采煤工作面发生冒顶的原因及预防措施
顶板事故是指：在井下采煤过程中，顶板意外冒落造成的人员伤亡、设备损坏、生产中止等事故。按冒顶范围可将顶板事故分为局部冒顶和大型冒顶两类。
局部冒顶指范围不大，有时仅在3～5支架范围内，伤亡人数不多(1～2人)的冒顶，常发生在靠近煤壁附近、工作面两端以及放顶线附近。在实际煤矿生产中，局部冒顶事故的次数远远多于大型冒顶事故，约占工作面冒顶事故的70％，总的危害比较大。从开采工序与顶板事故发生的地点来看，局部冒顶可分成：靠近煤壁附近的局部冒顶；工作面两端的局部冒顶；放顶线附近的局部冒顶；地质破坏带附近的局部冒顶。
大型冒顶指范围较大，伤亡人数较多(每次死亡3人以上)的冒顶。它包括老顶来压时的压垮型冒顶、厚层难冒顶板大面积冒顶、直接顶导致的压垮型冒顶、大面积漏垮型冒顶、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、采空区冒矸冲人工作面的推垮型冒顶及冲击推垮型冒顶等。
(一)采场局部冒顶的原因分析与防治
1．局部冒顶的预兆
局部冒顶，由于预兆不明显，零打碎敲，易被人忽视，但只要仔细观察，也可以发现一些征兆。对以下异常情况要特别注意：
1)响声。岩层下沉断裂、顶板压力急剧加大时，木支架就会发生劈裂声，紧接着出现折梁断柱现象；金属支柱的活柱急速下缩，也发出很大声响。有时也能听到采空区内顶板发生断裂的闷雷声。
2)掉渣。顶板严重破裂时，折梁断柱就要增加，随后就出现顶板掉渣现象。掉渣越多，说明顶板压力越大。在人工顶板下，掉下的碎矸石和煤渣更多，工人叫“煤雨”，这就是发生冒顶的危险信号。
3)片帮。冒顶前煤壁所受压力增加，变得松软，片帮煤比平时多。
4)裂缝。顶板的裂缝，一种是地质构造产生的自然裂隙，一种是由于采空区顶板下沉引起的采动裂隙。老工人的经验是：“流水的裂缝有危险，因为它深；缝里有煤泥、水锈的不危险，因为它是老缝；茬口新的有危险，因为它是新生的。”如果这种裂缝加深加宽，说明顶板继续恶化。
5)脱层。顶板快要冒落的时候，往往出现脱层现象。
6)漏顶。破碎的伪顶或直接顶，在大面积冒顶以前，有时因为背顶不严和支架不牢出现漏顶现象。漏顶如不及时处理，会使棚顶托空、支架松动，顶板岩石继续冒落，就会造成没有声响的大冒顶。
7)瓦斯涌出量突然增大。
8)顶板的淋水明显增加。
试探有没有冒顶危险的方法主要有：（1）木楔法。在裂缝中打入小木楔，过一段时间，如果发现木楔松动或夹不住了，说明裂缝在扩大，有冒落的危险。（2）敲帮问顶法。用钢钎或手镐敲击顶板，声音清脆响亮的，表明顶板完好；发出“空空”或“嗡嗡”声的，表顶板岩层已离层，应把脱离的岩块挑下来；（3）震动法。
2．局部冒顶的原因与防治
局部冒顶的原因有两类：一类是已破碎了的直接顶板，失去有效的支护而局部冒落；另一类是老顶下沉迫使直接顶破坏支护系统而造成的局部冒落。
从发生地点来看，局部冒顶大致分为煤帮附近局部冒顶、上下出口局部冒顶、放顶线附近局部冒顶、地质构造破坏带局部冒顶。现分述如下：
1)煤帮附近的局部冒顶
由于采动或放炮震动影响，在直接顶中“锅底石”游离岩块式的镶嵌顶板或破碎顶板，因支护不及时而造成局部冒顶；当用炮采时，因炮眼角度或装药量不适当，可能在放炮时崩倒支柱造成局部冒顶；当老顶来压时，煤质因松软而片帮，扩大无支护空间，也可能导致局部冒顶。
