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【摘要】煤矿的五大灾害中，最常见的是顶板事故。新景矿自2011年至2013年为止，发生多起安全伤亡事故，其中顶板事故比例达到40%。鉴于如此多发的顶板事故，要确保煤矿生产安全，加强顶板管理是杜绝安全生产事故发生的关键。为此，加强煤矿顶板管理工作，必须从多角度和深层次分析事故原因，探索如何采用行之有效的措施与办法对顶板管理实行专项整治。本文从采煤工作面顶板来压情况分析出发，简要阐述了加强采面顶板管理的具体做法和要求，确保采面顶板管理得到有效加强，严防采面顶板事故发生。
【关键词】安全生产；专项整治；顶板管理；顶板来压
1、引言
提高采煤工作面顶板管理控制，主要取决于矿山压力和支护方式。
矿山压力指的是存在于采掘空间围岩内的力。简称矿压或地压。当煤岩被采动以后，形成一定的空间，从而打破了原有的静止状态，煤岩体仙的原有应力被释放出来，作用于采动空间的四周，使之移动变形。而重力是产生矿山压力的主要根源，因而顶板向下移动的趋向较大，而且对巷道支护产生压力，通常称顶板压力。
支护方式是指工作面及两巷采取支架、单体柱、梁等支护材料对顶板进行二次维护。二次支护的作用就是保证顶板在受到顶板压力时不会发生较大的变形。当然这也取决于选取什么样的支护方式。只有两者的有效结合才可以达到顶板的有效控制。
2、顶板情况分析
（一）顶板的分类
1、新景矿主采煤层为3#、8#、15#煤层其对应顶板和岩性分别为伪顶（主要为3#煤多数存在），岩性为泥岩；直接顶，岩性为灰岩居多；老顶，岩性为砂岩居多。
2、再生顶板：分层开采时上分层垮落矸石自然固结或人工胶结而形成的顶板。它是通过压实和胶结两个过程形成的。
3、人工顶板：分层开采时为阻挡上分层垮落矸石进入工作面空间而铺设的隔离层。
（二）矿压分析
1、针对工作面矿压，因破碎的岩块间有许多空隙，其体积膨胀，压实后增大5%～20%，所以能将较硬的基本顶托住或缓冲其压力，形成相对的稳定状态。而工作面上部未垮落的岩层压力，向工作面煤壁前言转移。因此，采煤工作面的控顶空间的支架在一般情况下，承受的只是顶板岩层悬伸部分所产生的压力。为了将由此产生的压力减轻到最低限度，就必须及时地把采煤工作面作业空间以外的顶板及时放落下来。
2、直接顶的初次垮落：采煤工作面由开切眼开始推进时，直接顶是完整的，随着工作面煤壁向前推进，采空区的直接顶悬露面积不断扩大，从而发生弯曲、下沉、离层直到垮落，即是直接顶初次垮落。而从开切眼煤壁到直接顶初次垮落时切顶线的距离，叫做直接顶初次垮落距离。
3、初次来压：基本顶初次破断在采煤工作面引起的矿压显现。基本顶由于岩层较厚而坚固，能维持很大的面积，一般不易垮落。一旦垮落时，工作面矿压显现比较强烈或极为强烈。从开切眼开始推进到基本顶初次来压后，随着采面的推进，基本顶每悬露一定距离后，就会发生一次断裂，并形成断距基本相同的来压现象叫周期来压，其距离叫周期来压步距。有的工作面没有明显的基本顶，所以也就没有初次来压与周期来压的现象。
（三）顶板压力显现
矿山压力在采煤工作面显现：1、顶板下沉，产生裂隙，发生局部冒落或大面积冒顶。2、工作面内的支架变形、折断或使立柱插入底板岩石内。3、在倾角较大的采煤工作面中，发生底板鼓起、滑动等现象。4、工作面的煤壁片帮，滑落，或煤岩被压出来等现象。
