切顶支柱与单体支柱的配合使用切顶支柱可与单体液压支柱或金属摩擦支柱配合使用,布置在采面末排支柱空档之间,并与输送机、单体支柱保持一定的位置关系。切顶柱间距一般为1.53m.布置方式。采场矿压显现采场矿压显现的强度,取决于采场推进速度,即每一个推进循环支柱的工作时间。采场推进速度缓慢,支柱循环工作的时间越长,支柱可能承受的老顶范围将愈大,当支柱对老顶采取限定变形方案时,支柱载荷递增的强度将愈大,当支柱在给定变形状况下工作时,顶板的下沉和支柱的沉缩将会高速发展。当工作面处于下位岩梁裂断来压期间,这种情况将严重地显现出来,很容易出现压死支柱等重大顶板事故。
切顶支柱工作面的矿压显现特点是:基本支柱压力减小,顶板下沉量减小,老顶来压较缓和,顶板维护条件好(图略)。造成这种效果的原因有以下几点:(1)切顶支柱的支撑力大,切顶效果好,能及时将顶板沿放顶线切落,减小或消除了直接顶悬顶现象。从而减小了直接顶压力。(2)由于切顶支柱的使用改变了工作面支撑力分布状态,能较好地适应顶板压力的分布,使支撑合力点后移,从而减小或消除了由于支撑力不合理而造成的附加载荷。(3)切顶支柱的切顶效果很好,能够将顶板及时切落,由于每个循环顶板都被切落一次,从而加大了岩石的碎胀系数。有利于充满采空区,使采空区冒落矸石及早承载,从而使老顶周期来压强度较为缓和。
工作面压力工作面压力也可以说是工作面支柱承受的载荷,由3部分组成:工作面支柱受力简图Q2.附加阻力P.支柱阻力(1)直接顶作用力Q1=hoL1(1)式中ho直接顶厚度;L1悬顶距;容重。(2)老顶作用力Q2=Ro-Ttg(-)(2)式中T水平推力;Ho老顶在前方的剪切力;tg(-)在断裂面成角时的摩擦系数。Q2载荷的作用位置一般是在直接顶板靠近采空区一侧,直接顶越完整、越坚硬,则Q2载荷的作用位置就越靠后。附加载荷由于顶板压力与支架反力不一定作用在同一作用点上,而形成附加力,当顶板完整坚硬时,悬顶距较大,则易于形成附加力,造成后排支柱压力高于前排,一般来讲,顶板越坚硬,附加力越大。
防止冒顶事故的发生切顶支柱的使用能够改善顶板支护条件,使载荷分布发生明显的变化。由于切顶支柱工作阻力高、刚度好、所以它的使用能防止顶板冒落事故。维护老顶砌体梁的平衡所谓的砌体梁的平衡,是指在工作面开采过程中,由于原岩应力的平衡状态被打破,应力要进行重新分布,以取得新的平衡。因此,采场消空的应力分布是不均衡的。由于工作面上顶岩层形成砌体梁式的平衡,因此,其重量是由煤壁、工作面支柱、采空区已冒落砰石支撑体系支撑。
改变直接顶的受力条件直接顶可被视作岩梁,它的受力状态因支护条件的不同而变化。在单体柱工作面,特别是摩擦支柱或木支柱工作面,由于支护强度不够,支撑力无法与顶板压力相抗衡。当支撑力与顶板压力相比相差悬殊时,则顶板岩梁可近似看作悬臂梁。切顶支柱的工作阻力高。因此,切顶支柱支撑点可视为岩梁的简支点,则岩梁变成双支梁形式。*大弯矩点在切顶线附近,且弯矩的绝对值比悬臂梁要小得多。这就避免了顶板沿煤壁切落事故,也说明了切顶支柱的切顶作用。
结语切顶支柱的使用大大地提高了回柱放顶的效率,可以把一个正常的循环作业需时量缩短一半。所以,使用液压切顶支柱来加强采面切顶线的管理,而研究改变切顶线的支护形式和回柱工艺是保障切顶线施工安全和缩短循环作业时间的重要措施,对减少顶板事故,提高采面单产也具有重要意义。