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第一節?? 頂板災害基礎知識
2007年3月至10月，長陽縣煤礦共發生各類死亡事故13起，死亡14人，其中頂板事故10起，死亡11人，分別占事故總起數和死亡總人數的71％。
長陽縣煤礦的頂板事故頻發率高于全國同類事故水平，一方面與長陽縣煤礦經常被停產有關，但最主要的是煤礦在安全管理上缺乏一定的力度，同時在安全培訓上有一定的欠缺，因而導致管理人員及工人的素質上存在不足。
下面就煤礦頂板事故及維修事故方面的防治講一講。
一、煤層的頂底板
煤層的頂底板是指煤系中位于煤層上下一定距離的巖層，按照沉積順序，在下常情況下，位于煤層之下，先于煤層生成的巖層是底板；位于煤層之上，在煤層形成之后的巖層叫頂板。由于沉積物質和沉積環境的差異，頂底板巖層性和厚度各不相同，在開采過程中破碎，冒落的情況也就不同，了解這些巖層的巖性特征、厚度、層理及節理發育程度，強度及含水性等，對確定頂板管理和巷道支護方式均有重要意義。
根據頂底板巖層相對煤層的位置和垮落性能，強度等特征的不同，從上至下頂板劃分為基本頂（老頂）、直接頂、偽頂三個部分；底板分為偽底、直接底及老底三個部分。不過，對于某個特定的煤層來說，其頂底板的這六個組成部分不一定發育俱全。可能缺失某一個或幾個組成部分的巖層。
（一）煤層的頂板
1、偽頂：是緊貼煤層之上的，極易隨煤炭的采出而同時垮落的較薄巖層，厚度一般為0.3m～0.5m,多由頁巖，炭質頁巖等組成。
2、直接頂：是直接位于偽頂或煤層（如無偽頂）之上巖層，常隨著回撤支架而垮落，厚度一般在1m～2m,多由泥巖、而巖、粉砂巖等較易垮落的巖石組成。
3、基本頂：又叫老頂，是位于直按頂之上或直接位于煤層這上（此時無直接頂和偽頂）的厚而堅硬的巖層。常在采空區上方懸露一段時間，直到達到相當面積之后才能垮落一次，通常由砂巖、礫巖、石灰巖等堅硬巖石的組成。
（二）煤層底板
1、偽底：直接位于煤層之下的薄層軟弱巖層，多為炭質頁巖或泥巖，厚度一般為0.2m～0.3m.
2、直接底：直接位于煤層之下硬度較低的巖層，厚度一般由幾十厘米到1米左右，通常由泥巖、頁巖或粘土巖。若直接底為粘土巖，則遇水后易膨脹，可能造成巷道底鼓與支架插底現象，輕者影響巷道運輸與工作面支護，重者可使巷道遭愛嚴重破壞。
3、老底：指位于直接底之下，比較堅硬的巖層，多為砂層，石灰巖等。
二、采煤工作面頂板分類
根據工作面頂板冒落的難易程度，將頂板分為五類。
1、易冒落的松軟頂板
該類頂板的特點是煤層頂板是易垮落的松軟巖層，回柱后頂板能立即冒落，且能填滿采空區。這類頂板由于冒落比較充分，使位于裂隙帶的老頂巖層，在回采過程中，很容易取得平衡，因而老頂的開裂，彎曲下沉，對工作面幾乎沒有什么影響，工作面來壓比較緩和，無明顯的周期壓力，靠采空區一側的頂板下沉量較穩定，頂板容易管理。
2、中等冒落性的頂板
該類頂板的特點是直接頂，厚度一般小于煤層平等的6～8倍，其上部為比較堅硬的老頂，雖然回柱后直接頂隨之垮落，但因厚度不大，不能填滿采空區，老頂則置于懸露狀態，當工作面推進一段距離后老頂才開始垮落，此時因采空區落差較大，致使工作面呈現周期來壓狀態，嚴重時可使采場切頂垮面。對于這類頂板應注意老頂的活動規律。
3、難冒落的堅硬頂板
這類頂板的特點是老頂直接賦于煤層之上，或有一偽頂，無直接頂，由于老頂垮時采空區的落差太大，使工作面呈現明顯的周期來壓，工作面平時的下沉量及下沉速度較小，而當周期來壓時下沉速度急劇增加，工作面頂板情況迅速惡化，應當注意及時采取措施。
