??? 4、底板比壓
??? 支柱或支架在滿足對頂板支護的同時，支柱不得發(fā)生鉆底或盡量減小鉆底量。通常要求鉆底量小于100mm。否則，則會影響對頂板的支護效果。為此，在進行工作面支護設計時，必須進行支柱對底板的比壓計算。
??? 煤層底板的抗壓入強度叫底板比壓，單位為：帕（Pa）、兆帕（MPa）。底板比壓是底板固有的性質(zhì)。
??? 頂板壓力通過支柱（架）底座對底板產(chǎn)生的壓強，即支柱（架）工作阻力與底座面積的比值，稱為支柱（架）對底板的比壓。支護設計時，應使支柱（架）對底板的比壓小于底板比壓。否則，支柱（架）就會鉆入底板或陷入底板，影響支護性能，惡化頂板狀況。
??? 5、支柱迎山角的確定
??? 一般煤層都有一定沒量的傾角，為保證支柱沿其軸線受力，必須支設迎山角。否則，支柱易發(fā)生彎曲，影響支撐頂板的效果。
??? 支柱軸線和煤層頂板法線的夾角稱為支柱的迎山角。支柱頂部由煤層頂?shù)装宸ň€向上偏移的距離叫迎山距。
??? 煤層傾角是確定支柱迎山角的決定因素。煤層傾角越大，支柱迎山角也相應越大。其原因是煤層傾角越大。直接頂破碎斷裂后形成的可動六面體的下滑力越大。
??? 支柱迎山角的大小還和直接頂巖性、穩(wěn)定程度有關。煤層傾角一定時，直接頂強度越大，支柱迎山角應越??；反之，則越大。對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類直接頂板，根據(jù)經(jīng)驗，一般按下式計算支柱迎山角：
?????????????? B=a/k??? （1-8）
??? 式中? B--支柱迎山角，（°）；
????????? a--煤層傾角，（°）；
????????? k--直接頂穩(wěn)定系數(shù)，k=6-8°，直接頂層理、節(jié)理發(fā)育時，k取小值；反之，k取大值。
??? 上式也可理解為當煤層傾角為6-8°時，支柱迎山角為1°。
??? （二）安全出口支護
??? 采煤工作面安全出口是人員活動集中、機電設備較多的地點，且是人員進出必經(jīng)之地。維護好上、下安全出口，對保證安全生產(chǎn)具有重要意義。為此，《煤礦安全規(guī)程》做了明文規(guī)定。
??? （1）每一個采煤工作面，必須經(jīng)常 保持至少兩個暢通無阻的安全出口，一個通到回風巷道，另一個通到進風巷道。開采三角煤、斷層帶、殘留煤柱或地質(zhì)構(gòu)造極為復雜的煤層，不能采用正規(guī)采煤方法的采煤工作面，確實不能保持兩個安全出口時，必須制定安全措施，并按管理權限報縣級以上煤炭管理部門審批。開采有瓦斯噴出、煤與瓦斯（二氧化碳）突出危險或突水危險的煤層時，嚴禁采煤工作面只有一個安全出口。
??? （2）采煤工作面所有安全出口與巷道銜接處的20m范圍內(nèi)，必須加強支護，巷道高度不得低于1.6m，綜合機械化采煤工作面所有安全出口與巷道銜接處的20m范圍內(nèi)，巷道高度都不得低于1.8m。安全出口必須設專人維護，支架有斷梁折柱時，必須及時更換。
??? 安全出口包括兩部分：一部分是兩巷超前支護，即采煤工作面上、下巷道距煤壁20m的范圍內(nèi)；另一部分是工作面上、下端頭，即沿工作面方向，下巷上幫、上巷下幫向工作面方向10m的范圍內(nèi)。由于這兩部分的礦壓和作業(yè)特點不同，其支護方式不同。
