采场顶板控制设计

图4-21 G320-13/32型掩护式支架

1—主梁；2—前梁；3—掩护梁；4—前连梁；5—底座；6—推移装置；7—护帮装置；

8—前梁千斤顶；9—平衡千斤顶；10—支柱；11—侧护板；12—后连杆

架又分圆弧形、双纽线形和椭圆线形等几种型式。 2．综采放顶煤支架 1）单输送机高位放顶煤支架

这类支架现有两种，支护强度在0.52～0.89MPa之间，一种为轻型，一种为重型。适用于急斜特厚煤层和缓斜软煤层。此类支架型式如图4-22所示。

该支架结构特点是短托梁加内伸缩梁及护帮板。其立柱两根用于支撑，两根用于控制放煤槽，底座有插底及非插底式两种，支架稳定性好，掩护梁与底座是单铰连接，铰接点高0.9～2.02m。

2）双输送机中位放顶煤支架

这种类型支架是当前应用架数较多、分布较广的一种放顶煤支架。按支架结构不同可以分为两类，支架的区别特征主要有两个：按底座与掩护梁连接方式分单铰接及四连杆两种，单铰接方式的支架稳定性好，抗扭能力强，后输送机放顶空间大，但端面距易变化，且因后铰点较高，易导致增加架后丢煤。

双输送机中位放顶煤支架形式见图4-23。

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图4-22 单输送机高位放顶煤支架 图4-23 双输送机中位放顶煤支架

3）双输送机低位放顶煤支架

这类支架较长，一般有铰接前梁与手套式伸缩梁，支护强度在0.44～0.72MPa之间，适用于急斜特厚煤层和缓斜中硬煤层。

这类支架的架型如图4-24所示。 4）“三软”煤层的放顶煤支架

所谓“三软”是指顶板软、煤层软和底板软。改善支架对顶板控制的能力是“三软”煤层工作面岩层控制的主要任务，我国目前长壁工作面液压支架的支撑能力一般都很高，每架支架支撑能力（支护宽度1.5m时），很少低于3200KN，支护强度在0.5～0.75 MPa 之间。根据经验，垂直支撑有足够的能力，但往往由于顶板破碎而不能正常发挥能力，为此，改善支护状况，主要从改善支架性能和充分发挥支撑能力两方面入手。

图4-24 双输送机低位放顶煤支架

目前解决“三软”煤层放顶煤的支架架型主要应提高支架对 围岩的封闭能力，并适当增加顶梁长度，以免梁上顶煤放空，一般采用四柱长梁支撑掩护式放顶煤支架。

图4-25是一种经过改进的ZFS 3600-16/28新架型，在河南省郑州煤业集团米村矿“三软”煤层放顶煤工作面使用获得成功。

图4-25 ZFS 3600-16/28三软煤层放顶煤支架

5）急斜特厚水平分段放顶煤支架

急斜特厚煤层水平分段放顶煤工作面使用的支架架型与缓倾斜煤层放顶煤支架类似，

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同样有高位、中位及低位放顶煤支架三种：

① YFY 160(200)—16/26轻型掩护式单输送机放顶煤支架，顶煤是由高位掩护梁上放煤口放出，底座采用插底式。

② FYC 400及ZFS 3000型为双输送机中位放顶煤支架。这类支架重量较大，一般在较长的工作面内使用。

③ FY 280—14/28型双输送机低位插板式放顶煤支架，其特点是支架后部放煤空间大，煤尘小。

三、支架的实际支撑能力评价

（一）单体支柱实际支撑能力的计算方法 1．影响单体支柱支护能力的因素

支柱在井下的工作条件复杂，有许多主客观、直接或间接的因素影响支柱工作性能和支撑能力正常发挥。其中包括：

（1）直接顶底板强度 顶底板承载能力越高，越利于提高支柱实际支撑能力；底板软，特别是当底板上有浮煤时，会引起支柱钻底，使阻力上不去。如图4-26a所示，通化松树矿采厚煤层下分层时，由于支柱钻底，阻力几乎为零，失去了支撑作用。

图4-26 松树矿与林西矿支柱工况测定

（2）辅助支护结构压缩 从开滦局林西矿柱顶垫厚板支柱实际工况（图4-26b）中可以看到，由于柱帽压缩致使支柱工作阻力降低。

（3）支设质量 对摩擦支柱来说，水平楔打不紧（图4-27）或支柱表面有煤粉、生锈，均会明显影响阻力正常发挥。单体液压支柱在进入恒阻阶段之前，要经过一段增阻过程。升柱时间不足，初撑力越小，增阻段活柱缩量越大，都会对支柱在整个支护过程中的支撑能力产生一定的影响。

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图4-27 不同紧楔程度支柱工况 1—水平楔打的紧；2—水平楔未打紧

（4）支柱承载不均 由于支柱支设质量、浮煤压缩量以及辅助支护结构的差别等原因，造成不同列支柱在同一循环支护过程中阻力不均，结果使整体支撑能力降低。图4-28为兴隆庄矿4309工作面观测结果，其中第Ⅱ观测线支柱因底板浮煤影响，压力上升到27MPa时支柱钻底，两观测线平均阻力明显降低。

图4-28 浮煤对支柱工况的影响 Ⅰ—第一观测线；Ⅱ—第二观测线

（5）支柱本身的工作特性 金属摩擦支柱的工作阻力是靠活柱下缩来实现的。控顶范围内各排支柱顶板下沉量不同，活柱缩量及工作阻力也不相同，这是使用增阻支柱不可避免的。

2．单体支柱实际支撑能力计算方法

在综合了各种影响因素的基础上，单体支柱在井下工作过程中的实际支撑能力应按下式计算

RT=KB?KZ?RB，N/棵 （4-31） 式中 RT——支柱实际支撑能力；N/棵；

KB——不同列支柱承载不均匀系数； KZ——支柱本身的增阻系数；

RB——支柱回柱时的阻力 (RB≤RB)；N/棵 各项影响因素的确定：

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