采场顶板支护方法

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1、第五章采场顶板支护方法第一节顶板分类与底板特征一、对直接顶的分析直接顶的完整程度取决于两个因素：一个是岩层本身的力学性质，另一个是直接顶岩层内由各种原因造成的层理和裂隙的发育情况。以直接顶的初次垮落步距L0作为直接顶分类的工程指标，并将初次垮落步距L0≥16~20m的顶板称为稳定顶板，把L0≤8m的顶板称为不稳定顶板，对L0=9～15m之间的顶板则称为中等稳定顶版。西德埃森采矿研究中心提出。端面破碎度是指支架前粱端部到煤壁间顶板破碎的程度，即破碎度以％表示。式中FA为破碎的面积，F为整个梁端到工作面煤壁的面积。但一般冒高超过5~10cm的面积才计入破碎面积。根据西德鲁尔区的大量测

2、定，可将该区的顶板分为三大类：一类为E=0～10％；二类为E=11%～30％，。三类为E>30％。对于第三类，则无论从支架设计及生产管理上均应使端面距尽可能地小，以防止顶板冒落。这三类端面距与顶板破碎度的关系如图5-1所示。图5-1端面距与顶板破碎度的关系二、对基本顶的分析在基本顶原分类中引入了直接顶厚度hi与煤层采高hm的比值N，N=hi/hm。分类认为：Ⅰ．N>5，这时基本顶的垮落与错动对工作面支架无多大影响，称为无周期来压或周期来压不明显的顶板。Ⅱ．2

3、与垮落都将对工作面支架有严重的影响。称为周期来压严重的顶扳。Ⅳ．基本顶特别坚硬，又无直接顶。这时顶板常在采空区内悬露上万平方米而不垮落。当其垮落时，则形成暴风，顶板往往沿工作面切落，造成事故。这类顶板称为极坚硬顶板。由于大面积坚硬顶板难以处理，长时期来，仍然只能使用煤柱支撑法来管理这类顶板，即每采一定距离后，采空区内留一段煤柱，以防止顶板冒落。显然，这种方法将造成很大的煤损，且不利于使用综合机械化采煤。但通过多年研究和实践，采用爆破放落部分顶板，或用注入高压水使顶板软化等办法处理顶板，已可基本控制大面积顶板垮落对工作面造成的严重威胁。这些将在第十章加以进一步叙述。Ⅴ．能塑性弯曲的

4、顶板。赋存在煤层之上的顶板，随着工作面的推进能缓慢下沉，而后逐渐与煤层底板相接触。这种情况的形成，显然与顶板岩层的性质，采高及岩层厚度有关。一般只可能在薄煤层或厚度不大的中厚煤层的石灰岩顶板中才出现。三、顶板分类方案及其指标表5-1直接顶分类指标及参考要素类别1类不稳定顶板2类中等稳定顶板3类稳定顶板4类非常稳定顶板1a1b2a2b基本指标τr≤44<τr≤88<τr≤1212<τr≤1818<τr≤2828<τr≤50岩性和结构特征泥岩、泥页岩、节理裂隙发育或松软泥岩、碳质泥岩、节理裂隙较发育致密泥岩、粉砂岩、砂质泥岩、节理裂隙不发育砂岩、石灰岩、节理裂隙很少致密砂岩、石灰岩、

5、节理裂隙极少主要力学参数参考区间综合弱化常量CZ=0.163±0.064CZ=0.273±0.09CZ=0.30±0.12CZC=0.43±0.157CZC=0.48±0.11单向抗压强度RC=27.94±10.75RC=36±25.75RC=46.3±20RC=65.3±33.7RC=89.4±32.6分层厚度h0=0.26±0.125h0=0.285±0.13h0=0.51±0.355h0=0.675±0.34h0=0.72±0.34等效抗弯能力RCh0<7.52RCh0=2.9~11.4RCh0=7.8~29.1RCh0=33~104RCh0=45.5~139.4注：参考指

6、标中，CZ、RC、h0均为该类顶板各煤层相应参数的平均值加减均方差。表5-2基本顶分级指标基本顶分级ⅠⅡⅢⅣ基本顶来压显现不明显明显强烈非常强烈ⅣaⅣb分级指标≤895895<≤975975<≤10751075<≤1145>1145四、底板特征底板岩层在矿山压力控制中涉及两类问题：其一是煤层开采后引起的底板破坏，其范围将与开采范围及采空区周围的支承压力分布有关，由于底板的破坏可能导致地下水分布的变化，如我国华北地区许多煤层的底板为奥陶纪石灰岩，富含水性，煤层开采后底板的变形破坏可能引起突水等事故，因此必须研究开采后的底板破坏规律；另一方面从采场支护系统而言，支护系统的刚度是由“底

7、板—支架—顶板”所组成，因此底板岩层的刚度将直接影响到支护性能的发挥，由于单体支柱的底面积仅100cm2，在底板比较松软的情况下，支柱很容易插入底板，从而影响对顶板的控制。图5-2工作面实测支柱载荷与支柱穿底量关系此处应指出，底鞋不宜采用木材，因为木材的横向抗压强度甚小，只有3MPa左右，与软底板情况相近，因此抗插入能力差，效果不明显。根据我国煤矿开采工作面底板对支柱的影响将底板进行了分类，如表5-3所示。可根据此表选择支柱应具有的底面积。表5-3我国缓倾斜煤层工作面底板分类方案