煤矿顶板事故防治培训讲义.docx

第八节 顶板事故防治 一、顶板事故的分类及危害 1顶板事故的分类 顶板事故是指在地下采掘过程中，顶板意外冒顶、片帮、煤炮、冲击地压、顶板掉矸，造成的人员伤亡、设备损坏、生产中止等事故。随着液压支架的使用及顶板事故的讲究和预防技术的逐步完善，顶板事故有所下降，但仍然是煤矿生产的主要灾害之一。 按冒顶范围，可将顶板事故分为局部冒顶和大型冒顶两类。按发生冒顶事故的力学原因进行分类，可将顶板事故分为压垮型冒顶、推垮型冒顶和漏垮型冒顶三类。 (1)局部冒顶是指范围不大，伤亡人数不多(12人)的冒顶。实际煤矿生产中，局部冒顶事故的次数远多于大型冒顶事故，约占采场冒顶事故的70，总的危害比较大。 (2)大型冒顶是指范围较大，伤亡人数较多(每次死亡3人以上)的冒顶。采煤工作面大型冒顶包括基本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、采空区冒矸冲人采场的推垮型冒顶及冲击推垮型冒顶。巷道大型顶板事故多发生在局部冒顶附近及地质破坏带附近。 2顶板事故的危害 顶板事故的危害表现为以下几个方面： (1)无论是局部冒顶还是大型冒顶，事故发生后，一般都会推倒支架、埋压设备，造成停电、停风，给安全管理带来困难，对安全生产不利。 一】74 (2)如果是地质构造带附近的冒顶事故，不仅给生产造成麻烦，而且有时会引起透水事故的发生。 (3)在有瓦斯涌出区附近发生顶板事故将伴有瓦斯的突出易造成瓦斯事故。 (4)如果是采掘工作面发生顶板事故，一旦人员被堵或被埋，将造成人员伤亡。 二、冒顶事故的预兆 1局部冒顶的预兆 (1)响声。岩层下沉断裂、顶板压力急剧加大时，木支架就会发出劈裂声，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：流水的裂隙有危险，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)离层。顶板快要冒落的时候，往往出现离层现象。 (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。 2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，则坚硬的基本顶要发生周期来压。来压时煤壁受压发生变化，造成工作面压力集中，在这个变化过程中工作面顶板、煤帮、支架都会出现基本顶来压前的各种预兆。 (1)顶板的预兆。顶板连续发出断裂声，这是由于直接顶和基本顶发生离层，或顶板切断而发出的声音。有时采空区顶板发出像闷雷的声音，这是基本顶和上方岩层产生离层或断裂的声音。顶板岩层破碎下落，称之为掉渣。这种掉渣一般由少逐渐增多，由稀而变密。顶板的裂缝增加或裂隙张开，并产生大量的下沉。 (2)煤帮的预兆。由地冒顶前压力增大，煤壁受压后，煤质变软变酥，片帮增多。使用电钻打跟时，钻眼省力。 (3)支架的预兆。使用木支架，支架大量被压弯或折断，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。当顶板压力继续增加时，活柱迅速下缩，连续发出“咯咯”的声音，或工作面支柱整体向一侧倾斜。工作面使用铰接顶梁时，在顶板冲击压力的作用下，顶梁楔子有时弹出或挤出。 (4)瓦斯和水的预兆。含瓦斯煤层，瓦斯涌出量突然增加；有淋水的顶板，淋水增加。一1 75三、冒顶事故常发的地点及原因(一)采煤工作面局部冒顶事故常发的地点及原因 采掘工作面或井下其他工作地点的冒顶事故大多数属于局部冒顶事故。工作面发生局部冒顶的原因主要有两个：一是直接顶被破坏后，由于失去有效的支护而造成局部冒顶；二是基本顶下沉压迫直接顶破坏工作面支架造成局部冒顶。 采煤工作面顶板事故常发生在靠近两线(煤壁线、放顶线)、两口(采场两端)及地质破坏带附近。 (1)靠煤壁附近的局部冒顶。