煤矿顶板事故及其防治

多数采煤工作面直接顶是呈不规则跨落的。 当工作面自开切眼推进后，直接顶一般并不立即 跨落下来，而是待工作面推进一定距离以后，才 会大面积跨落，这称为直接顶初次跨落。直接顶 初次跨落时，工作面放顶线与开切眼之间的距离 称为直接顶初次跨落步距，它是反映直接顶稳定 程度的一个综合指标，对顶板事故有着直接影响。 直接顶初次跨落后，就要进行第一次放顶，称为 工作面的初次放顶。由于初次放顶是直接顶的大 面积跨落，容易发生冒顶事故。为此《煤矿安全 规程》规定了采煤工作面的初次放顶必须制定安 全措施，报矿总工程师批准，并必须有区、队长 亲自在场指挥。
直接顶的完好程度将直接影响工作面的安全 及工作面的工作效率，而且也影响到支护方式的 选择。直接顶的完好程度取决于两个因素：一是 岩层的力学性质；二是直接顶岩层内各种原因造 成的层理和裂隙的发育情况。直接顶岩层内各种 层理或裂隙等“弱面”的存在将直接影响到直接 顶在悬露时的稳定性。常常把这些“弱面”简称 “劈”。而其中有些“劈”的组合形式，对直接 顶的稳定性影响较大。这类游离岩块的劈可能在 顶板毫无预兆的情况下发生局部冒顶。
第一部分 顶板事故及其防治
一、问题的提出
顶板事故是煤矿生产中五大自然灾害（水、 火、瓦斯、矿尘、冒顶）之一，它是煤矿中最常 见的又是最易发生的事故。据事故统计资料表明， 顶板事故死亡人数比例则高达50%以上，一直位 居灾害事故死亡人数前列，是我省煤矿生产百万 吨死亡率较高的一个重要因素。
二、矿山压力与顶板事故
从开切眼开始老顶第一次跨落，称为老顶 初次跨落。这种老顶初次折断或跨落前后工作 面的矿压显现称为老顶初次来压。老顶初次跨 落后，随着工作面继续推进，工作面上方老顶 在其自重及上覆岩载荷作用下，将沿煤壁内发 生折断和跨落，同时引起工作面压力突然增大， 这种现象，随工作面的推进将周而复始的出现。 因此称为老顶的周期跨落。把因老顶周期跨落 而使工作面呈周期性地矿压显现，称为老顶周 期来压。
在岩体中开掘巷道时，如不进行支护就能看到 巷道以上顶板弯曲下沉，随后就出现一些逐渐扩大， 增多的纵横交错的裂缝，最后原来的整体顶板岩石 开始发生较大的变形、破坏和冒落，直到巷道形成 类似拱的形状以后，顶板岩石才处于稳定状态，这 样形成的拱形叫做自然平衡拱，在一般的条件下形 成的自然平衡拱是稳定的。根据俄国学者M.M.普罗 托奇雅可诺夫于1907年提出的“自然平衡拱理论”中 作出巷道就是拱形岩石的重量。
采掘工作的一个基本任务就是要有效地控制 顶底板岩层的变形和破坏，达到减少和避免顶底 板事故的发生。因采掘影响自然平衡拱形成以 后，拱内的岩石不再承担拱上部的岩石压力，就 形成为压力降低区，而拱上部的压力有巷道两侧 岩石来支撑，在巷道两侧形成的压力升高。引起 的岩层作用在井巷、硐室和工作面围岩以及支护 物上各种力的总称—矿山压力的影响。
当工作面从开切眼开始采煤后，直接顶跨 度达到6~20M时，直接顶开始冒落，为减轻上 覆岩层的压力，工作面开始初次放顶，若有老 顶跨落的影响时，初次放顶期还包括老顶的初 次跨落，将对工作面造成较大的威胁，容易发 生冒顶，必须加强支护等安全措施，直接顶初 次跨落后，随着工作面继续向前推进，直接顶 不断wenku.baidu.com落，老顶的悬露跨度增大，直到达到极 限跨度时，老顶将出现断裂，进而发生跨落。 这时，将对工作面产生较大影响，顶板下沉量 增加，支架载荷增大，煤壁片帮。
1、煤层顶底板岩层构成
要充分认识和掌握采煤工作面矿山压力对顶板 事故的作用和规律，必须首先弄清煤层顶底板岩层 的构成及其移动规律。根据顶底板岩层离煤层的距 离及对开采工作的影响程度不同，煤层的顶底板岩 层可分为：
1）伪顶。紧贴在煤层之上，极易跨落的薄岩层称 为伪顶。通常由炭质页岩等柔弱岩层组成，厚度一 般小于0.5m，随采岁冒。
要使巷道保持要求的规格、形状必须进行支 护，以防巷道的弯曲、变形、破坏和冒落，从而 达到预防巷道顶板事故的发生。
采煤工作面冒顶事故，其根据原因在于工作 面周围矿山压力的活动。因此，必须了解和掌握 在不同的煤层赋存条件，不同的采煤方法和不同 的顶板管理下的采场矿山压力及其显现规律，从 根本上防治和避免采煤工作面冒顶事故。
2）直接顶。位于伪顶或煤层之上，具有一 定的稳定性，由一层或若干层组成，厚度不 定，不很坚硬，回柱后能自行跨落的岩层称 为直接顶。通常由泥质页岩、页岩、砂质页 岩等组成，具有随回柱放顶而跨落的特征。
3）老顶。位于直接顶或煤层之上坚硬而难 跨落的岩层称为老顶，也叫基本顶。通常有 砂岩、石灰岩、沙砾岩所组成。
老顶的运动及来压程度不仅对直接顶的 稳定性有直接影响，而且对是否造成大面积 的切顶起着决定作用。采用全部跨落法管理 顶板的采煤工作面，一般情况下，老顶对工 作面顶板压力影响主要决定与直接顶的厚度 及其稳定性。
2、采煤工作面矿压显现规律与顶板事故
采煤工作面在矿山压力的作用下，采用长 壁采煤法时，工作面的开切眼开始至回采结束 整个过程，可分顶板跨落及其矿压显现，即直 接顶初次跨落，老顶初次跨落和工作面顶板的 周期跨落。这三个阶段的采场顶板的移动是有 规律而且由此所带来的矿压显现程度也不一样。
4）直接底。直接位于煤层下面的岩层。如为 较坚硬的岩石时，可作为采煤工作面支柱的良 好支座；如为泥质页岩等松软岩层时，则常造 成底臌和支柱插入底板等现象。
有些煤层同时存在伪顶、直接顶和老顶； 也有些煤层上面，没有伪顶，只有直接顶和老 顶；有的缺少伪顶、直接顶，煤层上面就是老 顶。这样也就增加了顶板管理的难度，判断和 处理不对，就会造成顶板事故的隐患，严重影 响了采场支护质量，易造成顶板事故。
预防采煤工作面初次放顶和顶板来压造 成的工作面顶板事故，主要是准确地利用顶 板来压步距及预兆，提前和及时采取针对性 措施，尤其要保证支架的规格质量，保证一 定的支架密度及支架稳定性。
3、开采后采煤工作面围岩应力与顶板事故
从上述可知，随着采煤工作面的不断向前推 进，开采后采场围岩应力将重新分布，暴露出来 的上覆岩层和煤层在矿山压力的作用下，将产生 变形、移动和破坏。可将其分为应力降低区、应 力增加区和应力稳定区，其分布特点是：