?????? 一般木材的強度如表1-1
??? 表1-1? 木材強度表
??? 木材名稱?抗壓強度/MPa?抗拉強度/ MPa?抗彎強度/ MPa?
??? 黑松?43.12?49.98?68.89?
??? 落葉松?62.34?68.21?80.95?
??? 馬尾松?29.78?98?7.06?
??? 垂柳?28.87??8.57?
??? 樟木?31.26?65.07?8.82?
??? 黃松?56.84?98?29.60?
??? 白松?36.26?51.45?10.00?
??? 栗木?34.60?58.60?57.04?
??? 檜木?50.67?56.15?78.70?
?????? 二、摩擦式金屬支柱的類型及使用
?????? （一）摩擦式支柱的類型
?????? 目前，煤礦使用比較多的摩擦式金屬支柱有兩種類型。
?????? 一種是微增阻支柱。它的活柱斜度小于1：500。微增阻支柱在工作過程中支柱工作阻力增加緩慢，如圖1-3所示。曲線1是微增阻摩擦支柱特性曲線，它的工作阻力開始增長較快，當達到初工作阻力后，隨支柱下縮而壓力增加緩慢，它的可縮量比急增阻支柱大。
?????? 另一種是急增阻支柱。它的活柱斜度為1：300。急增阻支柱工作時，隨著活柱的壓縮，工作阻力急劇增加，支柱可縮量小，其特性如圖1-3中曲線2。
?????? （二）摩擦式金屬支柱的選擇
?????? 金屬支柱型號選擇主要依據工作面煤層厚度、采高、頂板巖性等因素來確定。
?????? HZJA型支柱是急增阻金屬支柱，它適用于頂板下沉量小于100mm，采高在1.3m以下的緩斜采煤工作面。
?????? HZWA型支柱是微增阻金屬支柱，它的適用條件是：
?????? （1）煤層傾角小于25°，傾角在25-30°時采取安全措施后也可使用；
?????? （2）采高在1.3-2.4m，當采高不大于2.7m、頂板壓力不特別大時也可使用；
?????? （3）頂板不宜過軟，頂板最終下沉量小于400mm。
?????? 金屬支柱高度可由式（1-1）、式（1-2）確定。
?????? 支柱最大高度
????????????????????????? H1=M1-b?? （1-1）
?????? 支柱最小高度
????????????????????????? H2=M2-h-b-a? （1-2）
??? 式中? M1--煤層最大采高，mm；
????????? M2--煤層最小采高，mm；
????????? h--頂板最小下沉量平均值，mm；
????????? a--支柱的卸載安全高度，一般取50mm。
?????? （三）采煤工作面金屬支架的架設
?????? （1）工作面使用金屬支柱時，必須與金屬鉸接頂梁配套。特殊情況下按作業(yè)規(guī)程執(zhí)行。
?????? （2）摩擦式金屬支柱若有頂蓋丟失、柱體彎曲、楔組錯位、鎖箍變形和彈簧失效，不得使用。
?????? （3）金屬頂梁如果變形，焊縫開裂，不得使用。
?????? （4）掛金屬鉸接頂梁的操作要求：
?????? ①工作地點頂板暴露出來后，要立即掛金屬鉸接頂梁護頂，即一人把梁豎起，接頭朝上，其接端插到原支架頂梁的梁耳內，另一個人把圓銷子插進去；
?????? ②用手把頂梁托向頂板，迅速在頂梁鉸接口處插上水平銷。頂梁要垂直煤壁，并把梁調直、調平后，用錘子輕輕打緊，使頂梁受力而懸起，懸起的頂梁與頂板之間要留有一定空隙，便于插頂；
?????? ③按作業(yè)規(guī)程規(guī)定，在頂梁上均勻布置串桿，梁頭和柱肩要墊實；
?????? ④頂板破碎和再生頂板，串桿頂上必須用竹巴背嚴，空頂要剎實；
?????? ⑤持錘打緊水平銷，使頂梁和頂板間接緊。如果頂板壓力較大時，頂梁下需打上臨時柱，防止把梁壓下來造成事故。
?????? （5）架設摩擦金屬支柱的操作要求：
