矿山安全工程学：采煤工作面顶板控制技术

第三节　采煤工作面顶板控制

一、采煤工作面顶板事故分类方法

由于炮采和单体支护目前在我国仍占有较大比例，在矿井冒顶事故中，大部分事故是发生在采煤工作面。根据统计资料，采煤工作面冒顶事故占总冒顶事故数的70%以上。按工作面顶板冒落范围和伤亡人数，将工作面顶板事故分为局部冒顶事故和大冒顶事故两类。

（一）局部冒顶事故

局部冒顶一般是由于已遭受一定程度破坏的直接顶未被及时支护或支架未能充分发挥作用、甚至失效而造成的。受原生、地质构造、采动等影响，直接顶中会产生许多交错的裂隙，使直接顶的连续性遭受一定程度的破坏，一旦支护不及时或支架失去作用，局部范围内的岩块就可能会冒落而发生局部冒顶。一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。在煤层与直接顶之间有时存在厚度极薄、随采随冒的岩层，称为伪顶。

工作面局部冒顶事故多发生在单体支护工作面，尤其是在木棚及金属摩擦式铰接顶梁支护工作面。这类顶板事故的特点是范围（一般约2～3m）和冒顶高度较小，每次事故伤亡的人数不多（1～2个），对生产的影响不是特别严重，因而容易被忽视。往往错误地认为这类零打碎敲的事故缺乏规律性，很难避免。因此冒顶事故之后总是就事论事得出空顶作业、支护不及时的结论，没有认真分析研究发生的原因和条件，这是此类事故不断发生的根源。

局部冒顶事故的另一重要特点是事故总是在有人工作的部位发生，加之预兆又不十分明显，因此极易造成人身伤亡。据统计分析，每年因局部冒顶事故而死亡的人数占冒顶事故人数的60%～70%，而重伤事故则占80%以上。

局部冒顶事故实质上是已破坏的顶板失去依托而造成。就其触发原因而言，可以大致分为两部分:一部分是采煤工作（包括破煤、装煤等）过程中发生的局部冒顶事故，即在采煤过程中未能及时支护已出露的破碎顶板；另一部分则是单体支护回柱和整体支护的移架操作过程中发生的局部冒顶事故。

这类事故就发生的时间和地点而言，存在着一定的规律性。从发生地点看，绝大部分发生在有伪顶区域、小断层、褶曲、老巷、工作面上下出口等顶板较为破碎的部位。在正常顶板条件下，则多数发生在老顶来压前后，特别是在直接顶由强度较低、分层厚度较小的岩层组成的条件下。

（二）大冒顶事故

采煤工作面的大冒顶事故也叫采场大面积冒顶、落大顶、垮面。事故的特点是垮落面积大，来势凶猛，时间持久，常导致重大人身伤亡和设备、器材遭受大量损坏，往往造成生产中断。这类事故多由直接顶和老顶大面积运动造成，因此在发生的时间和地点方面有明显的规律性，一般发生在直接顶或老顶大面积运动（采场来压）的时刻，这里包括直接顶和老顶按预定步距有规律的运动以及工作面推进到临近平行于工作面的断层或背斜轴部所引起的运动。

从事故发生的作用力来源可以把垮面事故分为两部分，即由直接顶的运动（包括直接顶的第一次垮落、周期性垮落和构造切断等）所造成的事故和由老顶的运动（包括老顶的第一次断裂、周期性断裂和断层切割等）所引起的事故。

1.由直接顶运动所造成的垮面事故

据其作用力的始动方向可分为以下两大类:

（1）推垮型事故。包括走向推进工作面常发生的倾向推垮型事故［图6-3（a）、（b）］及倾斜推进工作面容易发生的向采空区方向推垮型事故［图6-3（c）、（d）］。这类事故的特点是顶板运动发生时，在平行于煤层的层面方向产生较大的推力，推倒失稳的单体支架造成垮面事故。

