采煤工作面顶板控制及事故防治策略

一、矿山压力的分布规律

（一）采煤工作面周围压力分布

在煤体未采动前，煤体上所受的原始应力为单位面积上所受岩体的重量，煤体中开掘巷道（如开切眼）后，原始应力状态受到破坏，应力将重新分布。在两侧煤体中产生了应力集中现象，这种集中应力称为支承压力。随着工作面推进开切眼扩大，由于开采活动的影响，在工作面前方煤体中和工作面后方的采空区内，支承压力分为减压区、增压区和稳压区三个区，如图10－29所示。

图10－29　回采工作面应力分布示意图

a－增压区（支承压力区）；b－减压区（卸压区）；c，c′－稳压区（原始应力区）

（二）工作面初次来压

1.直接顶初次垮落

一个长壁工作面从开切眼开始采煤后，直接顶的悬露不断增加，其弯曲下沉也不断地增加。当直接顶悬露达到一定跨度时，就要垮落，这叫直接顶初次垮落。直接顶初次垮落时的跨距叫做初次垮落步距。

2.基本顶初次垮落与工作面初次来压

直接顶初次垮落后、回采工作面继续向前推进，采空区上方的直接顶继续垮落。由于直接顶岩石破碎后体积增大，如果直接顶垮落后能把采空区填满，破碎的直接顶岩石被压实，虽然基本顶岩层还是会弯曲、下沉与断裂，但是基本顶活动对回采工作面影响很小，回采工作面不存在威胁。

如果直接顶垮落后不能填满采空区，随着回采工作面的推进，基本顶岩梁跨度愈来愈大，基本顶就逐渐弯曲、下沉，最终会断裂、下沉。这时，回采工作面内顶板下沉加快、煤壁片帮严重、支架受力增大、甚至发生顶板台阶下沉等基本顶来压现象，如图10－30所示。

图10－30　基本顶初次垮落示意图

工作面回采以来基本顶第一次大规模来压，叫做基本顶的初次来压，初次来压时工作面煤壁到开切眼的距离叫做基本顶的初次来压步距，一般为20～35m。

（三）工作面周期来压

基本顶初次来压后，随着回采工作面的继续推进，基本顶岩梁周期性断裂、下沉，工作面内周期性地出现顶板下沉加快、煤壁严重片帮、支架受载增大以及顶板台阶下沉等基本顶来压现象，叫做基本顶的周期来压，如图10－31所示。

图10－31　基本顶周期垮落示意图

基本顶岩梁周期断裂的距离叫做基本顶周期来压步距，一般为基本顶初次来压步距的1／2～1／4。

4.采空区上覆岩层移动情况

在工作面推进过程中，采空区不断扩大，上覆岩层移动下沉而破坏。根据破坏的特征，上覆岩层沿竖直方向自下而上分为三带：冒落带、裂隙带、弯曲下沉带（见图10－32）。在这三带中，冒落带和裂隙带直接关系到工作面的顶板管理，弯曲下沉带对工作面没有多大影响。

图10－32　基本顶周期垮落示意图

（1）冒落带

易冒落的直接顶不规则垮落，碎胀的岩块将填满采空区，形成冒落带，支撑基本顶。当松软岩层很厚时，冒落的高度可视为直接顶的厚度。当直接顶厚度不大，冒落的岩块填不满采空区，基本顶悬空。这种情况下，基本顶也将发生部分垮落，使工作面压力增加。

（2）裂隙带

在上覆岩层的压力作用下，冒落的岩块逐渐压实。上覆岩层也随之逐步弯曲下沉，成段折断或产生许多裂隙，但不冒落，仍整齐排列形成裂隙带。

（3）弯曲下沉带

裂隙带上方直到地表的岩层为弯曲下沉带，这部分岩层对采煤工作面的影响不大，主要会引起地表的下沉。

二、采煤工作面顶板安全管理

（一）采煤工作面支架的基本要求

回采工作面需要用各种支架支护工作空间的顶板，以保证采煤工作能够安全而正常地进行。由于采煤工作面冒顶有压、漏、推三个基本类型，回采工作面支架应具备的基本性能应该有“支”、“护”、“稳”三个方面，即采煤工作面支架对顶板应能“支得起”、“护得好”、“稳得住”。

1.采煤工作面支架对顶板应能“支得起”

