?????? 一般木材的強(qiáng)度如表1-1
??? 表1-1? 木材強(qiáng)度表
??? 木材名稱?抗壓強(qiáng)度/MPa?抗拉強(qiáng)度/ MPa?抗彎強(qiáng)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(dāng)達(dá)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(jù)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(dāng)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(shè)
?????? （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(diǎn)頂板暴露出來后，要立即掛金屬鉸接頂梁護(hù)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(nèi)，另一個人把圓銷子插進(jìn)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(diào)直、調(diào)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(shí)；
?????? ④頂板破碎和再生頂板，串桿頂上必須用竹巴背嚴(yán)，空頂要剎實(shí)；
?????? 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(shè)摩擦金屬支柱的操作要求：
?????? ①架設(shè)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(zhuǎn)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(dá)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(zhǔn)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?jǐn)D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(nèi)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(diǎn)：工作介質(zhì)（乳化液）由遠(yuǎn)距離的液壓泵站通過液壓管路，經(jīng)專用的注液槍注入缸內(nèi)?；刂鶗r，柱內(nèi)乳化液需排出柱體，每支設(shè)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(diǎn)是：三用閥一體組裝，零部件少，結(jié)構(gòu)簡單；初撐力靠泵站壓力獲得，可靠性高；升柱速度是內(nèi)注式液壓支柱的3-4倍，能提高支柱的支設(shè)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(diǎn)是：液壓管路系統(tǒng)較復(fù)雜；乳化液不能回收復(fù)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(hù)效果。
?????? 2、內(nèi)注式單體液壓支柱
?????? 額定工作阻力為245kN。工作介質(zhì)為乳化油。由內(nèi)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(jìn)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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定小于100mm，否則應(yīng)采取加大底座或穿鐵柱鞋的措施。
?????? （3）綜采工作面端頭支護(hù)和臨時點(diǎn)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(jīng)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(diǎn)，支柱的卸載手把處于“關(guān)閉”位置。
?????? （2）采煤工作面嚴(yán)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(zhì)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(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
?????? 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(shí)際支撐能力的差異；
?????? ②頂梁上必須加護(hù)頂插板時，木板規(guī)格應(yīng)保持一致，架設(shè)規(guī)格也必須保持一致；
?????? ③支柱架設(shè)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(jìn)行壓力試驗(yàn)，并編號登記造冊。
?????? （5）采煤工作面回采結(jié)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(jìn)行壓力試驗(yàn)，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(yán)禁將支柱架設(shè)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(fù)或更換。嚴(yán)禁在控頂區(qū)域內(nèi)提前摘柱。底板松軟時必須穿柱鞋。
?????? （8）嚴(yán)格按照支護(hù)設(shè)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(yīng)注意的問題
?????? （1）支柱在操作前均應(yīng)按最大行程進(jìn)行升柱、降柱至少兩個循環(huán)，以排出缸體內(nèi)的空氣。
?????? （2）支柱架設(shè)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(shè)前還必須檢查乳化液泵站及液壓管路系統(tǒng)。
?????? （4）支柱支設(shè)時應(yīng)根據(jù)煤層傾角大小，設(shè)一定量迎山角，其范圍為0-9°。
?????? （5）單體液壓支柱支設(shè)的最大高度應(yīng)小于支柱設(shè)計最大高度0.1；支設(shè)的最小高度大于支柱設(shè)計最小高度0.2m。
?????? （6）支柱與輸送機(jī)應(yīng)有適當(dāng)距離，以防采煤機(jī)撞倒支柱。
?????? （7）支柱頂蓋四爪應(yīng)卡在頂梁槽內(nèi)，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(yùn)支柱時不許碰撞，以免損壞支柱
?????? （9）放頂時回出的支柱應(yīng)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(yán)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(yīng)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(jìn)行有效支護(hù)過程中，單體支柱從支設(shè)直至回柱，其作用經(jīng)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(shè)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(dá)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(dá)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(shí)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的工作阻力來表示。進(jìn)行支護(hù)密度的計算時，應(yīng)從中扣除有關(guān)因素影響的部分。
?????? 1、自然地質(zhì)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(shè)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(chǎn)生縱向彎曲以至變形破壞。支柱支設(shè)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(yīng)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(zhǔn)，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(zhì)破壞。工作面遇到斷層帶或地質(zhì)破壞嚴(yán)重地段、頂?shù)装迤扑椋踔吝€有淋水的情況下，支柱容易穿頂、插底，嚴(yán)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(shè)柱鞋、擴(kuò)大支柱底座支撐面積等措施，減少局部地質(zhì)破壞產(chǎn)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(jié)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)装澹@樣一來，支架一圍巖系統(tǒng)的實(shí)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(qiáng)度低的頂?shù)装?，提高支撐力，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(qiáng)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(hù)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(jié)構(gòu)。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(zhì)的支柱以及不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)都會對控制頂板產(chǎn)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(shù)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(dá)到幾百毫米時，支柱才能達(dá)到額定工作阻力；而單體液壓支柱是恒阻式的，增阻快，在達(dá)到額定工作阻力以前下縮很少，達(dá)到額定阻力后 能保持恒定的高阻力。當(dāng)這兩種不同技術(shù)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?qū)⑹鬼敯鍫顩r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(yàn)表明，分段使用的工作面單體液壓支柱支護(hù)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(dá)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(dāng)單體液壓支柱數(shù)量不足時，往往以木支柱補(bǔ)充。由于木材縱向可縮性很小，基本上是剛性，混用的結(jié)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(hù)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(nèi)腔或三用閥中所含雜質(zhì)的多少，其指標(biāo)為：支柱內(nèi)腔平均含雜質(zhì)小于40毫克/根；最長支柱內(nèi)腔平均含雜質(zhì)小于50毫克/根；支柱三用閥含雜質(zhì)小于10毫克/根。
?????? 使用過程中保持支柱內(nèi)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(guān)重要。外注液式單體液壓支柱的單向閥和內(nèi)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(fèi)，濃度低了使支柱和閥銹蝕。工作介質(zhì)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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