煤矿顶板灾害及防治讲座

煤矿顶板灾害及预防讲座第一节概述矿井开采过程的采、掘、维修工作面或者是在已掘成的巷道、采空区等所发生的冒顶、片帮、掉矸等人身伤亡和非生产事故，统称顶板事故。

其与矿井瓦斯、矿尘、火灾、水灾一起构成了煤矿通常所说的“五大自然灾害”；顶板事故是煤矿中最容易发生的事故，根据资料统计显示，我国煤矿顶板事故起数和死亡人数，分别占煤矿事故总起数和死亡人数的50%、40%，80%的顶板事故发生在回采工作面。

因此，认真分析、研究顶板事故的原因及防治措施具有重要意义。

第二节顶板事故的分类顶板事故按力源分为压垮型、漏冒型和推垮型三大类。

按力源划分的采场顶板事故分类方案，如下：压垮型冒顶：老顶来压时的压垮型冒顶厚层难冒顶的大面积冒顶直接顶导致的压垮型冒顶漏冒型冒顶：大面积漏冒型冒顶局部漏冒型冒顶靠煤壁附近的局部冒顶工作面上下出口的局部冒顶地质破坏带附近的局部冒顶放顶线及其附近的局部冒顶推垮型冒顶：复合顶板推垮型冒顶金属网下推垮型冒顶大块游离顶板旋转推垮型冒顶采空区冒矸冲入采场的推垮型冒顶而煤矿中习惯于将采场事故分为局部冒顶和大型冒顶两大类。

第三节局部冒顶事故的成因及防治措施一、局部冒顶的分类：局部冒顶实质上是控制区内已破碎的直接顶失去有效的支护而造成的。

从工序与发生的地点，局部冒顶可以分为以下几类：（一）靠近煤壁的局部冒顶；（二）上下出口的局部冒顶；（三）放顶线附近的局部冒顶；（四）地质破坏带附近的局部冒顶。

二、靠近煤壁的局部冒顶这类事故的发生是由于采煤过程中，裸露的破碎顶板得不到及时支护，或支护不当，支护质量不好造成的。

（一）直接顶破碎的原因由于原生构造及采动等原因，在一些煤层的直接顶中，存在着许多原生裂隙，这就容易形成具有“人字劈”、“升斗劈”等游离岩块的镶嵌型顶板，如图1。

在采煤或爆破落煤后，如果得不到及时支护或支柱打得不紧。

这类游离岩块受采动影响后，就会逐渐脱离岩体，无约束的自由下移、冒落，以致造成局部冒顶事故。

当采用爆破法采煤时，如果炮眼布臵不恬当或装药量过多，也可能在放炮时崩倒支架导致局部顶板事故。

此外，当老顶来压时，煤壁附近的直接顶可能破碎，如果煤层本身强度较底，则容易片帮，从而扩大了无支护空间。

也会造成局部冒顶。

（二）防治措施1、采取正确的支护办法。

对采煤后露出的顶板要采用及时支护、超前支护的支护方式。

在加设支架前，必须敲帮问顶，以防岩块掉落伤人。

支架密度和裂隙间距要相适应，裂隙方向与支护方式要合理，同时支柱要有足够的初撑力，支得稳，抗得住，力求控制裂隙的发展，岩块的移动、滑落。

2、防止放炮崩倒棚子。

放炮时，炮眼布臵及装药量要适度、合理，采用小范围放炮方式，尽量避免崩倒支架；支柱的质量牢固有劲，不准打在浮煤浮矸上。

对机采工作面宜用单滚筒采煤机。

3、对易片帮的煤层，尽量使工作面与煤层的主要节理垂直或斜交，一旦片帮，易掏梁窝超前支护，防止冒顶。

三、上下出口的局部冒顶（一）上下出口冒顶的原因1、上下出口位于采煤工作面与顺槽的交结处，控顶范围比较大，加之应力迭加，掘进顺槽时由于巷道支护初撑力一般都很小，很难控制直接顶不下沉、不松动、不破碎，当直接顶是由薄层软弱岩层组成时更是这样。

2、在上下出口处经常要进行工作面输送机头，机尾的拆卸工作，这时难免要替换原来的支护，有时还要碰到本不该替换的棚子，就在老柱拆下或碰倒而新支柱未支上时，已破碎的直接顶可能局部冒落而造成事故。

