关于对煤矿顶板及复合型顶板事故预防分析
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[摘 要]顶板事故是煤矿生产的主要灾害之一，本文就煤层的顶底板及复合型顶板的概念、复合型顶板大面积冒落特点及复合型顶板推垮型冒顶的防治技术进行了探讨。
中图分类号：TD327 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0386-01
顶板事故是指在地下采煤过程中，顶板意外冒落造成人员伤亡、设备损坏、生产终止等的事故。据有关资料显示，顶板事故占全部死亡人数的40%以上。目前，顶板事故虽有减少，但仍是煤矿生产的主要灾害之一
一、煤层的顶底板概念
煤层的顶底板是指煤系中位于煤层上下一定距离的岩层，按照沉积顺序，在正常情况下，位于煤层之下，先于煤层生成的岩层是底板；位于煤层之上，在煤层形成之后的岩层叫顶板。由于沉积物质和沉积环境的差异，顶底板岩层性和厚度各不相同，在开采过程中破碎、冒落的情况也就不同。
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。
根据工作面顶板冒落的难易程度，将顶板分为五类：易冒落的松软顶板、中等冒落性的顶板、难冒落的坚硬顶板、极难冒落的坚硬顶板及可塑性弯曲的顶板。采煤工作面顶板灾害防治包括：坚硬难冒顶板灾害防治、破碎顶板灾害防治、复合型顶板灾害防治。本文主要就复合型顶板灾害防治谈点个人看法：
二、复合型顶板的概念
煤层的顶板由厚度为0.5m～0.2m的下部软岩及上部硬岩组成，且它们之间有煤线或薄层软弱岩层，此时称为复合型顶板。
煤层顶板的下部软岩一般是泥岩、页岩和砂而岩等，它可能是一层或多层不同岩性的岩层组成，也可能层理比较发育。上部硬岩一般是中粒砂岩、细粒砂岩和火成岩等。
推垮型冒顶是由平行于岩层层面的顶板压力推倒工作面支架而导致的冒顶。推垮型冒顶也是主要顶板灾害之一。由于复合型顶板的结构和岩性，容易发生离层，所以复合型顶板条件经常是发生推垮型冒顶事故，损失是惨重的。
三、复合型顶板大面积冒落的机理及特点
1.冒顶机理
复合型顶板必须具备以下五个条件，才会发生大面积冒顶事故。
（1）离层。由于支柱的初撑力小，刚度差（底软、支柱打在浮煤上，或“鞋”、“帽”等初压缩），在顶板下位软岩自重作用下支柱下缩或下沉，而顶板上位硬岩未下沉或下沉缓慢，也就是软硬岩层下沉不同步，从而导致软硬岩层离层。
（2）断裂。在原生裂隙、构造裂和采动裂隙作用下，在顶板下位软岩中形成一个六面体。此六面体与上面硬岩层脱离，四周或是已与原岩层断开，或是以采空区为邻，下面由单体支柱支撑，如果周围没有约束，此六面体连同支撑它的单体支架梁将是个不稳定的结构。
（3）去路。当六面体周围（一般是采空区侧或沿倾斜下侧）出现一个自由空间（例如冒空），使六面体有了去路，而且六面体向去路方向又有一定的倾角进，在自重作用下，此去路变得更畅通。
（4）推力。当六面体有向下推的趋势时，岩层断裂面将产生阻止其下推的摩擦阻力，当六面体的推力大于阻力时，才会发生推垮型冒顶。
（5）诱发。工作面诱发条件很多，例如放炮、调整支架、回柱放顶等工序以及岩层自身运动，都会或大或小地引起周围岩层产生震动，使六面体与断裂面的摩擦阻力变小，可能有导致六面体下推力大于总阻力。
2.冒顶特点
（1）冒顶分没有预兆和有预兆两种。在大多数情况下，当六面体形成时下推力与总阻力处于临界平衡状态。在某种因素的诱发下会发生无预兆的突然的推垮型冒顶，推垮发生时速度快，来势猛，人力无法抗拒。如果离层六面体的下推力还小于总阻力，则在某些因素的反复诱导下，阻力越来越小，六面体开始运动，阻力变得更小，运动速度愈来愈快，产生支柱下斜，靠煤壁及采空区处掉矸等预兆，接着发生推垮型冒顶，在这种情况下往往来得及撤出工作人员。
（2）冒顶在时间上是随机的。在复合顶板条件下，什么时候具备上述五个条件，这些条件哪个先形成、哪个后形成都是随机的。采煤过程中各工序都可能成为诱发条件，所以冒顶在任何工序都可能发生。
（3）冒顶前工作面压力小。由于在冒顶前工作面顶板压力小，支架仅支撑顶板下位软岩层，所以支架没有变形、损坏，磨擦支柱无明显下缩，单体液压支柱无明显溢流。
（4）冒顶时工作面支柱被推倒。冒顶时由于顶板向下或向采空区滑移，带动其下的支柱改变支撑方向向下倾倒。所以冒顶后支柱没有被压断而只是倾倒伏地，多数是沿煤层倾斜方向向下倾倒，也有的向采空区倾倒。
（5）冒顶后上部硬岩层大面积悬露不冒，个别情况是冒落几块矸石。
（6）多数情况下，冒顶前工作面直接顶已沿煤壁断裂开。
（7）冒顶多发生在开切眼附近。因为开切眼支护时间长，下位软岩层出现早期离层、下沉，而上位硬岩层受周围煤柱支撑不易下沉，所以，开切眼附近发生复合型顶板推垮型冒顶的情况比较多。
四、复合型顶板推垮型冒顶的防治技术
从破坏复合型顶板形成推垮型冒顶条件出发，基本上可以普遍采用以下措施。
1.严禁仰斜开采。倾斜开采使顶板产生向采空区方向移动的力，当复合型顶板的冒落高度以不能填充采空区，尤其是冒落高度小于采高时，顶板向采空区移动就没有采空区冒落碎矸的阻力，顶板带动其下的支架向采空区倾倒，易形成推垮型冒顶。
2.掘进运输平巷工作面时不破坏复合型顶板。
3.尽量避免回风平巷、运输平巷与工作面推进方向呈锐角相交。
4.初采时不要反向推进。工作面初采时不要反向推进，因为开切眼处的顶板已离层断裂，当在反向推进范围内初次放顶时极易在原开切眼处诱发推垮型冒顶。
5.提高支架的稳定性。
6.提高单体支柱的初撑力和刚度。如单体液压支柱。