所谓“支得起”，就是要求支架在其工作全过程都能够支撑顶板所施加的压力，否则，就会导致压垮冒顶事故。

根据采煤工作面顶板移动规律，要求采煤工作面支架既要能支撑住垮落带岩层的重量，其可缩量又要能适应裂隙带岩层的下沉。而采煤工作面支架要支撑住垮落带岩层的重量，就要求支架的工作阻力能平衡垮落带岩石重量，避免支架被压坏，同时支架的初撑力也要能保证直接顶不与基本顶或下位2～3m岩层不与上位岩层离层，从而避免支架被砸坏。

由于摩擦式金属支柱初撑力低，本身难以防止冲击压垮事故，而木支柱可缩量太小，当基本顶来压顶板下沉量又较大时，可能因不适应顶板下沉而被损坏，从而失去对顶板的支撑能力。所以为了“支得起”顶板，应该淘汰摩擦式金属支柱和木支柱。

2.采煤工作面支架对顶板应能“护得好”

所谓“护得好”，就是要求采煤工作面支架能控制住工作空间的顶板，使其一点都不冒落；如果护不好，则可能发生漏垮型冒顶。

当煤层顶板是复合顶板时，如果复合顶板离层，有可能发生复合顶板推垮型冒顶；当顶板的下位岩层与上位岩层发生离层时，有可能发生冲击推垮型冒顶；当工作面顶板是金属网假顶，而且网上的破碎矸石又与上位岩层离层时，则可能发生金属网下推垮型冒顶。

直接顶内可能存在各种原生的、构造的以及采动的裂隙，从而使直接内出现“人字劈”、“升斗劈”等游离岩块，有时直接顶会十分破碎。采煤后如果不及时支护这类顶板，则可能导致这些游离岩块或碎块冒落；当爆破、移输送机等工作不慎弄倒已支设好的支架时，也可能使这类游离岩块或碎块冒落。

3.采煤工作面支架对顶板应能“稳得住”

所谓“稳得住”就是要求支架具有抵抗来自层面方向推力的能力，如果采煤工作面支架对顶板稳不住，则可能导致推垮型冒顶。

以上几种类型的冒顶，不是因为采煤工作面支架的支撑力不够，而是因为采煤工作面支架的稳定性不够，不能抵抗沿层髯的推力而导致的。

在一定条件下，采空区大块矸石可能冲入采煤工作面，推倒支架导致冒顶事故。这种事故是因为放顶线上支架的稳定性不够而导致的。

如果支架结构本身是稳定的，具有抵抗来自层面方向推力的能力，如金属支柱的铰接顶梁加拉钩式连接器组成的整体支架，就可以使支架对顶板“稳得住”。如果使用初撑力大的支架或支柱，把下位岩层与上位岩层紧紧顶住，不仅不让其离层，而且靠层间的摩擦力去抵抗来自层面方向的推力，反过来使支架自身也能稳定，这样也可以使支架对顶板“稳得住”。

“支得起”、“护得好”、“稳得住”三者在实际应用时不能单独考虑，“护得好”是建立在“支得起”基础上的，如果支架在“支”上失效，那就谈不上“护”了。同样“稳得住”是建立在“支得起”、“护得好”基础上的，如果支架在“支”、“护”上失效，那也就谈不上“稳”了。

（二）采煤工作面支架架设的安全要求

1.采煤工作面的伞檐不得超过作业规程的规定，不得任意丢失顶煤和底煤。工作面的浮煤应清理干净。支架、输送机和充填垛都应保持直线。

2.台阶采煤工作面必须设置安全脚手板、护身板和溜煤板。倒台阶采煤工作面，还必须在台阶的底脚加设保护台板。阶檐的宽度、台阶面长度和下部超前小眼的个数，必须在作业规程中规定。

3.采煤工作面必须经常存有一定数量的备用支护材料。使用摩擦式金属支柱或单体液压支柱的工作面，必须备有坑木，其数量、规格、存放地点和管理方法必须在作业规程中规定。

4.采煤工作面严禁使用折损的坑木、损坏的金属顶梁、失效的摩擦式金属支柱和失效的单体液压支柱。

5.在同一采煤工作面中，不得使用不同类型和不同性能的支柱。在地质条件复杂的采煤工作面中必须使用不同类型的支柱时，必须制定安全措施。

6.摩擦式金属支柱和单体液压支柱入井前必须逐根进行压力试验。

7.对摩擦式金属支柱、金属顶梁和单体液压支柱，在采煤工作面回采结束后或使用时间超过8个月后，必须进行检修。检修好的支柱，还必须进行压力试验，合格后方可使用。

8.支架架设时必须遵守以下规定：

（1）采煤工作面必须按作业规程的规定及时支护，严禁空顶作业。

（2）所有支架必须架设牢固，并有防倒柱措施。

（3）严禁在浮煤或浮矸上架设支架。

（4）使用摩擦式金属支柱时，必须使用液压升柱器架设，初撑力不得小于50kN；单体液压支柱的初撑力，柱径为100mm的不得小于90kN；柱径为80mm的不得小于60kN。对于软岩条件下初撑力确实达不到要求的，在制定措施、满足安全的条件下，必须经企业技术负责人审批。