片帮：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。工作面采高越大或煤层节理发达就越容易片帮，薄煤层和煤质坚硬的工作面就不容易发生片帮的现象。工作面片帮后，使顶板悬露面积加大，顶板会随之大量下沉，容易引起冒顶事故。同时，片帮下滑的煤炭倒塌时也能碰伤人员，造成人身伤亡事故。
冒顶：采煤工作面的支架不能控制住顶板时，顶板岩石发生垮落的事故叫冒顶。其种类，按一次冒顶范围及面积大小，一般可局部冒顶和大面积冒顶事故两大类。我国煤矿顶板事故死亡人数约占各类事故总死亡人数的40%左右，其中80%发生在采煤工作面内。
3、加强顶板控制方法
采煤工作面的顶板控制：采煤工作面中工作空间支护和采空区处理工作的总称。顶板控制方法有垮落法、充填法、缓慢下沉法及煤柱支撑法四种。
采煤工作面支护的目的：保证工作面正常和安全地进行生产活动。一般的讲它包含“支”和“护”两个方面，所谓“支”就是要求支柱或支架有一定的承载能力，能与工作面顶板压力相对平衡，并能防止来压时顶板沿煤壁切断。所谓“护”则要求支架的架设能适应顶板破坏的特征，防止岩块掉落，以保证安全生产。正悬臂梁支护悬臂梁在煤壁一侧，有利于机道顶板的维护，但由于悬臂梁在采空区一侧伸出不长，在回柱时易被矸石压埋，不易回收支柱。倒悬臂梁支护悬臂方向在采空区一侧，末排支柱有悬梁伸出，回柱工人操作时，安全条件好，另外支柱也不易被压埋容易回收，但采空区的悬梁容易被压弯或折断。
（一）现场处理办法
1、工作面顶板支护主要依靠支架本身，另外当发生工作面煤壁片帮超规定，甚至有冒顶预兆时通常采用单体柱加板皮维护顶板，如发生冒顶事故，通常采用做人工顶板的方法。
2、而针对工作面两巷的顶板支护，在打掘进巷道时普遍采用锚杆加锚索的主动支护方式，这是通过实践证明最有效的顶板控制方式。当然不同的煤性、岩性主动支护的密度、步距及强度也有所不同.例如：新景矿煤层顶板多为泥岩（直接顶）和砂岩（老顶）采用的巷道顶板支护多为锚索加锚杆，具体多为排距0.8米，每排两根锚索，四根锚杆。而在探明有构造区段，根据情况采取全锚索或加强锚索的支护办法。
3、针对底板岩石较软，支柱容易扎底，降低支柱支撑顶板的效果的情况，新景矿为一般采取的措施是：使用柱靴（俗称穿鞋）增大支柱底座的面积，降低支柱对底板的比压值，可以解决支扎底的问题。 4、木垛是用木堆积而成，一般木垛打成方形，多用于顶板破碎压力较大的地段进行支护。托棚一般由金属或木柱与木梁组成的一梁三柱，并与煤壁平行。它多用于无密集放顶的工作面，支撑原有支架，防止采空区冒落的矸石推倒基本支架。戗柱是由金属柱或木柱与顶帽组成的一柱一帽式斜柱。
5、加强工作面端头支护：因为采煤工作面上下端头连接回风巷与运输巷，控顶面积大，同时在移动刮板输送机机头机尾时，撤柱、支柱反复支撑，使顶板下沉、破碎，因而两端头冒顶事故较多，所以必须加强支护、特殊管理。用4.4米（15#煤采用5米）铰接顶梁或金属长梁（一般用11#工字钢或π型钢做的长梁）与单体柱组成的悬臂梁式的特殊支护。运输巷（或风巷）也用金属梁超前支护，托住巷道原有支架。
除以上几种常规支护办法外，新景矿针对顶板来压的不确定性和部分来压（即两巷 落山部分塌落）的情况，采取了人工强制放顶，依靠顶板垮落后形成的稳定应力来减少在用顶板的矿压显现。具体做法包括两种：
1、强制退锚（包括锚杆、锚索），要求全断面裸体巷道与工作面对应。
2、人工放小炮，在切顶密柱后0.5米内（人员严禁进入切顶密柱落山方向）倾斜向上45度角打炮眼，眼深1.5-2米，装药不大于半包50g，依靠震动和顶板自身压力将未塌落的部分进行强制放顶（3#煤高瓦斯突出煤层严禁使用本方法）。
