鲁建明

（山西鲁能河曲电煤开发有限责任公司 上榆泉煤矿， 山西 忻州 036504）

为了提高采煤安全，分析了采煤工作面顶板管理存在的问题，并提出了相应的措施，望对提高采煤安全，促进我国煤炭行业的发展有所帮助。

一、煤矿采掘工作面顶板事故原因

（一）岩石性质

在采掘面顶板安全事故中，最为常见的事故就是冒顶。冒顶事故的发生与周边岩石结构有密不可分的关系。特别是在掘进过程中碰到软弱岩石结构时，整个巷道的结构稳定性都会受到影响，工作面容易发生应变。如果顶板的应变超过阈值，过大的应力就可能破坏顶板结构，酿成冒顶事故。此外，岩石结构、地质结构和工作面结构相互影响，还有可能发生离层冒顶或者是冒落事故。

（二）开采深度

通常来说，采掘工作面的相对深度越深，顶板变形或垮塌的可能性就越大。这是因为煤矿井的开采深度越深，采掘工作面上部的土层、岩层厚度就越大，因而顶板所承受的重力就越大。所以开采深度越深，就越应该重视顶板管理问题。

（三）煤层倾角

煤层倾角对于工作面顶板事故也有诱发作用。特别是在急倾斜煤岩层开采时，煤层顶板很可能会出现抽条现象，底板也经常会出现滑落现象。而在水平煤岩层开采时则更容易出现顶板冒落的事故。因此，要根据采掘工作面的煤层倾角采取恰当的顶板管理措施。

（四）地质构造

地质构造因素是诱发采掘工作面顶板安全事故的另一重要影响因素。在掘进采掘工作面时必须依托现有的地质构造，而很多矿井的地质构造都或多或少存在一些原生裂缝或断层。一些不稳定的地质构造在掘进时也可能产生裂缝。这些裂缝或断层对工作面顶板的稳定性产生很大的负面影响，很多冒顶事故都产生于此。更严重的还会导致工作面连续扩展冒落，因此，必须重视地质构造因素的影响。

（五）地下水

地下水位高度、地下水体的运动、岩层结构含水量同样是采掘工作面顶板事故的影响因素。举例来说，采掘工作面附近地下水位高或岩层结构含水量较高，就容易发生透水，进而导致岩块发生滑落，最终造成冒落事故的发生。此外，地下水还影响着采掘工作面周边岩体的强度，高含水量必然导致岩体强度下降，顶板事故发生风险上升。

（六）采高

采高指的是采掘工作面顶板和底板的距离，它也是影响采掘工作面顶板稳定的一个重要因素。通常来说工作面的采高越高，采掘工作面顶板和底板的距离就越大，采掘作业时对顶板岩层结构的影响就更为显著。若采掘工作面顶板稳定性遭到破坏，冒落等安全事故随之发生。

二、煤矿顶板的岩层分类

煤矿采掘工作面通常情况下进行支护的主要目的在于控制工作面围岩的变形状况，从而为煤矿的开采创造出更高效和安全的空间。结合煤层和顶板岩层的位置，可以将顶板的岩层分为以下几层：1.老顶（基本顶）；2.直接顶；3.伪顶；4.煤层。

（一）伪顶岩层

这种岩层处于煤层上层，厚度并不大，比较容易跨落。煤落的瞬间容易出现整块坍塌，这种伪顶岩层的厚度通常为0.3 m～0.5 m之间。

（二）直接顶岩层

这种岩层处于煤层上或伪顶岩层的上方，主要是页岩、砂岩和泥质页岩共同构成。当工作面支架撤回时，这个岩层可能会出现坍塌。

（三）老顶岩层

这种岩层处于直接顶岩层上面，但是和直接顶岩层之间保持了一定距离，厚度比较大，同时比较坚硬，主要由砂砾岩、石灰岩和砂岩构成。这种煤层通常情况下是不会伴随直接顶岩层垮落，它会在采掘空区的上层保持一个比较大的悬露面积。由顶板的管理角度来看，顶板可以分成松软顶板、中等垮落顶板及坚硬顶板，按照顶板分类进行顶板事故的控制能够更加切实有效。

三、加强工作面顶板的管理对策

（一）加固局部煤层顶板

在煤矿开采过程中应加强对局部煤层支护的重视程度。科技发展及人们能源需求量的日益增加，使煤矿作业掘进深度变得更深，这导致煤层之间压力变得更大，很容易导致煤岩层之间出现离层，最终顶板因为受到压力越来越大，其稳定性将无法得到保证。因此，在煤矿采掘过程中，要加强对局部煤层支护的程度，提高煤岩层支撑力，减少冒顶事故发生。通常情况，局部厚煤层支护采用的主要方式是在构造两侧开展支护工作，采用该方式不仅控制范围广，且具有支撑能力较强、稳定性高、操作性强等优势。实际上，该种施工方式的原理就是利用局部填充方式取代垮落煤层，从而对顶板进行管理，通过这样的操作可使构造支撑更加完整，同时使煤层稳定性得到进一步提高。如果在开采过程中，支柱中心位置产生了变化，很可能引起倾倒，从而引发安全事故。由此可见，在实际煤矿采掘过程中，需针对不同情况，选取适当的支护方式，从而使顶板稳定性得到提高，降低安全事故发生。