（5）严禁在控顶区域内提前摘柱。

（6）碰倒或损坏、失效的支柱，必须立即恢复或更换。

（7）移动输送机机头、机尾需要拆除附近的支架时，必须先架好临时支架。

（8）采煤工作面遇顶底板松软或破碎、过断层、过老空、过煤柱或冒顶区以及托伪顶开采时，必须制定安全措施。

（9）严格执行敲帮问顶制度。开工前，班组长必须对工作面安全情况进行全面检查，确认无危险后，方准人员进入工作面。

（三）工作面放顶时的安全要求

1.采煤工作面必须及时回放顶或充填，控顶距离超过作业规程规定时，禁止采煤。

2.用垮落法控制顶板，回柱后顶板不垮落、悬顶距离超过作业规程的规定时，必须停止采煤，采取人工强制放顶或其他措施进行处理。

3.用垮落法控制顶板时，回柱放顶的方法和安全措施，放顶与爆破、机械落煤等工序平行作业的安全距离，放顶区内支架、木柱、木垛的回收方法，必须在作业规程中明确规定。

4.采煤工作面初次放顶及收尾时，必须制定安全措施。

5.放顶人员必须站在支架完整，无崩绳、崩柱、甩钩、断绳抽人等危险的安全地点工作。回柱放顶前，必须对放顶的安全工作进行全面检查，清理好退路。回柱放顶时，必须指定有经验的人员观察顶板。

6.采煤工作面采用密集支柱切顶时，两段密集支柱之间必须留有宽0.5m以上的出口，出口间的距离和新密集支柱超前的距离必须在作业规程中明确规定。采煤工作面采用无密集支柱切顶时，必须有防止工作面冒顶和矸石窜入工作面的措施。

（四）综合机械化采煤时必须遵守的规定

1.必须根据矿井各个生产环节、煤层地质条件、煤层厚度、煤层倾角、瓦斯涌出量、自然发火倾向和矿山压力等因素，编制设计（包括设备选型、选点）。

2.运送、安装和拆除液压支架时，必须有安全措施，明确规定运送方式、安装质量、拆装工艺和控制顶板的措施。

3.工作面煤壁、刮板输送机和支架都必须保持直线。支架间的煤、矸必须清理干净。倾角大于15°时，液压支架必须采取防倒、防滑措施。倾角大于25°时，必须有防止煤（矸）窜出刮板输送机伤人的措施。

4.液压支架必须接顶。顶板破碎时必须超前支护。在处理液压支架上方冒顶时，必须制定安全措施。

5.采煤机采煤时必须及时移架。采煤与移架之间的悬顶距离，应根据顶板的具体情况在作业规程中明确规定；超过规定距离或发生冒顶、片帮时，必须停止采煤。

6.严格控制采高，严禁采高大于支架的最大支护高度。当煤层变薄时，采高不得小于支架的最小支护高度。

7.当采高超过3m或片帮严重时，液压支架必须有护帮板，防止片帮伤人。

8.工作面两端必须使用端头支架或增设其他形式的支护。

9.工作面转载机安装有破碎机时，必须有安全防护装置。

10.处理倒架、歪架、压架以及更换支架和拆修顶梁、支柱、座箱等大型部件时，必须有安全措施。

11.工作面爆破时，必须有保护液压支架和其他设备的安全措施。

12.乳化液的配制、水质、配比等，必须符合有关要求。泵箱应设自动给液装置，防止吸空。

（五）采用放顶煤时必须遵守的规定

1.矿井第一次采用放顶煤开采，或在煤层（瓦斯）赋存条件变化较大的区域采用放顶煤开采时，必须根据顶板、煤层、瓦斯、自然发火、水文地质、煤尘爆炸性、冲击地压等地质特征和灾害危险性编制开采设计，开采设计应当经专家论证或委托具有相关资质单位评价后报请集团公司或者县级以上煤炭管理部门审批，并报煤矿安全监察机构备案。