3#煤一旦出现上述落山部分塌落的情况，通常采用切顶密柱后垛煤袋的方法。
这种方法有两点好处：1、在落山矿压突然显现后，即落山完全坍塌时，阻止落山岩石向两端头突然涌出埋柱伤人。2、阻止老唐瓦斯突然涌出造成瓦斯超限。
（二）加强构造带的特殊支护
遇构造带（包括向背斜、断层、皱曲、破碎带（或火成岩带）、煤层结构变化、顶底板岩性变化等）时，首先必须加强敲邦问顶制度，及时加强工作面的特殊支护。根据工作面破碎带裂隙方向，选择抗山棚（顺山棚）或“鸭嘴”棚支护，支护时，顶必须填实、填牢，必要时可铺设金属网，以防掉顶伤人。
工作面遇构造带围岩较为破碎，普通的支护难于满足安全需要时，必须及时采取加强支护力度的措施，即增加支护密度，保证支护强度满足安全生产要求。对于大面积的冒顶或较为危险地段的支护工作，必须做好相应的保安措施。
（三）做好矿压观测 矿压观测内容包括：日常支柱（支架）支护质量动态监测、巷道变形离层监测、顶板活动规律分析等内容。采煤工作面要认真执行“地质预测制”，要重点提出防止顶板事故的针对性措施。
4、总结
煤矿采煤工作面顶板管理工作技术含量大，只有掌握各类工作面顶板应力规律采取相应的技术、管理措施，切实提高顶板管理的技术水平，增强各级人员的责任心，才能严防顶板事故的发生。
参考文献
[1]闫少宏，富强.综放开采顶煤顶板活动规律的研究与应用.煤炭工业出版社，2003.9
[2]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制（修订本）.北京：煤炭工业出版社，1991
[3]靳钟铭，徐林生.煤矿坚硬顶板控制.北京：煤炭工业出版社，1994
[4]侯朝炯，郭励生.煤巷锚杆支护.徐州：中国矿业大学出版社，1999
[5]付国彬，姜志方.深井巷道矿山压力控制. 徐州：中国矿业大学出版，1996
[6]沈光寒等.矿井特殊开采的理论与实践.北京：煤炭工业出版社，1992
作者简介
高建平，男，山西阳泉市，1970年1月生，1993年获得大学本科学位，现任阳煤集团新景有限责任公司采煤工区总支书记，研究领域为煤炭综合采煤。
【关键词】安全生产；专项整治；顶板管理；顶板来压
1、引言
提高采煤工作面顶板管理控制，主要取决于矿山压力和支护方式。
矿山压力指的是存在于采掘空间围岩内的力。简称矿压或地压。当煤岩被采动以后，形成一定的空间，从而打破了原有的静止状态，煤岩体仙的原有应力被释放出来，作用于采动空间的四周，使之移动变形。而重力是产生矿山压力的主要根源，因而顶板向下移动的趋向较大，而且对巷道支护产生压力，通常称顶板压力。
支护方式是指工作面及两巷采取支架、单体柱、梁等支护材料对顶板进行二次维护。二次支护的作用就是保证顶板在受到顶板压力时不会发生较大的变形。当然这也取决于选取什么样的支护方式。只有两者的有效结合才可以达到顶板的有效控制。
2、顶板情况分析
（一）顶板的分类
1、新景矿主采煤层为3#、8#、15#煤层其对应顶板和岩性分别为伪顶（主要为3#煤多数存在），岩性为泥岩；直接顶，岩性为灰岩居多；老顶，岩性为砂岩居多。
2、再生顶板：分层开采时上分层垮落矸石自然固结或人工胶结而形成的顶板。它是通过压实和胶结两个过程形成的。
3、人工顶板：分层开采时为阻挡上分层垮落矸石进入工作面空间而铺设的隔离层。
（二）矿压分析
1、针对工作面矿压，因破碎的岩块间有许多空隙，其体积膨胀，压实后增大5%～20%，所以能将较硬的基本顶托住或缓冲其压力，形成相对的稳定状态。而工作面上部未垮落的岩层压力，向工作面煤壁前言转移。因此，采煤工作面的控顶空间的支架在一般情况下，承受的只是顶板岩层悬伸部分所产生的压力。为了将由此产生的压力减轻到最低限度，就必须及时地把采煤工作面作业空间以外的顶板及时放落下来。
