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1、第十一章 采煤工作面顶板事故的防治,工作面顶板事故发生的原因有： 一是对采场顶板、底板情况及活动规律(包括可能运动的范围、方向及时间)不够清楚；,二是缺乏针对性的控制措施。只要能用正确的理论和手段实现对顶板的监测，掌握顶板情况及其活动规律，并提前采取针对性的控制措施，把顶板控制建立在科学的基础上，绝大部分事故是可以避免的。,一、常见顶板事故的分类 (一)局部冒顶事故 局部冒顶事故的特点是范围小，每次伤亡人数较少，很容易被人忽视，以致于这类事故不断发生。统计分析证明，每年因局部冒顶事故造成的死亡人数比重占60一70，重伤事故比重高达80以上。 局部冒顶就其触发的原因主要有两个方面： 一是已破碎的
2、顶板未能及时支护而局部冒落； 二是老顶下沉迫使直接顶破坏支护系统，而造成局部冒落。这类事故就其发生的时间和地点而言，存在着一定的规律性，即绝大部分发生在临近断层、格曲轴部等构造带范围。在正常顶板条件下，则多数发生在老顶来压前后，特别是发生在直接顶是由强度较低、分层厚度较小的岩层组成的条件下。,(二)大面积切顶事故(俗称垮面事故) 1直接顶运动造成的垮面事故 (1)推垮型事故。当顶板运动时，在煤层的层面方向产生较大的推力，推倒支架，造成采煤工作面垮面事故。从推力方向来看，有三种形式：第一种是沿倾斜方向推垮支架，大都发生在沿走向推进的工作面；第二种是向煤壁方向推垮支架，大都发生在采空区有悬顶的条件
3、下；第三种是向采空区方向推垮支架，最易发生在倾斜推进的工作面。 (2)压垮型事故。按压垮的方向不同，压垮型事故有向煤壁方向压垮和向来至区万向压垮两种形式。这类事故发生时，支架首先被来自顶板方向的作用力压弯、压断或压入松软底板而失去支撑作用，引起顶板垮落。,2老顶运动所引起的垮面事故 (1)冲击推垮型事故。这类事故发生时，老顶首先将其作用力施加在靠近煤壁处已离层的直接顶上，造成煤壁片帮、切顶，随后高速下沉的老顶把直接顶推垮。 (2)压垮事故。这类事故多发生在木支柱工作面，木支柱属刚性支柱，可缩量小，工作面支柱的受力不均匀。在老顶来压过程中，受力大的支柱首先被压断，其载荷转移到其他支柱上，其他受力
4、大的支柱也被压断，结果使支柱被“各个击破”，最后连直接顶也支撑不住，造成垮面事故。,补充：采煤工作面冒顶预兆 1、局部冒顶的预兆（直接顶） 由于局部冒顶预兆不明显，易被人忽视，但只要仔细观察，也可以发现一些征兆。 （1）响声；（2）掉渣；（3）片帮；（4）裂缝；（5）离层；（6）漏顶；（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：（1）木楔法；（2）敲帮问顶法；（3）震动法。 2、大面积冒顶的征兆（老顶或直接顶） （1）顶板的预兆：顶板连续发出断裂声；岩层破碎下落，掉渣逐渐增多，由稀变密；顶板裂缝增加、裂隙张开，顶板产生大量下沉。 （2）煤帮的预兆：煤质变软变
5、松，片帮增多。 （3）支架的预兆：木支架、摩擦柱被压弯、折断，楔销有时会弹出或挤出，金属支柱破顶、钻底，活柱迅速下缩，发出“咯咯”声响。 （4）瓦斯涌出量突然增加，顶板淋水增加,二、常见顶板事故的统计,老顶岩梁在初次来压前，其两端有煤壁支撑，顶板下沉极少，如图所示。此时工作面如果采用初撑力较低的增阻式支柱支护时，初次来压前支架支撑力较小，来压时支架极易失稳，很容易被突然运动的直接顶所推倒，引起推垮型事故。,尽管工作面在正常推进阶段中，无论是推进时间还是推进距离，都要比老顶初次来压阶段长得多。但是，由表111可知，发生重大冒顶事故的比重只占22，6，其中老顶来压前，发生的事故比例只有29。这说明