3、工作面不断前移，往往要用工作面支护替换原来巷道的支护，出口处始终处于反复支撑状态，在一拆一支间隙中，已破碎的直接顶也可能局部冒落。

4、上下出口处的支护还受到老顶来压的影响，如果直接顶中存在与层面斜交的裂隙组，在老顶积聚下沉的迫使下，直接顶施给支柱的不仅是垂直压力，还有侧压力，可能推倒部分支柱而造成局部冒顶。

5、顺槽和工作面连接处有时会在顶板和底板出现台阶下沉，使得此处难以支护，造成局部冒顶事故。

（二）防治措施1、合理布臵顺槽，尽可能将顺槽布臵在受地质影响比较小的地段；2、合理设计顺槽断面，顺槽断面尽量不破坏顶板，不留顶煤，保持巷道顶板的完整性；3、适当加大工作面上下出口的支护密度，增加特殊支架，可在机头机尾处各应用四对一梁三柱的钢梁抬棚支护，每对台棚随机头机尾的推移逐步前移；或在机头机尾处采用双楔铰接顶梁支护，在工作面与巷道相连处，宜用一对抬棚逐步前移，托住原巷道直接的棚架。

4、支架系统必须具有一定的侧抗力，以防老顶来压时推倒支架。

推广使用“十字”铰接顶梁端头支架来提高支架的稳定性是防止上下出口局部冒顶比较理想的措施。

四、放顶线附近的局部冒顶（一）冒顶原因这类事故的原因：一是回柱操作不合理，由于先回“吃劲”的柱子时，引起周围破碎顶板的冒落。

回柱作业人员来不及退到安全地点，就可能被砸着而造成事故；二是当顶板中存在由断层、裂隙、层理等切割而成的大块游离岩块时，回柱后游离岩块就会旋转，从而推倒支架导致冒顶，如图2；三是金属网假顶下回柱放顶时，如果网上有大块游离岩块，也会发生上述的因游离岩块旋转而推倒支架的局部冒顶。

（二）防治措施1、正确的回柱方法，防止顶板压力向局部支柱集中，造成局部顶板破碎及回柱工作的困难。

2、为保证人工回拆吃劲的柱子及分段回拆最后一棵柱子时的安全，如果工作面用的摩擦支柱，可以在这些柱子的上下多支一棵木支柱作替柱，然后回拆金属支柱，最后用铰车回木替柱。

如果工作面用的是木支柱，直接用铰车回柱就可以了。

3、为防止直接顶中或金属网上大块游离岩块时在回柱时旋转推倒采场支架的冒顶事故，应采取下列措施：第一，加强地质及观察工作，搞清楚大石块的位臵及尺寸；第二，在大石块范围内用木垛等办法加强支护；第三，当大岩块沿走向的尺寸超过一次放顶距时，在大石块的局部范围要延长控顶距；第四，如果工作面使用的是单体金属支柱，采用木支柱替换金属支柱；第五，待大岩块全部都处在放顶线以外的采空区时再用铰车回木支柱。

五、地质破坏带附近的局部冒顶（一）冒顶原因回采工作面如果遇到垂直或斜交工作面的断层时，在顶板活动过程中，断层附近的岩块可能顺断层面下滑，从而推倒工作面支架，造成局部冒顶。

(二)防治措施1、选用合适的支柱，使工作面支护系统有足够的支撑力与伸缩量；2、顶板必须背严背实；3、严禁放炮、移溜等工序弄倒支架，防止出现局部冒顶。

六、复合顶板推垮型冒顶（一）复合顶板的概念复合顶板就是离层性顶板，由下软上硬的岩层构成。

（二）防治措施1、应用伪俯斜工作面并使垂直工作面向下倾角达4～6度。

2、工作面下顺槽不挑复合顶板掘进，尤其是在煤层薄时往往被忽视。

3、工作面初采时不要反推。

4、控制采高，使得软岩层冒顶后超过采高。

七、大块游离顶板旋转推垮型冒顶（一）冒顶原因当煤层顶板存在由断层、裂隙、层理或薄弱岩层切割成大块游离顶板时，这个游离顶板可能旋转而下，把工作面支柱向煤壁推倒，造成推垮型冒顶事故。

（二）防治措施1、加强地质及观察工作，准确分析顶板破碎、节理裂隙发育程度及地质变化情况，判断游离顶板的范围。

2、在游离顶板范围内加强支护，不要进行回柱作业，特别要注意放炮震动的影响。

3、如果工作面使用的是金属支柱，要用木支架代替金属支架。

4、待游离顶板全部都处在放顶线以外的采空区时，再用铰车回柱。

八、金属网下推垮型冒顶应用倾斜分层下行垮落金属网假顶走向长壁采煤法时，可能发生金属网下推垮型冒顶事故。

九、采空区冒矸冲入采场的推垮型冒顶（一）冒顶原因在煤层上直接是石灰岩等较硬岩层，当其大块在采场区垮落时，可能顺着已垮落的矸石堆冲入采场，推倒支架，（从根部推倒采场支柱而不是从顶板），从而导致推垮型冒顶，如图3。