煤层的直接顶中，存在多组相交裂隙时，这些相交的裂隙容易将直接顶分割成游离岩块，极易发生脱落。在采煤机采煤或爆破落煤后，如果支护不及时，这类游离岩块可能突然冒落砸人，造成局部冒顶事故 (2)放顶线附近的局部冒顶。放顶线附近的局部冒顶主要发生在使用单体支柱的工作面。放顶线上支柱受力是不均匀的，当人工回拆“吃劲”的柱子时，往往柱子一倒下顶板就冒落，如果回柱工来不及退到安全地点，就可能被砸着而造成顶板事故。 当顶板中存在被断层、裂隙、层理等切割而形成的大块游离岩块时，回柱后游离岩块就会旋转，可能推倒采场支架导致发生局部冒顶 在金属网假顶下回柱放顶时，由于网上有大块游离岩块，也可能会发生上述+i0因游离岩块旋转而推倒支架的局部冒顶。 (3)采场两端的局部冒顶对于单体支柱工作面，采场两端包括工作面两端的机头机尾附近以及与工作面相连的巷道。在工作面两端机头机尾处，暴露的空间大，支承压力集中，巷道提前掘进，引发了巷道周边的变形与破坏。经常要进行机头机尾的移置工作。拆除老支柱支设新支柱时，碎顶可能进一步松动冒落。随着回采工作面的推进，要拆掉原巷道支架的一个棚腿，换用抬棚支承棚梁，在这一拆一支之间，碎顶也可能冒落。 (4)地质破坏带附近的局部冒顶。地质破坏带及附近的顶板裂隙发育、破碎，断层面间多充以粉状或泥状物：断层面都比较尖滑，使上、下盘之间的岩石无粘结力，尤其是断层面成为导水裂隙时，更是彼此分离。 单体支柱工作面如果遇到垂直于工作面或斜交于工作面的断层时，在顶板活动过程中，断层附近破断岩块可能顺断层面下滑，从而推倒工作面支架，造成局部冒顶。 (二)采煤工作面大面积冒顶事故常发的地点及原因 1大面积冒顶事故常发的地点 (1)开切眼附近。在这个区域顶板上部硬岩基本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加大。 (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。一1 76一一 近几年来，在采煤工作面大面积冒顶事故中，“复合顶板”下推垮型事故比较多，伤亡也较大。所谓复合顶板总的概念是：煤层顶板由下软上硬不同岩性的岩层所组成，软硬岩层间夹有煤线或薄层软弱岩层，下部软岩层的厚度一般大于05m，而且不大于煤层采高。 2基本顶来压时的压垮型冒顶发生的条件与原因 (1)发生压垮型冒顶事故的一般条件。 直接顶比较薄，其厚度小于煤层采高的23倍，冒落后不能充填满采空区。 直接顶上面基本顶分层厚度小于56m，初次来压步距为2030m，或更大一些。 采煤工作面中，当支柱的初撑力较低时，基本顶断裂在煤壁之内。当工作面推进到基本顶断裂线附近时，顶板出现台阶下沉，这时基本顶岩块的重量全部由采场支架承担。 (2)基本顶来压时的压垮型冒顶事故的致因。 垮落带基本顶岩块压坏采煤工作面支架(见图43)。图43垮落带基本顶岩块压坏采煤工作面支架 垮落带基本顶岩块冲击压坏采煤工作面支架导致冒顶。由于采煤工作面支架初撑力不足，在基本顶岩块未明显运动之前，直接顶与基本顶已发生离层见图44(a)。当基本顶岩块向下运动时，采煤工作面支架要受冲击载荷，支架容易被破坏，从而导致冒顶见图44(b)。Ca) (b， 图44垮落带基本顶岩块冲击压坏采煤工作面支架 (a)离层；(b)冲击压坏支架 综采工作面如遇基本顶冲击来压，可能将支架压死、压坏(立柱液压缸炸裂、平衡千斤顶拉坏等)或压入底板，发生顶板事故。 · 3厚层难冒顶板大面积冒顶发生的条件与原因 当煤层顶板是整体厚层硬岩层顶板(如砂岩、砂砾岩、砾岩等，)分层厚度大于56m时，它们要悬露几千平方米、几万平方米，甚至十几万平方米才冒落这样大面积的顶板在极短时间内冒落下来，不仅由于重力的作用会产生严重的冲击破坏力而且更严重的是会把已采空间的空气瞬时挤出，形成巨大的暴风；破坏力极强。 关于厚层难垮顶板大面积切冒的机理，有两种解释：一是顶板大面积悬露后，因弯曲应力超过其强度，导致顶板岩层断裂，并大面积垮落，二是顶板大面积悬露后，采空区近边煤柱上方岩层的剪应力超过其极限强度，导致顶板岩层大面积冒落。 