??? 上、下安全出口處，除利用原平巷和工作面基本支架支撐頂板外，加強支護必須架設特殊支架，其原因是工作面上、下端頭與風巷、機巷相交處控頂范圍大，兩巷超前20m內(nèi)受回采移動支承壓力和巷道固定支承壓力的雙重作用而壓力增大，斷梁折柱增多，支架損壞嚴重。根據(jù)頂板巖性和礦壓顯現(xiàn)的一般特征，采煤工作面兩巷超前支護為：煤壁外10m內(nèi)，在原棚梁下架雙排鉸接頂梁和單體支柱支護；10-20m范圍內(nèi)可采用單排單體支柱配鉸接頂梁支護。工作面上、下端頭支護為：機頭部位使用四對八根11﹟工字鋼長梁支護，一梁三柱，交替邁步前移，工字鋼梁制成花邊，以便于和支柱頂蓋配合；無傳動裝置的機尾部位使用兩隊四根11﹟工字鋼長梁支護，一梁三柱，交替邁步前移。上、下端頭的運輸機頭、機尾部位在靠采空區(qū)側(cè)架設木垛。高檔普采、炮采亦可采用工作面雙無銷頂梁配單體支柱支護。
??? 金屬網(wǎng)下分層工作面安全出口支護，一般是在機巷靠工作面煤壁一側(cè)架設一梁三柱托棚，原巷道中棚梁的一端搭在托棚梁上，工作面尾部除按工作面正常支護外，仍架設一梁三柱托棚托住風巷原木梁。無論上部或下部，均應不使網(wǎng)邊脫離兩巷支架。
??? 對于自然銹結(jié)的下分層工作面，其上、下端頭除使用兩隊兩根和四對八根工字鋼長梁支護外，還應采取提前探梁，在梁上插上小棍，用竹笆封頂。兩巷超前支護同上所述。
??? 第四節(jié)? 炮采、普采工作面的支護與安全操作
??? 隨著采煤工作面的推進，煤層的條件、頂板的條件、頂板的壓力都是在動態(tài)的變化過程中，頂板式中都在緩慢或劇烈地下沉，其完整性也遭到不同程度的破壞，使采煤工作面始終處在較明顯或潛在的危險狀況下。為此，必須對工作面進行敲幫問頂。
??? 敲幫問頂就是利用于鎬或鋼釬等工具敲擊暴露而未加管理的巖（煤）體，使其發(fā)出回音來探明巖（煤）體內(nèi)部是否松動、斷裂或離層的一種方法。
??? 班（組）長必須嚴格執(zhí)行敲幫問頂制度。開工前，班（組）長和安全檢查員必須對工作面安全情況進行全面檢查，確認無危險時，方準工人進入工作面。每個工作人員必須經(jīng)常檢查工作地點的頂板、煤壁、支架等情況。在急傾斜煤層中，還必須同時注意底板情況。當發(fā)現(xiàn)險情時，必須立即采取措施，隱患未排出之前，班（組）長和安全檢查員不得離開現(xiàn)場。
??? 【案例1-1】1991年8月7日，某礦丁5-614060炮采工作面，因爆破效果差，留下了不安全隱患。職工楊某在沒有認真敲幫問頂、沒有支護的情況下空頂作業(yè)，被護頂巖塊砸倒，傷勢過重死亡。
??? 采煤工作面在通常情況下，可根據(jù)煤層賦存條件不同或隱患不同，采取相應的支護措施。
??? 一、破碎頂板的支護
??? 破碎頂板的節(jié)理、層理較發(fā)育，膠結(jié)性能差，往往采后就自行垮落或因支架空檔內(nèi)局部漏頂，使鄰近支架“頂空”而倒柱，若處理不及時，則會使垮落面積增大。防止破碎頂板冒落的原則是要求支護密度大、懸露哦頂板少、控頂距要小、推進速度快。
??? 普采、炮采工作面必須采用鉸接頂梁。頂梁之上要用板皮（或小棍）、竹笆封頂，形成縱橫交叉，使頂板懸露面積縮小。在溜子道上方可提前探梁，靠煤壁打貼幫柱。破碎頂板的支護密度不但要滿足支柱強度的要求，也要有利于護頂，因此要適當加大支護密度，采取提前背笆護頂或掛梁措施。采煤機上行割頂煤時，跟機鋪臨時柱、后支貼幫柱，移溜過后支設固定柱，以縮短溜子道空頂時間和空頂面積，防止冒頂。