2.针对煤层的开采技术条件和放顶煤开采工艺的特点，必须对防瓦斯、防火、防尘、防水、采放煤工艺、顶板支护、初采和工作面收尾等制定安全技术措施。

3.采用预裂爆破对坚硬顶板或者坚硬顶煤进行弱化处理时，应在工作面未采动区进行，并制定专门的安全技术措施。严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理顶煤、顶板及卡在放煤口的大块煤（矸）。

4.高瓦斯矿井的易自燃煤层，应当采取以预抽方式为主的综合抽放瓦斯措施和综合防灭火措施，保证本煤层瓦斯含量不大于6m3／t或工作面最高风速不大于4.0m／s。

5.工作面严禁采用木支柱、金属摩擦支柱支护方式。

6.有下列情形之一的，严禁采用单体液压支柱放顶煤开采：

（1）倾角大于30°的煤层。

（2）冲击地压煤层。

7.有下列情形之一的，严禁采用放顶煤开采：

（1）煤层平均厚度小于4m的；

（2）采放比大于1∶3；

（3）采区或工作面回采率达不到矿井设计规范规定的；

（4）煤层有煤（岩）和瓦斯（二氧化碳）突出危险的；

（5）坚硬顶板、坚硬顶煤不易冒落，且采取措施后冒放性仍然较差，顶板垮落充填采空区的高度不大于采放煤高度的；

（6）矿井水文地质条件复杂，采放后有可能与地表水、老窑积水和强含水层导通的。

三、采煤工作面顶板事故及预防措施

（一）采煤工作面顶板事故的分类

顶板事故是指在地下开采过程中，因为顶板意外冒落造成的人员伤亡、设备损害、生产中止等事故。

顶板事故按冒顶范围的不同分为局部冒顶和大面积冒顶两类；按发生冒顶事故的力学原理可分为压垮型冒顶、漏垮型冒顶和推垮型冒顶。压垮型冒顶是由垂直于层面方向的顶板力压坏采煤工作面支架而导致的冒顶；漏垮型冒顶是因已破碎顶板没有得到有效防护，受重力作用冒落而导致的冒顶；推垮型冒顶则是由平行于层面方向的顶板力推倒采煤工作面支架而导致的冒顶。

（二）压垮型冒顶的机理及预防措施

1.冒顶机理

压垮型冒顶主要是在基本顶来压时发生。

（1）垮落带基本顶岩块压坏采煤工作面支架导致冒顶

基本顶来压时，断裂、下沉的基本顶岩块会挤压采煤工作面支架，如果采煤工作面支架的支撑力不足，就会被压坏而导致冒顶。最不利的情况如图10－33所示，垮落带基本顶岩块前端已露出工作面煤壁，后端又未接触采空矸石，这时基本顶岩块的全部重量均由采煤工作面支架承受，发生压垮型冒顶的可能性最大。

图10－33　垮落带基本顶压坏采煤工作面支架

（2）垮落带基本顶岩块冲击压坏采场支架导致冒顶

由于采煤工作面支架的初撑力不足，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，当基本顶岩块向下运动时，采煤工作面支架要承受冲击载荷，支架容易被损坏，从而导致冒顶。

综采工作面如遇基本顶冲击来压，可能将支架压死、压坏（立柱油缸炸裂、平衡千斤顶拉坏等）或压入底板，从而导致顶板事故。

（3）裂隙带基本顶压坏采煤工作面支架导致冒顶

当裂隙带基本顶断裂、下沉、旋转、触矸时，如果采煤工作面支架的可缩量不足，就可能被压坏从而导致冒顶。图10－34所示为裂隙带基本顶岩块后端已触矸，这时采煤工作面顶板下沉量最大，所需支架可缩量也最大。如果支架可缩量较小，当裂隙带基本顶岩块后端未触矸时，支架就可能已被压坏。此外，由于裂隙带基本顶本身不会冒落，采煤工作面支架被压坏后，冒下的只是垮落带岩层。

图10－34　裂隙带基本顶压坏采煤工作面支架

2.预防措施

为预防发生基本顶来压时的压垮型冒顶事故，应采取下列措施：(www.xing528.com)

