頂板
根據頂底板岩層相對煤層的位置和垮落性能,強度等特徵的不同,從上至下頂板劃分為基本頂(老頂)、直接頂、偽頂三個部分;底板分為偽底、直接底及老底三個部分。不過,對於某個特定的煤層來說,其頂底板的這六個組成部分不一定發育俱全。可能缺失某一個或幾個組成部分的岩層.
偽頂:緊貼煤層之上,極易垮落的薄岩層,一般厚度不大,多由鬆軟的泥岩、炭質頁岩組成。偽頂的特點是隨
采隨落,很難保留在工作面的上方,它的力學強度極低。所以偽頂對頂板的穩定性沒有任何意義。有的煤層缺失偽頂。
直接頂:直接頂位於偽頂或煤層(無偽頂時)之上,一般厚度為1~2m,多為頁岩、粉砂岩等較易垮落的岩層組成,具有一定的力學強度。其特點是隨回柱放頂後,立即垮落。直接頂的穩定性是影響工作面回採的關鍵。有的煤層之上沒有偽頂也沒有直接頂,僅有老頂。
基本頂:也叫老頂。位於直接頂或煤層(無偽頂、直接頂時)之上,一般厚度較大,堅硬,整體性強,常為砂岩、礫岩、石灰岩等組成,能保持一定的控頂距。其特點是回柱後不自行垮落,往往只發生緩慢下沉。因此,它對工作面頂板壓力影響很大。
影響因素
影響頂板穩定性的主要因素包括頂板岩性差異,膠結類型,岩層組合方式,以及古河流的沖刷侵蝕作用。
(1)頂板岩體岩性主要有砂岩(包括粗砂岩、中砂岩、細砂岩等)、泥岩(包括粉砂岩,粉砂質泥岩、炭質泥岩、粘土岩、頁岩等)。砂岩具有剛性特徵,一般不易變形和破壞,所以由砂岩組成的岩層是相對穩定的部分,但剛性岩體受到強載荷作用時容易產生脆性斷裂和剪下破壞。而且砂岩在研究區記憶體在不同的膠結方式,表現為不同的力學強度。泥岩具有塑性,受力後容易變形產生塑性流動,易形成不同的幾何形態,有些粘土岩類還有遇水膨脹的性質,不僅使自身的穩定性降低,而且會影響上下岩層的穩定性。
(2)膠結類型可以分為基底式膠結、孔隙式膠結、接觸式膠結和溶蝕膠結。基底式膠結最堅實,孔隙式和接觸式膠結堅固性較差。按膠結物成分分為:矽質膠結、泥質膠結、鐵質膠結、鈣質膠結、粘土質膠結等。矽質膠結、鐵質膠結的碎屑岩強度最高,抗水性強;鈣質膠結的碎屑岩,強度高,但易被水溶解;泥質粘土質膠結的碎屑岩強度最低,抗水性弱,易泥化和軟化。研究頂板岩層的膠結類型主要有矽質膠結,泥質膠結和鈣質膠結型式。矽質膠結的砂岩表現出高強度的性質,塊狀、緻密堅硬。泥質膠結的砂岩強度稍低,常含泥質包裹體,發育各種層理。研究區內主要以矽質膠結和泥質膠結為常見類型。
(3)岩層組合方式主要考慮砂岩與泥岩的相對比例關係,並進行定量評價。岩層組合既有不同岩性的岩層組合、又有不同厚度的岩層組合。相同類型的組合,距煤層距離不同,穩定程度也不相同。頂板的分層厚度越大,直接頂越不易彎曲變形,穩定性越好。
(4)層理髮育與否、發育類型影響著岩體的穩定性。當層理特別發育時,岩體及層間結合力要弱得多。研究區內層理主要類型有交錯層理,波狀層理,水平層理等。其中以交錯層理的穩定性最差。
(5)古河流的沖刷作用常使頂板岩層與煤層的接觸面變的凹凸不平,上覆岩層常含有下伏岩層的包裹體,與正常的頂板岩層相比降低了穩定程度。由於各地沖刷程度不同,煤層呈條帶狀、乃至島孤狀分布。沖刷帶邊緣,由於岩性差異較大,在受到構造力作用下易形成應力集中,產生與沖刷面同向的正斷層構造,破壞了岩體的完整性。
頂板穩定性分級
一級:岩層完整,完整性係數0.95,節理間隙>3米,層理間距>2米;
二級:岩層較完整,完整性係數0.85,節理間隙1-3米,層理間距1-2米;
三級:岩層一般,完整性係數0.75,節理隙0.4-1米,層理間距0.3-1米;
四級:岩層破碎,完整性係數0.65,節理間隙0.1-0.4米,層理間距0.05-0.3米;
五級:很破碎,完整性係數0.55,節理間隙<0.1米,層理間距<0.05米。