??? 當頂板特別松軟或有厚0.3m以上的偽頂且割煤（或放炮）后會立即冒落時，可采取用圓鋼打超前托棚的辦法。具體方法是：距頂板20mm-30mm處利用煤電鉆打眼，眼深2m左右，角度垂直于煤壁，打眼在割煤（或炮）前進行。圓鋼規(guī)格為直徑38mm，長2.4m，布置在兩架頂梁中間外探0.1-0.3m，推進一個循環(huán)后在圓鋼一端下打柱子，另一端由煤壁支撐。在割煤（或放炮）前，繼續(xù)采用同樣方法。在炮采工作面，發(fā)現(xiàn)頂板沿煤壁有顯著裂縫或下沉等現(xiàn)象時，工作面應停止放炮，立即打探梁、掛頂梁或套棚加強支護。
??? 二、煤壁片幫的支護
??? 由于采煤工作面煤壁在支承壓力作用下容易壓酥，因此在采高大、煤質(zhì)松軟的工作面往往容易因為片幫引起冒頂。防止煤壁片幫的主要安全措施如下所述：
??? （1）工作面煤壁要采直采齊，要及時打好正規(guī)支柱和貼幫柱，并給足初撐力，減少控頂區(qū)內(nèi)頂板的下沉量。
??? （2）采高大于2.0m，煤質(zhì)松軟時，除打貼幫柱外還應在煤壁與貼幫柱間加橫撐。
??? （3）在煤壁上部片幫嚴重的地點，應在貼幫柱上加托梁或超前掛金屬鉸接頂梁。在片幫深度大的地點，還應在梁端加打臨時頂柱。
??? （4）在爆破落煤工作面要合理布置炮眼，并掌握好炮眼角度。頂眼距頂板不要太近，裝藥量要適當。落煤后要及時挑頂刷幫，使煤壁不留傘檐。
??? 【案例1-2】1996年12月19日，某礦采煤二隊打眼工李某，在戊9-10-20080工作面機頭以上5m處，在放完炮、基本出完煤后沒有及時打貼幫柱，而掛花梁、倒懸臂梁多，采面工程質(zhì)量差，有沒有敲幫問頂，一個人違章單獨打眼，被掉下的矸石砸傷頭部，當場死亡。
??? 三、急斜及傾斜煤層單體支柱工作面頂板支護及安全操作
??? （1）嚴格支柱規(guī)格質(zhì)量，煤層傾角在25-35°時，迎山角一般取3-5°。煤層傾角小于35°或小傾角的急斜煤層時，應先根據(jù)煤層傾角，將采煤工作面調(diào)整為偽斜開采。為防止梁頭向傾斜下方甩動，掛梁前先掏超前梁窩，梁間用撐木撐好。單體柱間應上齊防倒繩或斜拉撐鉤。底板堅硬時，應鑿成麻面，增加支柱與底板摩擦力。必要時可沿煤層走向，在柱腳傾斜下方設置底梁。
??? （2）支架迎山有力，初撐力達到規(guī)定值，工作面不得有空載柱。
??? （3）采用傾斜托棚，防止支架歪倒。應有防倒柱的措施，防止倒柱砸人或撞倒其他支柱造成冒頂。
??? （4）為防止放頂冒落矸石撞倒支柱引起冒頂，放頂線應保持成一直線，并設聯(lián)鎖拉桿的傾斜托棚，掛好擋矸簾。
??? （5）分段回柱時，上下分段之間要設擋矸簾，并在下分段的上部采用戧柱和木垛等特殊支護。
??? （6）當煤層傾角大于35°，采空區(qū)上部存矸少、出現(xiàn)頂板抽空情況時，應采取以下措施：
??? ①放頂前要充填抽空區(qū)，充填物可用矸石等。充填方法可用風力或手動充填；
??? ②降低采高，降低的下限一般不低于1.5m，以減少抽空高度，提高支架的穩(wěn)定性；
??? ③如充填抽空有困難，初次放頂期間的控頂距離要適當加大，使老頂斷裂產(chǎn)生的沖擊大部分轉(zhuǎn)移到靠放頂線一側(cè)加寬的空間內(nèi)。在支護上，除原有的一排木垛外，在加寬空間范圍內(nèi)再加打一排木垛，以增加支柱的穩(wěn)定性。
??? （7）當煤層為立槽煤時，采用水平分層法，采煤工作面支護采用四、六排控頂，頂板為天然假頂。
??? 四、托偽頂或松軟破碎頂板的支護及安全操作