（1）进行矿压观测和顶板动态监测，预报工作面来压时间。

（2）加强支护。采煤工作面支架的支撑力应能平衡最不利情况下垮落带直接顶及基本顶岩层的重量；采煤工作面支架的初撑力应能保证直接顶与基本顶之间不离层。

（3）采煤工作面支架的可缩量应能满足裂隙带基本顶最大下沉的要求。

（4）煤层上直接顶为坚硬岩层时，采用顶板高压注水等措施降低其强度，或强制放顶。

（5）工作面出现台阶下沉时，用木垛等加强支护。

（三）漏垮型冒顶的机理及预防措施

发生漏垮型冒顶是由于采煤工作面直接顶软弱破碎而造成的。漏垮型冒顶包括：大面积漏垮型冒顶、靠煤壁附近局部冒顶、采煤工作面两端局部冒顶以及放顶线附近局部冒顶。

1.大面积漏垮型冒顶

（1）冒顶机理

由于煤层倾角较大，直接顶又异常破碎，采煤工作面支护系统中如果某个地点失效发生局部漏冒，则紧邻局部冒顶地点支架上方的碎顶在自然安息角以上部分会在重力作用下冒落，从而使该支架失稳倾倒，又使该支架控制的其余碎顶也冒落。这种现象会沿工作面往上逐个支架发生。因此，只要某个地点发生局部冒顶，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，造成大量支架失稳倾倒，导致工作面漏垮冒顶。

（2）预防措施

①选用合适的支柱，使工作面支护系统有足够的支撑力与可缩量；

②顶板必须背严、背实，梁头顶紧煤壁，采煤后及时支护，甚至要掏梁窝；

③严防爆破移溜等工序推倒支架引发局部冒顶。

（3）采煤工作面两端局部冒顶

单体支柱工作面，其采煤工作面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一段巷道。

①机头机尾处

在工作面两端机头机尾处，经常要进行机头机尾的移置工作，就在拆除老棚支设新抬棚时，破碎顶板可能进一步松动而冒落。

为预防采煤工作面两端发生漏垮型冒顶，可在机头机尾处各应用四对一梁三柱的钢梁抬棚支护，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（一般铰接顶梁，加上楔子后，不能向下弯，但能向上弯，双楔铰接顶梁则向下向上均不能弯）。

②工作面与巷道交接处

在掘进与工作面相连的巷道时，由于巷道支架的初撑力一般都很小，很难控制直接顶的下沉、松动甚至破碎，尤其当直接顶是薄弱软岩层时更是如此。随着回采工作面的推进，交接处需去掉原巷道支架靠工作面的一条腿，并换用抬棚支撑巷道支架的顶梁，这时如果支护操作不当，可导致碎顶冒落。

为保证安全，在工作面与巷道交接处，宜用一对抬棚迈步前移，托住原巷道支架的顶梁。此外，在工作面两端还可以采用十字铰接顶梁支护系统以防漏垮型冒顶的发生。

在超前工作面10m以内，巷道支架应加双中心柱；超前工作面10～20m，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，则在工作面与巷道交接处也需用一对迈步抬棚。超前工作面20m内的巷道支架也应加强支护。

（四）推垮型冒顶的机理及预防措施

1.金属网下推垮型冒顶

（1）冒顶状况

回采下分层时，金属网假顶处于以下两种情况时，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大硬岩块之间存在空隙。

②当下分层开切眼内错式布置时，虽然金属网上的碎矸与上部断裂了的大硬岩块之间不存在空隙，但是一般也难以胶结在一起。

（2）冒顶机理

金属网下推垮型冒顶的全过程分为两个阶段，而且各有其原因。

①形成网兜阶段。这是由工作面内某位置支护失效导致的，这时如果周围支架的稳定性好，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上面碎矸之上有空隙，或者由于支架初撑力小，而使网上碎矸石与上位断裂了的硬岩大块离层，这就造成网下单体支架不稳定，在网兜沿倾斜拉力的作用下，依次使网兜上方的支柱由迎山变成反山，最终造成推垮型冒顶，当然这两个阶段有可能间隔很短的时间。

金属网下大型冒顶的情况是很复杂的。除上述推垮型冒顶外，当发生局部破网漏顶，漏顶处以上一定斜长内，金属网兜着碎矸可能以漏顶处为去路，整体运动推倒工作面支架，造成推垮型冒顶。如果网上是散体碎矸，而煤层倾角又较大，一旦某个地点破网漏顶，漏顶处以上工作面则可能发生大面积漏垮型冒顶。此外，回采第一分层时如果铺顶网，也可能发生推垮型冒顶。