6、进入正常推进阶段后，由于顶板周期来压步距仅为初次来压步距的1/214，老顶岩梁处在不等高支撑的条件下，因此只要支护强度高于直接顶的作用力强度，工作面支架也就有可能支撑部分老顶的作用力，避免了直接顶与老顶的离层，支架保持了本身的稳定性。,1事故发生的时间及地点 采煤工作面从开切眼推进到停采线为止，按顶板运动和矿压显现特征可分为两个阶段，其一是老顶的初次来压阶段；其二是老顶的周期来压阶段。,在正常周期来压阶段中，老顶来压时垮面事故占71，其原因除了周期来压比较频繁，发生事故概率增大外，主要还有两方面原因： (1)周期来压前，顶板下沉量处于较小的状态，由于支架的工作阻力小，造成直接顶与老顶离层，结果
7、老顶来压时，对直接顶形成动压冲击而推垮工作面。 (2)采用木支架等刚性支护的工作面，在老顶来压时刚性支架逐个被压断，最后支护系统失去文撑直接顶的能力，而造成压垮工作面的事故。 表112是对事对故发生地点的统计分析。在老顶初次来压阶段的030m范围内，发生的顶板事故中有562在工作面推进到距开切眼不到10m范围内，也就是工作面刚刚推进的地段。多数事故发生在工作面进行初次放顶期问，说明该地段老顶或强度高的直接顶上部的悬梁跨度小，挠曲下沉量小，支架工作阻力很小，很容易在其下部岩层切断时出现推垮型事故。沿工作面倾斜方向距上出口10m范围内，发生的顶板事故是临近下出口部位的两倍多，其主要原因是上出口上侧
8、是采空区、支撑压力集中在工作面上出口处，顶板的完整性易于受到破坏。,2事故的类型及作用力来源 统计分析表明，所有重大切顶事故都是由直接顶来压或老顶来压所引起的。其中直接顶来压所造成的事故占61，而老顶来压所造成的事故仅占39。由此可知，准确预报直接顶来压和老顶来压的时间和位置，提前采取措施，用正确的采煤方法、合理的支护方式及特殊的支护形式，是完全可以避免重大事故发生的。 而在直接顶运动造成的垮面事故中，推垮型事故占79，这说明在单体支柱工作面，首先应使支架稳定，才能撑住顶板的压力。必须提高支架的初撑力，采用合理的支护形式，来防止顶板运动推垮工作面。 老顶来压阶段占42，所占密度较大。这类事故一
9、般常发生在采用木支柱的采煤工作面，其主要原因是木支柱的刚性大、可缩量小、易折断、不能适应顶板下沉和支撑顶板压力。实践证明，目前采用单体液压支柱（特别液压支架）的工作面，由于支架初撑力高、可缩量大，可大大地降低垮面事故。,3事故的范围 绝大部分垮面事故的范围是有限的，全工作面塌垮的严重事故极少。除直接顶和基本顶来压可能分段进行外，事故的发生与工作面的生产工艺过程、各过程的操作情况以及工作面有关部位的支护状况有关。 例如，直接顶在煤壁附近断裂时，采煤机盲目高速向前推进，造成大面积空顶，极易在直接顶和老顶来压时造成推垮工作面的事故。所以，应掌握顶板来压的规律，事前掌握顶板活动的信息，从操作工艺、支护
10、方式上采取正确的措施，多数事故是可以避免的。,4事故发生的煤层条件 80的冒顶事故发生在中厚及厚煤层条件下；由于薄煤层的采高小，顶板允许活动的空间小，顶板事故仅占20； 开采厚煤层下分层时所发生的顶板事故占58，其主要原因是在人工顶板条件下，若工作面人工顶板胶结不好，很容易发生局部冒顶，导致发生大面积推垮工作面事故。 有52的顶板事故发生在倾角超过20的煤层条件下。在13次大型推培型事故中，50是发生在倾角大于20。的煤层条件下。其主要原因是煤层倾角越大，顶板沿倾斜方向下滑的危险性越大，如不设抬棚、木垛等特殊支护来加强控制，很容易发生沿倾斜方向推垮工作面的事故。（防滑措施）,在13次大型推垮型
11、事故中，53是发生在岩层强度差别较大的复合顶板条件下。第一类顶板是由低强度的直接顶与高强度的老顶组成的，由于直接顶冒落高度较大，能够充填采空区，较好地阻止了直接顶向采空区运动。因此，一般只在煤层倾角较大时才有可能发生沿倾斜方向推垮工作面的事故。 第二类是由软硬相间岩层组成的直接顶的复合顶板。高强度的岩层需悬露较大面积才会有明显的下沉，如这时支架的初撑力较低，不能有效支撑直接顶的重量，处于悬露状态的低强度的直接顶或直接顶中的下部岩层很容易与老顶离层，且沿煤壁切断，造成推垮工作面事故。是最危险的顶板组合条件。 13次重大推垮型顶板事故中有47是在人工顶板条件下发生的。而这类事故发生的地点大多数在开
