提防冒顶事故 - 预防策略解析

【任务描述】

顶板事故也是煤矿生产过程中的主要灾害之一。在采用综采之前，顶板事故在煤矿事故中占有很大的比例，曾高达75%。本课题主要对煤层顶底板的概念、采煤工作面煤层顶板分类、顶板事故的分类、顶板事故发生的原因、冒顶事故的预防及处理等做介绍。通过本课题的实施，使学生能熟悉煤层顶底板的概念、采煤工作面煤层顶板的类别及顶板事故的分类；掌握顶板事故发生的原因，炮采、普采及综采面及掘进工作面冒顶事故的预防及处理措施，掌握冒顶事故的预兆等。

【知识学习】

一、采煤工作面顶板分类

由于沉积物质和沉积环境的差异，顶底板岩层岩性和厚度各不相同，在开采过程中破碎、冒落的情况也就不同了解这些岩层的岩性特征、厚度、层理、节理及裂隙发育程度、强度及含水性等，对确定顶板管理方法和巷道支护方式均有重要意义。

根据采煤工作面顶板冒落的难易程度，将顶板分为五类。

1.易冒落的松软顶板

该类顶板的特点是煤层顶板为易垮落的松软岩层，回柱放顶后顶板能立即冒落，且能填满采空区。这类顶板由于冒落比较充分，使位于裂隙带的老顶岩层在回采过程中很容易取得平衡，因而老顶的断裂和弯曲下沉对工作面几乎没有影响，工作面来压比较缓和，无明显的周期压力，靠采空区一侧的顶板下沉量较稳定，顶板容易管理。

2.中等冒落性顶板

该类顶板的特点是直接顶厚度一般小于煤层平均厚度的6～8倍，其上部为比较坚硬的老顶，虽然回柱放顶后直接顶随之垮落，但因其厚度不大，不能填满采空区，老顶则置于悬露状态，当工作面推进一段距离后老顶才开始垮落，此时因采空区老顶与直接顶冒落矸石之间的高差较大，致使工作面呈现周期来压状态，严重时可使采场切顶垮面。对于这类顶板，应注意老顶的活动规律。

3.难冒落的坚硬顶板

难冒落的坚硬顶板指的是直接顶岩层比较完整、坚硬（固），回柱后顶板不能立即垮落的顶板，一般为砂岩、砂岩和石灰岩。难冒落的坚硬顶板具有整、厚、硬的性质。

这类顶板的特点是老顶直接位于煤层之上，或有一伪顶，无直接顶。由于老顶在采空区垮落时的落差太大，使工作面呈现明显的周期来压现象，工作面平时的下沉量及下沉速度较小，而当周期来压时下沉速度急剧增加，工作面顶板情况迅速恶化，工作面应当注意及时采取特种支架支护顶板等措施。

4.极难冒落的坚硬顶板

这类顶板的特点是煤层顶板为极其坚硬的整体性好的厚岩层，在采空区能悬露上万平方米而不垮落，当垮落时则能形成暴风，致使工作面造成垮面和严重破坏。

5.可塑性弯曲的顶板

该类顶板的特点是直接顶虽是具有一定厚度的坚硬岩层（如砂岩、石灰岩），但由于其中存在有平行于工作面的节理裂隙，采煤后顶板下沉，在移动过程中断裂成块，但仍像“砌体梁”一样，可互相挤压在一起，具有传递水平应力的能力，各岩块之间可互相牵制而成平衡，随工作面推进，顶板弯曲下沉接触底板。

二、顶板事故的分类

顶板事故是指在地下采掘生产过程中发生的因顶板意外冒落造成人员伤亡、设备损坏、生产中断，影响生产的事故。

1.按发生冒顶事故的力学原因分类

（1）压垮型冒顶 压垮型冒顶是由于巷道顶板或围岩施加给支架的压力过大，损坏了支架，导致巷道顶部已破碎的岩块冒落，从而形成冒顶事故。

（2）漏冒型冒顶 漏冒型冒顶有大面积漏垮型和局部漏冒型两类，其危害较大，预防措施主要是支护好直接顶板，防止出现局部漏冒。

（3）推垮型冒顶 推垮型冒顶是指因水平推力作用使采煤工作面支架大量倾斜而造成的冒顶事故。推垮型冒顶产生的原因如下：

1）支柱失稳，造成顶板离层；由于支柱初撑力小顶板下沉，软硬岩层下沉不同步，产生离层。

2）离层后断裂呈六面体，下面由不稳定单体支架支撑，周围没有约束，出现不稳定结构。

3）支柱的迎山角不够，不能抵抗六面体的下推力，工作面稍有动静，特别是在回柱放顶时，极易产生推垮型冒顶事故。

2.按冒顶范围大小分类

（1）局部冒顶 局部冒顶是指范围不大，有时仅在3～5支架范围内，伤亡人数不多（1～2人）的冒顶事故。局部冒顶多发生在两线（煤壁线和放顶线）、两口（采煤工作面上、下出口）和地质构造带附近。

