MT 554-1996缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类

中华人民共和国煤炭行业标准
缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类1主题内容与适用范围
MT 554-1996
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
GB/T 16414
3术语及代号
煤矿科技术语
岩石力学
本标准的术语及代号见表1。
表1术语及代号
术语名称
直接项厚度
直接顶平均分层厚度
直接顶初次垮落距
计算直接项初次垮落距
综合弱化常量
基本顶
基本顶初次来压步距
修正基本顶初次来压步距
基本顶周期来压步距
直接顶充填系数
煤层采高
4直接顶分类
4.1类别名称
单位符号
m·MPa/MPal
定义或说明
GB/T16414
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GB/T16414（直接顶初次琦落距按冒高超过0.5m，沿工作面方向冒落长度超过工作面总长度的50%时工作面煤壁至切眼煤帮之间的距离计算）按给定公式计算得到的直接顶初次跨落距反映煤层顶板结构，分层厚度和裂隙分布对顶板稳定性综合影响的常量
GB/T16414（老顶的同义词）
GB/T16414
当基本顶初次来压步距超过工作面长度1/2时，需要将进行修正。修正后的Lfs称为修正基本顶初次来压步距
GB/T 16414
直接顶厚度(h.)与煤层采高(hm)的比值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类又分中华人民共和国煤炭工业部1996-08-14批准548
1997-02-01实施
MT 554-1996
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
不稳定
4.2分类指标
4.2.1基本指标：
中等稳定
直接顶分类的基本指标是平均直接顶初次垮落距（l)。4.2.2岩性和结构特征及主要力学参数参考区间：3类
非常稳定
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
基本指标
岩性和结构特征
综合弱
化常量
单向抗
压强度
分层厚度
等效抗
弯能力
泥岩、泥页岩、节
理裂隙发育或松
4泥岩，碳质泥岩
节理裂较发育
C,0. 163±0. 064C,=0.273±0. 09R。- 27. 94±10. 75
h。0.26±0.125
R。· ho<7.52
R=36±25.75
ho0.285±0.13
8t≤18
致密泥岩，粉砂
岩，砂质泥岩节
理裂隙不发育
C,0.30±0.12
R。=46.3±20
ho=0.51±0.355
砂岩，石灰岩节
致密砂岩，石灰
理裂隙很少
C=0.43±0.157
R=65.3±33.7
ho=0. 675±0.34
R - h。=2. 9 ~~11. 4R。· ho-7. 8～29. 1R, · h。=33～104
注：参考指标中，C，R。，h。均为该类顶板各煤层相应参数的平均值加减均方差。4.2.42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42类直接顶的划分
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
基本指标区间
12≤18
岩节理裂隙极少
Cz-=0. 48±0. 11
R =89. 4±32. 6
ho=0.72±0.34
R·ho45.5~139. 4
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t，查表3，确定该煤层直接顶所属类式中：Li——同一煤层已开采工作面的实测直接顶初次落距；n——同—煤层已开采工作面数，般应不少于3。.(1)
MT 554--1996
4.3.2同一煤层由已采工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1，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Ic，取不少于3个工作面的平均值用Tre代换表3的l，然后按表3，确定其直接顶类别。
NRe·hol
Irei = 8. 94C, VR. . h.
式中：R.——已采工作面的单向抗压强度；已采工作面的直接顶分层厚度；hol
Re—-某未采工作面的单向抗压强度；一某未采工作面的直接顶分层厚度。hm
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（C，）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)计算直接顶初次跨落距，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，N级又分为两个亚级。级别名称和代号见表5。
级别名称及代号
5.2分级指标
不明显
非常强烈
基本顶的分级指标是基本顶初次来压当量(P。),其值由基本顶初次来压步距（L)，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)。
P。= 241.3ln(L)-15.5N+ 52.6h.m式中：Pe
基本顶初次来压当量，kN/m。
表6基本项分级指标
基本顶级别
分级指标
5.3基本顶级别确定方法
5.3.1计算初次来压步距：
895975P≤1075
[1 075（4）
P>1 145
MT 554-
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（4)式的Lr。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L取代式(4)中的Lt。
5.3.1.1四周未采的工作面；
V(1 +k)/(1 +μk)
一边采空或有走向断层的工作面：Lfe
5.3.1.3两侧已采的工作面：
V2(2 + k)/(4 + 3μk)
V2(1 +k)/r3(1 + μk)
式中：k=Li/Lw（Lw为工作面长度）；（5）
基本顶岩石的波桑系数（一般可取：砂质页岩，u二0.35；砂岩，μ=0.2～0.3；砾岩，u 0. 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（Lt）L= 2. 45Lp
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：Nh./hm
直接顶厚度确定原则：
当直接顶厚度小于6倍采高时，h.取实测直接顶厚度；a.