?????? ①架設支柱時，必須兩人操作；
?????? ②先找柱窩，同時找好排距、柱距和迎山角位置，將支柱豎起來，柱鎖水平楔小頭轉向煤壁，以便回柱；
?????? ③由一人抽出活柱至所需頂梁位置，并卡在梁牙上，另一人立即打緊柱鎖水平楔；
?????? ④使升柱器掛在柱鎖上，其U型夾套在活柱上，并打緊升柱器夾緊活柱后，松開柱鎖水平楔；
?????? ⑤操作升柱器手把，使活柱上升達到支柱撐緊為止，支柱頂蓋必須與頂梁相吻合，以防偏心承載；
?????? ⑥持錘打緊鎖上的水平楔，并先輕后重逐漸打緊，把柱子打成一個整體響聲為止；
?????? ⑦打緊水平鎖、升柱楔和水平楔時，周圍不準站人，以免用勁過猛，打偏錘傷人。打緊或打松及升柱時，要一手扶柱鎖，另一手持錘或升柱器，不要手持活柱芯子，以免活柱突然下降把手擠傷。
?????? 三、單體液壓支柱的類型與安全操作
?????? （一）單體液壓支柱的類型
?????? 單體液壓支柱按升柱時工作循環(huán)方式分為外注式和內注式兩個類型。
?????? 1、外注式單體液壓支柱
?????? 額定工作阻力245-294kN。其主要特點：工作介質（乳化液）由遠距離的液壓泵站通過液壓管路，經專用的注液槍注入缸內?；刂鶗r，柱內乳化液需排出柱體，每支設一根支柱需注入一次乳化液。
?????? 外注式單體液壓支柱的主要優(yōu)點是：三用閥一體組裝，零部件少，結構簡單；初撐力靠泵站壓力獲得，可靠性高；升柱速度是內注式液壓支柱的3-4倍，能提高支柱的支設效率；使用同一規(guī)格的支柱，外注式支柱自重減輕了5kg，減輕了工人勞動輕度。
?????? 其主要缺點是：液壓管路系統(tǒng)較復雜；乳化液不能回收復用，增加了成本，且乳化液流失在工作面底板上，使底板巖面膨脹變軟，影響支護效果。
?????? 2、內注式單體液壓支柱
?????? 額定工作阻力為245kN。工作介質為乳化油。由內注式支柱本身的手搖泵升柱，初撐力大小由人力操作手柄來決定，降柱靠支柱的活柱自重進行。
?????? 目前，在我國普遍推廣使用是是外注式單體液壓支柱。
?????? （二）單體液壓支柱的使用范圍
?????? （1）煤層傾角小于25°的采煤工作面。若煤層傾角在25-35°之間，采取安全措施后也可使用。
?????? （2）煤層底板不宜過軟，支柱壓入底板的深度按《采煤工作面質量標準》規(guī)定小于100mm，否則應采取加大底座或穿鐵柱鞋的措施。
?????? （3）綜采工作面端頭支護和臨時點柱。
?????? （4）一般薄及中厚煤層可使用單體液壓支柱。
?????? （三）單體液壓支柱的安全使用
?????? （1）采煤工作面必須經常配備10%左右的備用支柱，立著存放于工作面附近的安全、干燥、清潔的地點，支柱的卸載手把處于“關閉”位置。
?????? （2）采煤工作面嚴禁使用失效的單體液壓支柱。
?????? （3）單體液壓支柱工作面中，不得混合使用不同類型或不同性能的支柱。確因地質條件的變化必須使用時，必須制定安全措施。及時是使用同一類型的單體液壓支柱，為保證單體液壓支柱工作特性的一致，操作應注意以下幾點：
?????? ①柱帽規(guī)格一致，柱鞋規(guī)格一致，不得帶“病”使用，防止造成支柱對頂板實際支撐能力的差異；
?????? ②頂梁上必須加護頂插板時，木板規(guī)格應保持一致，架設規(guī)格也必須保持一致；
?????? ③支柱架設前必須清理底板的浮煤浮矸。
?????? （4）單體液壓支柱入井前必須逐根進行壓力試驗，并編號登記造冊。
?????? （5）采煤工作面回采結束后或使用時間超過8個月或在井下貯存3個月以上的單體液壓支柱必須升井檢修。檢修好的支柱必須進行壓力試驗，合格后方可使用。
?????? （6）為保證支柱有足夠的初撐力，并且不小于50kN，升柱注液一定時間后方可停止操作。支柱必須有防倒、防滑措施，嚴禁將支柱架設在浮煤浮矸上。