另外，在直接顶异常破碎或人工假顶的情况下，发生局部冒顶时如果处理不及时，也会造成大面积漏冒推垮型冒顶事故。

（2）压垮型事故。包括向煤壁方向压垮［图6-4（a）、（b）］及向采空区方向压垮型事故［图6-4（c）、（d）］。这类垮面事故的发生，主要是由于垂直于顶底板方向的作用力压断、压弯单体支架或者将其压入抗压强度低的底板而造成的。

2.由老顶运动所造成的垮面事故

据其作用力的性质和始动力的性质和始动方向不同，可分为以下两种类型:

（1）冲击推垮型（砸垮型）事故。这类事故发生时，开始运动的老顶首先将其作用力施加于靠近煤壁处已离层的直接顶上，造成煤壁片塌和直接顶下切离层，紧接着高速运动的老顶把直接项推垮，事故过程如图6-5所示。另外，直接顶“软”、老顶“硬”的复合型顶板很容易发生直接顶离层而导致推垮型事故。

（2）压垮型事故。这类事故发生在采用木支架支护的采场。可缩性很少且强度低的木支柱由于不能抵抗老顶的压力，在老顶的下沉过程中依次被折断，结果必然导致剩余支柱的支护强度不足以平衡直接顶的作用力而被全都压断，造成垮面事故，事故过程如图6-6所示。

应该指出的是，整体液压支架一般由于其初撑力及其工作阻力比较高、可缩量大，发生大冒顶的概率较小。但是如果架型选择不适合围岩破断运动的特点或者操作不当，也会因直接顶或老顶的突然运动导致垮面事故，损坏支架甚至造成人员伤亡。

图6-3　直接顶运动引起的推垮型事故

（a）顶板沿倾斜方向推垮前；（b）顶板沿倾斜方向推垮后；（c）顶板向采空区方向推垮前；（d）顶板向采空区方向推垮后

图6-4　直接顶运动引起的压垮型事故

（a）顶板向煤壁方向压垮前；（b）顶板向煤壁方向压垮后；（c）顶板向采空区方向压垮前；（d）顶板向采空区方向压垮后

图6-5　老顶运动引起的冲击推垮（砸垮）型事故

（a）煤壁片塌和顶板下切；（b）老顶把直接顶推垮

图6-6　老顶运动引起的压垮型事故

（a）靠近采空区支柱先压断；（b）支柱全部压断而垮面

二、影响采煤工作面顶板事故的因素

（一）自然因素

1.煤层倾角

煤层倾角对采煤工作面矿山压力的影响是很大的。对于缓倾斜煤层来说，老顶来压步距较短，来压较易控制。而对于急倾斜煤层来说，来压步距一般较长，来压之前工作面压力较小，来压时强度、面积都比较大，对工作面安全生产影响较大。特别是急倾斜特厚煤层水平分层开采，在顶板为坚硬岩层时，来压时顶板大面积冒落往往形成强烈的冲击地压现象。

2.采煤工作面的围岩组成

采煤工作面的围岩一般是指直接顶、老顶以及直接底的岩层。这三者对采煤工作面的安全生产有着直接的影响。其中直接顶的稳定性直接决定着支架的选型、支护方式的确定，也是引起工作面局部冒顶和老顶失稳的主导原因。同时，老顶的厚度、强度以及老顶和直接顶的相对位置关系不仅对直接顶的稳定性有直接影响，而且对确定支护强度、支架具备的可缩量以及选择采空区处理方法等，都起着决定性作用。

据统计，在单体支护工作面，由直接顶板的运动所造成的重大事故占60%左右，由老顶大面积运动所造成的事故占40%左右。

在人工假顶或下软上硬的复合顶板（岩层强度差别较大的顶板）条件下，人工假顶或复合顶板中的下位软岩层很容易离层，导致推垮型顶板事故。

3.地质构造

各种地质构造如断层的存在可能改变顶板冒落的一般规律，造成突然来压和冒顶。岩体中节理和裂隙的存在使岩石强度降低，对抗拉强度影响极大，甚至完全失去抗拉能力。因此，断层、裂隙、节理对岩体的完整性有极不良的影响，使顶板的自由稳定时间与稳定面积都显著减少，这对于支护面积较大且受采动影响的工作面顶板管理尤为不利。