4大面积漏垮型冒顶发生原因由于煤层倾角较大，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冒，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，导致工作面漏垮型冒顶(见图45)。 5复合顶板推垮型冒顶的特征与机理 推垮型冒顶是指因水平推力作用使工作面支架大量倾斜而造成的冒顶事故。复合顶板由下软上硬岩层构成，下部软岩层可能是一个整层，也可能是由几个分层组成的分层组。这里的软岩层与硬岩层只是个形象的说法，实际上是指：采动后下部岩层或因岩石强度降低，图45工作面漏垮型冒顶或因分层薄，其挠度比上部岩层大，向下弯曲得多，而上、下部岩层间又没有多大的黏结力，因此，下部岩层与上部岩层形成离层，从外表看，似乎下部岩层较软，上部岩层较硬。 (1)复合顶板的特征。 煤层顶板由下软上硬不同岩性的岩层组成。 软、硬岩层间有煤线或薄层软弱岩层。 下部软岩层的厚度大于05m，小于3Om。 (2)复合顶板推垮型冒顶的机理。 支柱的初撑力小，软硬岩层下沉不同步，软快而硬慢，从而导致软岩层 与其上部硬岩层离层，如图4-6所示 下位软岩断裂出六面体的原因：一是地质构造，即下位软岩层中存在原生的断层、裂隙或尖灭构造；二是巷道布置原因，即在工作面开采范围内存在沿走向或沿倾斜的旧巷、下沉、断裂； 三是由于支柱初撑力低，导致下位软岩层断裂。 _J 6金属网下推垮型冒顶发生的原因 图4-6下位软岩层离层断裂 回采下分层时，金属网假顶处于下列两种情况时，可能发生推垮型冒顶。 (1)当上、下分层开切眼垂直布置时，在开切眼附近，金属网上的碎矸石与上部断裂了的硬岩大块之间存在一个空隙。 (2)当下分层开切眼内错布置时，虽然金属网上的碎矸与上部断裂了的硬岩大块之间不存在空隙，但是一般也难以胶结在一起。 金属网下推垮型冒顶的全过程分为以下两个阶段： (1)形成网兜阶段。这是由工作面内某位置支护失效导致的。如果周围支架的稳定性很好，一般不会发展到第二阶段，即还不至于发生冒顶事故。 (2)推垮工作面阶段。在开切眼附近，金属网碎矸之上有空隙，或者由于支架初撑力小，而使网上碎矸石与上位断裂的硬岩大块离层，这就造成网下单体支柱不稳定。在网兜沿倾斜推力的作用下，使网兜下方的支柱由迎山变成反山，最终造成推垮型冒顶。 这两个阶段有可能间隔很短时间。一1 78 (三)巷道顶板事故常发的地点及原因 巷道顶板事故多发生在掘进工作面及巷道交叉点，巷道顶板死亡事故80%以上是发生在这些地点。可见，预防巷道顶板事故，关注事故多发地点是十分必要的。 当巷道围岩应力比较大、围岩本身又比较软弱或破碎、支架的支撑力和可缩量又不够时，在较大应力作用下，可能损坏支架，形成巷道冒顶，导致顶板事故。 巷道顶板事故形式多种多样，发生的条件也各不同，但它们在某些方面存在着共同点。根据这些事故发生的原因与条件，可以制定出防范顶板事故发生的相应措施。 1掘进工作面冒顶事故的原因 掘进工作面冒顶的原因有以下两类： (1)掘进破岩后，顶部存在将与岩体失去联系的岩块，如果支护不及时，该岩块可能与岩体失去联系而冒落。 (2)掘进工作面附近已支护部分的顶部存在与岩体完全失去联系的岩块，一旦支护失效，就会冒落造成事故。 在断层、褶曲等地质构造破碎带掘进巷道时顶部浮石的冒落，在层理裂隙发育的岩层中掘进巷道时顶板冒落等，都属于第一类型的冒顶。 因爆破不慎崩倒附近支架而导致的冒顶，因接顶不严实而导致岩块砸坏支架的冒顶则属于第二类型的冒顶。 此外，两种类型的冒顶可能同时发生，如掘进工作面无支护部分片帮冒顶推倒附近支架，导致更大范围的冒顶。 2巷道交叉处冒顶的原因 巷道交叉处冒顶事故往往发生的巷道开岔的时候，因为开岔口需要架设扣棚替换原巷道棚子的棚腿，如果开岔处巷道顶部存在与岩体失去联系的岩块，并且围岩正向巷道挤压，而新支设抬棚的强度不够或稳定性不够，就可能造成冒顶事故。 