MT T 554—1996 缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类.pdf

中华人民共和国煤炭行业标准 MT /T5 5 41 9 9 6 缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类 1 9 9 6 - 0 8 - 1 4批准1 9 9 7 - 0 2 - 0 1实施 中华人民共和国煤炭工业部批 准 目 次 1 主题内容与适用范围1 2 引用标准1 3 术语及代号1 4 直接顶分类1 5 基本顶分级3 6 直接顶分类和基本顶分级对支护设备的选型及参数选择的要求5 附录A 由顶板强度指数D推算直接顶类别 参考件 6 附录B 各级基本顶相应的典型地质技术条件 参考件 6 附录C 围岩可控程度分组和支架选型 参考件 6 附录D 顶板分类对液压支架额定支护强度的要求 参考件 7 附录E 顶板分类对单体液压支柱支护强度的要求 参考件 8 Ⅰ MT/T5 5 41 9 9 6 缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类 1 主题内容与适用范围 本标准规定了缓倾斜煤层采煤工作面直接顶稳定性分类 以下简称直接顶分类 , 基本顶压力显现 分级 以下简称基本顶分级 和各类级顶板对支护设备选型和参数选择的要求。 本标准适用于缓倾斜煤层采煤工作面, 对倾斜煤层采煤工作面也可参考使用。 2 引用标准 G B/T1 6 4 1 4 煤矿科技术语 岩石力学 3 术语及代号 本标准的术语及代号见表1。 表1 术语及代号 编号术语名称代号单位符号定义或说明 3 . 1 直接顶厚度 him G B/T1 6 4 1 4 3 . 2 直接顶平均 分层厚度 hom 直接顶下位岩层, 其厚度相当于煤层厚度的部分中, 按岩性和强度形成的各组岩层的分层厚度平均值 3 . 3 直接顶初次垮落距 lrm G B/T1 6 4 1 4 直接顶初次垮落距按冒高超过0 . 5m, 沿工作面方向冒落长度超过工作面总长度的5 0时工 作面煤壁至切眼煤帮之间的距离计算 3 . 4 计算直接顶 初次垮落距 lr cm 按给定公式计算得到的直接顶初次垮落距 3 . 5 综合弱化常量 Cz mMP a/MP a 反映煤层顶板结构, 分层厚度和裂隙分布对顶板稳 定性综合影响的常量 3 . 6 基本顶 G B/T1 6 4 1 4 老顶的同义词 3 . 7 基本顶初次 来压步距 Lfm G B/T1 6 4 1 4 3 . 8 修正基本顶 初次来压步距 Lf cm 当基本顶初次来压步距超过工作面长度1/2时, 需要进 行修正。修正后的Lf c称为修正基本顶初次来压步距 3 . 9 基本顶周期来压步距 Lpm G B/T1 6 4 1 4 3 . 1 0 直接顶充填系数 N 直接顶厚度hi 与煤层采高hm 的比值 3 . 1 1 煤层采高 hmm 4 直接顶分类 4 . 1 类别名称 采煤工作面直接顶类别按其在开采过程中表现的稳定程度进行划分。共分为4类。其中,1类又分 1 MT/T5 5 41 9 9 6 为2个亚类。类别代号及名称见表2。 表2 直接顶类别代号及名称 1类 1 a1 b 2类3类4类 不稳定中等稳定稳定非常稳定 4 . 2 分类指标 4 . 2 . 1 基本指标 直接顶分类的基本指标是平均直接顶初次垮落距 lr 4 . 2 . 2 岩性和结构特征及主要力学参数参考区间 岩性、 节理裂隙, 分层厚度、 岩石单向抗压强度及其乘积 等效抗弯能力 和综合弱化常量, 是划分直 接顶类别的重要参考要素。 4 . 2 . 3 分类指标和参考要素 直接顶分类指标及参考要素见表3。 表3 直接顶分类指标及参考要素 类别 1类 1 a1 b 2类3类4类 基本指标 τr≤44τr≤88τr≤1 81 8τr≤2 82 8τr≤5 0 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 岩节理裂隙极少 主要 力学 参数 参考 区间 综合弱 化常量 Cz 0 . 