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課 程 大 綱 第一部分 煤礦頂板管理基本知識(shí) 第二部分　頂板支護(hù)技術(shù)與相關(guān)理論 第三部分　頂板檢測(cè)技術(shù)與裝備 第四部分　頂板事故預(yù)防及案例分析 第二部分　頂板支護(hù)技術(shù)與相關(guān)理論 第一節(jié) 、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 一、巷道斷面形狀的選擇 二、巷道支護(hù)方式的選擇 三、相關(guān)支護(hù)理論 第二節(jié)、壁式采煤工作面支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 一、壁式采煤支護(hù)技術(shù) 二、采煤工作面支護(hù)相關(guān)理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 1、巷道斷面形狀的選擇，主要取決于下列因素： （1）巷道穿過巖層的性質(zhì)，礦壓的大小和方向。 （2）巷道的服務(wù)年限和用途。 （3）支護(hù)方式和支護(hù)材料。 在穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、地壓較大的巖層中，開掘斷面小、服務(wù)年限不長的巷道，選用木支架，或服務(wù)年限較長，用工字鋼或π行支架支護(hù)的巷道，多采用梯形或矩形斷面。 在不穩(wěn)定、地壓大的巖層中，過服務(wù)年限長而用混凝土、磚或金屬支架支護(hù)時(shí)巷道多采用拱形斷面；當(dāng)圍巖特別松軟、底鼓嚴(yán)重時(shí)，則常采用帶底拱形的封閉拱形、橢圓形或圓形斷面。 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 二、巷道的支護(hù)方式 巷道支護(hù)方式有木支架、金屬支架、錨桿支護(hù)、錨噴支護(hù)和料石混凝土砌碹等。 支架、砌碹等支護(hù)方式，是著重改善圍巖運(yùn)動(dòng)狀況; 錨桿支護(hù)側(cè)重于提高圍巖本身強(qiáng)度; 錨桿噴漿支護(hù)方式，是將提高圍巖本身強(qiáng)度和改善圍巖運(yùn)動(dòng)狀況這二者結(jié)合起來。 支護(hù)方式的選擇，決定于圍巖穩(wěn)定狀況。對(duì)受工作面采動(dòng)影響小得巷道，可采用沉縮量小的剛性支護(hù)。對(duì)受工作面采動(dòng)影響大的不穩(wěn)定巷道，應(yīng)選用可縮性支護(hù)。 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 （一）棚式支架 棚式支架包括木支架、金屬支架和裝配式鋼筋混凝土支架等，主要用于服務(wù)期不長的采區(qū)巷道。 1、木支架 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 2、金屬支架 礦用工字支架 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 3、裝配式鋼筋混凝土支架 普通鋼筋混凝土支架 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支架 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 4、鋼管混凝土支架 在鋼管內(nèi)充滿混凝土就制成了鋼管混凝土，鋼管混凝土既有鋼材的高強(qiáng)度和延性，同時(shí)還具有混凝土耐壓和造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)，是一種介于鋼材和混凝土之間的復(fù)合材料。 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 （二）石材整體支架 石材整體支護(hù)是指用料石、混凝土或鋼筋混凝土砌筑成的整體支護(hù)。這種支護(hù)的主要形式是直墻拱頂式，它由拱、墻和基礎(chǔ)構(gòu)成，拱的作用是承受頂壓，并將它傳給側(cè)墻和兩幫。墻的作用是支承拱和抵抗側(cè)壓，一般為直墻。基礎(chǔ)的作用是將墻的力可分為豎壓力和橫推力。 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 （三）錨桿支護(hù) 錨桿支護(hù)是通過錨入圍巖內(nèi)部的錨桿改變圍巖本身力的力學(xué)狀態(tài)，在巷道周圍形成一個(gè)整體而又穩(wěn)定的巖石帶，利用錨桿與圍巖的共同作用，達(dá)到維護(hù)巷道穩(wěn)定的目的。 