摘要：通過推垮型冒頂的機理分析，找出推垮型冒頂的必要條件和充要條件，提出合理預防措施，避免頂板事故發生。

　　關鍵詞：復合頂板、推垮型冒頂、機理分析、特點或表現、預防措施。

　　1、引言

　　隨著單體液壓支柱在炮（普）采工作面的廣泛應用，炮（普）采裝備水平大大提高，支護條件有了質的飛躍，但復合頂板推垮型冒頂仍時有生。本文將根據地質概況受力情況分析其形成的機理及條件。

　　2、復合型頂板概念及特點

　　一般煤層上面0.5~3.0m左右易于上部巖層離層的頂板，其下部巖層的組合結構是一個整層或幾個分層組成的分層組，層間滑面發育或粘結力，形成復合關系，故稱復合頂板。

　　特點：“軟”、“弱”、“薄”。軟即指頂板巖性上硬下軟，差異較大。弱即指在軟硬巖層之間存在弱面，易離合。薄即指下位軟巖較薄，冒落后不能充滿采空區。

　　復合型頂板極易產生推垮型冒頂。

　　3、推垮型冒頂的概念及特點

　　概念：由于支柱初撐力不足，造成抗推力不夠，沿頂板推力方向傾倒垮頂。特點：

　　①冒頂前采場頂板壓力不大，支架基本無變形，一般沒有明顯的預兆。

　　②冒頂發生時速度快，來勢猛，具有突發性和連續性，各個有活動頂板的工序均可發生。

　　③垮落范圍較大，冒頂后老頂大面積懸露，但工作面仍無明顯壓力，冒頂后未冒區支架完好無損，基本不受冒頂影響。

　　④冒頂一般在初放階段，老頂未冒落前支架倒俯方向大都沿正傾斜方向。

　　4、推垮型冒頂沿傾斜方面上的受力機理分析要使直接頂穩定，其受力必須滿足以下兩個條件

 

　　P-工作面支架的支撐力；R-合阻力；N-上覆巖層對直接頂的壓力，在該處由于二者已離層，因此，N＝0；F1＝G•cosα；F2一直接頂自重沿平行于頂底板方向的分量，F2＝G•sinα；G一直接頂自重；R1一下部巖石對其下部直接頂下滑趨勢產生的阻力；R2一上部巖石對其下部直接頂下滑趨勢產生的拉力；R3一上覆巖石對其下方直接頂下滑趨勢產生的磨擦力和剪切力；R4一煤壁一側巖石的磨擦力和剪切力；R5一支架對上覆直接頂下滑產生的阻力，R5＝P•sinθ；α－工作面長度方向上的傾角；θ－支柱的迎山角，一般每80上迎20~30。

　　對于條件①在工作面支護強度的設計中已經解決，支柱的初撐力完全能滿足F1＋N的支護要求。

　　對于條件②根據工作面條件分析如下：

　　R1－下部軟巖冒落形成自由空間，R1→0

　　R2－煤與頂板較為破碎，R2→0

　　R3－頂板已離層，R3→0

　　R4－已斷裂離合形成不規則的六面體，R4→0

　　R5＝Psinθ＝Gcosα•sinθ≌0.08G（α:100~300，取為200，θ取為50）

　　通過分析得知R＝R1＋R2＋R3＋R4＋R5≌R5≌0.08G＜＜F2≌0.3G

　　一旦F2＞R就會瞬時推垮，由此得出離層頂板的自動下滑是推垮工作面的唯一動力，而老頂不參與推垮。

　　結論：

　　(1)從F2=G•sinα可知，對于緩傾斜工作面來說，工作面傾角的存在是發生此類推垮事故的必備條件之一，α越大發生此類事故的危險性越大，而α＝0時，F2＝0，就不可能發生這類事故。生產實際中，在單體液壓支護條件下，當α＞80時就應該采取必要的預防措施。

　　(2)有ΣF2＝nF2 噸/根（n為上方離層區內同排支柱根數）。ΣF2與n成正比，當n＝0時，ΣF2＝0。理論上說不離層不會推垮，離層面積越大，推垮的可能性就越大，這是形成推垮的又一必要條件。

　　由此形成推垮冒頂的充要條件是(1)支柱初撐力低，穩定性差。(2)煤層有一定的傾角。(3)老頂同下覆巖層存在離層。三個條件必須同時具備，一旦下滑力大于合阻力，就會瞬時推垮。

　　條件（1）是導致推垮的關鍵。條件（2）是形成推垮的必要條件之一。條件（3）是造成推垮的根本原因。

　　離層區下段與下方5m左右范圍為推垮危險區，此段支架與頂板存在相互依存關系，一旦破壞平衡，下部巖層對離層頂板的阻力→0，給離層的不規則六面體提供了去路。因此，必須接實護嚴頂板，支柱有效支護，棵棵監控。

　　5、預防措施

　　（1）以防為主，堅持“初撐力第一”的觀點，初撐力不足就是事故，必須增大并保持單體支柱的初撐力（工作阻力）使初撐力P不僅能支撐住復合頂板下位軟巖層，而且使軟巖層壓緊硬巖層，其間的磨擦阻力足夠阻止軟巖層下滑，從而支架自身也能穩定，P可按下式計算。

　　P≥F1＋F2'其中F2'＝1/fGsinα

　　P≥γh/n(cosα+1/fsinα)

　　式中：

　　P－每根支柱的初撐力KN

　　n－支護密度，根/m2

　　γ－軟巖層平均容重，KN/m3

　　h－軟巖層厚度，m

　　α－煤層傾角，度。

　　f－軟硬巖層間的滑動磨擦系數

　　為防止支柱鉆底，一般采取支柱穿鞋或下底梁，支柱及時二次注液。

　　（2）防止離層

　　①從掘進工程開始加強管理，確保復合頂板的完整性，隱蔽工程必須有詳細地質資料，以便采取針對措施。

　　②先護為主，嚴禁空頂作業，空頂處必須及時接實，加強臨時支護。

　　（3）增強支架穩定性

　　①初放期間或正常生產特殊地段按規定架設特殊支架，老塘側架設整體一梁三柱順山挑棚，頂板破碎段套棚，以增強穩定性，產生整體抗推力，增大合阻力。

　　②增加支柱迎山角，一般每80增加2~30為宜。

　　（4）工作面采取下偽方向施工，或沿偽俯斜推進，以減小回采角度，降低一旦離層而產生的自重下滑力，一般初采期間多甩采上部，使頂板呈下偽斜30~50。按真傾斜方向施工的開切眼，工作面上口超前下口的距離可由下式計算。

 

　　式中

　　β－工作面頂板下偽傾角，30~50。

　　α－煤層真傾角，度；

　　l－工作面真傾斜長，m;

　　L－工作面上口超前下口的距離，m.

　　（5）控制采高。由于下位軟巖較薄，如采高大，冒落后不能充滿采空區，降低采高一般可充滿采空區，增加頂板下推的磨擦阻力，實際采高一般控制在2m以下。

　　（6）嚴格現場管理，加強礦壓監控，及時發現并排除隱患，將事故消滅在萌芽狀態。

　　（7）加強安全培訓，提高作業人員業務素質，提高安全質量標準化水平。