4、極難冒落的堅硬頂板
這類頂板的特點是煤層板為極其堅硬的整體性厚巖層，在采空區能懸露上萬平方米而不垮落，當垮落時則能形成暴風，致使工作面造成垮面和嚴重破壞。
5、可塑性彎曲的頂板
該類頂板的特點是直接頂，雖是具有一定厚度的堅硬巖層（如砂巖、石灰巖），但由于其中存在有平行于工作面的節理裂隙，采煤后頂板下沉，在移動過程中斷裂成塊，但仍互相擠在一起具有傳遞水平的能力，就像“砌體梁”一樣，各巖塊互相牽制而成平衡，隨工作面推進頂板彎曲下沉接觸底板。
堅硬堅硬冒頂板指的是直接頂巖層比較完整、堅硬（固），回柱后頂板不能立即垮落的頂板。一般為砂巖、砂巖和石灰巖。堅硬難冒頂板具有整、厚、硬的性質。
第二節?? 堅硬難冒頂板災害防治
一、堅硬難冒頂板的主要特點
開采堅硬難冒頂板的煤層，采空區易形成大面積懸頂。使用刀柱法開采時，懸頂面積高達幾萬平方米到幾十萬平方米；長壁垮落法開采時，老頂初次來壓與垮落面積出可達1萬m2以上。在超過極限面積后，頂板就會突然冒落，造成劇烈的動力現象。大面積的頂板在極短時間內冒落，不僅對回采工作面支護產生嚴重的破壞，而且把已采空間的空氣瞬時壓迫排出，形成巨大的暴風，對附近巷道甚至礦井破壞極大。
所謂壓垮型冒頂是由垂直于巖層層面的頂板壓力破壞工作面支架而導致的冒頂。壓垮型冒頂是主要頂板災害之一。頂板大面積來壓與冒落，產生壓垮型頂板災害事故，是開采堅硬難冒頂板的煤層的主要特點。
二、堅硬難冒頂板工作面來壓規律
頂板大面積來壓與冒落，對于采用全部垮落法和刀柱法采煤的采煤工作面，其來壓規律又有所不同，在這里我主要講一下采用全部垮落法管理頂板的情況。
長壁工作面開采堅硬難冒頂板的煤層，在初次來壓前堅硬難冒頂板可視為板結構，這時采煤工作面處于“板”結構的保護之下，頂板壓力并不顯著。周期來壓前，工作面上方尚未破壞的老頂巖層開始呈懸露狀態，上復巖層的重量由老頂的懸板直接傳遞給煤壁，此時采煤工作面空間處于“懸板”的保護之下，隨著工作面推進，老頂懸露中跨度增加。其撓度增加，致使煤壁內的支承壓力亦相應增大，同時表現為煤壁的變形與片幫。其來壓規律如下：
1、初次來壓與周期來壓步距大
堅硬難冒頂板采煤工作面初次來壓步距一般大于30m，整體厚砂巖或砂巖、礫巖組合項板則大于50m，甚至可達100m以上，周期來壓步距小于初次來壓步距，但一般也大于20m。
2、工作面切頂線后方頂板懸露面積大
堅硬難冒頂板工作面切頂線后方頂板懸露面積大，一般形成3m～6m寬度的懸頂。
3、頂板來壓猛度大
頂板來壓時，造成單體支柱折斷，嚴重的會出現摧倒支柱及工作面冒頂。
三、頂板大面積來壓和冒落的預兆
凡頂板大面積來壓和冒落以前，都會出現一定的預兆。一般有以下現象：
1、工作面煤壁片幫或刀柱煤柱炸裂，并伴有明顯的響聲。煤炮增多，工作面和順槽都出現煤炮，甚至每隔5min～6min就響一次
2、由于煤體內支承壓力的作用，煤層中的炮眼變形，打完眼不能裝藥，甚至連打眼后煤鉆桿都拔不出來。
3、可聽到頂板折斷發出的悶雷聲。發出聲響的位置由遠及近，由低到高。
4、頂板下沉急劇增加。頂板和采空區有明顯的臺階狀斷裂、下沉和回轉，垮落巖塊呈長條狀。
5、頂板有時出現裂隙與淋水，底板局部也可能底鼓，出現裂隙和出水，斷層處滴水增大，有時出現鉆孔中流水變為混有巖粉現象，嚴重時頂板可能掉矸。
6、來壓時，支架壓力突增。
四、堅硬難冒頂板災害的防治方法：
