【摘要】：頂板事故是煤礦“五大災害”之一，事故發生率和人員傷亡率一直在煤礦事故中占很大比重，給國民經濟帶來巨大損失，不容忽視。近年來，事故率和傷亡率雖有所下降，但其危害仍然很大。完善理論依據，提高管理人員和工作人員的技術水平，建立一套完整、有效的頂板管理制度對降低事故率和傷亡率尤為重要。

　　【關鍵詞】：頂板礦壓防治

　　一、引言

　　隨著我國經濟、技術的迅速發展，對能源的需求日益增大，煤炭工業一直是我國國民經濟的支柱產業，而煤礦事故對人們來說卻是一個非常沉重的話題。

　　頂板事故是煤礦“五大災害”之一，回采工作面頂板事故發生比較頻繁，人員傷亡率一直較高。據統計，回采工作面百萬噸死亡率中，頂板事故約占67%。如不對頂板加以及時、合理、有效的控制和管理，就有可能影響“安全生產”，造成嚴重后果。

　　導致回采工作面冒頂事故的直接原因是回采工作面上覆巖層受采動影響而使應力重新分布，失去了原有的應力平衡，這就導致了部分區域出現應力集中，當上覆巖層施加于下部巖層的載荷達到極限載荷時，巖層發生斷裂而垮落。

　　隨著采煤技術的不斷提高，理論方法的不斷完善和成熟，近年來，頂板事故率有所下降，但其危害仍然很巨大，頂板事故在煤礦生產過程中不應被忽視。按事故發生地點統計排在前三位的是：采煤工作面（63.18%）、掘進工作面（12.55%）、巷道（13.81%）。

　　因此，準確掌握礦壓顯現規律，建立一套合理、有效的頂板管理制度是非常必要的。

　　（一）影響回采工作面礦山壓力顯現的主要原因

　　1.地質因素

　　影響回采工作面礦山壓力的主要因素是圍巖性質，地質因素是成煤過程中自然形成的，是不可改變的。在生產過程中，只能適應和運用其特性服務生產。

　　（1）巖石力學性質

　　實際觀測表明，巖石的力學性質對礦山壓力顯現起關鍵性作用。由于巖石自身的密度、礦物成分、顆粒大小等的不同，不同巖石或同一種巖石的強度各異。測定表明，頂板巖石強度越高，礦壓顯現越明顯。

　　（2）開采深度

　　開采深度直接影響著原巖應力的大小，對巷道礦山壓力顯現的影響可能比較明顯，特別是有煤巖突出礦井，這是一般規律。如在松軟巖層中開掘巷道，隨著深度的增加，巷道圍巖的“擠、壓、鼓”現象比較明顯。

　　但開采深度對回采工作面頂板壓力大小的影響并不突出，因而對礦山壓力顯現的影響也不明顯，特別是對頂板下沉量的影響。在目前的技術條件下，開采深度可達600～800m，實際測定表明，采深對工作面頂板下沉量無直接影響。例如比利時的彼丘爾煤礦，開采深度已達1415m，工作面采用工作助力為350kN的金屬支柱，仍然可以將頂板管理得很好。

　　(3)煤層傾角

　　煤層傾角對回采工作面礦山壓力顯現的影響比較大，實際觀測表明，煤層傾角越大，頂板下沉量越小。也就是說，近水平工作面的頂板下沉量要比傾斜、急傾斜工作面大得多。

　　（4）斷層、裂隙等

　　一般來說，斷層、裂隙較發育的巖層都比較破碎，這直接影響了巖層的強度。這樣的頂板非常容易垮落，從而釋放了部分礦山壓力，使其得以緩和。

　　2.開采技術因素

　　開采技術因素是人為因素，也就是說，可以通過一定的技術手段控制和改變礦壓顯現，這對頂板的控制和管理很有意義。

　　（1）巷道的布置

　　在礦井的建設、開采過程中，必定破壞了圍巖原有的應力平衡，使其重新分布。因此，合理的選擇巷道位置對礦山壓力顯現是很重要的。若巷道開掘在原巖應力區，則巷道受壓小，易于維護；若開掘在支撐壓力影響區，巷道受壓則比較大。

　　2（2）支護方法

　　在巷道開掘后，巷道圍巖與支架共同承擔著上覆巖層所施加的載荷，也就是“支架-圍巖”相互作用關系。

　　經驗說明，支架穩定性好，礦壓顯現則不明顯；支架穩定性越差，礦壓顯現越明顯。

　　（3）工作面推進速度

　　工作面推進速度越快，頂板下沉量越小，頂板下沉速度加劇，礦壓顯現越明顯。例如，前蘇聯某工作面推進速度由3.5m/d上升到13.5m/d，頂板下沉速度增加了一倍，同時也消除了部分下沉量。采高越高，工作面礦壓顯現越明顯；采高越低，工作面礦壓顯現越緩和。根據淮南礦區的測定，在開采單一煤層或厚煤層第一分層時，采高與冒落帶和裂縫帶的總厚度成正比關系。

　　二關鍵層對巖層移動的的影響

　　眾所周知，由于煤系地層的分層特性差異，因而各巖層在巖體活動中的作用是不同的。有些堅硬的厚巖層在活動中起控制作用，即起承載主體與骨架作用；有些較為軟弱的薄巖層在巖層活動中只起加載作用，其自重大部分由堅硬的厚巖層承擔。因而，我們把在巖體活動中起主要控制作用的巖層稱之為關鍵層。于是，關鍵層的定義可做如下表述：在采場覆巖層中存在多個巖層時，對巖體活動全部或局部起控制作用的巖層稱為關鍵層。關鍵層判別的主要依據是其變形和破斷特征，在關鍵層破斷時，其上部全部巖層或局部巖層的下沉變形是相互協調一致的，前者稱為巖層活動的主關鍵層，后者稱為亞關鍵層。也就是說，關鍵層的斷裂將導致全部或相當部分的上部巖層產生整體運動。顯然，關鍵層的斷裂步距即為上部巖體部分或全部巖層的斷裂步距，從而引起明顯的巖層運動和礦壓顯現。關鍵層由其巖層厚度、強度和載荷大小而定。①