3压垮型冒顶的原因 压垮型冒顶是巷道顶板或围岩施加给支架的压力过大，损坏了支架，导致巷道顶部的岩块冒落，从而形成事故。 巷道支架所受力的大小，与围岩受力后所处的力学状态关系极大。若围岩受力后仍处于弹性状态，本身承载能力大而且变形小，巷道支架感受不到多大的压力，当然也不会被损坏。如果围岩受力后处于塑性状态，本身有一定的承载能力但也会向巷道空间伸展，巷道支架就会感受较大的压力，若巷道支架的支撑力或可缩性不足，就可能被压坏。当围岩受力后呈破碎状态，本身无承载能力，并且大量向巷道空间伸展，这时巷道支架就会受到强大的压力，很难不被损坏。 巷道围岩受力后所处的力学状态，由两方面因素决定：一是岩体本身的强度以及受到层理裂隙等构造破坏的情况；另一个是所受力的大小。巷道围岩受力的大小，也有两方面因素：一是由巷道所处位置决定的自重应力和构造应力；9-+是由采掘引起的支撑压力。 4漏垮型冒顶的原因 漏垮型冒顶是因无支护巷道或支护失效巷道顶部存在游离岩块，这些岩块在重力作用下冒落，形成事故。 一1 79 5推垮型冒顶的原因 推垮型冒顶是因为巷道顶帮破碎后，在其运动过程中存在平行巷道轴线的分力，如果这部分巷道支架的稳定性不够，可能被推倒而冒顶，从而形成事故。 预防推垮型冒顶的主要措施是提高支架的稳定性，可以在巷道的支架之间用撑木或拉杆连接固定，增加支架的稳定性，以防推倒。在倾斜巷道中架设支架应有一定的迎山角，以抵抗重力在巷道轴线方向的分力。 四、冒顶的探测方法 试探有没有冒顶危险的方法主要有： (1)观察预兆法。顶板来压预兆主要有声响、掉渣、片帮、出现裂缝、漏顶、离层等现象。由有经验的老工人，认真观察工作面围岩及支护的变异情况，直观判断有无冒顶的危险。 (2)木楔探测法。在工作面顶板(围岩)的裂缝中打入小木楔，过一段时间进行一次检查，如发现木楔松动或者掉渣，说明围岩(顶板)裂缝受矿压影响在逐渐增大。预示有冒顶险情。 (3)敲帮问顶法。这是最常用的方法，其中又分锤击判断声法和振动探测法两种。前者是用镐或铁辊轻轻敲击顶板和帮壁，若发出的是“当当”的清脆声，则表明围岩完好。暂无冒落危险；若发出“噗噗”的沉闷声，表明顶板已发生剥离或断裂，是冒顶或片帮的危险征兆。后者是对断裂岩块体积较大或松软岩石(或煤层)，用判声法难以判别时进行探测进行探测的方法。具体做法是：用一手手指扶在顶板下面，另一手用镐、大锤或铁棍敲打硬板。如果手指感觉到顶板发生轻微振动，则表明此处顶板已经离层或断裂。这种操作方式人应站在支护完好的安全地点进行。 (4)仪器探测法。大面积冒顶可以用微振仪、地音仪和超声波地层应力仪等进行预测。厚层坚硬岩层的破坏过程，长的在冒顶前几十天就出现声响和其他异常现象，短的在冒顶前几天，甚至几小时也会出现预兆。因此，根据仪器测量的结果，再结合历次冒顶预兆的特征，可以对大面积冒顶进行较准确的预报，避免造成灾害。五、冒顶的预防措施(一)采煤工作面局部冒顶的预防 (I)预防单体支柱工作面靠近煤壁附近局部冒顶的措施如下： 采用能及时支护悬露顶板的支架，如正悬臂交错顶梁支架、正倒悬臂错梁直线柱支架等；提高支柱的初撑力，在金属网下，可以采用长钢梁对棚迈步支架。 炮采时，炮眼布置及装药量应合理，尽量避免崩倒支架。 尽量使工作面与煤层的主要节理方向垂直或斜交，避免煤层片帮。煤层一旦片帮，应掏梁窝超前支护，防止冒顶。 (2)综采工作面的局部冒顶主要是发生在靠近煤壁附近的漏冒型冒顶，其预防措施如下： 支架设计上，采用长侧护板，整体顶梁，内伸缩式前梁，增大支架向煤壁方向的水平推力，提高支架的初撑力。工艺操作上，采煤机过后，及时伸出伸缩梁，及时擦顶带压移架，顶梁的俯视角不超过7。 一1 80 当碎顶范围较大时(比如过断层破碎带等)，则应对破碎直接顶注入树脂类黏结剂使其固化，以防止冒顶。 (3)预防放顶线附近局部冒顶的措施如下： 加强地质及观察工作，记载大岩块的位置及尺寸。 