当直接顶厚度大于6倍采高时，取h；=6hm。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；分层开采的工作面，以分层采高作为煤层采高。b.
5.3.4计算初次来压当量平均值P。及级别划分：·（8）)
·（9)
由已采工作面的L,N，hm，按式（4)计算初次来压当量平均值P。，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）。551
MT 554—1996
附录A
由顶板强度指数D推算直接顶类别（参考件）
已知直接顶板强度指数（D)，可按公式A1，A2换算出直接顶初次垮落距l。然后按表3确定直接Al
顶类别。
a．不稳定顶板
中等稳定以上顶板
1.=2.43+6.22VD
l, = 6. 44+2. 2D
附录B
各级基本顶相应的典型地质技术条件（参考件）
B1各级基本顶相应的典型地质技术条件的组合（见表B1）表B1
基本顶级别
分级界限，kN/m2
N区间
典型条件
P≤895
基本顶分级界限及相应的典型条件1级
895P975
34～38
38～43
31～35
附录℃
97554～72
围岩可控程度分组和支架选型
（参考件）
C1顶板分类和围岩可控程度分组3~4
1075（A1）
(A2）
JP>1145
82~105
105~120
根据直接顶，基本项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（Gu,G12),较难控围岩（G2），易控围岩（G）)，见表C1。表C1采煤工作面围岩可控程度分组围岩
可控程度
直接顶类别
基本顶级别
底板类别
难控围岩
2,3，4
较难控围岩
易控围岩
支护设备选型和围岩可控程度
MT 5541996
支护设备选型和围岩可控程度的关系见表C2。表C2支护设备选型与围岩可控程度围岩组别
液压支架
单体液
压支柱
底座结构
支掩掩护式
轻型和中型支顶掩护式
轻型和中型系列
分离式或装配式
重型支撑掩护式（Na)\
强力支撑掩护式（IVb))
支撑掩护式
掩护式
重型系列并配备切顶支柱轻型和中型系列装配式（1）2），
固定式（N，V）2）
分离式或装配式
掩护式
支撑掩护式
轻型和中型系列
装配式（）2)，
固定式（N，V）2）
注：①单体液压支柱轻型系列是指液压缸内径为63mm和80mm的支柱系列，其额定工作阻力分别为150kN和250kN。中型系列的液压缸内径为100mm，额定工作阻力为300kN。重型系列的液压缸内径为110mm以上。额定工作阻力为400kN。
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400kN/m2，400~600kN/m2，600～800kN/m的支架。强力支撑掩护支架是指额定支护强度大于800kN/m，且具有特殊抗冲击结构的支架。③对于Vb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）基本预级别。
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）
D1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D1。用于IV级基本顶的液压支架应同时满足表D1中沿米支护强度的要求。
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
基本顶级别
煤层采
高，m
额定支护强度下限，kN/m2
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D2.1I、I、、N级基本顶的额定支护强度下限按式(D1)计算：Nb
P,=72.3hm+4.5Lp+78.9B.10.24N62.1一额定支护强度下限，kN/m2；
式中:P.-
B。—一控顶宽度(其值为梁端距加上顶梁长度）。D2.2V级基本顶额定沿米支护强度下限按式(D2)计算：沿米支护强度下限，kN/m
R.= (241.31n(L) + 52.6 hm—15.5N --- 455)B。·CNb
·（D1)
MT 554—1996
式中：Rs额定沿米支护强度下限，kN/m；Ck——备用系数，NVa级基本顶取Ck=1.2～1.3；Vb级取Ck=1.4～1.6。D3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(P），可用式(D3)计算必需的液压支架工作阻力：F, = P.(Se- B./K.)
液压支架工作阻力，kN；
式中：F
液压支架中心距，m；
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：（D3）
支掩式掩护支架K。=0.65—0.75；支顶式掩护支架K，=0.80～0.9；支撑掩护式支架K，=0.8～0.95；支撑式支架K，=0.9～0.96。K。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E1)表E1名
各级基本顶对单体液压支柱工作面支护强度下限的要求kN/m2
基本顶级别
采高m
单体液压支柱支护强度的计算公式1
P.- C(39hm+ 2. 4Lr- 6.9 N + 134)式中C
备用系数，般取C,=1.2～1.4。
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。554
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