张志荣

宁夏煤矿安全监察局安全技术中心 宁夏 银川 750001

1 煤层顶底板岩性和构造发育因素

随着采掘工作面不断推进，工作面围岩应力重新分布，其前方支撑压力逐渐增大，到一定距离后便达到峰值。于采空区上方呈三带分布，垂直变形；沿推进方向呈三区分布，压缩变形，采空区周边、采煤工作面和掘进巷道受矿山压力影响，矿压显现可能引发顶板事故。如果煤层顶板岩石硬度较低，而节理、层理、裂隙甚至是构造比较发育时，破坏了顶板的完整性，破碎性变大，采场支护的管理难度相应增大，顶板事故发生的概率就高；煤层的底板岩性过于松软，支架（柱）因底板比压值小而陷入底板，则相应地降低了采场支护强度，顶板会随着支架（柱）的下陷而下沉，也增大了冒顶的可能性；相反，如果底板坚硬，顶板松软，采场的支撑力超过了顶板岩性的强度，支架（柱）可能会对顶板形成切割作用，破坏顶板的完整性而导致冒顶[1]。

2 采场支护和顶底板管理因素

根据煤层的赋存条件和顶底板岩性，科学合理地设计采场的支护形式和支护参数，采取切合实际的顶板管理方法，对防止冒顶至关重要。顶底板的岩性和构造状况是自然形成的客观条件，采场的支护形式和支护参数必须符合地质条件，为此，对采场支护的技术要求必须达到控制好顶底板稳定的目的。

2.1 破碎顶板和复合顶板易发顶板事故

随采掘工作面开采推进，前方支撑压力逐渐增大，直接顶极易受到早期破坏和失稳出现脱层、离层、掉顶抽条和局部冒落。所以顶板管理工作必须加强，特别要控制直接顶的变形、破坏，采取有效措施阻止任何离层、裂隙扩展和冒落的发生。使顶板～支架～底板力学体系维持处于稳定的良性循环工作状态。其顶板事故因素有：

（1）没有避开应力升高区：一是来自同层或相邻煤层开采产生的煤柱压力；二是采面开采产生的超前支撑压力；三是两相邻工作面距离小，开采互有影响，甚至是相向推进，这种影响更为剧烈。有这些压力因素影响，如果对破碎顶板管理不到位，易发生顶板事故。

（2）采面梁端距超过规定：如支柱（架）没有架设到位，距离超过规程规定；或是煤壁片帮较深，临时支护不及时；再有在局部掉顶后，没有及时采取刹接顶板措施。以上原因的存在易发生顶板事故。

（3）没有形成及时有效的支护：支柱（架）实际初撑力和初工作阻力不够，导致工作阻力低；工作面总体支护强度、支护密度不足，尤其是极不稳定顶板，支护密度不足时问题很严重；采面特殊支护不到位，特殊地点没有采取加强支护措施；采煤工作面日常管理松懈，液压系统跑、冒、滴、漏问题严重，造成液压支柱（架）及其初撑力或工作阻力达不到要求。这些原因容易导致顶板事故。

（4）对于采掘面出现的各类地质构造如断层、褶曲、夹矸侵入、冲刷带等等，没有及时采取特殊的支护措施。

（5）顶板的空顶面积和空顶时间没有严格控制，采掘工作面临时控顶面积过大，时间过长会造成顶板突然来压，摧毁采场和巷道。

（6）在顶板比较松软和破碎的巷道掘进，工作面空顶、临时控顶面积过大和时间过长、支护不及时、支护构件不全、支护材料质量差等都会容易造成冒顶事故。

（7）其他如底板松软时，支护方面没有采取防止支柱钻底措施，引起顶板下沉量加大；回柱与回采工序没有在空间、时间上适当错开；工作面推进度缓慢等等都构成引发冒顶事故的因素。

2.2 周期来压强烈的不稳定顶板易发生顶板事故因素

当老顶发生动力现象（周期性断裂、垮落、悬垂、挠曲）时，直接顶下沉，支架载荷增加，沿煤壁切顶，滑移失稳和转动失稳（推垮支架）。其顶板事故因素有：①支柱（架）初撑力和工作阻力不够，没有达到额定工作阻力状态；②老顶来压前，没有适当增加支护强度及增加特种支架（如工作面上、下安全出口特殊支护和切顶密柱等）；③初次来压之前，没有采取强制放顶措施或强制放顶工作不到位；④对采面周期来压强度和规律分析、预判不够，安全技术措施针对性不强。

2.3 开采深度和隔离煤柱因素

矿井开采深度的增加和地层构造的存在，会加大岩层的原始应力和集中应力的变化，其煤体前方的支撑压力与开采深度成比例。因此，煤壁片帮及顶板再生裂隙将随开采深度增加而增加。给采场支护和维修带来困难，因而也就增加了冒顶的可能性。当隔离煤柱尺寸较小，或其抗压强度不能支承矿山压力时，煤柱会被破坏而造成顶板冒落[2]。

2.4 煤层的特性因素

煤层的厚度和硬度及煤层的结构也是发生冒顶事故的因素。如随着开采煤层厚度增加，采空区冒落高度也相应增加，煤壁片帮也越发严重，从而导致顶板下沉，支架载荷增加。又如煤层倾角，各种倾角的工作面顶板的移动，取决于垂直层面的岩层压力，大倾角煤层顶板移动量和支架载荷小。相反，小倾角煤层顶板移动量和支架载荷大，也易发冒顶事故。其他如煤质松软或煤层节理、层理发育，煤壁处理措施不当，工作面俯（仰）采时，均易造成顶板事故。

2.5 选择开采系统和开采顺序因素

如不能合理的选择采掘系统和开采顺序，就会造成采掘工作面周围不同程度、甚至是高强度的矿山压力，发生顶板事故的概率就会加大。其主要因素有： ①回采巷道没有布置在免压区内，掘进与回采时均受到相邻煤柱压力影响；②形成了两侧都已开采的孤岛形工作面；③采面长度和开采高度设计取值不合理；④两个工作面同时相向开采；⑤工作面方向与顶板主节理、裂隙走向交角不合理（一般不小于15～20°）；⑥没有采取无煤柱或小煤柱开采。

综上所述，导致顶板事故的因素主要有煤层顶底板岩性和构造发育因素、采场支护和顶底板管理因素、开采深度和隔离煤柱因素、煤层的特性因素、选择开采系统和开采顺序因素，需要矿方从以上五方面加强顶板管理和隐患排查，防止顶板事故发生，保护煤矿从业人员生命安全。