在大岩块范围内用木垛等加强支护。 当大岩块沿工作面推进方向的长度超过一次放顶步距时。在大岩块的范围内要延长控顶距。 如果工作面用的是单体金属支柱，在大岩块范围内要用木支架替换金属支架。 待大岩块全部都处在放顶线以外的采空区时，再用绞车回木支柱。 (4)预防采场两端局部冒顶的措施如下： 为预防采场两端发生漏冒，可在机头机尾处各应用四对一梁三柱的钢梁抬棚支护(即四对八梁支护)，每对抬棚随机头机尾的推移迈步前移；或在机头机尾处采用双楔铰接顶梁支护。在工作面巷道相连处，宜用一对抬棚迈步前移，托住原巷道支架的棚梁。此外，在采场两端还可以采用十字铰接顶梁支护系统以防漏冒。 在超前工作面lOm以内，巷道支架应加双中心柱；超前工作面1020m，巷道支架应加单中心柱，以预防冒顶。 综采时，如果工作面两端没有应用端头支架，则在工作面与巷道相连处，需用一对迈步抬棚。此外，超前工作面20m内的巷道支架也应以中心柱加强。 (5)预防地质破坏带附近局部冒顶的措施如下： 为预防这类顶板事故，应在断层两侧加设木垛加强维护，并迎着岩块可能滑下的方向支设戗棚或戗柱。 对于有些综采工作面、高档普采和普采工作面，回采过程中，煤壁的前方顶板和煤层特别破碎，为保证正常割煤，不漏矸石，可采用全楔式木锚杆。当断层处的顶板特别破碎、用锚杆锚固的效果不佳时，可采用注入法，将较多的树脂注入大量的煤岩裂隙中。进行预加固。(二)采煤工作面大面积冒顶的预防措施 1采煤工作面大面积冒顶的一般预防措施 (1)提高单体支柱的初撑力和刚度。由于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，使采煤工作面支架不稳定，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向滑动推倒支架，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粱采面中，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充满采空区。这种措施的目的在于堵住冒落大块岩石的滑动。 (4)采煤工作面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。一1 8】一 (5)掘进回风、运输巷时不得破坏复合顶板j挑顶掘进回风、运输巷，就破坏了复合顶板的穿整性，易造成推垮冒顶事故。 (6)高压注水和强制放顶。对于坚硬难冒顶板可以用微振仪、地音仪和超声波地层应力仪等进行监测，做好来压预报，避免造成灾害。具体可以采用顶板高压注水和强制放顶等措施来改变岩体的物理力学性质，以减小顶板悬露及冒落面积。 (7)加强矿井生产地质工作，加强矿压的预测预报。 此外，还可以改变工作面推进方向，如采用伪俯斜开采，防止推垮型大冒顶。 2预防基本顶来压时的压垮型冒顶事故的措施 (1)采场支架的初撑力应能保证直接顶与基本顶之间不离层。 (2)采场支架的可缩量应能满足裂隙带基本顶下沉的要求。 (3)普采工作面遇到平行工作面的断层时，在断层范围内要加强工作面支护(最好用木垛)，不得采用正常办法回柱。 (4)采场支架的支撑力应能平衡垮落带直接顶及基本顶岩层的重量。 (5)普采要扩大控顶距，并用木支柱替换金属支柱，待断层进到采空区后再回柱。 (6)遇到平行工作面的断层时：如果工作面支护是单体支柱，当断层刚露出煤壁时，在断层范围内就要及时加强工作面支护(最好用木垛)，不得采用正常回柱法；要扩大控顶距，并用木支柱替换金属支柱，待断层进到采空区后再回柱；如果工作面支护是液压自移支架，若支架的工作阻力有较大的富余，则工作面可以正常推进，若支架的工作阻力没有太大的富余。则应考虑使工作面与断层斜交或在采空区挑顶的措施过断层。 3预防厚层难冒顶板大面积冒顶事故的措施 (1)顶板高压注水。如图47所示，从工作面平巷向顶板打深孔，进行高压注水，注水泵最大压力l5MPa。