1 6 30 . 0 6 4 Cz 0 . 2 7 30 . 0 9 Cz 0 . 3 00 . 1 2 Cz c 0 . 4 30 . 1 5 7 Cz c 0 . 4 80 . 1 1 单向抗 压强度 Rc 2 7 . 9 41 0 . 7 5 Rc 3 62 5 . 7 5 Rc 4 6 . 32 0 Rc 6 5 . 33 3 . 7 Re 8 9 . 43 2 . 6 分层厚度 ho 0 . 2 60 . 1 2 5 ho 0 . 2 8 50 . 1 3 ho 0 . 5 10 . 3 5 5 ho 0 . 6 7 50 . 3 4 ho 0 . 7 20 . 3 4 等效抗 弯能力 Rcho 7 . 5 Rcho 2 . 91 1 . 4 Rcho 7 . 82 9 . 1 Rcho 3 31 0 4 Rcho 4 5 . 51 3 9 . 4 注 参考指标中,Cz,Rc,ho均为该类顶板各煤层相应参数的平均值加减均方差。 4 . 2 . 4 2类直接顶的划分 对于2类直接顶, 可根据需要分为两个亚类, 见表4。 表4 2类直接顶的划分 代号基本指标区间 2 a8τr≤1 2 2 b1 2τr≤1 8 4 . 3 直接顶类别的确定方法 4 . 3 . 1 已采多个工作面的煤层 根据本煤层实测的直接顶初次垮落距, 按式 1 求出其平均值τr, 查表3, 确定该煤层直接顶所 属类别。 2 MT/T5 5 41 9 9 6 τt∑ n i1 lri 1 式中 l ri 同一煤层已开采工作面的实测直接顶初次垮落距; n 同一煤层已开采工作面数, 一般应不少于3。 4 . 3 . 2 同一煤层由已采上作面推算未采工作面 如已知煤层某工作面直接顶初次垮落距l τ, 可按式2 计算其综合弱化常量, 并进而按式3 推算该 煤层其他工作面初次垮落距l r c i, 取不少于3个工作面的平均值用lr c代换表3的Ir然后按表3, 确定其 直接顶类别。 Cz 0 . 1 1 8 6lz c Rc1ho 1 2 lr c i8 . 9 4C2Rciho i 3 式中 Rc l 已采工作面的单向抗压强度; ho 1 已采工作面的直接顶分层厚度 Rct 某未采工作面的单向抗压强度; ho i 某未采工作面的直接顶分层厚度。 4 . 3 . 3 当基本指标处在两类界线附近时, 可根据岩性, 结构特征, 其他力学要素所处区间判定所属 类别。 4 . 3 . 4 未采煤层 如果煤层尚未开采, 可根据地质条件相近的相邻煤层的综合弱化常量 Cz 及钻孔岩芯的取样试验, 确定直接顶下位岩层的单向抗压强度及直接顶平均分层厚度, 按式 3 计算直接顶初次垮落距, 由表3 确定直接顶类别。 4 . 3 . 5 由直接顶强度指数, 推算直接顶类别 如已知直接顶强度指数D , 可按附录A 参考件 推算直接顶类别。 5 基本顶分级 5 . 1 级别名称 根据基本顶压力显现强烈程度, 将基本顶进行分级, 共分为四级。其中,Ⅳ级又分为两个亚级。级 别名称和代号见表5。 表5 级别名称及代号 代号 Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级 Ⅳ级 ⅣaⅣb 名称不明显明显强烈非常强烈 5 . 2 分级指标 基本顶的分级指标是基本顶初次来压当量 Pe , 其值由基本顶初次来压步距Lf , 直接顶充填系数 N 和煤层采高 hm 按式4 确定。基本顶的分级指标见表6。各级基本顶相应的典型地质技术条件见 附录B 参考件 。 3 MT/T5 5 41 9 9 6 Pe2 4 1 . 3 l nLf-1 5 . 5N5 2 . 6hm 4 式中 Pe 基本顶初次来压当量,k N/m 2 表6 基本顶分级指标 基本顶级别 Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级 Ⅳ级 ⅣaⅣb 分级指标 Pe≤8 9 58 9 5Pe≤9 7 59 7 5Pe≤1 0 7 51 0 7 51 1 4 5 5 . 3 基本顶级别确定方法 5 . 3 . 