单体液压支柱迎山角的计算及打设方法
一、支柱迎山角的计算方法
迎山角是针对支柱打设的稳定与可靠性而定的，其目的就是为了加强支护技术方面的管理，便于对工作面顶板的维护，是为防止顶板沿倾向移动提出的。

下面从支柱的受力情况作一下分析（见图1），支柱支护顶板的压力，其主要是直接顶的重力，取一块直接顶 岩体A ，来进行受力分析。

在图1中，F 为老顶对直接顶的压力；F m 为老顶对直接顶之间的摩擦力；F 1，F 2分别为来自斜上方的围岩应力；G 为直接顶A 的自重；Q ，P 分别为重力G 沿倾角和法向上的两个分力；Z 为支柱对直接顶A 的支撑力；α为煤层倾角；α1为支柱与顶板间的法向夹角，即迎山角。

图1 支柱受力示意图
F
F 2
F m
F 1
Q
G
P
α
1
Z
α
当直接顶与老顶处于稳定的连接状态时，对工作面支护不会产生大影响，这种情况不必要进行分析，而直接顶与老顶处于滑动、离层的临界状态时，F 、F 1、F 2均可略去不计，直接顶A 从受力保持平衡的条件上，必须满足以下关系式：
1sin m F Z Q α+≥ （1）
1cos Z P
α≥ （2）
()1cos cos m F Z G f
αα=- （3）
sin Q GZ α=，cos P G α= （4）
式中f —直接顶与老顶间的摩擦系数。

将（3），（4）式代入（1）式得
()11cos cos sin sin Z G f Z G αααα-+≥ （5）
所以
()()
11cos sin cos sin Z f G f αααα-≥+
()11cos sin cos sin G
f f Z αααα+≥
+
设一锐角β，使
cos β=，sin β≥
则有
()()1sin sin G
Z αβαβ+≥
+
()1sin arc sin G Z
ααββ
⎡⎤
≥++⎢⎥⎣⎦
（6）
对于每棵支柱支护的直接顶重量G 则有以下表达式
h G N γ
=
式中 h —直接顶的厚度；
γ—直接顶的容重； N —工作面支护密度。

将此式代入（6）式则得迎山角为
()1sin arc sin h NZ γααββ⎡⎤
≥+-⎢
⎥⎣⎦ （7）
从受力分析结果来看，支柱迎山角是针对防止直接顶沿倾向滑动来确定的，而承受直接顶法向的压力在选择工作面支护密度计算时都考虑一定的富余系数，因此关于防止直接顶沿法向垮落的问题在此不必进行讨论。

二、 支柱迎山角的应用计算
由（7）式可以看出支柱迎山角的计算，必须知道直接顶的厚度h ，岩体容重γ，煤层倾角α，支护密度P ，支柱的支撑力Z 以及岩石的内摩擦角β。

一个工作面一经确定除支柱的支撑力Z 外，而支柱的支撑力则需从现场实际观测来确定，这样支柱的迎山角就可以从计算中得出。

以某煤矿一采区36层200-右工作面为例：该面煤层倾角α为14°；直接顶厚度h 为3.2m ；岩性为细砂岩，容重γ为3
2.5t m ；支
护密度N 选择为3
1.78m
根
；支撑力Z 通过现场观测为t
9根
，岩石内
摩擦角β取25°；由（7）式可知，选择的迎山角1 4.3α≥ ，取5°。

三、迎山角的打设方法
在实际操作中，用测量角度的方法来打设支柱迎山角，非常不便，可以通过以下测量距离的方法进行操作（见图2）。

图2 测量距离示意图
图2中，AB 为工作面顶板铅垂方向；CB 为工作面支柱；DB 为顶板法向；α、1α分别为煤层倾角和支柱迎山角。

由图中几何关系可知
()
1tan tan AC DB αα=- (8)
式中，DB 为工作面采高，通过计算可知AC 段的长度，操作者在作业时，从顶板A 点持一铅垂，将支柱底座置于顶板岩铅垂点B 上，支柱顶部打在顶板C 点处，C 点位置为从A 点沿顶板倾向量出事先计算好的AC 长度，即得出C 点位置。

实践证明，采用这种方法打设支柱迎山角简单准确，便于操作，既简化了工艺，又保证了支护质量。

四、支柱迎山角计算应用中应注意的问题
（1）、对支柱支撑力数值的观测是一个关键。

如果观测的不够准确，则迎山角的计算也就不够合理。

一个工作面，支柱支撑力是一个动态值，为了达到准确性，就要求勤观测，多取点，迎山角就要
D
α
1
α
αC
A
B
根据观测的结果不断地进行修正。

（2）、大倾角工作面，这种计算方法不适用，这时不但要考虑底板的移动，同时也要考虑支柱本身的防滑。

（3）、对于近水平煤层，支柱的迎山角可以不必考虑，即按底板的法向打设即可。

（4）、既然支柱的迎山角是针对防止顶板沿倾向滑动提出的，对于俯斜推进的工作面，在顶板连续、状态完好的情况下，迎山角就显得不重要，其支护的重点在于防止串矸和支柱本身的防滑。

（5）、迎山角的计算应用，适用于上下山巷道的架棚支护。