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 1、錨桿支護(hù)使用范圍 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類全面推廣，Ⅳ、Ⅴ類得到推廣應(yīng)用 綜放沿空掘巷錨桿支護(hù) 軟弱、破碎煤巷錨桿支護(hù) 三軟煤巷錨桿支護(hù) 深井煤巷錨桿支護(hù) 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 2、錨桿支護(hù)與架棚支護(hù)相比，其優(yōu)越性表現(xiàn)在： 屬于主動(dòng)支護(hù) 將巷道圍巖變成承載體 對(duì)巷道不規(guī)則斷面適應(yīng)性強(qiáng) 巷道圍巖變形量顯著減小，有利于安全生產(chǎn) 簡(jiǎn)化巷道布置，減少巖石工程 錨桿支護(hù)具有巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是我國煤炭行業(yè)繼綜合機(jī)械化之后的第二次支護(hù)技術(shù)革命  3 、錨桿支護(hù)理論 錨桿支護(hù)理論有：懸吊理論、組合梁理論、組合拱理論、最大水平應(yīng)力理論、圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論等。 4 、錨桿支護(hù)體系 （1）錨桿的種類 （2）目前我國錨桿支護(hù)體系及要求 ①錨桿 高強(qiáng)度、大直徑。破斷載荷一般在200~ 300kN以上，近年應(yīng)用破斷載荷400kN以上的錨桿。 延伸率均大于15% 。 錨桿直徑20~22mm。 穩(wěn)定性較高、維護(hù)要求低、服務(wù)時(shí)間短的巷道可以采用Q235圓鋼制造。 采用左旋、無縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，等強(qiáng)（錨桿尾部螺紋部分采用墩粗或熱處理、滾絲）。 錨桿成套：桿體、托盤（鋼板軋制，厚度根據(jù)礦壓確定）、球形墊圈（鑄鋼）、減摩墊圈（1個(gè)聚氨酯、1個(gè)鋁合金）、螺母（高強(qiáng)度、快速安裝螺帽）。 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 ②錨固劑及錨固方式 錨固劑：樹脂藥卷，一般采用凝結(jié)速度為超快與中速的樹脂藥卷配合。 全長錨固：錨桿中部受力最大；增阻速度快。具有較大的抗剪切能力。增加巖層間的法向力，阻止層間錯(cuò)動(dòng)，防止離層。在錨固范圍內(nèi)錨桿伸長1mm，可產(chǎn)生10～20kN的錨固力，支護(hù)剛度大。 端頭錨固：Ⅰ～Ⅱ類。全長或加長錨固：Ⅲ～Ⅴ類 使用藥卷長度一般CK2335、Z2360mm，復(fù)合頂板一般采用雙速2360和Z2360。 ③三徑匹配 鉆孔直徑比錨桿直徑大6～10mm 鉆孔直徑比樹脂藥卷大6mm左右 一般鉆孔直徑29mm，錨桿直徑20、22mm，樹脂藥卷直徑23mm。 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 ④網(wǎng)及鋼帶 網(wǎng)：采用金屬網(wǎng)、塑料網(wǎng)。嚴(yán)禁將最前排錨桿螺帽松開或等待后壓網(wǎng)。 鋼帶：鋼筋梯子梁、M型鋼帶、W型鋼帶等。要求鋼筋梯子梁采用高強(qiáng)度焊條焊接，防止開焊。鋼帶的厚度或鋼筋直徑根據(jù)礦壓確定。 ⑤預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù) 是一種主動(dòng)加強(qiáng)支護(hù) 以錨桿支護(hù)為主，以錨索為輔 樹脂錨固端加粗 錨固在穩(wěn)定煤巖層中均可以 采用直徑15.24mm、17.8mm錨索 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 （四）噴射混凝土支護(hù) 噴射混凝土支護(hù)是將一定配合比的水泥、砂、石子和速凝劑的干拌合料，通過混凝土噴射機(jī)、輸料管送至噴頭處與水混合，以較高的速度噴射于巖面上凝結(jié)硬化后形成混凝土結(jié)構(gòu)的支護(hù)方式。 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 三、相關(guān)錨桿支護(hù)理論 （一） 懸吊理論 （二） 組合梁理論 （三） 組合拱理論 （四）最大水平應(yīng)力理論 （五） 圍巖強(qiáng)化理論 （六） 圍巖松動(dòng)圈理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 三、相關(guān)支護(hù)理論 1、懸吊理論 將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在穩(wěn)定巖層上，以避免較軟弱巖層的破壞、失穩(wěn)和塌落，錨桿所受的拉力來自被懸吊的巖層重量。 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 由于錨桿長度一般都在1.6--2.5m之間，當(dāng)破碎帶較大超過其錨桿長度時(shí)，采用懸吊理論無法設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)。 實(shí)踐證明，即使巷道上部沒有穩(wěn)固的巖層，錨桿也能發(fā)揮其作用。 