4.开采深度

开采深度直接影响着原岩应力大小，同时也影响着开采后巷道或工作面周围岩层内支承压力的大小。随着开采深度增加，支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及底板膨起的概率增加，由此也可能导致支架载荷增加。

5.煤层厚度

中厚及厚煤层要比薄煤层发生顶板事故的概率大。通常开采厚煤层的下分层时的事故比开采顶分层所占比例大。其主要原因:一是厚煤层分层开采的下分层在假顶条件下，工作面刚开始推进时顶板胶结不好，容易首先发生局部冒顶，继而诱发大面积推垮工作面的事故；二是采出空间大，不利于老顶形成自稳结构。

（二）开采技术

开采技术对采煤工作面顶板管理的影响是多方面的，不仅与支护方式有关，还受到回采工艺及其参数（采高、控顶距、循环进度等）、采空区处理方式、是否分层开采等开采技术因素的影响。

通常，综采工作面的顶板管理状况要好于单体支护工作面。单体支护中单体液压支架要好于摩擦式金属支架，摩擦式金属支架要好于木支架。

木支架的致命弱点:一是支柱不具备增加初撑力的升柱装置，本身几乎没有初撑力；二是可缩量很小。在老顶来压时，木支柱对顶板生顶硬抗，造成大量折断。据统计，绝大部分压垮型事故都发生在木支柱支护的工作面，其中80%是由老顶来压造成的。摩擦式金属支柱初撑力低，阻力受到操作质量等人为因素的影响很大，承载不均，可靠性差。单体液压支柱由于初撑力高、可缩量大和阻力可靠，能够预先顶紧顶板，既有利于防止顶板的离层，又可以及时对老顶“让压”，按设计要求对顶板进行控制，还可以较好地保持支架的稳定性。整体式液压支架除具有单体液压支架的优点外，其支护强度、护顶面积、稳定性要好于单体液压支架，其支护效果无疑是最好的。

另外，不同的回采工序对顶板下沉量的影响也是不同的。落煤、放顶操作引起顶板支撑条件的改变是顶板大面积运动的一个重要因素。因此，对于单体支架工作面，《煤矿安全规程》中规定:“放炮、落煤等工序与回柱工序平行作业时，其安全距离要在作业规程中规定。”

在一定地质条件下，采高与控顶距是影响上覆岩层破坏状况的最重要因素之一。采高越高，在同样位置的老顶可能取得平衡的概率越小；控顶距越大，采煤工作面的顶板下沉量也越大。因此，随着采高与控顶距的增大，支架容易失稳。另外，随着采高与控顶距的增大，支承压力越大，工作面煤壁也越不稳定，易于片帮。

三、采煤工作面的支护原理

根据矿山压力的理论，整个采煤工作面上覆岩层中，裂隙带老顶岩层能够形成一种动态“大结构”，如图6-7所示。裂隙带岩梁动态“大结构”承担了其上覆绝大部分岩体重量，工作面支架在其掩护之下，因此支架受力要远小于覆盖层重量。裂隙带岩梁动态“大结构”是由“煤壁-采煤工作面支架-采空区已冒落的矸石”支撑体系所支撑。工作面支架的工作阻力应保证裂隙带岩梁动态“大结构”的相对稳定。

A.煤壁支撑影响区（a-b）；B.离层区（b-c）；C.重新压实区（c-d）Ⅰ.冒落带；Ⅱ.裂隙带；Ⅲ.弯曲下沉带；α.支撑影响角

图6-7　采煤工作面裂隙带岩梁“大结构”