（3）预防措施

通过分析金属网下推垮型冒顶的原因可以得出，防止这类冒顶事故的主要措施应该是提高支柱初撑力及增加支架的稳定性措施：

①回采第一、二分层及以下分层时用内错式布置开切眼，避免金属网与碎矸之上存在空隙。

②用提高支柱初撑力的方法，让网上碎矸顶紧上位硬岩展示会，以增加支架稳定性。

③用“整体支架”增加支架的稳定性。可以用金属支柱铰接顶梁加拉钩式连接器的整体支架，或用金属支柱铰接顶梁加倾斜木梁对接棚子的整体支架。

④采用伪俯斜工作面。这个措施的目的在于增加抵抗下推的阻力。

⑤初次放顶时要千方百计保证把金属网下放到底板。例如对开切眼内错布置的分层工作面，初次放顶前应把开切眼靠采空区一侧的金属网剪断。

2.采空区冒矸冲入采煤工作面的推垮型冒顶

若煤层上直接是石灰岩等较坚硬岩层，当其呈大块在采空区垮落时，可能顺着已垮落的矸石堆冲入采煤工作面，推倒采煤工作面单体支柱（从根部推倒采煤工作面支柱而不是从顶部），从而导致推垮型冒顶。

预防这种类型冒顶事故的主要措施有：

（1）用挑顶等办法使采空区小块冒矸超过采高，从而使大块冒矸无法冲入采煤工作面。

（2）用切顶墩柱或特种支柱切断顶板，一方面减小冒矸面积，另一方面阻挡冒矸使期不得冲入采煤工作面。

（五）综合型冒顶的机理及预防措施

1.厚层难冒顶板导致的冒顶

厚层难冒顶板导致的冒顶，是指采空区大面积悬露的坚硬顶板在短时间内突然塌落而造成的大型冒顶事故。在这种顶板下主要是大面积的压垮型冒顶。

（1）冒顶机理

总的来看，厚层难冒顶板大面积冒顶是在一定的支撑条件下，大面积悬露顶板岩层的受力超过了其极限强度。

①岩层被拉断而冒落。由于进行开采，顶板大面积悬露，在岩层自重作用下，当弯曲应力值超过其强度极限时，岩层将出现断裂或使原生的细微裂缝扩展，一旦这些裂缝贯穿整个岩层时，则发生了大断裂，从而导致了冒顶。

②岩层被剪断而冒落，由于顶板大面积悬空，在煤柱上的顶板岩层内产生强大的切应力，顶板被切断，从而导致冒顶。

（2）预防措施

①用钻眼爆破或高压注不，松动碎裂2～3倍采高顶板岩层（包括直接顶在内）。在以后考虑支护参数时，把这2～3倍采高顶板岩层看做是垮落带岩层即可。对综采工作面，一般应超前工作面进行松动碎裂。对单体支柱工作面，既可以超前工作面松动碎裂，也可以在采空区用钻眼爆破法进行挑顶；此外，考虑到采空区冒矸块度较大，放顶线上的支柱应有足够的支撑力与稳定性，以免被冒矸推倒，条件允许时应尽量使用墩柱。

②若有可能（即厚层难冒顶板本身不太厚），可只对它挑顶一部分，使剩余部分转化为裂隙带基本顶。此外，在开采煤层群时，当下煤层的顶板较软，上煤层的顶板是厚层难冒顶板时，可先开采下煤层，使上煤层及其顶板位于下煤层采后顶板的裂隙带内，产生松动和断裂，但又保持一定的完整性。当开采上煤层时，也可避免厚层难旧地顶板所造成的威胁。

2.地质破坏带附近的局部冒顶

地质破坏带主要是煤层和顶板岩层中的断层，这时压垮型、漏垮型、推垮型冒顶都可能发生。

（1）单体支柱工作面

断层附近顶板压力大（垮落带范围扩大）、破碎，支护不好时易发生压垮型或漏冒型冒顶。当碎顶沿倾斜断层面移动时，易推倒支架导致推垮型冒顶。因而在断层附近应增大支护密度，提高支护初撑力，甚至用木垛加强支护，护好碎顶，并用戗棚戗柱增加支架的稳定性。