（二）防治措施1、用挑顶等办法使采空区小块冒矸超过采高，从而使大块冒矸无法冲入采场。

2、用切顶敦柱或特种支护切断顶板，一方面减少冒矸面积，一方面阻挡冒矸使其不能冲入采场。

十、压垮型冒顶（一）老顶来压时的压垮型冒顶1、冒顶的机理及预防措施（1）顶板条件可能发生老顶来压时垮落型冒顶的煤层顶板是：①直接顶比较差，其厚度小于煤层采高的2∽3倍。

②直接顶上面老顶的分层厚度小于5∽6米。

（2）冒顶的前兆这些征兆大致按下列顺序依次发生①煤壁片帮②顶板下沉速度急剧增加③支柱载荷急剧增大④靠煤壁顶板断裂⑤靠煤壁顶板掉碴⑥摩擦柱放炮（3）压垮型冒顶的防治措施①加强地质工作。

搞清直接顶及老顶的强度、厚度、分层情况及断层、裂隙情况，搞清直接底的厚度及比压。

②进行矿压观察。

③按实测数据进行合理的控顶设计。

④遇到平行工作面的断层时，当断层刚露出煤壁时，就要及时加强工作面的支护，不得采用正常的回柱方法，并要扩大工作面的控顶距，待断层进入到采空区后再回柱。

（二）厚煤层难冒顶板大面积冒顶当煤层顶板是整体厚层硬岩层（如砂岩、砂砾岩、砾岩等，其分层厚度大于5∽6米）时，它们要悬顶几千平方米、几万平方米、甚至十几万平方米才冒落，这样大面积的顶板在极短的时间内冒落下来，不仅由于重量的作用会产生严重的冲击破坏力，而且更严重的是把已采空空间的空气瞬时挤出，形成巨大的暴风，破坏力极强。

1、大面积冒顶的机理前面已经提到，大面积冒顶是当煤层顶板由砂岩、砂砾岩、砾岩等整体厚度硬岩层构成时才会发生，因为砂岩、砾岩等强度很大，其单向抗压强度可达80∽160Mpa,甚至达200Mpa；再加上这些岩层一般为厚岩层整体构造，岩层中的层理、节理和裂隙都不发育；因此它们只有在大面积悬露时才会冒落。

2、大面积冒顶的预防（1）大面积冒顶的预兆①顶板裂隙声响的频率和音响增大；②煤帮有明显受压与片帮现象；③底板出现底鼓或沿煤柱附近的底板产生裂缝；④巷道（上下平巷）超前压力比较明显；⑤工作面中支柱载荷和顶板下沉速度明显增大；⑥有时采空区顶板发生裂隙和淋水加大，向顶板中打的钻孔原先流清水，后为流糊状的液体，这是断裂岩块互相间摩擦形成的岩粉与水的混合物。

（2）大面积冒顶的预测预报大面积冒顶可以用微震仪、地音仪和超声波地层应力仪等进行预测。

（3）大面积冒顶的预防措施①顶板高压注水：从工作面顺槽向顶板打深孔，进行高压注水。

②强制放顶：就是用爆破的方法将顶板切断，使顶板冒落一定厚度形成矸石垫层。

切断顶板，可以控制顶板冒落面积，减弱顶板冒落时产生的冲击波；形成矸石垫层则可以缓和顶板冒落时产生的冲击力和暴风。

强制放顶的方法有4种：循环式浅孔放顶、步距式深孔放顶、超前深孔松动爆破、地面深孔放顶。

（三）直接顶导致的压垮型冒顶1、机理这种类型压垮型冒顶的机理很简单，就是当岩体脱离直接顶，沿垂直层面方向向下运动时，采场支架的支撑力不足，而导致压垮型冒顶。

2、预防措施（1）采场支护要能自始自终平衡直接顶或垮落岩层的重量。

底板软时必须穿鞋，力求使支柱的初撑力能平衡直接顶或垮落带的岩重，以避免直接顶或垮落带岩层离层。

（2）开采下分层时，不要留煤皮，以免增加支架的载荷，如因条件限制非留煤皮不可，要相应增加支柱的初撑力和支柱的密度。