禁单梁单柱支护。 ②挂铰接顶梁时，梁应摆平并垂直于煤壁。 ③跟机挂梁时，人应站在两支柱间空挡内进行操作，并随时敲帮问顶。 ④挂梁后应及时按规定支设临时支柱，如发现顶板破碎、压力大时，要立即停机，待处理好顶板后再割煤。 ⑤追机支护距离应符合作业规程的规定。 ⑥采用预挂顶梁维护顶板的炮采工作面，每次爆破后，要及时挂梁控制顶板或按规定支设临时支柱。 ⑦调角水平楔子必须水平插人顶梁牙口内，不允许垂直插入，正常情况下的插人方向是小头朝工作面上方。禁止用木楔或其他物品代替调角楔。 ⑧升柱时，应用手托住调角楔并随升柱而及时插紧，当支柱升紧后，必须用锤将调角楔打紧。严禁用锤、镐等金属物体猛力敲击支柱任何部位，以免损坏支柱。 ⑨临时支柱的位置应不妨碍架设基本支柱，基本支柱未架设好，不准回撤临时支柱。 ⑩顶板破碎、片帮严重的地点，应掏梁窝挂梁，提前支护顶板。 ＠支护时要注意附近工作人员和各种管线的安全，要按规定留出炮道或机道。 ＠在架设支柱时，人员应站在新支设支柱的上侧，注液人员身体应偏离注液方向。 ＠支柱的支设应使其手把指向煤壁，注液阀指向老塘。 14升柱过程中，扶支柱人员严禁用手扶柱爪，注液人员一边注液，另一手托住水平销随时插紧。支柱升足劲后必须用锤打紧水平销。 ＠爆破后崩倒的支架，必须及时支设好。 16支柱使用前必须排除支柱内腔的空气。无论是初次下井的新支柱或是维修好的支柱，在下井前均应进行升柱、降柱的空运行，至少两个循环按最大行程，使支柱缸体内的空气被排除干净。 ＠经常检查支柱的完好情况，发现三用阀失效、漏液、变形、弯曲、活柱表面锈蚀、顶盖缺少一个以上小爪或手柄损坏时，必须及时更换。 ＠经常检查铰接顶梁完好情况，发现两端接头损伤裂纹、各部焊缝开裂、弯曲、变形、耳子变形、缺“牙”不能卡支柱、销子弯曲或无销子时，应立即更换。 19检查注液枪时，发现漏液、损坏、变形、无密封圈或出液不正常时，应立即维修或更换。 ＠大倾角工作面，人员要站在脚手板上操作。 4单体液压支柱工作面顶板安全评判标准 理论与实践表明，其安全评判标准有3条，也可用一句话来表述，即一个达标，两个正常。 ＠1支柱初撑力和工程质量达标，这是安全的基础。 ＠2支柱工作阻力≥初撑力，二者关系正常。 ＠3支护系统刚度合理，支柱增阻正常。所谓的支护系统刚度系指采煤工作面支架，从过顶材料、顶梁、支柱到柱鞋可压缩的程度。 采煤工作面只要能同时达到上述3条标准，顶板就是安全的，反之则否。 8.炮采工作面支护与采空区处理 1炮采工作面支护 目前，我国炮采工作面普遍使用单体液压金属支柱支护，其布置主要有正悬臂齐梁直线柱。落煤时，爆深应与铰接顶梁长度相等。最小控顶距时应有3排支柱，以保证有足够的工作空间，最大控顶距时一般不宜超过5排支柱。通常推进一或两排柱放一次顶，即三四排或三五排控顶。在有周期来压的工作面中，当工作空间达到最大控顶距时，为了加强对放顶处顶板的支撑作用，回柱之前常在放顶处另外架设一些加强支架。 2采空区处理 随着采煤工作面不断向前推进，顶板悬露面积越来越大，为了工作面的安全和正常生产，就需要及时对采空区进行处理。由于顶板特征、煤层厚度和保护地表的特殊要求等条件不同，采空区有多种处理方法，但最常用的是全部垮落法，如图2-14所示。 图2-14 全部垮落法回柱放顶工序 采用全部垮落法处理采空区简单可靠、费用少，所以，凡是条件合适时均应尽可能采用这种方法。我国开采薄及中厚煤层和大部分厚煤层时，几乎都采用全部垮落法。 9.普采工作面支护应掌握的基本要点 1加强机道支护 机道是工作面支护的薄弱点，这里往往由于片帮和不能及时支护发生局部冒顶。加强机道支护主要方法有向煤壁开梁窝架超前梁，落煤后立即打临时支柱；提高支柱支撑力和支护刚度。多年来使用Π型钢顶梁加强破碎顶板和分层网下顶板是十分有效的。所谓Π型钢顶梁就是用Π型钢焊成的2.6m长钢梁，Π型钢顶梁在工作面是成对布置的，随采煤机割煤，Π型钢顶梁交替前移，及时支护顶板。 2加强放顶线支护的稳定性 无论是有排柱还是无排柱，由于直接顶垮落或基本顶来压，往往因水平推力而推倒末排支柱。为此，必须使末排支柱不仅支撑力强，而且支护状态稳定。一般采用斜撑将排柱连锁起来，使之形成一个防护整体，必要时加打木垛，硬顶板时打双排柱或打对柱、丛柱等，以增加切顶力。 3加强工作面端头维护 工作面端头支护形式一般采用四对八梁走向大抬棚。十字梁是工作面端头的一种有效支护，选用时可根据顶板条件、输送机传动装置以及人行道的要求灵活调整。 