顶板注水可起弱化顶板和扩大岩层中的裂隙及弱面的作用。其主要机理是，注水溶解顶板岩层中的胶结物和部分矿物，削弱层间黏结力；高压水可以形成水楔，扩大和增加岩石中的裂隙与弱面。因此，注水后岩石的强度将显著降低。 (b) 图47顶板高压注水布孔方式 (a)单侧布置；(b)双侧布置 (2)强制放顶。所谓强制放顶，就是用爆破的方法(主要有三种方法：平行工作面深孔强制放顶、钻孔垂直工作面的强制放顶、超前深孔爆破预松顶板)人为地将顶板切断，使顶板冒落一定厚度形成矸石垫层。切断顶板可以控制冒落面积，减弱顶板冒落时产生的冲击力，形成矸石垫层则可以缓和顶板冒落时产生的冲击波及暴风。为了形成垫层，挑顶的高度可按需要形成垫层的厚度进行计算。据大同矿区的实践经验，采空区中矸石充满程度达到采高和挑顶厚度之和的z3，就可以避免过大的冲击载荷和防止形成暴风。 强制放顶方法主要有：在工作面内向顶板放顶线处进行钻孔爆破放顶；对手综采工作面，由于在工作面内无法设置钻顶板炮眼的设备，可分别在上下平巷内向顶板打深孔，在工作面未采到以前进行爆破，预先破坏顶板的完整性；对于历史上有大面积冒顶的地区，目前又无法从井下采取措施时，可在采空区上方的地面打垂直钻孔，达到已采区顶板的适当位置，然后进行爆破，将悬露的大面积顶板崩落。 对厚层难冒顶板来说，不论是采取高压注水还是强制放顶，不论是在采空区处理还是超前工作面处理，所应处理的顶板厚度均应为采高的23倍(包括直接顶在内)，从而保证安全生产。 4复合顶板推垮型冒顶的预防措施 (1)应用伪俯斜工作面并使垂直工作面方向的向下倾角达4。6。 (2)掘进上下顺槽时不破坏复合顶板。 (3)工作面初采时不要反推。 (4)控制采高，使软岩层冒落后能超过采高。 (5)尽量避免上下顺槽与工作面斜交。 (6)灵活地应用戗柱戗棚，使它们迎着六面体可能推移的方向支设。 (7)在开切眼附近于控顶区内，系统地布置树脂锚杆。但是，在采用这个措施时应考虑采场中打锚杆钻孔的可能性和顶板硬岩层折断垮落时，由于没有已垮落软岩层作垫层，来压是否会过于强烈。 在使用摩擦支柱和金属铰接顶梁的回采工作面中，用拉钩式连接器把每排支柱从工作面上端至工作面下端连接起来。由于在走向上支架已由铰接顶梁连成一体，这就在采场中组成了一个稳定的可以阻止六面体下推的“整体支架”。必须提高单体支柱的初撑力，使初撑力不仅能支承住顶板下位软岩层，而且能把软岩层贴紧硬岩层，让其间的摩擦力足够阻止软岩层下滑，从而支架本身也能稳定。 5金属网上推垮型冒顶的预防措施生产实践表明，由于支柱初撑力低导致产生高度超过150mm的网兜时，有可能引发网下推垮型冒顶。防止这类冒顶事故的主要措施是提高支柱初撑力及增加支架的稳定性，也可附加其他一些措施： (1)回采下分层时用内错式布置切眼，避免金属网上碎矸之上存在空隙。 (2)提高支柱初撑力，增加支架稳定性，防止发生高度超过l50mm的网兜。 (3)用整体支架增加支护的稳定性。如金属支柱铰接顶梁加拉钩式连接器的整体支护，金属支柱铰接顶梁加倾斜木梁对接棚子的整体支护，金属支柱与十字铰接顶梁组成的整体支护。 (4)采用伪俯斜工作面，增加抵抗下推的阻力。 (5)初次放顶时，要把金属网下放到底板。一183(三)巷道顶板事故的预防措施 1预防掘进工作面冒顶事故的措施 (1)掘进工作面严禁空顶作业，严格控制空顶距。当掘进工作面遇到断层、褶曲等地质构造破坏带或层理裂隙发育的岩层时，棚子支护时应紧靠掘进工作面，并缩小棚距，在工作面附近应采用拉条等把棚子连成一体防止棚子被推垮，必要时还要打中柱。 (2)严格执行敲帮问顶翻度，危石必须挑下，无法挑下时应采取临时支撑措施，严禁空顶作业。 (3)掘进工作面冒顶区及破碎带必须背严接实，必要时要挂金属网防止漏空。 (4)掘进工作面炮眼布置及装药量必须与岩石性质、支架与掘进工作面距离相适应，以防止因爆破而崩倒棚子。 (5)采用“前探掩护式支架”，使工人在顶板有防护的条件下出渣、支棚腿，以防止冒顶伤人： (6)根据顶板条件变化，采取相应的支护形式，并应保证支护质量。