（2）综采工作面

综采工作面如果遇到长度大于5m的平行工作面的断层，此时，支架若有较大的富余阻力，工作面可照常推进，否则应让工作面与断层斜交或挑顶。

三、采煤工作面冒顶事故案例

（一）综采工作面冒顶事故

2004年4月22日1时50分，义马煤业（集团）有限公司跃进煤矿25060综采工作面发生一起冒顶事故，造成1人死亡，直接经济损失10万元。

1.矿井概况

河南义马煤业（集团）有限公司跃进煤矿始于1958年，1975年和1989年分别进行了两次改扩建，扩建后，设计生产能力为120万／t。

该矿主要开采2－1煤和2－3煤。两煤层在井田深部合并，统称2－1煤，煤层平均厚度3.95m，煤层倾角平均为35°，直接顶板为灰黑色泥岩，基本顶为坚硬的砾岩。底板多为粉砂岩、中细砂岩及泥岩。煤层极易自燃发火，煤尘具有爆炸性，属低瓦斯矿井。

矿井采用斜井多水平开拓方式，有主斜井和副斜井各一个，回风斜井两个，排水立井一个，矿井采用边界混合式通风，安装两台2K60－1No.18型矿井主要通风机。矿井采煤方法为走向长壁综合机械化采煤法。

2.事故经过

2004年4月22日零点班，综采队当班跟班队长仝某负责进班布置工作，按照四点班汇报，当班安排带15块刮板输送机刮板运到25060采煤工作面。到工作面现场后，仝某安排工人把刮板放到刮板输送机上运往机头，刮板运到机头第二架时，刮板输送机司机李某停下刮板输送机把其上面的9块刮板卸到此处。这时，跟班队长仝某在向调度室和信息站汇报检查情况后，来到机头，又吩咐司机李某在第二架处等候，待后边的刮板运到后卸掉。自己则亲手操作刮板输送机，开了2m左右停住，李某卸下剩余的6块刮板，仝某又启动了刮板输送机，大约开了8m，刮板输送机上的一块大碴顶住机头抬棚梁，抬棚梁在碴块的挤推力作用下被顶掉，正好砸在从工作面采空区侧刚过机头的电工蒋某左后脑部，现场工人立即将蒋某送往义煤总医院全力组织抢救，但因伤势过重，抢救无效死亡。

3.事故原因

（1）直接原因

综采面下拐头支护抬棚梁太低，工作面刮板输送机头过高，相对间隙减小，工作面刮板机上的大碴块在挤推力的作用下顶掉抬棚梁，砸往路过工人，造成事故。

（2）间接原因

①安全管理、技术管理、生产管理不到位。习惯性违章长期存在，回采工作面下拐头支护抬棚过低，与刮板输送机的机头间隙小。

②安全意识差，无证上岗，无证操作。

③安全培训和安全教育不到位。工人自主保护意识差，回采工作面工人对安全出口不畅通，下拐头支护高度不够习以为常，不知其危险程度。

（二）炮采工作面冒顶事故

2002年3月30日10时左右，洛阳市龙门煤矿1111炮采工作面发生一起冒顶事故，造成一人死亡，直接经济损失10万余元。

1.矿井概况

龙门煤矿1966年兴建，1976年投产，设计生产能力30万t／a。矿井开拓方式为立井多水平上下山开拓。能风方式为中央边界式。属低瓦斯矿井，主要开采二1煤，煤层厚度3.5～9.1m，平均煤厚6.2m，煤层平均倾角16°，采用走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。煤层直接顶为黑色泥岩，厚度0.3～2.5m，其上基本顶为大占砂岩，地质构造相对简单，区域内无太大的断层和褶曲。

2.事故经过

2002年3月30日8点班由跟班区长马某主持进班会讲了安全工作，班长常某具体安排工作。到达1111工作面后，常某见工作面上口第四至第八棚煤墙侧柱腿没支，且第三部刮板输送机未移，就安排张某、韩某先清煤移刮板输送机，然后再处理柱腿。张某让韩某拿工具准备支煤墙侧的柱腿。当韩某拿着斧子和荆条走到张某附近时，从上往下数第十一棚突然发生冒顶，很快将张某埋住。韩某赶紧从未冒实的缝隙中爬出，到工作面上拐头，遇见了安全员王某，并与王某一起叫人组织抢救。大约10点40分将张某扒出，已经死亡。只见第十一棚采空区侧柱失效降落，中心柱倒在煤墙上。