4加强工作面“三度”支护强度、支柱密度和支护刚度管理 支护强度是指工作面单位顶板面积上的支护阻力。支护强度应以工作面最困难状态下满足支架－围岩岩体体系的平衡，不发生重大顶板事故为准则。支柱密度是指控顶范围内单位面积顶板所支设的支柱数量。设计支柱密度时必须掌握工作面所用支柱的实际阻力情况，加强金属支柱抽样试验和失效检查。支护刚度是指支护物产生单位压缩量所需要的力。提高支护刚度的主要措施有 1清除浮煤浮矸，保证支柱支在实顶实底上。 2顶底板松软时给支柱穿鞋戴帽。柱帽规格不应过大，更不允许带双帽、穿双鞋。 3严格支柱操作，坚持使用液压升柱器升柱，保证支柱有足够的初撑力。 10.木支护 1顺山棚子的架设及安全注意事项 1根据作业规程规定顺山棚子采用一梁二柱或一梁三柱由上往下进行支护，上下梁采取沿倾斜方向直线对接，不得留有空隙，以免发生抽条。 2每根梁上背双数的背板、荆条等背顶材料，楔子要打在梁面上，不准打重楔子。 3工作面出现较大的平行煤壁的顶板裂隙时，要在顺山棚子下面支上走向棚子，不准在悬空的裂隙顶板下工作。 2走向棚子的架设及安全注意事项 1按工作面拉线及开帮宽度扶走向棚子，找好柱窝，立棚腿，上顶梁，用楔子背紧棚子，片帮严重时需背帮的应背严煤壁。两人操作要互相配合好。 2采用对接式或连锁式走向棚子，沿倾斜和走向棚腿都要支成直线，不得歪斜。 11.其他支护方式 1-前梁；2-弹簧钢板；3-后顶梁；4-移架千斤顶；5-液压支柱；6-双向阀；7-斜柱 图2-15滑移顶梁支架结构 现在采煤工作面广泛采用的是单体液压金属支柱支护方式，除此之外还有液压支架不属本书介绍内容、滑移顶梁支架、急倾斜煤层掩护支架及气囊支架等支护方式。 1滑移顶梁支架 顶梁与支柱组合在一起，以液压为动力、以前后顶梁为导向而前移的支架叫滑移顶梁支架。它由前顶梁、后顶梁及34根液压支柱以及移架千斤顶等部件组成。前梁和后梁之间用弹簧钢板连接，其结构如图2-15所示。 滑移顶梁支架支护顶板的操作程序是清理机道，用推溜千斤顶推移输送机，如图2-16a、b所示； 图2-16 滑移顶梁支架操作程序 用卸载手把打开前梁支柱的卸载阀，用注液枪先后提起前梁下两根液压支柱，前梁与支柱悬吊于弹簧钢板上，如图2-16c所示；经双向阀向水平推移千斤顶内供液，移前梁借弹簧钢板导向到位后用注液枪升前柱，给顶板一定的初撑力支撑顶板，如图2-16d、e所示；用卸载手把使后梁支柱卸载，用注液枪提起后梁下支柱，将其悬吊于弹簧钢板上，如图2-16f所示；再经双向阀向水平推移千斤顶供液使后梁向前移动，如图2-16g所示；再用注液枪升后柱，使后柱、后梁支撑顶板，完成整个支护过程，如图2-16h所示。滑移顶梁支架适用于倾角小于20、采高大于2m的工作面，也可用于放顶煤工作面。用于放顶煤工作面时，在顶梁上铺金属网，在后梁下面铺设刮板输送机。放顶煤时把网剪破，放出顶煤由后部输送机运出工作面，如图2-17所示。放完顶煤后，再按程序向前移刮板输送机、移架支护顶板。 图2-17 滑移顶梁支架放顶煤工作面 2急斜煤层掩护支架 掩护支架是急斜煤层采煤工作面使用的一种特殊支架，它可以同时完成常规工作面所用几种支架的作用。其具体作用是 1隔离采空区，防止矸石窜入工作面内。 2支撑煤层顶板和底板，控制其移动。 3掩护工作人员和设备。 4用作悬吊生产设备的基架。 掩护支架的特点是，支架下面无支柱，它以煤壁为基础，支撑于工作面上方，形成防护顶盖，如图2-18所示。支架是由多种部件组成，各部件互相联结，单元间的空隙被封盖，使支架形成一封闭的隔离带，支架在自重和外力的作用下，随工作面的推进而整体沿工作面的顶底板向下移动。 1-掩护支架；2-工作面；3-采空区；4-溜煤眼；5-顶板；6-底板 图2-18 急倾斜煤层掩护支架支护 3气囊支架 它是一种薄煤层支护设备，一般由两个或3个整体硫化在一起的橡胶软包构成。向软包内充入压缩空气，使其胀鼓紧贴顶底板而起支撑作用。 气囊支架布置在切顶线以内两排支柱之间，两气囊支架间距一般为1.8m，如图2-19所示。它的特点是，属于柔性体，其扁平面作用在顶底板上，在开采中、顶底板移近时使气囊体积变小，而气囊内压力增大，作用于围岩的接触面反而加大，从而增加了支护阻力。因此气囊支架是增阻式支架。木垛与单体支柱等支护与顶底板基本是点接触，而气囊支架与工作面顶底板的接触面积可达70-80，因此，气囊支架可使顶板应力分布状况得到改善。 图2-19气囊支架布置