架棚支护冒顶区及破碎带必须背严接实，必要时要挂网防止漏空。 2预防巷道开岔处冒顶的措施 (1)开岔口应避开原来巷道冒顶的范围。 (2)交叉点抬棚的架设应有足够的强度，并与邻近支架连接成一个整体。 (3)必须在开口抬棚支设稳定后再拆除原巷道棚腿，不得过早拆除，切忌先拆棚腿后支护抬棚。 (4)注意选用抬棚材料的质量与规格，保证抬棚有足够的强度。 (5)当开口处围岩尖角被挤压坏时，应及时采取加强抬棚稳定性的措施。 (6)交叉点锚喷支护时，使用加长或全锚式锚杆。 (7)全锚支护的采区巷道交叉点应缩小锚杆间距，并使用小孔径锚索补强。 3支架支护巷道冒顶事故的一般防治措施 支架支护巷道的冒顶，可分为压垮型、漏垮型和推垮型。 (1)压垮型冒顶是因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。 (2)漏垮型冒顶是因无支护巷道或支护失效(非压坏)巷道顶部存在游离岩块，这些岩块在重力作用下冒落。 (3)推垮型冒顶是因巷道顶帮破碎岩石，在其运动过程中存在平行巷道轴线的分力，如果这部分巷道支架的稳定性不够，可能被推倒而冒顶。 根据冒顶的原因，有如下几条预防措施： (1)巷道应布置在稳定的岩体中，尽量避免采动的不利影响。 (2)巷道支架应有足够的支护强度以抗衡围岩压力。 (3)巷道支架所能承受的变形量，应与巷道使用期间围岩可能的变形量相适应。 (4)尽可能做到支架与围岩共同承载。支架选型时，尽可能采用有初撑力的支架，支架施工时要严格按工序质量要求进行，并特别注意顶与帮的背严背实问题，杜绝支架与围岩间的空顶与空帮现象。 (5)凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时应先护顶，再施工。一1 84 (6)巷道替换支架时，必须先支新支架，再拆老支架。 (7)锚喷巷道成巷后要定期检查危岩并及时处理。 (8)在易发生推垮型冒顶的巷道中要提高巷道支架的稳定性，可以在巷道的架棚之间严格地用拉撑件连接固定，增加架棚的稳定性，以防推倒。倾斜巷道中架棚被推倒的可能性更大，其架棚间拉撑件的强度要适当加大。 此外，在掘进工作面lOm内，断层破碎带附近各lOre内，巷道交叉点附近各lOm，冒顶处附近各lOm内，这些都是容易发生顶板事故的地点，巷道支护必须适当加强。 4压垮型冒顶的防治措施 (1)巷道应布置在稳定的岩体中，并尽量避免采动的不利影响。采区回采巷道双巷掘进时，护巷煤柱的宽度应视其围岩的稳定程度而定：围岩稳定时，护巷煤柱的宽度不得小于15m；中等稳定时，应不小于20m；软弱时，应不小于30m。不用护巷煤柱时，最好是待相邻区段采动稳定后，再沿空掘巷。 (2)巷道支架应有足够的支撑强度，以抵抗围岩压力。 (3)巷道支架所能承受的变形量，应与巷道使用期间围岩可能的变形量相适应。 (4)尽可能做到支架与围岩共同承载。支架选型时，尽可能采用具有初撑力的支架。支架施工时，要严格按工程质量要求进行，并特别注意顶与帮的背严背实问题，杜绝支架与围岩的空顶与空帮现象。 5预防垮落型冒顶的措施 (1)掘进工作面爆破后应立即进行临时支护，严禁空顶作业。 (2)凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时，应先护顶再施工。 (3)巷道替换支架时，必须先支新支架，再拆旧支架。 (4)锚杆支护巷道应及时施工，施工前应先清除危石，成巷后要定期检查危石，并及时处理。 (四)煤壁片帮的防治 采煤工作面的煤壁，在矿山压力作用下，发生自然塌落的现象叫片帮，也叫滚帮或塌帮等。片帮发生的条件主要有：工作面采高越大越发育就越容易片帮，工作面来压越严重、顶板越破碎、片帮越严重，因此，在采高大、煤质松软、顶板破碎、矿山压力大的工作面容易发生片帮，薄煤层和煤质坚硬的工作面一般不容易发生片帮现象。 片帮的危害主要有：工作面煤壁片帮后，使顶板的悬露面积突然增大，顶板会随之大量下沉，容易引起冒顶事故。