[科普中国]-顶板稳定性

顶板稳定性即未经人工支护的悬露顶板，在某一段时间内保持不冒落的能力。顶板稳定性由岩体顶板力学性质及其岩体中的应力分布规律所决定。

顶板根据顶底板岩层相对煤层的位置和垮落性能，强度等特征的不同，从上至下顶板划分为基本顶（老顶）、直接顶、伪顶三个部分；底板分为伪底、直接底及老底三个部分。不过，对于某个特定的煤层来说，其顶底板的这六个组成部分不一定发育俱全。可能缺失某一个或几个组成部分的岩层.

伪顶：紧贴煤层之上,极易垮落的薄岩层，一般厚度不大，多由松软的泥岩、炭质页岩组成。伪顶的特点是随
采随落，很难保留在工作面的上方，它的力学强度极低。所以伪顶对顶板的稳定性没有任何意义。有的煤层缺失伪顶。
直接顶：直接顶位于伪顶或煤层(无伪顶时)之上，一般厚度为1~2m，多为页岩、粉砂岩等较易垮落的岩层组成,具有一定的力学强度。其特点是随回柱放顶后，立即垮落。直接顶的稳定性是影响工作面回采的关键。有的煤层之上没有伪顶也没有直接顶，仅有老顶。
基本顶：也叫老顶。位于直接顶或煤层(无伪顶、直接顶时)之上,一般厚度较大，坚硬，整体性强，常为砂岩、砾岩、石灰岩等组成,能保持一定的控顶距。其特点是回柱后不自行垮落，往往只发生缓慢下沉。因此,它对工作面顶板压力影响很大。1

影响因素影响顶板稳定性的主要因素包括顶板岩性差异，胶结类型，岩层组合方式，以及古河流的冲刷侵蚀作用。
(1)顶板岩体岩性主要有砂岩(包括粗砂岩、中砂岩、细砂岩等)、泥岩(包括粉砂岩，粉砂质泥岩、炭质泥岩、粘土岩、页岩等)。砂岩具有刚性特征，一般不易变形和破坏，所以由砂岩组成的岩层是相对稳定的部分，但刚性岩体受到强载荷作用时容易产生脆性断裂和剪切破坏。而且砂岩在研究区内存在不同的胶结方式，表现为不同的力学强度。泥岩具有塑性，受力后容易变形产生塑性流动，易形成不同的几何形态，有些粘土岩类还有遇水膨胀的性质，不仅使自身的稳定性降低，而且会影响上下岩层的稳定性。

(2)胶结类型可以分为基底式胶结、孔隙式胶结、接触式胶结和溶蚀胶结。基底式胶结最坚实，孔隙式和接触式胶结坚固性较差。按胶结物成分分为：硅质胶结、泥质胶结、铁质胶结、钙质胶结、粘土质胶结等。硅质胶结、铁质胶结的碎屑岩强度最高，抗水性强;钙质胶结的碎屑岩，强度高，但易被水溶解;泥质粘土质胶结的碎屑岩强度最低，抗水性弱，易泥化和软化。研究顶板岩层的胶结类型主要有硅质胶结，泥质胶结和钙质胶结型式。硅质胶结的砂岩表现出高强度的性质，块状、致密坚硬。泥质胶结的砂岩强度稍低，常含泥质包裹体，发育各种层理。研究区内主要以硅质胶结和泥质胶结为常见类型。
(3)岩层组合方式主要考虑砂岩与泥岩的相对比例关系，并进行定量评价。岩层组合既有不同岩性的岩层组合、又有不同厚度的岩层组合。相同类型的组合，距煤层距离不同，稳定程度也不相同。顶板的分层厚度越大，直接顶越不易弯曲变形，稳定性越好。

(4)层理发育与否、发育类型影响着岩体的稳定性。当层理特别发育时，岩体及层间结合力要弱得多。研究区内层理主要类型有交错层理，波状层理，水平层理等。其中以交错层理的稳定性最差。

(5)古河流的冲刷作用常使顶板岩层与煤层的接触面变的凹凸不平，上覆岩层常含有下伏岩层的包裹体，与正常的顶板岩层相比降低了稳定程度。由于各地冲刷程度不同，煤层呈条带状、乃至岛孤状分布。冲刷带边缘，由于岩性差异较大，在受到构造力作用下易形成应力集中，产生与冲刷面同向的正断层构造，破坏了岩体的完整性。1

顶板稳定性分级一级：岩层完整，完整性系数0.95，节理间隙>3米,层理间距>2米；

二级：岩层较完整，完整性系数0.85，节理间隙1-3米，层理间距1-2米；

三级：岩层一般，完整性系数0.75，节理隙0.4-1米，层理间距0.3-1米；

四级：岩层破碎，完整性系数0.65，节理间隙0.1-0.4米，层理间距0.05-0.3米；

五级：很破碎，完整性系数0.55，节理间隙