防治頂板大面積來壓和冒落的基本原則是，采取有力措施不使采空區旋頂過大。其主要方法是提前強制爆破頂板。
1、提前強制爆落頂板
2、合理選擇支柱類型
為了減少頂板的離層，降低頂板對支柱的沖擊力，應盡量采用初撐力高的支柱，如單體液壓支柱。
3、控制懸頂面積
作業規程中要明確規定正常推進過程中允許的懸頂面積，超過規定時必須強制放頂，超過規程規定的懸頂距離時，必須停止采煤，采取措施進行處理。
第三節?? 破碎頂板災害的防治
一、破碎頂板的主要特點
破碎頂板指的是巖層的強度低、節理裂隙十分發育、整體性差、自穩能力低，并在工作面控頂區范圍內維護困難的頂板。
破碎頂板容易發生避部漏垮型冒頂現象。漏垮型冒頂也是主要頂板災害之一。所以防治破碎頂板漏垮型冒頂是采煤工作面頂板管理的重要內容之一。
二、破碎頂板的主要類型
破碎頂板根據其巖性的不同可分為五種類型：
1、構造破碎型
構造破碎型即受復雜地質構造影響，如節理裂隙發育、斷層及褶皺、沖刷帶、陷落柱附近等。
2、復合松軟型
復合松軟型即頂板由松軟的頁巖、泥質頁巖及砂頁巖等組成。
3、離層型
離層型即頂板由下軟上硬的薄層頁巖、砂頁巖、砂巖組成，層間粘結力很低或有煤線。
4、包裹體鋃嵌型
包裹體鋃嵌型即堅硬巖塊的鍋底狀包裹體鋃嵌在沉積巖層內。
5、采動影響型
采動影響型即受到采掘活動影響，頂板已經發生離層、下沉和破碎。
三、破碎頂板災害防治的一般技術
1、減少頂板暴露面積和縮短頂板暴露時間
對單體支柱采煤工作面有下列方法：
（1）及時掛梁或探板，及時打柱；頂板用小板等插嚴；如果煤壁松軟，煤壁一律背好。
（2）掛梁、探板和支柱必須保證質量。
（3）若頂板極度破碎采用在上述方法仍控制不住頂板時，則需要采用撞楔法采煤。
（4）減少放炮對頂板的震動破壞。實現措施是：不放頂眼炮，底眼要稀且少裝藥，每次同時放炮眼數要少。在工序安排上。回柱放頂、放煤和割煤三大重要工序要錯開一定距離一般為15m左右，以減少它們對頂板共同作用。
2、選擇合理的開采方法
（1）為減少開采形成的高壓力，應避免形成殘留煤柱，實現無煤柱開采；避 免上、下部殘留煤柱或工作面停采線；選擇合理的開采順序，避免形成孤島形工作面，以減緩破碎頂板的進一步惡化。
（2）初采時不得推采開切眼的另一幫煤柱。
（3）工作面有條件的盡量布置成俯斜方向，避免仰斜開采，上下平巷與工作面盡可能布置成直角或大于60°的交角，避免出現銳角。并且要沿破碎頂板掘進，避免挑頂掘進。
（4）對于節理裂隙發育的破碎頂板，要使工作面對著主節理的傾向推進，否則頂板容易出現純開裂隙或臺階下沉。
（5）合理選擇支護形式。破碎頂板采煤工作面支護使用木柱木梁時，應選用橫板下聯鎖形式；柱距以0.5～0.6m為宜；控頂距以三四排為好。
（6）推廣使用單體液壓支柱。破碎頂板采煤工作面支護應盡量使用單體液壓支柱和金屬鉸接頂梁、錯梁直線柱的形式。
第四節?? 復合型頂板災害的防治
一、復合型頂板的概念
煤層的頂板由厚度為0.5m～0.2m的下部軟巖及上部硬巖組成，且它們之間有煤線或薄層軟弱巖層，此時稱為復合型頂板。
煤層頂板的下部軟巖一般是泥巖、頁巖和砂而巖等，它可能是一層或多層不同巖性的巖層組成，也可能層理比較發育。上部硬巖一般是中粒砂巖、細粒砂巖和火成巖等。
推垮型冒頂是由平行于巖層層面的頂板壓力推倒工作面支架而導致的冒頂。推垮型冒頂也是主要頂板災害之一。由于復合型頂板的結構和巖性，容易發生離層，所以復合型頂板條件經常是發生推垮型冒頂事故，損失是慘重的。