同时，片帮时下落的大块煤炭也容易砸伤工作面的作业人员，造成人身伤亡事故。 预防煤壁片帮的安全措施主要有： (1)使用爆破落煤的工作面，要合理布置炮眼，打眼时严格控制炮眼角度，顶眼距顶板不要太近，炮眼装药量要适当。 (2)工作面煤壁要采直采齐，对有片帮危险的煤壁，应及时打好贴帮柱，减少顶板对煤壁的压力。 (3)采高大于2m、煤质松软时，除了及时打好贴帮支柱外，还应在煤壁与贴帮柱间加横撑。 (4)在片帮严重的地点，煤壁上方垮落，应在贴帮支柱上加托梁或超前挂金属铰接顶梁。 (5)工作面落煤后要及时挑梁刷帮，使煤壁不留伞檐活矸。 (6)综采工作面顶板破碎或支架梁端距较大时，可采取及时支护的方法。若及时支护后梁端距仍超过规定值或不能超前移架而梁端距超过规定值时，可在支架顶梁上垂直煤壁力打板梁，以防止煤壁片帮和冒顶。 六、冒顶的处理 1工作面局部冒顶的处理方法 处理采煤工作面冒顶时，应根据工作面的采煤方法、冒落高度、冒落块度、冒顶位置及影响范围来决定采用何种方法。煤矿常用下列方法来处理冒顶： (1)探板法。当采煤工作面发生局部冒顶的范围小，顶板没有冒严，顶板岩层已暂时停止时，应采取掏梁窝、探大板木梁或挂金属顶梁的措施，即探板法来处理。具体处理步骤为：处理冒顶前，先观察顶板状况，在冒顶区周围加固支架，控制冒顶范围扩大；然后掏梁窝、探大板梁，板梁上的空隙要用木料架设小木垛接到顶部；架设小木垛前应先挑落浮矸，小木垛必须插紧背实，接着清理冒落矸石，及时打好贴帮柱，支柱打板的另一端，加固支架；并要根据煤帮情况，采取防片帮措施。 (2)撞楔法。当顶板冒落矸石块度小，冒顶区顶板碎矸停止下落或一动就下落时，要采取撞楔法来处理，如图48所示。具体操作是：处理冒顶时先在冒顶区选择或架设撞楔棚子，棚子方向应与撞楔方向垂直；把撞楔放在棚架上，尖端指向顶板冒落处，末端垫一方木块；然后用大锤击打撞楔末端，使它逐渐深入冒顶区将碎矸石托住，使顶板碎矸不再下落；之后，立即在接楔保护下架设支架。撞楔的材料可以是木料、荆笆条、钢轨等。图48撞楔法处理工作面冒顶 (3)小巷法。如果局部冒顶区已将工作面冒严堵死，但冒顶范围不超过15m，垮落矸石块度不大且可以搬运时，可以从工作面冒顶区由外向里，从下而上，在保证支架可靠及后路畅通情况下，采用人字形掩护支架沿煤壁机道整理出一条小巷道。小巷道整通后，开动输送机，再放矸，按原来的采高架棚。 (4)绕道法。当冒顶范围较大j顶板冒严、工作面堵死，用以上三种方法处理均有困难时，可沿煤壁重新开切眼或部分开切眼，绕过冒顶区。 2工作面大冒顶的处理方法 对于缓倾斜薄煤层和中厚煤层工作面，处理大冒顶的方法基本上有两种：一种是恢复冒顶区工作面的方法；另一种是另掘开切眼或局部另掘开切眼绕过冒顶区的方法。冒顶影响的范围不大，冒落下来的矸石块度不大，用人工或采取一定措施后能够搬得动时，一般采取恢复工作面的方法处理冒顶。冒顶的影响范围较大，不宜采用恢复工作面的方法时，采用另开切眼绕过冒顶区的方法。 (1)恢复冒顶区工作面。 从冒顶地点的两端，由外向里进行，先用双腿套棚维护好顶板，保护退路畅通。棚梁上用小木板刹紧背严，防止顶板继续错动、垮落。梁上如有空顶，要用小木垛接顶。 】86 一 边清理冒落矸石边架设工作面支架，把冒落的矸石清理倒入采空区，每清理一架棚的距离工作面架一棚。若顶板压力大，可在冒顶区两头用木垛维护顶板。 清理过程中遇到大块矸石不易破碎时，可用电钻(如有压风，最好用风钻)打眼放小炮的办法进行破碎。钻眼数量和每个炮眼装药量应根据岩块大小与岩石性质来决定。 如顶板冒落的矸石很破碎，一次整修巷道不易通过时，可先沿煤壁输送机道整修一条小巷。 (2)另开巷道绕过冒顶区。 当冒顶范围大，不易采用恢复冒顶区工作面的方法处理时，可采用另开巷道绕过冒顶区的方法，也就是重新掘开切眼的方法。根据冒顶区发生在工作面的不同位置，一般分以下三种情况来处理： 冒顶区发生在工作面机尾处。