目前主要防治措施是：（1）采用能及时支护悬露顶板的支架，如正悬臂支架，横板连锁棚子，正倒悬臂支架及贴帮点柱等；（2）严禁工人在无支护空顶区操作。
2)上下出口的局部冒顶
上下两出口位于采场与巷道交接处，控顶范围比较大，在掘进巷道时如果巷道支护的初撑力很小，直接顶板就易下沉、松动和破碎。有效防止局部冒顶措施如下：（1）支架必须有足够的强度，不仅能支承松动易冒的直接顶，还能支承住老顶来压时的部分压力；（2）支护系统必须能始终控制局部冒顶，且具有一定稳定性，防止老顶来压时推倒支架。实践证明，十字交接顶梁和“四对八梁”支护，效果好。
3)放顶线附近的局部冒顶
采煤工作面放顶线上的支柱受压是不均匀的。当人工回拆承压大的支柱时，往往柱子一倒顶板就冒落，这种情况在分段回柱回拆最后一根时，尤其容易发生。
防止放顶线附近局部冒顶的主要措施是：（1）如果是金属支柱工作面，可用木支柱作替柱，最后用绞车回木柱；（2）为了防止金属网上大块游离岩块在回柱时滚下来，推倒采面支架发生局部冒顶，应在此范围加强支护。
4)地质破坏带附近的局部冒顶
采煤工作面如果遇到垂直工作面或斜交于工作面的断层，在顶板活动过程中，断层附近破断岩块可能顺断层面下滑，推倒支架，造成局部冒顶。另外褶曲轴部或顶板岩层破碎带等部位易冒顶。防止这类事故措施如下：应在断层两侧加设木垛加强支护，并迎着岩块可能滑下的方向支设戗棚或戗柱。加强褶曲轴部断层破碎带的支护。
3．局部冒顶事故的处理
1）当冒顶范围不大时，可采用掏梁窝探大扳梁或支悬臂梁的方法处理。首先要观察顶板动态，加强冒顶区上下部位支架，防止冒顶范围扩大，再掏梁窝、探大板和挂梁。棚梁顶上的空隙要刹严或架小木垛接顶，然后再清除煤浮矸，打好贴帮柱，支好棚梁。
2)工作面局部冒顶范围沿倾斜超过10m时，应从冒顶区上下两头向中间处理，在检查认定冒顶地带的顶板已经稳定的基础上，再加固顶板区上方支架，并准备好材料，清理好人员的安全退路，设专人监视顶板。
3)金属网假顶下的冒顶，如果是小冒顶，可扒出碎矸、铺上顶网，重新架棚后即可安全通过；如果冒顶区沿倾斜超过5m，则必须将支架改为一梁三柱，梁的一端探入煤壁再铺网刹顶，或垂直工作面架双腿套棚用撞楔法通过；如果冒顶范围较大，亦可避开冒顶区沿煤壁重新掘开切眼采煤。
(二)采场大面积冒顶原因分析与防治
1．采场大面积冒顶的预兆
采煤工作面随回柱放顶工作进行，直接顶逐渐垮落，如果直接顶垮落后未能充满采空区，则坚硬的老顶要发生周期来压。
1)顶板的预兆
顶板连续发出断裂声，这是由于直接顶和老顶发生离层，或顶板切断而发出的声音。有时采空区内顶板发出响闷雷的声音，这是老顶和上方岩层产生离层或断裂的声音。
2)煤帮的预兆
由于冒顶前压力增大，煤壁受压后，煤质变软变酥，片帮增多。使用电钻打眼时省力。
3)支架的预兆
使用木支架，支架大量的被压弯或折断，并发出响声。使用金属支柱时，耳朵贴在柱体上，可听见支柱受压后发出的声音，支柱“破顶、钻底”。
4)含瓦斯煤层，瓦斯涌出量突然增加；有淋水的顶板、淋水增加。
2．采场大面积冒顶的原因分析
按顶板垮落类型可把采场大冒顶分为压垮型、推垮型、漏垮型三种。
压垮型冒顶事故是由于坚硬直接顶或老顶运动时，垂直于顶板方向的作用力，压断或压弯工作阻力不够、可缩量不足的支架，或使支柱压入抗压强度低的底板，造成大面积切顶垮面事故。
在采场中容易发生大面积冒顶的地点是：
1)开切眼附近。在这个区域顶板上部硬岩层老顶两边都受煤柱支承不容易下沉，这就给下部软岩层直接顶的下沉离层创造了有利条件。