2、直接顶的初次垮落：采煤工作面由开切眼开始推进时，直接顶是完整的，随着工作面煤壁向前推进，采空区的直接顶悬露面积不断扩大，从而发生弯曲、下沉、离层直到垮落，即是直接顶初次垮落。而从开切眼煤壁到直接顶初次垮落时切顶线的距离，叫做直接顶初次垮落距离。
3、初次来压：基本顶初次破断在采煤工作面引起的矿压显现。基本顶由于岩层较厚而坚固，能维持很大的面积，一般不易垮落。一旦垮落时，工作面矿压显现比较强烈或极为强烈。从开切眼开始推进到基本顶初次来压后，随着采面的推进，基本顶每悬露一定距离后，就会发生一次断裂，并形成断距基本相同的来压现象叫周期来压，其距离叫周期来压步距。有的工作面没有明显的基本顶，所以也就没有初次来压与周期来压的现象。
（三）顶板压力显现
矿山压力在采煤工作面显现：1、顶板下沉，产生裂隙，发生局部冒落或大面积冒顶。2、工作面内的支架变形、折断或使立柱插入底板岩石内。3、在倾角较大的采煤工作面中，发生底板鼓起、滑动等现象。4、工作面的煤壁片帮，滑落，或煤岩被压出来等现象。
片帮：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。工作面采高越大或煤层节理发达就越容易片帮，薄煤层和煤质坚硬的工作面就不容易发生片帮的现象。工作面片帮后，使顶板悬露面积加大，顶板会随之大量下沉，容易引起冒顶事故。同时，片帮下滑的煤炭倒塌时也能碰伤人员，造成人身伤亡事故。
冒顶：采煤工作面的支架不能控制住顶板时，顶板岩石发生垮落的事故叫冒顶。其种类，按一次冒顶范围及面积大小，一般可局部冒顶和大面积冒顶事故两大类。我国煤矿顶板事故死亡人数约占各类事故总死亡人数的40%左右，其中80%发生在采煤工作面内。
3、加强顶板控制方法
采煤工作面的顶板控制：采煤工作面中工作空间支护和采空区处理工作的总称。顶板控制方法有垮落法、充填法、缓慢下沉法及煤柱支撑法四种。
采煤工作面支护的目的：保证工作面正常和安全地进行生产活动。一般的讲它包含“支”和“护”两个方面，所谓“支”就是要求支柱或支架有一定的承载能力，能与工作面顶板压力相对平衡，并能防止来压时顶板沿煤壁切断。所谓“护”则要求支架的架设能适应顶板破坏的特征，防止岩块掉落，以保证安全生产。正悬臂梁支护悬臂梁在煤壁一侧，有利于机道顶板的维护，但由于悬臂梁在采空区一侧伸出不长，在回柱时易被矸石压埋，不易回收支柱。倒悬臂梁支护悬臂方向在采空区一侧，末排支柱有悬梁伸出，回柱工人操作时，安全条件好，另外支柱也不易被压埋容易回收，但采空区的悬梁容易被压弯或折断。
（一）现场处理办法
1、工作面顶板支护主要依靠支架本身，另外当发生工作面煤壁片帮超规定，甚至有冒顶预兆时通常采用单体柱加板皮维护顶板，如发生冒顶事故，通常采用做人工顶板的方法。
2、而针对工作面两巷的顶板支护，在打掘进巷道时普遍采用锚杆加锚索的主动支护方式，这是通过实践证明最有效的顶板控制方式。当然不同的煤性、岩性主动支护的密度、步距及强度也有所不同.例如：新景矿煤层顶板多为泥岩（直接顶）和砂岩（老顶）采用的巷道顶板支护多为锚索加锚杆，具体多为排距0.8米，每排两根锚索，四根锚杆。而在探明有构造区段，根据情况采取全锚索或加强锚索的支护办法。
