6-3顶板分类与架型选择.

项目三顶板分类与架型选择任务：能够简单描述采煤工作面的情况。项目三顶板分类与架型选择一、顶板及分类煤层围岩顶板底板伪顶直接顶老顶1、伪顶：是紧贴煤层之上的，极易随煤炭的采出而同时垮落的较薄岩层，厚度一般为0.3～0.5m，多由页岩、炭质页岩等组成。2、直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一般在1～2m，多由泥岩、而岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成。3、基本顶：又叫老顶，是位于直接顶之上或直接位于煤层之上（此时无直接顶和伪顶）的厚而坚硬的岩层。常在采空区上方悬露一段时间，直到达到相当面积之后才能垮落一次，通常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石的组成。（1）直接顶分类为了直接反应支架对直接顶顶板控制的难易程度，还必须对直接顶板进行分类。它所采用的指标将按反映顶板稳定性的岩石单项抗压强度（R）与节理裂隙间距（I）和分层厚度（h)综合而成的强度指数（D)来确定，如此可将直接顶板分为四类（表6-1）表6-1直接顶分类指标类别指标IIIIIIIV不稳定顶板中等稳定顶板稳定顶板坚硬顶板主要指标强度指标D＜3031～7071～100＞100无直接顶，岩层厚度在2～5m以上，Rc＞60～80MN.m-1；I和h＞1m参考指标直接顶初次垮落步距L.m＜89～1819～25＞25表中：D为强度指标，其计算公式为：D=10R·C1·C2式中R——岩石单向抗压强度，MN/m2；C1——节理裂隙影响系数；C2——分层厚度影响系数；C1、C2可按所测量的节理裂隙间距（I）和分层厚度（h）分别由6-2及表6-3查得。表6-2I与C1值得关系I,m0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2C10.30.320.340.370.390.410.430.460.480.50.520.55表6-3h与C1值的关系H,m0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2C20.240.250.270.290.30.320.350.360.380.390.41测定岩石的单向抗压强度R的岩样可取自采空区，制作成直径为48～56mm,高径比为1.8～2.2的试样，然后按部颁标准在实验室测定。节理裂隙间距Ｉ以在巷道内肉眼可见的最发育的一组构造裂隙为准。用有代表性的10个观测数据的平均值作为计算指标。分层厚度ｈ指的是不同岩性的岩层间和同一岩层内沿层理面间距。可以在巷道、工作面控顶区或采空区冒落区观测统计有代表性的10～15个数据，用它的平均值作为分类的技术指标。如果最下面的岩层厚度大于１ｍ时，就以该层为准。否则，取直接顶下位岩层1.5～2m内各分层厚度的平均值。为了预防可能出现的测量和计算误差，在直接顶分类中，可采用工程指标——直接顶初次垮落步距l对分类指标进行检验，见表6－1。直接顶初次垮落步距（l）以直接顶冒高超过１～1.1m占全工作面二分之一以上时，从工作面切顶线到开切眼煤壁之间的距离作为分类计算指标。如果工作面长度a与之比小于3时，可采用等效步距作为分类的参数指标。事实上，直接顶板分类的目的，原来的意图主要是选择液压支架架型，对单体支柱工作面则涉及到护顶方式的选择，同时也将影响到支架工作阻力的确定。lalal1为了支架选型、确定支架参数以及采空区处理方法，煤炭部于１９８１年颁发了“缓斜煤层工作顶板分类”试行方案。方案中对老顶来压强度进行了分级，所使用的指标见表6－4.分级老顶来压显现IIIIVIII不明显明显Ｎ＞３～５强烈极强烈３＜Ｎ≤３～５Ｌ＝２５～５０0.3＜Ｎ≤３~５、Ｌ＝５０Ｎ＜0.3、Ｌ＝25~30Ｎ≤0.3、Ｌ＞５０表6－4基本顶分级表在此分类中主要引入直接顶厚度∑h与采高M的比值N及老顶来压步距L。分类认为：（1）N＞3～５，这种老顶的垮落或错动对工作面支架受力无多大影响。其典型柱状如图3-1a所示，成为无周期来压或周期来压不明显的顶板；（2）0.3＜N≤3～５，且L=25～50m，这时老顶的失稳对工作面支架受载荷有较为严重的影响。