??? 這類頂板常因支架空檔內(nèi)局部漏頂，使鄰近支架“頂空”而倒柱，并且由于頂板允許暴露的時間短、面積小，常因割煤和放炮后機（炮）道得不到及時支護而發(fā)生冒頂。此外，在初次來壓和周期來壓時，偽頂和破碎頂板容易和上覆直接頂或堅硬頂板離層而垮落。使用金屬頂梁時，由于頂梁和頂板摩擦力很小，偽頂大面積垮落，支架往往成串被推倒造成大冒頂事故。因此應采取適當頂板管理措施。
??? （1）凡托偽頂或破碎頂板的工作面，除采時不得推采開切眼的另一幫煤柱。
??? （2）工作面要布置成俯斜開采，盡可能避免仰斜開采，上、下平巷與工作面盡可能布置成直角或大于60°的交角，避免出現(xiàn)銳角。另外，要沿偽頂或破碎頂板掘進，避免挑頂掘進。
??? （3）支護密度不但要滿足采場支護強度的要求，也要有利于護頂，因此，應適當加大支護密度，采取提前背笆護頂和掛梁措施。機組上行割底煤時，跟機前撤臨時柱，支貼幫柱，以縮短機道空頂時間和縮小空頂面積，控制機道冒頂。
??? （4）當頂板特別松軟或有厚0.3m以上的偽頂，且割煤（或放炮）后立即冒落時，可采用圓鋼打超前托梁的辦法。具體施工方法是：在距頂板2-3cm處用煤電鉆打眼，眼深2.0m角度垂直于煤壁。打眼在割煤（或放炮）前進行。打完眼后，穿入圓鋼。圓鋼直徑38mm，長2.4m，布置在兩側(cè)頂梁的中間，外露0.4m。兩個循環(huán)后，托梁留在煤壁內(nèi)的深度為0.8m，外露1.6m,端部由支柱支撐，再割煤（或放炮）前，繼續(xù)使用上述方法。
??? （5）初次來壓和周期來壓時，必須加強支護。在金屬頂梁和頂板間背上板皮或笆片，以增加它們之間的摩擦阻力；用單排或雙排交叉木垛，增設抬棚戧柱，以增加支柱的穩(wěn)定性。在傾角大于20°的工作面，初次來壓前最好不使用金屬鉸接頂梁，用木板梁和金屬支柱配合支護；初次來壓后，頂板穩(wěn)定時再使用金屬鉸接頂梁。
??? （6）在炮采工作面，發(fā)現(xiàn)頂板沿煤壁有顯著裂縫或下沉等現(xiàn)象時，工作面應停止放炮，在片幫嚴重的地方先打探板或掛上頂梁加強支護。
??? （7）條件允許時，從煤壁向斜上方頂板內(nèi)鉆眼，利用高壓泵注入樹脂凝固劑來粘結(jié)破碎頂板，以增加頂板的堅固性或固結(jié)易片幫的煤壁。
??? 五、托偽頂或留底煤的支護及安全操作
??? 當采煤工作面頂煤或底煤是劣質(zhì)煤不需要采出，或由于一次采全高丟底煤，或分層開采時留頂煤作為下分層開采頂板，或遇到斷層破碎帶留煤皮護頂開采時，叫托頂煤或留底煤開采。由于頂煤垮落，或遇到頂煤上的斷層破碎帶突然垮落，或由于支柱陷入底煤，往往容易發(fā)生冒頂事故，應采取適當安全技術措施。
??? （1）經(jīng)常掌握留頂煤或底煤的實際厚度，控制采高，采高不應大于所用支柱允許的最大高度，使支柱有力地支撐頂煤不讓它脫落。所留的頂、底煤，必須按規(guī)定留足必須的最小厚度，留底煤時支柱要穿上木鞋或鐵鞋，如果底煤過薄，應采取換柱以提高采出率。
??? （2）合理布置炮眼和控制裝藥量，頂?shù)籽劬囗敚海?、底（煤）板要?00mm以上，炮眼角度和裝藥量要適當，每次放炮數(shù)目不要太多，防止頂煤受震脫落。
??? （3）放炮后及時掛梁托頂煤，或打臨時支柱，同時用板皮或笆片背嚴，防止頂煤離層脫落。
??? （4）在保證通風、行人、運料的前提下，縮小控頂距，減小工作面頂煤的壓力。
??? （5）放頂時，放頂線采用一梁三柱戧棚，向采空區(qū)方向斜撐，以保證頂板來壓是有足夠的支撐力。頂壓大時，要加木垛，增加支架的穩(wěn)定性。