（2）大型冒顶 大型冒顶是指冒顶范围大、伤亡人数较多（死亡3人以上）的冒顶事故，主要包括以下几种。

1）基本来压时的压垮型冒顶；

2）厚层难冒顶板大面积冒顶；

3）直接顶导致的压垮型冒顶；

4）复合顶板推垮型冒顶；

5）金属网下推垮型冒顶；

6）大块游离顶板旋转推垮型冒顶；

7）大面积漏垮型冒顶等；

8）采空区冒落矸石冲入采煤工作面的推垮型冒顶及冲击推垮型冒顶等。

在煤矿实际生产过程中，局部冒顶事故的次数远大于大型冒顶事故，约占采煤工作面冒顶事故的70%，总的危害较大。

三、顶板事故的发生的原因

井下采掘工作面发生顶板事故的原因很多，比较常见的有以下几种。

1）地质构造复杂。松软破碎的顶板常有小的局部冒顶，坚硬难冒的顶板会发生大冒顶，少数矿井还有冲击地压。如果采掘过程中遇到了断层、褶曲等地质构造，更容易发生冒顶事故。

2）顶板压力的变化。采煤工作面初次来压和周期来压时，顶板下沉量和下沉速度急剧增加，支架受力急增，顶板破碎，有时还会出现平行于煤壁的裂隙，甚至顶板出现台阶状下沉，此时冒顶的可能性最大。

3）回采工序的影响。采煤机切割煤壁或采煤工作面放炮，换柱或回柱放顶等对采煤工作面顶板的振动破坏较大，比进行其他工序时容易发生冒顶事故。

4）工作面部位不同。采煤工作面刮板输送机机头和机尾处；不按规格要求支护的地方；工作面与回风巷和运输巷连接的上、下出口处；工作面煤壁线、放顶线与顶板（特别是各种假顶）交接处等，都容易发生冒顶事故。

5）顶板管理方式。托伪顶、留煤顶开采，厚煤层用笆片、金属网做假顶开采等，采煤工作面回采工序复杂，管理不善就容易发生冒顶事故。

6）人为因素。违章指挥、违章作业是造成顶板事故最根本、最直接的原因。从全国历年统计分析资料看，80%以上的事故是因各种违章和工程质量低劣造成的。

7）技术装备落后。目前大多数小型矿井回采工作面仍不同程度地使用摩擦支柱和木支柱支护，多采用人工回柱放顶，事故隐患较多。

四、冒顶事故的预防与处理(www.xing528.com)

在采用综采之前，顶板事故在煤矿事故中占有很大的比例，曾高达75%。近年来，顶板事故仍然占煤矿事故的50%左右。例如，在2001年度的煤矿死亡事故中，顶板事故造成的死亡人数仍高达25%。2003年某省共发生各类煤矿事故76次，死亡174人，其中顶板事故为38次，死亡45人，比例高达25.8%。随着开采深度的增加，巷道断面的扩大等原因，预防采煤工作面和巷道顶板事故更为重要。