二、復合型頂板大面積冒落的機理及特點
1、冒頂機理
復合型頂板必須具備以下五個條件，才會發生大面積冒頂事故。
（1）離層
由于支柱的初撐力小，剛度差（底軟、支柱打在浮煤上，或“鞋”、“帽”等初壓縮），在頂板下位軟巖自重作用下支柱下縮或下沉，而頂板上位硬巖未下沉或下沉緩慢，也就是軟硬巖層下沉不同步，從而導致軟硬巖層離層。
（2）斷裂
在原生裂隙、構造裂和采動裂隙作用下，在頂板下位軟巖中形成一個六面體。此六面體與上面硬巖層脫離，四周或是已與原巖層斷開，或是以采空區為鄰，下面由單體支柱支撐，如果周圍沒有約束，此六面體連同支撐它的單體支架梁將是個不穩定的結構。
（3）去路
當六面體周圍（一般是采空區側或沿傾斜下側）出現一個自由空間（例如冒空），使六面體有了去路，而且六面體向去路方向又有一定的傾角進，在自重作用下，此去路變得更暢通。
（4）推力
當六面體有向下推的趨勢時，巖層斷裂面將產生阻止其下推的摩擦阻力，當六面體的推力大于阻力時，才會發生推垮型冒頂。
（5）誘發
工作面誘發條件很多，例如放炮、調整支架、回柱放頂等工序以及巖層自身運動，都會或大或小地引起周圍巖層產生震動，使六面體與斷裂面的摩擦阻力變小，可能有導致六面體下推力大于總阻力。
2、冒頂特點：
（1）冒頂分沒有預兆和有預兆兩種。在大多數情況下，當六面體形成時下推力與總阻力處于臨界平衡狀態。在某種因素的誘發下會發生無預兆的突然的推垮型冒頂，推垮發生時速度快，來勢猛，人力無法抗拒。如果離層六面體的下推力還小于總阻力，則在某些因素的反復誘導下，阻力越來越小，六面體開始運動，阻力變得更小，運動速度愈來愈快，產生支柱下斜，靠煤壁及采空區處掉矸等預兆，接著發生推垮型冒頂，在這種情況下往往來得及撤出工作人員。
（2）冒頂在時間上是隨機的。在復合頂板條件下，什么時候具備上述五個條件，這些條件哪個先形成、哪個后形成都是隨機的。采煤過程中各工序都可能成為誘發條件，所以冒頂在任何工序都可能發生。
（3）冒頂前工作面壓力小。由于在冒頂前工作面頂板壓力小，支架僅支撐頂板下位軟巖層，所以支架沒有變形、損壞，磨擦支柱無明顯下縮，單體液壓支柱無明顯溢流。
（4）冒頂時工作面支柱被推倒。冒頂時由于頂板向下或向采空區滑移，帶動其下的支柱改變支撐方向向下傾倒。所以冒頂后支柱沒有被壓斷而只是傾倒伏地，多數是沿煤層傾斜方向向下傾倒，也有的向采空區傾倒。
（5）冒頂后上部硬巖層大面積懸露不冒，個別情況是冒落幾塊矸石。
（6）多數情況下，冒頂前工作面直接頂已沿煤壁斷裂開。
（7）冒頂多發生在開切眼附近。因為開切眼支護時間長，下位軟巖層出現早期離層、下沉，而上位硬巖層受周圍煤柱支撐不易下沉，所以，開切眼附近發生復合型頂板推垮型冒頂的情況比較多。
三、復合型頂板推垮型冒頂的防治技術
從破壞復合型頂板形成推垮型冒頂條件出發，基本上可以普遍采用以下措施。
1、嚴禁仰斜開采
傾斜開采使頂板產生向采空區方向移動的力，當復合型頂板的冒落高度以不能填充采空區，尤其是冒落高度小于采高時，頂板向采空區移動就沒有采空區冒落碎矸的阻力，頂板帶動其下的支架向采空區傾倒，易形成推垮型冒頂。
2、掘進運輸平巷工作面時不破壞復合型頂板
3、盡量避免回風平巷、運輸平巷與工作面推進方向呈銳角相交
4、初采時不要反向推進
工作面初采時不要反向推進，因為開切眼處的頂板已離層斷裂，當在反向推進范圍內初次放頂時極易在原開切眼處誘發推垮型冒頂。
四、提高支架的穩定性
五、提高單體支柱的初撐力和剛度。如單體液壓支柱。