由于錨桿支護(hù)的主要對(duì)象不僅是破碎帶內(nèi)巖石的重量(自重)，而且還有破碎帶產(chǎn)生和發(fā)展過程中的碎脹變形力，而后者碎脹變形力遠(yuǎn)大于前者破碎帶內(nèi)巖石的自重。 軟弱圍巖中，錨桿的作用是將直接頂板的破碎巖石懸吊在其上部的自然平衡拱上，拱高可采用普氏壓力拱理論估算。 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 2、 組合梁理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 5、圍巖強(qiáng)化理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 6、圍巖松動(dòng)圈理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 第一節(jié)、巷道支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 圍巖松動(dòng)圈理論的主要觀點(diǎn)： 第二節(jié)　壁式采煤工作面支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 一、壁式采煤支護(hù)技術(shù) 1、采煤工作面頂板支護(hù)技術(shù)發(fā)展歷程： 木支柱→金屬摩擦支柱→液壓支護(hù)(單體液壓支柱、液壓支架) 2、支架類別及其特性： （1）、木支柱（木柱＋木梁） 木支柱強(qiáng)度受材質(zhì)影響很大，各支柱承載不均衡，回柱困難、效率低。回柱后復(fù)用率低，木材浪費(fèi)量大。工作面頂板下沉量大，冒頂事故多。 第二節(jié)　壁式采煤工作面支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 （2）、金屬摩擦支柱 金屬摩擦支柱使用液壓千斤頂提供初撐力，利用金屬銷和金屬桿之間的摩擦提供工作阻力。其初撐力小且不均勻，容易造成工作面頂板不均衡下沉和破碎。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，逐漸被性能更加可靠的單體液壓支柱替代。回采工作面金屬摩擦支柱支護(hù)2009年底起禁止使用。 第二節(jié)　壁式采煤工作面支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 （3）、單體液壓支柱 單體液壓支柱工作阻力恒定，各支柱承受載荷均勻，初撐力大，支設(shè)效率高，操作方便，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程卸載，回柱安全。 第二節(jié)　壁式采煤工作面支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 3、單體柱支護(hù)壁式工作面布置方式 普采或炮采工作面一般均采用單體液壓支柱與鉸接頂梁組成的懸臂支架。按懸臂頂梁與支柱的關(guān)系，可分為正懸臂與倒懸臂兩種。 第二節(jié)　壁式采煤工作面支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 按照梁的排列特點(diǎn)可分為：齊梁式和錯(cuò)梁式。 第二節(jié)　壁式采煤工作面支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 4、綜合機(jī)械化采煤工作面頂板支護(hù) 采煤工作面頂板采用液壓支架支護(hù)，順槽超前支護(hù)采用單體液壓支柱或超前支護(hù)液壓支架。 第二節(jié)　壁式采煤工作面支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 二、采煤工作面支護(hù)相關(guān)理論 1、經(jīng)驗(yàn)估算法（支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算）： 按照支架所需承受的頂板載荷與采后近似線形關(guān)系確定： P=N·M·r 式中，P—工作面所需支護(hù)強(qiáng)度，MPa； N—支架載荷相當(dāng)采高巖重，N=4～8； M—煤層采高，m； r—頂板巖石容重，KN/m³ 第二節(jié)　壁式采煤工作面支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 2、(淺埋深)頂板結(jié)構(gòu)理論計(jì)算方法 第二節(jié)　壁式采煤工作面支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 3、采煤工作面支架與圍巖相互作用原理 支架與圍巖相互作用體系： 橫向：“煤體——支架——垮落巖石”支撐系統(tǒng) 第二節(jié)　壁式采煤工作面支護(hù)技術(shù)及相關(guān)理論 縱向：“老頂——直接頂——支架——底板”支撐系統(tǒng)vP5紅軟基地

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