2)地质破坏带（断层、褶曲）附近。在这些地点顶板下部直接顶岩层破断后易形成大块岩体并下滑。
3)老巷附近。由于老巷顶板破坏，直接顶易破断。
4)倾角大的地段。这些地段由于重力作用而岩石倾斜下滑力大。
5)顶板岩层含水地段。这些地段摩擦系数降低，阻力大为减少。
6)局部冒顶区附近也有可能导致大冒顶。
近几年来，在采场大面积冒顶事故中，“复合顶板”下推垮型事故比较多，伤亡也较大。
漏垮型冒顶的原因如下：由于煤层倾角较大，直接顶又异常破碎，采场支护系统中如果某个地点失效发生局部漏顶，破碎顶板就有可能从这个地点开始沿工作面往上全部漏空，造成支架失稳，导致漏垮型事故发生。
3.采场大面积冒顶的预防措施
总结现行有效的经验归纳出几条预防采场大面积冒顶的基本措施：
1）提高单体支柱的初撑力和刚度
小煤矿使用的木支柱和摩擦金属支柱初撑力小，刚度差，易导致煤层复合顶板离层，又使采场支架不稳定，所以有条件的矿要推广使用单体液压支柱。
2)提高支架的稳定性
煤层倾角大或在工作面仰斜推进时，为防止顶板沿倾斜方面滑动推倒支架，应采用斜撑、抬棚、木垛等特种支架来增加支架的稳定性。在摩擦金属支柱和金属铰接顶梁采面中，用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端头至下端头连接起来，形成稳定的“整体支架”。
3)严格控制采高
开采厚煤层第一分层要控制采高，使直接顶冒落后破碎膨胀能达到原来采高。这种措施目的在于堵住冒落大块岩石的滑动。
4)采面从开切眼初采时不要反向开采
有的矿为了提高采出率，在初采时向相反方向采几排煤柱，如果是复合顶板，开切眼处顶板暴露日久已离层断裂，当在反向推进范围内初次放顶时，很容易在原开切眼处诱发推垮型冒顶事故。
5)掘进上下顺槽时不得破坏复合顶板
挑顶掘进上下顺槽，就破坏了复合顶板的完整性，易造成推垮冒顶事故。
6)对于坚硬难冒顶板可以采用顶板注水和强制放顶等措施。
7)加强矿井生产地质工作，加强矿压的预测预报。
4．大冒顶事故的处理方法
大冒顶发生后，采取的方法基本上有两种：一种是恢复工作面的方法；另一种是开补巷绕过冒顶区方法。
1)恢复工作面的方法处理冒顶
（1）从工作面冒顶处的两头，由外向内，先用双腿套棚维护好顶板，保持后路畅通无阻。棚梁上用板皮刹紧背严，防止顶板继续错动、垮落。梁上如有空顶，要用小木垛插紧背实。
（2）边清理工作面边支护，把塌落的矸石清理并倒入采空区，每清理0.5m工作面，支一架棚子管理顶板。若顶板压力大，可在冒顶区两头用木垛维护顶板。
（3）遇到大块矸石不易破碎时，应采用电钻(如有压风，最好是用风钻)打眼放小炮的办法破碎岩石。
（4）如顶板冒落的矸石很破碎，一次整修巷道不易通过时，可先沿工作面煤帮运输机道整修一条小巷，修通小巷，使风流贯通，运输机开动后，再从冒顶区的两头向中间依次放矸支棚。
2)开绕补巷过冒顶
（1）冒顶区在工作面的机头侧时，可以沿工作面煤帮错过一段，留3m～5m煤柱，由进风巷向工作面斜打一条补巷和采煤工作面相通，就可正常生产出煤。
（2）冒顶区在工作面的中部时，可以平行于工作面留3m～5m煤柱，重新开一条开切眼。新开切眼的支架，可根据顶板情况而定。
（3）冒顶区在工作面的机尾时，处理的方法与处理机头侧冒顶完全相同。
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