??? （6）留底煤的工作面，灑水要適當，防止底煤遇水潮解松動。
??? 第五節(jié)? 采空區(qū)處理
??? 采空區(qū)的處理方法主要全部垮落法、煤柱支撐法、充填法、緩慢下沉法。
??? 一、全部垮落法
??? 全部垮落法的作業(yè)范圍主要是放頂區(qū)，即從原切頂線到新切頂線的區(qū)域。主要適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類直接頂。其實質(zhì)是隨工作面向前推進，有計劃地回撤放頂線以外的支架，使直接頂巖層自行垮落。堅硬頂板則需要爆破方法強迫其垮落，以縮短直接頂?shù)膽伊洪L度和重力，減少采空區(qū)直接頂對工作面的壓力?？迓涞膸r石因具有一定的碎脹性，當填滿采空區(qū)時，可對老頂起到一定的支撐作用，從而減緩和限制老頂對工作面的影響。全部垮落法是沿工作面全長，在預定頂板垮落線內(nèi)架設特種支架，使采空區(qū)與工作面空間隔開。特種支架包括木垛、戧棚、戧柱等。當回撤支架后，使懸露在采空區(qū)的頂眼沿特種支架的采空區(qū)側(cè)垮落下來。若直接頂板堅硬，回柱后不自行垮落，則要進行強制放頂。
??? 全部垮落法處理采空區(qū)的主要工作是架設特種支架和回柱放頂，在綜采工作面主要是移架。
??? （一）特種支架的架設
??? 為了使直接頂沿頂板垮落線（即放頂線）垮落，需要沿放頂線的煤墻側(cè)架設特種支架。常用的特種支架有戧棚、木垛、戧柱等。
??? 戧棚是沿工作面傾斜方向在靠采空區(qū)一排支架的煤墻壁架設。根據(jù)戧棚梁長，采用一梁兩柱或一梁三柱。對接棚、棚腿戧向采空區(qū)，棚梁與頂梁、支柱接實，升緊打牢。
??? 木垛在靠工作面采空區(qū)一側(cè)用方木架設，方木截面一般為0.15m×0.15m或0.20m×0.20m，方木長為1.2m-1.6m。
??? 戧柱是在靠采空區(qū)一側(cè)每棵支柱的煤壁側(cè)，不用棚梁只打上支柱，支柱戧向采空區(qū)，升緊打牢。
??? （二）回柱放頂
??? 全部垮落法處理采空區(qū)的采煤工作面要隨著工作面推進不斷地支設支柱和回撤支柱，使工作始終保持在最大控頂距與最小控頂距之間，從而使采空區(qū)頂板在自重作用下垮落。
??? 在回柱放頂過程中，頂板活動比較強烈，工作面支架將受到較大的作用，對支架和人員都要嚴格要求?；刂彭敱仨氉袷叵铝幸?guī)定。
??? （1）用全部垮落法管理頂板的采煤工作面必須及時回柱放頂，控頂距超過作業(yè)規(guī)程規(guī)定時，禁止回采。如果回采后頂板仍不冒落，超過規(guī)定的懸頂距離時，必須停止采煤，采取人工強制放頂或其他措施進行處理。
??? （2）回柱放頂必須按作業(yè)規(guī)程規(guī)定的回柱放頂方法和安全措施進行?；刂彭斖排?、機采落煤等工序平行作業(yè)的安全距離都必須符合作業(yè)規(guī)程的規(guī)定。
??? （3）回柱放頂前，必須對放頂所用設備完好情況及作業(yè)區(qū)域內(nèi)安全情況進行全面檢查，對不符合質(zhì)量要求的支架重新支設，缺柱的補齊，壓力大時要加強支護，對工作面上、下出口和機頭、機尾的支護要重新加固。同時清理好退路。