3、针对底板岩石较软，支柱容易扎底，降低支柱支撑顶板的效果的情况，新景矿为一般采取的措施是：使用柱靴（俗称穿鞋）增大支柱底座的面积，降低支柱对底板的比压值，可以解决支扎底的问题。 4、木垛是用木堆积而成，一般木垛打成方形，多用于顶板破碎压力较大的地段进行支护。托棚一般由金属或木柱与木梁组成的一梁三柱，并与煤壁平行。它多用于无密集放顶的工作面，支撑原有支架，防止采空区冒落的矸石推倒基本支架。戗柱是由金属柱或木柱与顶帽组成的一柱一帽式斜柱。
5、加强工作面端头支护：因为采煤工作面上下端头连接回风巷与运输巷，控顶面积大，同时在移动刮板输送机机头机尾时，撤柱、支柱反复支撑，使顶板下沉、破碎，因而两端头冒顶事故较多，所以必须加强支护、特殊管理。用4.4米（15#煤采用5米）铰接顶梁或金属长梁（一般用11#工字钢或π型钢做的长梁）与单体柱组成的悬臂梁式的特殊支护。运输巷（或风巷）也用金属梁超前支护，托住巷道原有支架。
除以上几种常规支护办法外，新景矿针对顶板来压的不确定性和部分来压（即两巷 落山部分塌落）的情况，采取了人工强制放顶，依靠顶板垮落后形成的稳定应力来减少在用顶板的矿压显现。具体做法包括两种：
1、强制退锚（包括锚杆、锚索），要求全断面裸体巷道与工作面对应。
2、人工放小炮，在切顶密柱后0.5米内（人员严禁进入切顶密柱落山方向）倾斜向上45度角打炮眼，眼深1.5-2米，装药不大于半包50g，依靠震动和顶板自身压力将未塌落的部分进行强制放顶（3#煤高瓦斯突出煤层严禁使用本方法）。
3#煤一旦出现上述落山部分塌落的情况，通常采用切顶密柱后垛煤袋的方法。
这种方法有两点好处：1、在落山矿压突然显现后，即落山完全坍塌时，阻止落山岩石向两端头突然涌出埋柱伤人。2、阻止老唐瓦斯突然涌出造成瓦斯超限。
（二）加强构造带的特殊支护
遇构造带（包括向背斜、断层、皱曲、破碎带（或火成岩带）、煤层结构变化、顶底板岩性变化等）时，首先必须加强敲邦问顶制度，及时加强工作面的特殊支护。根据工作面破碎带裂隙方向，选择抗山棚（顺山棚）或“鸭嘴”棚支护，支护时，顶必须填实、填牢，必要时可铺设金属网，以防掉顶伤人。
工作面遇构造带围岩较为破碎，普通的支护难于满足安全需要时，必须及时采取加强支护力度的措施，即增加支护密度，保证支护强度满足安全生产要求。对于大面积的冒顶或较为危险地段的支护工作，必须做好相应的保安措施。
（三）做好矿压观测 矿压观测内容包括：日常支柱（支架）支护质量动态监测、巷道变形离层监测、顶板活动规律分析等内容。采煤工作面要认真执行“地质预测制”，要重点提出防止顶板事故的针对性措施。
4、总结
煤矿采煤工作面顶板管理工作技术含量大，只有掌握各类工作面顶板应力规律采取相应的技术、管理措施，切实提高顶板管理的技术水平，增强各级人员的责任心，才能严防顶板事故的发生。
参考文献
[1]闫少宏，富强.综放开采顶煤顶板活动规律的研究与应用.煤炭工业出版社，2003.9
[2]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制（修订本）.北京：煤炭工业出版社，1991
[3]靳钟铭，徐林生.煤矿坚硬顶板控制.北京：煤炭工业出版社，1994
[4]侯朝炯，郭励生.煤巷锚杆支护.徐州：中国矿业大学出版社，1999
[5]付国彬，姜志方.深井巷道矿山压力控制. 徐州：中国矿业大学出版，1996
[6]沈光寒等.矿井特殊开采的理论与实践.北京：煤炭工业出版社，1992
作者简介
高建平，男，山西阳泉市，1970年1月生，1993年获得大学本科学位，现任阳煤集团新景有限责任公司采煤工区总支书记，研究领域为煤炭综合采煤。