?????? （7）采煤工作面放炮時，必須采取防止損壞單體液壓支柱的有效措施。對崩倒、碰倒、損壞的支柱必須立即恢復或更換。嚴禁在控頂區(qū)域內提前摘柱。底板松軟時必須穿柱鞋。
?????? （8）嚴格按照支護設計的規(guī)格控制柱距、排距、控頂距，保證橫成排、豎成線。
?????? （四）使用單體液壓支柱應注意的問題
?????? （1）支柱在操作前均應按最大行程進行升柱、降柱至少兩個循環(huán)，以排出缸體內的空氣。
?????? （2）支柱架設前檢查零部件是否齊全，柱體有無彎曲、缺件、漏液等現(xiàn)象，不合格的支柱不得使用。
?????? （3）支柱支設前還必須檢查乳化液泵站及液壓管路系統(tǒng)。
?????? （4）支柱支設時應根據煤層傾角大小，設一定量迎山角，其范圍為0-9°。
?????? （5）單體液壓支柱支設的最大高度應小于支柱設計最大高度0.1；支設的最小高度大于支柱設計最小高度0.2m。
?????? （6）支柱與輸送機應有適當距離，以防采煤機撞倒支柱。
?????? （7）支柱頂蓋四爪應卡在頂梁槽內，不允許頂在頂梁上或頂梁接頭處。
?????? （8）禁止用錘、鎬等物體猛擊支柱的任何部分，搬運支柱時不許碰撞，以免損壞支柱
?????? （9）放頂時回出的支柱應支撐在作業(yè)規(guī)程規(guī)定的位置，并全部承載；對“壓死”的支柱，要打好臨時支柱，通過挑頂、臥底的方法取出。
?????? （10）嚴禁用單體液壓支柱做推溜器。
?????? （11）在操作過程中，若發(fā)現(xiàn)損壞、失效的支柱應及時更換。
?????? 四、單體支柱的初撐力、始動阻力和額定阻力
?????? （一）單體支柱的初撐力、始動阻力和額定工作阻力
?????? 在對頂板進行有效支護過程中，單體支柱從支設直至回柱，其作用經歷了初撐力、始動阻力和額定工作阻力的變化。
?????? 支架的初撐力是指支架剛架設時對頂?shù)装宓闹鲃訐瘟?。對木支柱和摩擦支柱，初撐力是借人工打緊或升柱器所形成的對頂板的支撐力。人工打緊的初撐力一般為2kN，絲桿升柱器的初撐力為8kN，液壓升柱器的初撐力為30-50kN。對液壓支柱，初撐力是液壓泵給定的。
?????? 支架的始動阻力是指頂板下沉、摩擦支柱或液壓支柱開始動作時的阻力。液壓支柱的始動阻力就是初撐力。
?????? 額定工作阻力是指支柱允許的最大工作載荷。支柱達到額定工作阻力時，摩擦金屬支柱的零件的變形尚未超出允許范圍。液壓支柱達到額定工作阻力時，安全閥開始動作。
?????? 提高支架的初撐力對減少頂板的下沉量、下沉速度和支架穩(wěn)定性有直接影響。初撐力過低，容易造成直接頂離層，使巖層變形破碎而造成局部冒頂。
?????? （二）影響支柱支撐能力的因素
?????? 支柱在井下的實際支撐能力由于在工作過程中受多方面因素的影響，不能簡單地用支柱出廠技術標準所規(guī)定的工作阻力來表示。進行支護密度的計算時，應從中扣除有關因素影響的部分。
?????? 1、自然地質條件的影響
?????? （1）傾角。煤層傾角過大的工作面，支柱搬移困難，支設的支柱穩(wěn)定性也較差，受力狀況惡化，支柱容易偏心受壓，產生縱向彎曲以至變形破壞。支柱支設不好，在偏心載荷的作用下，也易滑倒。所以，一般規(guī)定在煤層傾角小于25°的工作面才可使用單體液壓支柱，超過25°必須采取相應措施。主要有兩個方面：一是挖柱窩，防止倒滑竄滑；二是迎山角要找準，不能沒有也不宜過大，使支柱大體上垂直于頂、底板，保證軸向受力。
?????? （2）局部地質破壞。工作面遇到斷層帶或地質破壞嚴重地段、頂?shù)装迤扑?，甚至還有淋水的情況下，支柱容易穿頂、插底，嚴重影響支柱效果。必須采取在支柱頂上密封頂板、加頂梁、加密頂梁上的插板、支柱下面鋪設柱鞋、擴大支柱底座支撐面積等措施，減少局部地質破壞產生的影響。