12、切眼附近。其主要原因是在开切眼附近的人工顶板多数处在与老顶离层状态。人工顶板不承受老顶的压力，一般人工顶板胶结程度也不好，易在采煤、放顶过程中发生局部冒顶。当煤层倾角较大时，容易诱发沿倾斜推垮工作面的重大事故。在老顶坚硬的人工顶板条件下，工作面仰斜推进是危险的。,5事故发生的工艺技术条件 采煤工作面使用不同支护类型支架对顶板事故发生有很大影响。采用金属摩擦式支柱的工作面占667，其主要原因是金属摩擦支柱初撑力小，支护质量难以保证，而单体液压支柱初撑力高，可缩量大，呈恒阻特性，能适应顶板下沉和作用力的要求，很少出现工作面垮面现象。 木棚支护的工作面的顶板事故占333，是因为木材存在初撑力小、稳定
13、性差既不能克服直接顶与基本顶的离层，又不能很好地阻止顶板沿倾斜方向的运动。所以在复合顶板的条件下，特别是在煤层倾角较大时，很容易被直接顶的运动所推垮，造成垮面事故。另外，木支柱的可缩量很小，在基本顶来压时，先将受力大的支柱压断，顶板压力转移集中到其他的支柱上，然后逐个被压断，最后将支撑不住直接顶，造成垮面事故。从统计分析可以看出，绝大部分压垮型事故都发生在木支柱支护的工作面，且其80是由老顶来压造成的。 顶板控制的理论和实践证明，单体液压支柱的初撑力大，可以防止直接顶与基本顶的离层，有利于保护支架的稳定性。由于这种支柱可缩量大，且具有恒阻性，既可及时对基本顶让压，又可按设计要求保证对顶板的控制
14、，能较好地实现对顶板“顶得紧，让得快，撑得住的基本控制要求。,回柱放顶引起的顶板事故占52，说明工艺操作引起的顶板支撑条件的改变是顶板大面积运动的一个重要因素，因此，通过矿压观测，掌握顶板活动规律，在回柱、放顶、采煤、支护、移溜和放炮等工艺过程前，采取有针对性措施，对防止顶板事故的发生是非常重要的。,减少顶板事故的关键： (1)进行矿压观测，掌握顶板的活动规律，预测顶板的活动范围、方向及时间。 (2)对不同的煤层和顶板条件，正确选择工作面的支护方式。如果煤层倾角大或工作面仰斜推进时，为防止顶板沿倾斜方向滑动推倒支架，可通过架设抬棚、木垛和打斜撑等特殊支护增强支架的稳定性。 (3)改善开采技术，
15、提高支架的初撑力和支架的稳定性，采用正确的支护手段。木支柱、摩擦式金属支柱都存在着初撑力小、可缩量小等缺点，应大力推广单体液压支柱、滑移顶梁支架和自移式液压支架。,第二节 局部冒顶事故的防治,据统计，采煤工作面冒顶事故中，局部冒顶事故约占70左右。由于这类事故范围较少，有时仅为12或35架支架的范围，每次伤亡仅为l一2人，因而没有引起人们的足够重视。,局部冒顶的分类： 1、原因分类： 一类是直接顶被破坏后，由于失去有效的支护而造成局部冒落； 另一类是基本顶下沉迫使直接顶破坏工作面支架而造成局部冒顶。 2、事故发生的地点分类： 靠近煤壁附近的局部冒顶、上下出口局部冒顶、回柱放顶线附近的局部冒顶和
16、断层带附近的局部冒顶。,一、靠煤壁附近的局部冒顶 由于原生裂隙及采动影响，在一些煤层的直接顶中，有两组相交的裂隙(图115)，这就容易形成所谓“草帽花”、“锅底面”、“驴槽面”等游离岩块的镶嵌型顶板。由于受采煤机割煤或放炮落煤震动的影响，直接顶中的游离岩块或破碎顶板，如支护不及时而冒落伤人，造成局部冒顶事故。当采用爆破法采煤时，如炮眼的角度布置不恰当，就有可能在放炮时崩倒支架而导致局部冒顶。当基本顶来压时，煤层本身强度低，煤质软，易片帮，扩大了无支护空间，也可能导致局部冒顶。,防止靠煤帮附近的局部冒顶的措施： （1）及时支护。采用能及时支护悬露顶板的支架，如横板连锁棚子、正悬臂交错金属顶梁支架，正倒悬臂梁支架和贴帮支柱等。 (2)在架设支架前必须敲帮问顶，以防落矸伤人，严禁工人在无支护空顶区内进行操作。 (3)炮采时，炮眼布置及装药量应合理，尽可能避免崩倒支柱。 (4)工作面采用液压支架。 (5)尽量使工作面与煤层的主节理方向垂直或斜交，避免煤壁片帮。一旦煤壁片帮，应及时掏梁窝超前支护，防止冒
