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采场支护设计案例 1 .某矿M5煤层特征及顶底板岩性 1.1 M5煤层特征 M5煤层煤质是细至中条带状半亮至光亮型中低灰中－中高硫无烟煤。煤层最小厚度为2.20m，最大厚度3.70m，平均厚度3.08m,煤层结构简单，属于稳定煤层。 1.2 M5煤层顶底板岩性 M5煤层直接顶板为粘土岩、炭质粘土岩，厚6.10-6.70m，属较软岩类、隔水岩石，稳固性较差。直接底板为粘土质粉砂岩、炭质粘土岩，厚3.70-15.54m，平均厚8.42m，属软岩-较软岩类、隔水岩石；老底为砂岩，厚9.10-15.54m，平均12.43m，属较坚硬岩类，裂隙含水岩石。 2 控顶距的确定 控顶距的确定包括确定放顶距、最小控顶距和最 大控顶距。 2.1放顶距的确定 放顶距通常按直接顶板的性质来确定。 当直接顶板比较松软能随回柱垮落时，采用1排的放顶距。 如果直接顶板较完整，回一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。 由于本设计采煤工作面直接顶板为粘土岩、炭质粘土岩，属较软岩类，稳固性较差，因此采用1排的放顶距。 放顶距的大小与采场所用的顶梁长度有关。 本设计采煤工作面采用1.0m铰接顶梁，又因为顶板较松软，采用一排的放顶距，因此，本设计采煤工作面的放顶距设计为1.0m。 2.2最小控顶距的确定 从采煤生产要求出发，大多数工作面最小控顶距为三排（不包括贴帮柱），即机道、人行道、材料道。 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1.2m～1.4m之间，本设计采煤工作面机道取为1.2m。 人行道、材料道的宽度则是随排距的大小而定，与工作面所用的顶梁长度有关，本设计采煤工作面拟采用1.0m长度的顶梁，因此人行和材料道的宽度都取为1.0m。 综上所述，本设计采煤工作面最小控顶距设计为： 1.2＋1.0＋1.0＝3.2m。 2.3 最大控顶距的确定 由上已知，本设计采煤工作面放顶距为1.0m，最小 控顶距离为3.2m，故本设计采煤工作面最大控顶距确定 为：3.2＋1.0＝4.2m。 3 工作面顶板压力计算 3.1经验估算法估算顶板压力 3.1.1确定直接顶载荷 (kN/m) （3-1） 式中 ——直接顶厚度，m； L1——悬顶距，m； γ——体积力,kN/m3。 取 ＝ （M为采高，K为碎胀系数），则 （3-5） K值一般取刚碎胀时的碎胀系数1.25～1.5，因而 (3-6) 即顶板压力相当于采高4～8倍岩柱的重量。 表3-1 煤层顶底板主要岩石容重（kN/m3) 由煤层柱状图可知，M5煤层直接顶岩性为粘土岩、 炭质粘土岩，取直接顶容重26.64 kN/m3，分别计算采 高为1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m时的4 倍、6倍、8倍岩柱的载荷，结果如表3-2所示。 在周期来压不明显时采用低倍数，而在周期来压较 剧烈时采用高倍数加以估算。本设计采煤工作面采高 高2.5m，分析得出老顶活动平缓，顶板周期来压不明 显，故取5倍采高的岩层重量，即333kPa。 表3-2 不同采高的岩柱载荷数据表（单位：kPa） 3.2运用顶板控制设计公式确定顶板压力 合理支护强度取决于对顶板控制的要求，其中包括： 防止直接顶离层、破碎、减小煤壁片帮、防止可能发生 的顶板事故等。煤层的顶底板不同，控制的要求也不 同。支架控制垮落顶板所需合理支护强度 为: kN/ （3-7） 式中 ——直接顶岩层厚度，取平均厚度6.4m； ——直接顶岩层容重，取26.64 kN/m3；