煤礦頂板事故分析

張志榮

寧夏煤礦安全監察局安全技術中心 寧夏 銀川 750001

1 煤層頂底板巖性和構造發育因素

隨著采掘工作面不斷推進，工作面圍巖應力重新分布，其前方支撐壓力逐漸增大，到一定距離后便達到峰值。于采空區上方呈三帶分布，垂直變形；沿推進方向呈三區分布，壓縮變形，采空區周邊、采煤工作面和掘進巷道受礦山壓力影響，礦壓顯現可能引發頂板事故。如果煤層頂板巖石硬度較低，而節理、層理、裂隙甚至是構造比較發育時，破壞了頂板的完整性，破碎性變大，采場支護的管理難度相應增大，頂板事故發生的概率就高；煤層的底板巖性過于松軟，支架（柱）因底板比壓值小而陷入底板，則相應地降低了采場支護強度，頂板會隨著支架（柱）的下陷而下沉，也增大了冒頂的可能性；相反，如果底板堅硬，頂板松軟，采場的支撐力超過了頂板巖性的強度，支架（柱）可能會對頂板形成切割作用，破壞頂板的完整性而導致冒頂[1]。

2 采場支護和頂底板管理因素

根據煤層的賦存條件和頂底板巖性，科學合理地設計采場的支護形式和支護參數，采取切合實際的頂板管理方法，對防止冒頂至關重要。頂底板的巖性和構造狀況是自然形成的客觀條件，采場的支護形式和支護參數必須符合地質條件，為此，對采場支護的技術要求必須達到控制好頂底板穩定的目的。

2.1 破碎頂板和復合頂板易發頂板事故

隨采掘工作面開采推進，前方支撐壓力逐漸增大，直接頂極易受到早期破壞和失穩出現脫層、離層、掉頂抽條和局部冒落。所以頂板管理工作必須加強，特別要控制直接頂的變形、破壞，采取有效措施阻止任何離層、裂隙擴展和冒落的發生。使頂板～支架～底板力學體系維持處于穩定的良性循環工作狀態。其頂板事故因素有：

（1）沒有避開應力升高區：一是來自同層或相鄰煤層開采產生的煤柱壓力；二是采面開采產生的超前支撐壓力；三是兩相鄰工作面距離小，開采互有影響，甚至是相向推進，這種影響更為劇烈。有這些壓力因素影響，如果對破碎頂板管理不到位，易發生頂板事故。

（2）采面梁端距超過規定：如支柱（架）沒有架設到位，距離超過規程規定；或是煤壁片幫較深，臨時支護不及時；再有在局部掉頂后，沒有及時采取剎接頂板措施。以上原因的存在易發生頂板事故。

（3）沒有形成及時有效的支護：支柱（架）實際初撐力和初工作阻力不夠，導致工作阻力低；工作面總體支護強度、支護密度不足，尤其是極不穩定頂板，支護密度不足時問題很嚴重；采面特殊支護不到位，特殊地點沒有采取加強支護措施；采煤工作面日常管理松懈，液壓系統跑、冒、滴、漏問題嚴重，造成液壓支柱（架）及其初撐力或工作阻力達不到要求。這些原因容易導致頂板事故。

（4）對于采掘面出現的各類地質構造如斷層、褶曲、夾矸侵入、沖刷帶等等，沒有及時采取特殊的支護措施。

（5）頂板的空頂面積和空頂時間沒有嚴格控制，采掘工作面臨時控頂面積過大，時間過長會造成頂板突然來壓，摧毀采場和巷道。

（6）在頂板比較松軟和破碎的巷道掘進，工作面空頂、臨時控頂面積過大和時間過長、支護不及時、支護構件不全、支護材料質量差等都會容易造成冒頂事故。

（7）其他如底板松軟時，支護方面沒有采取防止支柱鉆底措施，引起頂板下沉量加大；回柱與回采工序沒有在空間、時間上適當錯開；工作面推進度緩慢等等都構成引發冒頂事故的因素。

2.2 周期來壓強烈的不穩定頂板易發生頂板事故因素

當老頂發生動力現象（周期性斷裂、垮落、懸垂、撓曲）時，直接頂下沉，支架載荷增加，沿煤壁切頂，滑移失穩和轉動失穩（推垮支架）。其頂板事故因素有：①支柱（架）初撐力和工作阻力不夠，沒有達到額定工作阻力狀態；②老頂來壓前，沒有適當增加支護強度及增加特種支架（如工作面上、下安全出口特殊支護和切頂密柱等）；③初次來壓之前，沒有采取強制放頂措施或強制放頂工作不到位；④對采面周期來壓強度和規律分析、預判不夠，安全技術措施針對性不強。

2.3 開采深度和隔離煤柱因素

礦井開采深度的增加和地層構造的存在，會加大巖層的原始應力和集中應力的變化，其煤體前方的支撐壓力與開采深度成比例。因此，煤壁片幫及頂板再生裂隙將隨開采深度增加而增加。給采場支護和維修帶來困難，因而也就增加了冒頂的可能性。當隔離煤柱尺寸較小，或其抗壓強度不能支承礦山壓力時，煤柱會被破壞而造成頂板冒落[2]。

2.4 煤層的特性因素

煤層的厚度和硬度及煤層的結構也是發生冒頂事故的因素。如隨著開采煤層厚度增加，采空區冒落高度也相應增加，煤壁片幫也越發嚴重，從而導致頂板下沉，支架載荷增加。又如煤層傾角，各種傾角的工作面頂板的移動，取決于垂直層面的巖層壓力，大傾角煤層頂板移動量和支架載荷小。相反，小傾角煤層頂板移動量和支架載荷大，也易發冒頂事故。其他如煤質松軟或煤層節理、層理發育，煤壁處理措施不當，工作面俯（仰）采時，均易造成頂板事故。

2.5 選擇開采系統和開采順序因素

如不能合理的選擇采掘系統和開采順序，就會造成采掘工作面周圍不同程度、甚至是高強度的礦山壓力，發生頂板事故的概率就會加大。其主要因素有： ①回采巷道沒有布置在免壓區內，掘進與回采時均受到相鄰煤柱壓力影響；②形成了兩側都已開采的孤島形工作面；③采面長度和開采高度設計取值不合理；④兩個工作面同時相向開采；⑤工作面方向與頂板主節理、裂隙走向交角不合理（一般不小于15～20°）；⑥沒有采取無煤柱或小煤柱開采。

綜上所述，導致頂板事故的因素主要有煤層頂底板巖性和構造發育因素、采場支護和頂底板管理因素、開采深度和隔離煤柱因素、煤層的特性因素、選擇開采系統和開采順序因素，需要礦方從以上五方面加強頂板管理和隱患排查，防止頂板事故發生，保護煤礦從業人員生命安全。