3.事故原因

（1）直接原因

回采工作面使用的摩擦支柱由于长期未检修，失效支柱多、工程质量差、该支不支，顶板来压时，支柱降落造成冒顶事故。

（2）间接原因

①“安全第一”意识差，重生产轻安全。违反国家的有关规定，金属摩擦支柱常年在井下使用而不检修，致使支柱降落造成冒顶事故。

②技术管理、生产管理不到位。回采工作面工程质量差，缺梁少柱现象普遍。

③安全管理不到位，回采面支柱失效，缺梁少柱的隐患长期存在。

④职工的安全教育和培训不够或培训缺乏实践经验的学习，致使工人技术素质差，支柱失效仍然在用，缺梁少柱成习惯，不知其危害程度。

（三）平顶山市香山煤矿冒顶事故

1998年1月18日12时50分，平顶山市香山煤矿西一采区丁6－22063采煤工作面发生冒顶事故，造成11人死亡。

1.矿井概况

香山煤矿属地方国有煤矿，始建于1957年，1985年二水平改扩建后，生产能力达30万t／a。该矿井田走向长3km，倾斜宽1km，有7层可采煤层（即丙3.丁5.丁6、戊8、戊9、戊10、已16－17），煤层倾角42°～48°属于急倾斜煤层，属低瓦斯矿井。矿井采用立井多水平分区式开采，一水平标高－100m，二水平标高－250m，矿井通风方式为中央并列式：

由于西一采区的丁5和丁6煤层间距只有1～3.5m，丁5－22062工作面和丁6－22063工作面采用联合布置，共用丁6－22063工作面的机巷和风巷，丁5－22062工作面超前丁6－22063工作面43m。丁6－22063采煤工作面的直接顶是丁5－22062采煤工作面的薄层底板及其采空区。发生事故的丁6－22063采煤工作面，走向长490m，倾斜宽47.6m，采用HZWA－2000型金属摩擦支柱配HDJ－1000型金属铰接顶梁支护，电煤钻打眼爆破落煤，走向长壁全部垮落法采煤，特种支护采用木垛，工作面最小控顶距3m、最大控顶距4m。支柱和顶梁均为1980年投入使用，1990年以来没有进行过压力试验。自1998年1月1日开始，该采煤工作面从下安全出口向上23～30m段出现底板鼓起、煤层变薄、顶板破碎。

2.事故经过

1998年1月18日10时50分，采煤一队13名工人来到丁6－22063采煤工作面后，发现工作面下部有一段煤没有回采齐，当班班长赵某安排2人负责把煤壁采齐，1人升井取仪器，1人到风巷运椽杆，其他人先在采面休息，等煤壁采齐后再移架放顶。王某背着一捆椽杆刚到工作面上口时，听到工作面下边响了一声炮，王顺着工作面继续向下走，下到七八米处，看到工人在躲炮，王即停下。这时又响了一声炮，第二声炮响后，有工人说咣当一声响是不是棚子倒了。班长赵某问另一工人碍不碍事，回答说没事，再放一炮，一齐升三棚。大约过了五六分钟，又放了一炮后，顶煤往下流。约12时50分，煤流了一会儿后，听见“轰隆隆”的声音，像是顶板矸石落下的声音，班长赵某大声喊：“赶快向高处跑！”工人们赶快向外跑，王某跑到工作面上口时，被一阵强风吹倒，矿帽被吹掉，此时煤尘很大，他回头喊班长和工人，没有回音。王某立刻跑到一刮板输送机机尾处向调度室打电话报告：“采面冒了，11人在里面”。矿井领导立即组织人员抢救，至1月27日12时30分，抢救工作结束，这次事故共造成11人死亡。事故发生区域如图10－35所示。

图10－35　平顶山市香山煤矿冒顶事故示意图

说明：1.两工作面错距规定16～25m，由于顶板破碎地质变化、倾角大等不利因　素造成错距达42m；2.该处倾角为48，夹矸0.7m（层间距）

3.事故原因

（1）当班领导不顾采面变化带顶板破碎和支架不稳定的重大安全隐患，在采面中部违章爆破，造成工作面局部冒顶，由于煤层倾角大，顶板矸石冲向下方，导致工作面上段顶板空虚，支架卸载后被继续下落的矸石摧垮，将工作面上段正在躲炮的11名工人全部埋住。

（2）该矿对采面出现地质变化带没有引起重视，采煤队劳动组织混乱，不按正规循环作业，工程质量差。

4.防范措施

（1）煤矿要牢固树立安全第一的思想，健全安全生产制度，狠抓落实。采煤一线要配备专业工程技术人员，严格现场管理。

（2）矿井各业务科室要认真做好安全生产业务保安工作，严格工作面的工程质量。

（3）加强采面支护管理，大倾角工作面支架应在“稳”上下功夫。