其典型柱状如图3-1b；（3）0.3＜N≤3～５，且L=50m或N≤0.3、L=25～50m，这时老顶的悬露玉垮落都将对工作面支架有严重影响，典型柱状如图3-1c所示，称为周期来压严重的顶板；（4）N＜0.3且L＞50m，由于老顶特别坚硬，因而常能在采空区悬露上万平方米而不垮落。当其垮落时，则在工作面形成剧烈的矿山压力显现，从而要求采取特殊措施加以控制，其典型柱状如图3-1d所示。另外如图3-1e所示的柱状，则常常可能出现下位的石灰岩曾发生垮落，而上位则呈现缓慢下沉现象或全部呈现缓慢下沉现象，从而出现各种不同的矿山压力显现。因此，其分类将根据具体情况而定。二、液压支架的架型选择（一）、影响因素支架的造型主要取决于顶板性质、采高、煤层倾角等地质条件。1、煤层厚度2、煤层倾角3、底板强度4、地质构造5、瓦斯含量6、设备成本1、煤层厚度根据我国煤层赋存的特点，厚度超过2.5m、顶板有侧向推力或水平推力时，应选用抗扭能力强的支架，一般不宜用支撑式支架。根据煤层的不同硬度，厚度达到2.5～2.8m以上时，需要选择带有护帮装置的掩护式和支撑掩护式支架。煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大的掩护式或双伸缩支柱的支架。2、煤层倾角倾角在10°～15°（支撑式支架取下限，掩护式和支撑掩护式支架取上限）以上时，应选用带防滑装置的支架。倾角在18°以上时，应同时带防滑防倒装置。3、底板强度应使用对底板的载荷集度不超过底板的允许抗压入强度，在底板较软的条件下，选用时应作验算。4、瓦斯含量对瓦斯涌出量大的工作面，应符合煤矿安全规程的要求，并优先选用通风断面较大的支撑式和支撑掩护式支架。5、地质构造断层十分发育，煤层厚度变化过大，顶板的允许暴露面积和时间在5～8m、20min以下时，暂不宜使用综采。6、设备成本在同时允许选用几种架型时，应优先选用价格便宜的支架。（二）、液压支架架型的选择在部颁试行的方案中，对各类顶板应使用的支架架型及支护强度佐料如表３－５的规定。有关的说明如下：1、计算液压支架支护强度时的支护面积应为：支架中心距×（顶梁长度+移架后的端面距）。表中括号内数字系掩护支架顶梁上的支护强度，设计和选用时应根据括号内数字除以支撑效率，即为所需的支架总阻力。表中所列的支护强度根据各矿实际可允许±5%的波动范围。2、表中支护强度栏内的1.3、1.6和2为老顶分级的增压系数，即II、III、IV级来压强度与I级来压强度的增压比值，系根据同类型顶板统计分析所得。IV级顶板由于地质条件变化较大，故只给出最低值2，一般可以根据实际情况确定其适宜值。3、单体支柱的只护密度应根据表中的支护强度除以支柱实际达到的支撑力而得。4、表中采高系指最大采高，具体采高的支护强度可根据表内值用插值法确定。5、充填法和厚煤层下分层工作面的支护强度可以根据实际情况自行确定。6、根据支柱对顶板合力作用点的位置、切顶能力并照顾到当前使用的习惯，可按下列划分选择具体架型：7、表中所列的架型、支护强度和顶板管理方法适用于缓斜煤层。有关液压支架的选型也应做如下说明：液压支架架型的选择虽然主要取决于顶板条件，但还应根据其他地质条件结合各类支架的不同性能和特点，最终选择一种较为合理的架型。老顶级别IIIIIIIV直接顶类别１２３１２３１２３４４液压支架架型掩护掩护支撑掩护掩护或支撑掩护支撑枝城掩护诸城掩护支撑或枝城掩护支撑或枝城掩护支撑（采高小于2.5m）或支撑掩护（采高大于2.5m）液压支架支护强度KN/m2采高1m采高2m采高3m采高4m300350（250）450（350）550（450）1.3×3001.3×350（250）1.3×450（350）1.3×550（450）1.6×3001.6×3501.6×4501.6×550＞2×300＞2×350＞2×450＞2×550应结合深孔爆破、软化顶板等措施处理采空区单体支柱支护强度KN/m2采高1m采高2m采高3m1502503501.3×1501.3×2501.3×3501.6×1501.6×2501.6×350按采空区处理方法确定单体支柱支护与采空区处理措施控顶区超前梁和密背板顶梁和背板或顶梁顶梁或点柱顶梁和背板或顶梁顶梁或点柱顶梁和密背板顶梁和背板或顶梁顶梁或点柱点柱且顶线无密集柱必要时密集柱密集柱密集柱采空区处理垮落法垮落法垮落法结合强制放顶的垮落法深孔爆破或软化顶板的垮落法三、液压支架的总体参数1、高度和伸缩比2、宽度和覆盖率3、顶梁长度4、支护强度5、工作阻力和初撑力6、移架力和推溜力