1.采煤工作面顶板事故的预防

1）预防大冒顶的措施。

①要保证工作面支架的密度，使其对顶板有足够的支护强度，能有效地控制住顶板。

②对采空区的悬顶采取强制放顶措施处理。

③掌握采煤工作面周期来压规律，在工作面来压前及整个来压过程中对工作面加强支护。

④适当加快工作面推进速度。加快工作面推进速度有利于减少工作面顶板下沉量，有利于保持工作面顶板的完整性和稳定性。

⑤底板松软时，支柱应穿鞋。

2）预防局部冒顶的措施。

①选用合适的支架，使采煤工作面的支护与顶板条件相适应。如不稳定顶板就不能采用点柱支护，必须用支架支护，并将工作面顶板刹严背实。

②采煤机割煤后要及时移架、挂梁或打临时支柱。

③工作面上、下端头要使用特种支架支护。目前，采煤工作面上、下端头一般使用端头支架或4对8根长钢梁组成迈步式支架支护。

④合理布置炮眼并控制炮眼装药量；爆破前还应对支架进行检查和加固，防止爆破崩倒支架。

⑤及时做好回柱放顶工作，采空区不得有站立的支柱和超过规定的悬顶。

⑥坚持正规循环作业。

⑦认真执行敲邦问顶制度、质量验收制度、交接班制度和岗位责任制等各项规章制度。

2.掘进工作面顶板事故的预防

1）尽可能准确地掌握地质资料，认真编制施工组织设计或作业规程，采取合理的施工方法和顶板管理措施。

2）支架间应设牢固的撑木或拉杆。可缩性金属支架应用金属支拉杆，并用机械或力矩扳手拧紧卡缆。支架与巷道围岩顶邦之间的空隙必须塞紧、背实。巷道采用砌碹支护时，碹体后碹体与巷道围岩顶邦之间必须用矸石等充满填实。

3）在松软煤（岩）层或流沙性地层及地质构造破碎带掘进巷道时，必须采取前探支护或其他防止漏顶的措施。

4）严格按设计要求铺网、安装锚杆和钢带。

5）在巷道断面较大，而围岩松软破碎、压力大的条件下，可采取缩小支架间距、加固支架、砌碹壁后注浆等强化支护措施。

6）掘进工作面严禁空顶作业。靠近掘进工作面10m内的支护，在爆破前必须加固。爆破崩倒、崩坏的支架必须先行修复之后方可进入工作面作业。修复支架时必须先检查巷道顶、邦情况，并由外向里逐架进行。巷道顶部支架与巷道顶部围岩之间的冒空区域必须矸石充填饱满，必要时必须用老木或小圆木架设木垛接顶。

7）更换巷道支护时，在拆除原有支护前，应先进行临时支护，临时支护必须牢固可靠；拆除原有支护后，必须及时清掉顶邦活矸并架设永久支护。

8）及时观测采掘工作面围岩的变化情况，严格执行敲邦问顶制度，发现问题时及时采取措施。

9）漏顶时必须及时、彻底处理，并接顶背严。

3.冒顶事故的预兆

采掘工作面发生冒顶事故前，可能会出现以下预兆。

1）响声。岩层下沉断裂、顶板压力急剧增大时，木支架会发出劈裂声，紧接着出现断梁折柱现象。大冒顶事故发生前，有时还能听到采空区内基本顶断裂发出的闷雷声。

2）掉碴。掉碴说明顶板在发生变化（下沉、变形、破裂）。破碎顶板在压力较大时易出现掉碴。人工顶板来压时可出现连续不断且密度很大的掉碴，这种现象工人称之为“煤雨”。出现“煤雨”是发生冒顶的危险信号。

3）片邦。采煤工作面发生大冒顶事故前，煤壁可能出现严重片邦。另外，片邦易造成端面距增大，如不及时采取措施处理，容易引起局部冒顶事故。

4）裂缝。顶板裂缝按产生原因不同可分为两种：一种是地质构造使岩层断裂形成的原生裂隙；另一种是地下开采，顶板下沉运动使岩层形成的采动裂隙。现场经验丰富的老工人总结出的经验是：“流水的裂缝有危险，因为它深；裂缝里有煤泥、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”。如果出现的裂缝还在不断地变宽、变深，说明顶板状况在继续恶化。

5）脱层。脱层也称为离层。顶板将要冒落时，往往出现脱层现象。检查脱层要用“问顶”的方法，用“十字镐”或“钎子”敲打巷道顶板，如果声音清脆，表明顶板完好；顶板发出“空空”的响声，说明上、下岩层之间已经脱层。

6）漏顶。破碎的伪顶或直接顶在大面积冒顶之前，有时会因背顶不严或支架不牢出现漏顶现象。如不及时采区措施处理漏顶，漏顶会导致棚梁托空、支架松动、顶板岩石继续冒落，引起大冒顶事故。

7）工作面支架压力突然明显增大。

【任务考评】

本课题的考评表见表8-6。

表8-6 任务考评表

【思考与练习】

1.采煤工作面顶板分为哪几类？

2.预防采煤工作面大冒顶的措施有哪些？

3.采煤工作面应采取哪些措施预防局部冒顶？

4.预防综采工作面发生冒顶事故的措施有哪些？

5.掘进工作面预防冒顶事故的措施有哪些？

6.冒顶事故发生前可能出现的预兆有哪些？