　　三、回采工作面頂板控制

　　1.全部垮落法控制頂板老頂達到極限跨距后，隨著工作面的推進，老頂發生初次斷裂，垮落的巖石在采空區內重新膠結，形成“砌體梁”結構，達到新的平衡關系，有效的緩解了上覆巖層的移動。隨著理論、技術的逐漸完善，采用全部垮落法控制頂板已得到廣泛使用，并在安全管理方面取得了顯著成效。

　　2.單體支架支護工作面頂板控制

　　單體支架由金屬支柱和金屬鉸接頂梁組合而成的支架，按其金屬支柱的特性有可分為：摩擦式金屬支架和單體液壓支架。

　　（1）摩擦式金屬支架：摩擦式金屬支架曾在我國廣泛使用，其支柱有急增阻式和微增阻式兩種。它是通過調節控頂距來適應各類頂板。由于其工作壽命過短，現已日漸被淘汰。

　　（2）單體液壓支架：單體液壓支架的液壓支柱是典型的恒阻式支柱。安設支架以后，通過調節活柱使支架很快達到額定阻力，因此，它始終可以保持工作助力不變，能對頂板較好的支撐和維護。

　　由于單體支架沒有較好的掩護性能，對外界的抵抗力也比較弱，在來壓時必需采取相關措施：（1）保證支柱有足夠的初撐力。（2）防止支柱鉆底。（3）支設特種支護，起到雙保險。（4）在老頂來壓時，盡量避免“回柱放頂”。

　　（3）綜采工作面頂板控制

　　綜采機械化標志著采煤技術達到了“現代化”，實踐表明，回采工作面在采用液壓支架之后能較大的加強其控頂能力，若再加以科學的管理，則能使工作面生產效益和安全系數大大增加。液壓支架按其特點可分為支撐式、掩護式、支撐掩護式三類。

　　（1）支撐式：通風面積大，切頂效果好，質量輕，工作阻力高，支撐速度快。適用于傾角小于15°，厚度為0.6～3.6m，頂底板較為平整、穩定的煤層。

　　（2）掩護式：對機道上方頂板進行支撐，對采空區冒落的矸石進行掩護。適用于傾角小于15，厚度大于0.9m，采高較大，周期來壓步距穩定，頂板比較破碎的中厚煤層。

　　（3）支撐掩護式：它兼有支撐式和掩護式支架的優點，適應性較強。適用于傾角小于20°，頂板比較破碎的中厚以上煤層。

　　四、回采工作面頂板事故防治

　　1.回采工作面冒頂事故的分類

　　回采工作面冒頂事故按一次冒落范圍大小可分為局部冒頂和大面積冒頂；按力學因素可分為壓垮型冒頂、漏垮型冒頂和推垮型冒頂。

　　統計數據顯示，局部冒頂范圍在3～5個支架范圍內，傷亡人數一般在1～2人左右，多發生于破碎頂板，占頂板事故的65%～75%。大面積冒頂則范圍比較大，傷亡人數3人以上，多發生于堅硬頂板。

　　2.回采工作面大面積冒頂事故防治

　　在工作面推進的過程中，直接頂垮落后未能充滿采空區，在老頂周期來壓時導致工作面應力集中，在這種情況下就很容易發生大面積冒頂事故【3】。大面積冒頂事故有著明顯的預兆，比如頂板發出斷裂聲，工作面壓力增大，煤質松軟等。工作面大面積冒頂事故的危害相當巨大，它直接影響到工作人員的安全和巨大的經濟損失。例如，2008年12月，神木后柳塔煤礦發生大面積冒頂事故，造成4人死亡。

　　因為工作面大面積冒頂事故危害的嚴重性，做好其防治工作是必要的。在目前的技術條件下，應做好如下工作防治工作面大面積冒頂事故：

　　（1）提高支護強度，保證支架的穩定性；

　　（2）做好監測監管工作；

　　（3）嚴格控制采高。

　　3.回采工作面局部冒頂事故防治

　　在冒頂事故中，局部冒頂是工作人員和管理人員一直不太注意的事故之一，根本原因在于其沒有明顯的預兆，但經驗告訴我們，只要仔細觀察，是可以發現一些預兆的，比如煤壁發出聲響、片幫以及瓦斯涌出量增大等。

　　由于人們的忽視而導致的局部冒頂事故屢見不鮮。比如，2007年1月呼倫貝爾市莫力達瓦達斡爾族自治旗巴彥奎勒河辦事處109煤礦發生局部冒頂事故，2名礦工遇難。

　　要做好局部冒頂事故防治工作，就得從根本出發，提高工作人員和管理人員的技術水平，合理選擇支護類型，做好監測工作。

　　五、結語

　　頂板事故是煤礦“五大災害”之一，其事故發生率和人員傷亡率一直很高。就目前的技術水平，在事故原因、頂板控制和事故防治方面建立一套完整的頂板管理防治理論是必要的，它能在一定程度上指導實際工作，從根本上降低事故發生率和人員傷亡率，減少經濟損失。隨著科學技術水平的不斷進步，在頂板管理方面可從一下幾個方面發展：

　　（1）發展采煤工作面機械化、智能化理論技術。

　　（2）提高監測水平，及時預報可能發生的災害事故。

　　（3）提高勘探技術，全面了解地層地質情況。