??? （4）回柱必須按有里向外，自下而上的順序進行。分段回柱時，必須在分段處打兩棵攬頭（臨時）支柱?；刂笠皶r掛擋矸簾。撤下的頂梁要按號立放整齊，立柱打在新放頂線內(nèi)側(cè)梁下。采用密集支柱切頂時，兩段密集支柱之間必須留有寬0.5m以上的出口，出口間的距離和新密集支柱的超前距離都必須符合作業(yè)規(guī)程的規(guī)定。
??? （5）回柱時必須2人一組作業(yè)，1人回柱、1人觀山，不準單獨作業(yè)?；刂藛T必須站在所撤支柱的傾斜上方，且支架完整，無崩繩、崩柱、甩鉤、斷繩抽人等危險情況的安全地點工作。木支柱必須用機械回撤，放頂區(qū)域內(nèi)的支架、木垛都必須回收干凈。
??? 【案例1-3】1996年4月15日，某礦巳15-1205采煤工作面輸送機機尾處發(fā)生冒頂事故，該隊職工楊某違章進入放頂區(qū)單獨作業(yè)，并違反見四回一的規(guī)定，在頂板冒落時被埋住，經(jīng)搶救無效死亡。
??? 摩擦金屬支柱回柱操作時，一般使用柄長0.6-0.8m，重3kg的鐵錘將支柱水平楔打松，使活柱落下。金屬支柱卸載活柱下縮后，回柱人員用拔柱器或常把鐵鉤將支柱拉出，支設在新放頂線內(nèi)側(cè)梁下。單體液壓支柱回柱時則是搬動卸載手柄，活柱下縮，回出的支柱支設在新放頂線內(nèi)側(cè)梁下。
??? 二、煤柱支撐法
??? 當頂板非常堅硬（如礫巖頂板），采用全部垮落法管理頂板時，回柱后切不斷頂板，采空區(qū)懸頂面積較大，一旦垮落可能造成重大頂板事故。在此種情況下往往采用煤柱支撐法來管理采空區(qū)頂板。
??? 煤柱支撐法的主要優(yōu)點是大大減化了采空區(qū)處理工作，工藝簡單，避免了周期壓力對工作面的影響，為生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。它的缺點是煤炭資源損失嚴重，采出率低，在開采煤層群時，下層造成集中壓力，給工作面管理造成困難，掘進率高，搬家次數(shù)多。煤柱支撐法主要用于刀柱采煤法。
??? 三、充填法
??? 充填法處理采空區(qū)分全部充填法和部分充填法兩種。
??? 1、全部充填法
??? 開采有自然發(fā)火的特厚煤層，或地面有鐵路干線、重要建筑物、河流、湖泊或煤層上部較近處有含水豐富的巖層時，為了保護地面建筑物不受破壞，防止地表水和含水層水突然涌入井下，可用砂子、碎石等將采空區(qū)全部充填。我國某些礦區(qū)用水砂充填，個別礦使用風力充填。
??? 全部充填法能有效地減少采空區(qū)頂板的下沉，防止煤的自然發(fā)火，提高了采出率。但充填系統(tǒng)復雜，設備多，組織管理復雜，成本比全部垮落法增加30-50%，應用逐漸減少。
??? 2、部分充填法
??? 開采薄煤層時，利用矸石在采空區(qū)內(nèi)壘起若干條垂直于工作面煤壁的矸石帶支撐頂板，減少頂板移動和周期壓力，改善工作面頂板維護狀況。充填帶的寬度視充填材料而定，即支撐能力能支撐住充填帶上方巖層和各條帶之間懸頂巖層的重力，通常充填帶寬度為采高的2倍-2.5倍。充填帶間距為8-15m。
??? 部分充填方法，砌筑矸石帶勞動強度大、不易機械化，勞動效率低，成本高，一般很少采用。
??? 四、緩慢下沉法
??? 當頂板巖性有較大的韌性，無劇烈的破壞，回柱后撓曲下沉能緩慢地和底板接觸時，采用緩慢下沉法。工作面支護常用木垛和點柱管理，每放頂一次在靠近采空區(qū)一側(cè)每隔一段距離架設一個木垛，工作面采用（單體）點柱支護。
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