?????? （3）頂?shù)装宓膸r性。原則上說，支柱對頂板支撐力的大小，一方面取決于支柱的初撐力，另一方面取決于初撐后壓縮活性，支柱得到增阻。但支柱的支撐力是支柱和圍巖（包括頂板和底板）相互作用的結果。支柱承受的頂板載荷，也是支柱施加于頂板的力。有時則通過柱帽、頂梁或柱鞋等輔助墊層將此力傳至頂?shù)装?，這樣一來，支架一圍巖系統(tǒng)的實際支撐力，有時將不取決于支柱本身有多大支撐能力，而僅取決于頂?shù)装逡约八妮o助墊層有多大的抗力（即反力）。
?????? 對于抗壓入強度低的頂?shù)装澹岣咧瘟?，防止支柱插入頂?shù)装宓奈┮煌緩绞羌哟笾Ъ芎晚數(shù)装宓慕佑|面積。加大頂板接觸面積的方法有戴柱帽、加頂梁或在頂梁上再加插板等。加大底板接觸面積的方法主要是“穿鞋”。由于木材橫向抗壓強度低，而液壓支柱初撐力高、剛度大，所以使用單體液壓支柱時，“鞋”、“帽”、頂梁等均不宜使用木材。同時也要盡量避免單柱帶帽的支護形式，而要采用鉸接頂梁的形式，在過于松軟地段采用特制的加寬頂梁上板的結構。底板特松軟時，則可使用增阻床和加寬的（尼龍）防止支柱鉆底的柱鞋。
?????? 2、混用支柱的影響
?????? 不同特性與不同材質的支柱以及不同的支護結構都會對控制頂板產生不同的影響。因而在同一采煤工作面中，不得使用不同類型或不同性能的支柱。如遇采高變化，使用一種規(guī)格支柱不適用時，可換用相同類型、相同工作阻力的其他規(guī)格的支柱。也就是說，一個工作面只能使用同一種技術特性的支柱。
?????? 以摩擦式金屬支柱與單體液壓支柱混用為例。摩擦式金屬支柱是增阻式的，只有頂板下沉量達到幾百毫米時，支柱才能達到額定工作阻力；而單體液壓支柱是恒阻式的，增阻快，在達到額定工作阻力以前下縮很少，達到額定阻力后 能保持恒定的高阻力。當這兩種不同技術特性的支柱在同一工作面混合使用時，各支柱的支撐力不能均勻的作用于頂板上，頂板壓力大多數(shù)集中在單體液壓支柱上，頂板的受力不均勻將使頂板狀況惡化。尤其頂板來壓時，單體液壓支柱急速超載，易于損壞。
?????? 另外，在一個工作面中也不能分段使用不同類型的支柱。試驗表明，分段使用的工作面單體液壓支柱支護的區(qū)段，頂板下沉量平均為30mm左右，頂板比較完整。使用摩擦式金屬支柱的區(qū)段，頂板下沉量明顯增大，平均達290mm左右。在兩種支柱交界附近則明顯地看出頂板變化很大，單體液壓支柱普遍變形，甚至明顯彎曲。此外，由于現(xiàn)場缺乏足夠的儲備，當單體液壓支柱數(shù)量不足時，往往以木支柱補充。由于木材縱向可縮性很小，基本上是剛性，混用的結果是木支柱超載被壓折，大量毀損。木支柱折損后，單體液壓支柱支撐力不夠，下縮量大，頂板急劇惡化。因此，同一工作面不能混用不同類型的支柱。
?????? 3、單體液壓支柱維護使用狀況的影響
?????? 液壓支柱清潔度的影響。液壓支柱清潔度是指液壓支柱內腔或三用閥中所含雜質的多少，其指標為：支柱內腔平均含雜質小于40毫克/根；最長支柱內腔平均含雜質小于50毫克/根；支柱三用閥含雜質小于10毫克/根。
?????? 使用過程中保持支柱內腔良好的清潔狀態(tài)，對保證支柱性能、防止支柱失效、減少支柱維修量至關重要。外注液式單體液壓支柱的單向閥和內注液式單體液壓支柱的通氣閥是易被污染的主要配件，使用時要采取有效措施防止被污染。
?????? （2）工作液的影響。例如DZ型外注式支柱，采用1-2%乳化油配制的乳化液，濃度大了造成浪費，濃度低了使支柱和閥銹蝕。工作介質的更換或濃度的改變等，都會使支柱和閥件銹蝕，影響其密封性能。
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