1 计算初次来压步距 当初次来压步距不超过工作面长度的1/2时, 取其实测值作为式4 的Lf。如果初次来压步距超过 工作面长度1/2时, 实测的初次来压步距需按照式5 、 6 、 7 进行修正。将修正后的基本顶初次来压 步距Lf c, 取代式4 中的Lf。 5 . 3 . 1 . 1 四周未采的工作面 Lf e Lf 1k / 1μk 5 5 . 3 . 1 . 2 一边采空或有走向断层的工作面 Lf c Lf 22k / 43μk 6 5 . 3 . 1 . 3 两侧已采的工作面 L f c Ll 21k / 〔31μk 〕 7 式中 kLf/LwLw为工作面长度 ; μ 基本顶岩石的波桑系数 一般可取 砂质页岩,μ0 . 3 5; 砂岩,μ0 . 20 . 3; 砾岩, μ0 . 2 。 5 . 3 . 2 用周期来压步距推算初次来压步距 如已知基本顶周期来压步距 Lp , 可用式8 推算初次来压步距Lf Lf2 . 4 5Lp 8 5 . 3 . 3 直接顶充填系数计算 直接顶充填系数N按式9 计算 Nhi/hm 9 5 . 3 . 3 . 1 直接顶厚度确定原则 a .当直接顶厚度小于6倍采高时,hi取实测直接顶厚度; b .当直接顶厚度大于6倍采高时, 取hi6hm。 4 MT/T5 5 41 9 9 6 5 . 3 . 3 . 2 煤层采高hm 确定原则 a .一次采全高的工作面, 以煤层厚度作为煤层采高; b .分层开采的工作面, 以分层采高作为煤层采高。 5 . 3 . 4 计算初次来压当量平均值􀭻Pe及级别划分 由已采工作面的Lf、N, hm, 按式4 计算初次来压当量平均值􀭻Pe, 然后对照表6, 对该煤层基本顶 级别进行判定。 6 直接顶分类和基本顶分级对支护设备的选型及参数选择的要求 直接顶分类和基本顶分级对支护设备的选型及参数选择的要求见附录C、D、E 参考件 。 5 MT/T5 5 41 9 9 6 附 录 A 由顶板强度指数D推算直接顶类别 参考件 A 1 已知直接顶板强度指数D , 可按公式A 1,A 2换算出直接顶初次垮落距lr。然后按表3确定直接 顶类别。 a .不稳定顶板 lr2 . 4 36 . 2 2D A 1 b .中等稳定以上顶板 lr6 . 4 42 . 2 D A 2 附 录 B 各级基本顶相应的典型地质技术条件 参考件 B 1 各级基本顶相应的典型地质技术条件的组合 见表B 1 表B 1 基本顶分级界限及相应的典型条件 基本顶级别 Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级 Ⅳ级 ⅣaⅣb 分级界限, k N/m 2 Pe≤8 9 58 9 5Pe≤9 7 59 7 5Pa≤1 0 7 51 0 7 51 1 4 5 典 型 条 件 Lf,m N区间123412341234123412 hm11 2 0 hm29 6 hm37 8 hm46 2 附 录 C 围岩可控程度分组和支架选型 参考件 C 1 顶板分类和围岩可控程度分组 根据直接顶、 基本顶和底板的类级的不同组合, 可将采煤工作面围岩可控程度分为三组 难控围岩 G1 1,G1 2 , 较难控围岩G2 , 易控围岩G3 , 见表C 1。 表C 1 采煤工作面围岩可控程度分组 围岩 可控程度 难控围岩较难控围岩易控围岩 G1 1G1 2G2G3 直接顶类别 12,3,42 a2 b,3 基本顶级别 Ⅰ,Ⅱ,ⅢⅣⅢⅠ,Ⅱ 底板类别 Ⅰ,ⅡⅢ,Ⅳ,ⅤⅠ,ⅡⅡ,Ⅳ,Ⅴ C 2 支护设备选型和围岩可控程度 支护设备选型和围岩可控程度的关系见表C 2。 6 MT/T5 5 41 9 9 6 表C 2 支护设备选型与围岩可控程度 围岩组别 G1 1G1 2G2G3 液压支架 1 支掩掩护式 2 轻型和中型支顶掩护式 重型支撑掩护式Ⅳa 1 强力支撑掩护式Ⅳb 1 支撑掩护式掩护式 掩护式支撑掩护式 单体液 压支柱 类别轻型和中型系列重型系列并配备切顶支柱轻型和中型系列轻型和中型系列 底座结构分离式或装配式 装配式Ⅲ 2 固定式Ⅳ,V 2 分离式或 装配式 装配式Ⅲ 2, 固定式Ⅳ,Ⅴ 2 注①单体液压支柱轻型系列是指液压缸内径为6 3mm和8 0mm的支柱系列, 其额定工作阻力分别为1 5 0k N和 2 5 0k N。