（二）管理稳定煤层顶板

煤矿采掘过程中不仅要贯彻国家有关规定，同时要与实践操作经验相结合，依据实际情况做好对稳定煤层的管理工作。在工作过程中要依据相关规定对支柱质量进行把关，包括质量核定和定期检查工作。a)在质量核定过程中需确保支护稳固整齐；b)操作过程中要对四种特殊支护进行正确使用，即贴帮、端头出口、超前、切顶四种支护；c)要足够重视采煤过程中的初次放顶工作，控制好各个工作之间的衔接，初次放顶前要编制好对策，每项工作都要有专人负责，推行责任制，直到工程竣工；d)管理过程中，需使用顶板动态仪器对超前支撑压力发生的变化进行观测，避免因为承受压力过大而发生冒顶跨面事故。

（三）管理掘进工作面与巷道顶板的措施

对掘进工作面和巷道顶板的管理主要有以下内容：a)应对光爆锚喷技术和“三小”技术进行应用和推广，在采掘过程中无论是软岩巷道还是硬岩巷道，都应采用该技术。利用锚W钢带、锚梯型钢筋、锚网代替锚杆，同时应使用小锚杆、小药卷、小钻头并对其进行推广；b)如果巷道顶板为泥页岩，在掘进头30 m外将会存在0.8 m左右的松动范围；如果巷道顶板为泥炭质页岩，顶板应有1.6 m左右的松动范围；如果在10 m出巷道处于稳定，砂岩巷道顶板将会存在1.1 m左右的松动范围；在掘进头趋近70 m时石灰岩巷道趋于稳定，存在0.4 m左右的松动范围。在实际操作过程中，如果出现上述任意一种情况，应确保锚杆具有20 kN～50 kN的锚固力。在实际煤矿采掘过程中前碳钢的种类可分为一梁二环式和一梁三环式等，可选用卡环式和可调式工字钢，选择卡栓式拱形金属支架。此外，在设置沿空巷道煤柱时要注意以下事项：a)压力降低区范围应为0 m～7 m；b)压力升高区范围应为7 m～30 m。因此，在实际采煤工作中的沿空送巷应在工作面两侧7 m内完成，如果在施工过程中因为特殊条件限制，可对工作面两侧范围进行调整，留设不小于30 m的护巷煤柱，确保施工安全性。

（四）提高工作人员专业素养

在煤矿的整个管理过程中必须要坚持“以人为本”的原则，施工过程中必须重视对施工人员的教育和例会管理，提高员工的责任感。对员工展开定期培训，提高员工的综合素质，确保员工在施工过程中正确把握每一个环节的施工要点，提高安全性和专业度，使管理更加可靠。

（五）做好局部采掘工作面顶板支护加固

开采深度不断加深，煤层间的压力会随之不断加大，因此更可能发生煤岩层离层现象。这一现象会直接导致采掘工作面顶板应力不断加剧，稳定性降低。因此，在做好采掘工作面顶板管理的同时，必须要重视局部采掘工作面顶板的支护加固工作，强化顶板岩层的支撑能力，提升顶板稳定性，降低顶板事故发生概率。当煤矿采掘工作面遇到局部厚煤层时，通常会在煤层构造带两侧进行支护，利用局部位置的支护来代替施工中已垮落的煤层，对顶板起到支撑作用。其优点在于支撑强度大，顶板稳定性好可控范围较大且易于操作。但该方法并非一劳永逸，若煤层继续加厚，采高进一步升高，则煤矿矿井的矿压效应逐渐凸显，采掘工作面的支柱不断加高，支护的稳定性降低。若顶板支护的中心位置发生变化，支柱容易发生倾倒，发生冒顶、冒落等安全事故。此时要根据现场情况，采取合适的支护方式，保障采掘工作面顶板的稳定性。

（六）应用敲帮问顶

敲帮问顶指的是施工人员在进入采掘工作面前，先利用撬棍、长钢钎等工具敲击顶板、侧壁等位置，通过声音判断顶板的状态。敲击的过程应秉承由重到轻的顺序，这一方式可以判断出采掘工作面顶板的多种问题，特别是对离层问题有较好的诊断效果。若发现顶板离层等问题，就要采取有针对性的控制措施，从而避免事故的发生。除此之外，在敲帮问顶时可以简单地发现并清除一些顶板的浮石或剥层，避免落石伤人。

（七）顶板事故应急管理

虽然采取了很多管理手段和控制措施，但顶板事故并不能完全避免。当顶板事故发生时，要采取及时、准确的应急措施，从而降低事故造成的损失。当顶板事故发生时，要先考虑对问题顶板的边缘进行支护加固处理，避免抢险救灾过程中发生次生灾害，导致损失扩大。随后要尽快抢救受灾人员，打通绿色生命通道。若受灾人员状况不乐观，还要由经验丰富的救援人员在井下采取急救措施，再升井开展后续救治。需要注意的是，在救援过程中要时刻关注发生事故的顶板状况，避免次生灾害影响救灾工作。

总之，煤矿采掘工作面的管理是长期而复杂的过程，顶板事故的危险性决定了采掘工作面管理的必要性。在实际工作中，应不断强化多方面、全过程的监管工作，在施工作业前尽可能全面地分析顶板存在的各种问题和隐患，完善各种预防和处理手段。同时强化施工人员的安全意识，最大限度削减施工安全风险，为煤矿安全生产提供保障。