中型系列的液压缸内径为1 0 0mm, 额定工作阻力为3 0 0k N。重型系列的液压缸内径为1 1 0mm以上。 额定工作阻力为4 0 0k N。 ②对于液 压 支 架, 轻 型、 中 型 和 重 型 分 别 指 其 额 定 支 护 强 度 为 小 于4 0 0k N/m 2, 4 0 06 0 0k N/m 2, 6 0 0 8 0 0k N/m 2的支架。强力支撑掩护支架是指额定支护强度大于8 0 0k N/ m 2, 且具有特殊抗冲击结构的支架。 ③对于Ⅳb级顶板条件, 除支架合理选型外.尚需考虑辅以顶板预处理技术。 1 基本顶级别。 2 底板类别 附 录 D 顶板分类对液压支架额定支护强度的要求 参考件 D 1 顶板分类对液压支架额定支护强度及沿米支护强度的要求 各级基本顶对液压支架额定支护强度的要求见表D 1。用于Ⅳ级基本顶的液压支架应同时满足表 D 1中沿米支护强度的要求。 表D 1 各级基本顶必需的额定支护强度及沿米支护强度下限 项目额定支护强度下限,k N/m 2 沿米支护强度下限, k N/m 基本顶级别 ⅠⅡⅢⅣaⅣ bⅣaⅣ b 煤层采 高,m hm13 9 04 2 04 7 06 1 07 5 02 7 4 53 3 7 5 hm24 4 04 9 05 3 07 2 08 0 03 2 4 03 6 0 0 hm35 0 05 5 05 8 08 3 09 7 03 7 3 54 3 6 5 hm45 7 06 1 06 8 09 3 51 0 9 04 2 0 04 9 1 0 D 2 各级基本顶必需的额定支护强度及沿米支护强度下限的计算 D 2 . 1 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级基本顶的额定支护强度下限按式D 1 计算 Ps7 2 . 3hm4 . 5Lp7 8 . 9Bc-1 0 . 2 4N-6 2 . 1 D 1 式中 Ps 额定支护强度下限,k N/m 2; Bc 控顶宽度 其值为梁端距加上顶梁长度 。 D 2 . 2 Ⅳ级基本顶额定沿米支护强度下限按式D 2 计算 7 MT/T5 5 41 9 9 6 Rs2 4 1 . 3 1nLf5 2 . 6hm-1 5 . 5N-4 5 5BcCk D 2 式中 Rs 额定沿米支护强度下限,k N/m; Cs 备用系数,Ⅳa级基本顶取Ck1 . 21 . 3;Ⅳ b级取Ck1 . 41 . 6。 D 3 液压支架额定工作阻力换算 已知必需的额定支护强度下限 Ps , 可用式D 3 计算必需的液压支架工作阻力 FsPsScBc/Ks D 3 式中 Fs 液压支架工作阻力,k N; Sc 液压支架中心距,m; Ks 液压支架的支撑效率。 液压支架的支撑效率可根据架型和工作高度在以下范围内选择 支掩式掩护支架Ks0 . 6 50 . 7 5; 支顶式掩护支架Ks0 . 8 00 . 9; 支撑掩护式支架Ks0 . 8 0 . 9 5; 支撑式支架Ks0 . 90 . 9 6。Ks取值的上下限应与支架工作高度的上下限对应。 附 录 E 顶板分类对单体液压支柱支护强度的要求 参 考 件 E1 顶板分类对单体液压支柱支护强度下限的要求 见表E 1 表E 1 各级基本顶对单体液压支柱工作面支护强度下限的要求 k N/m 2 基本顶级别 ⅠⅡⅢ 采高m hm13 0 03 3 04 1 0 hm23 2 53 5 04 1 5 hm33 5 03 8 04 2 0 E 2 单体液压支柱支护强度的计算公式 PsCk3 9hm2 . 4Lf-6 . 9N1 3 4 E 1 式中 Ck 备用系数, 一般取Ck1 . 21 . 4。 附加说明 本标准由煤矿专用设备标准化技术委员会提出。 本标准由煤炭科学研究总院北京开采研究所负责起草。 本标准由煤矿专用设备标准化技术委员会支护设备分会归口。 本标准主要起草人史元伟、 李全生、 钱鸣高。 本标准委托煤炭科学研究总院北京开采研究所负责解释。 8 MT/T5 5 41 9 9 6