采煤工作面的支架与其支撑的围岩是一对相互作用着的矛盾统一体，顶板下沉移动是必然的，支架的作用是维护直接顶的完整和裂隙带岩梁动态“大结构”的相对稳定。支撑力过大，技术上不易实现，经济上难以保证，实际也没有必要；支撑力太小，不足以保证动态“大结构”的相对稳定。又由于煤壁与已冒落的矸石具有截然不同的特性，因此支架的结构和性能对支架受力状况就有很大影响。支架结构及性能的设计必须符合采煤工作面围岩运动规律及其特性，只有这样才能使支护结构设计既经济又合理。同时也只有支架的支撑力分布合适，护顶装置可靠，才有可能维护好顶板。

四、采煤工作面顶板事故防治的主要措施

（一）支架性能应与煤层顶板、倾角等开采条件相适应

支架性能适应煤层顶板、倾角等开采条件对防止工作面顶板事故至关重要，否则就不会取得良好的支护效果，甚至导致严重的冒顶。支架的性能应具备支、护、稳三个方面，即:支得起、护得好、稳得住。所谓支得起，就是要求支架具有一定支撑力，又具有一定的可缩性，从而保证支架能撑得住来自直接顶和基本顶来压时所施加的压力，不致因支架被压垮而导致冒顶；所谓护得好，即是要求支架能及时有效地防护好已破碎的顶板，不致因碎岩下漏而导致冒顶；所谓稳得住，就是要求支架具备抵抗沿层面方向推力的能力，不致因推倒支架而导致冒顶。

值得注意的是，在不同煤层顶板、倾角等开采条件下，对支架性能的要求有所不同，即对支、护、稳性能要求的侧重点不同。这就需要支架能适应其要求，从而有效防止顶板事故。例如:当基本顶来压较强烈、直接顶较稳定、煤层倾角较小时，应重点考虑“支得起”；当老顶来压不明显、直接顶不稳定（较破碎）、煤层倾角较小时，应重点考虑“护得好”；当基本顶来压较强烈、直接顶不稳定或中等稳定、煤层倾角较小时，应重点考虑“支得起”和“护得好”；当上述各情况之中的煤层倾角不是较小而是较大时，则应分别增加重点考虑“稳得住”。

此外，采煤工作面中的不同部位对支架性能要求的侧重点也不同。例如:靠工作面煤壁附近（即机道）应特别注意护；上、下端头处应特别注意护与稳；放顶线附近应特别注意护与稳；工作面通过地质构造时，在其附近应特别注意护与稳。

总之，在选择工作面支架类型和布置时应满足上述要求，这样才能有效防止顶板事故的发生。

（二）提高采煤机械化程度

国内外资料表明，随着采煤特别是支护机械化程度的提高，由于加快了工作面推进速度以及工作面支架性能及时而有效地控制顶板，从而使顶板事故明显减少，人员伤亡大幅度下降。据国内统计，工作面顶板事故伤亡人数的95%以上是发生在使用单体支架的炮采和普采工作面，而在使用液压支架的综采工作面却极少发生，因此，提高采煤机械化程度是防止顶板事故的重要途径之一。

（三）推行工作面支护质量与顶板动态监测技术

通过工作面支护质量与顶板动态监测，可及时了解和掌握工作面支架的工作状况及顶板所处状态，对所发现的问题可及时处理或进行调整，从而及时消除事故隐患，做到防患于未然。

五、采煤工作面特殊顶板冒顶事故控制

在地质构造带等特殊顶板条件下，除选择正确的开采技术和加强顶板的日常管理外，还要针对不同的顶板条件，采取相应的技术对策。

（一）采煤工作面过地质构造带顶板事故

1.采煤工作面过断层

（1）过断层的方法。采煤工作面过断层时，先应查清楚断层落差、范围以及与走向的交角，然后制定过断层的方法。过断层的方法一般有两种:一是绕过断层，当断层落差较大、影响范围广时，可利用探巷探明断层范围，绕过断层带另开工作面回采。二是硬过断层，在断层落差小的地方，采取挑顶卧底的措施，如图6-8所示。对于倾斜断层，可提前调整改变工作面方向，使断层与工作面斜交，保持工作面与断层走向的夹角为25°～30°，以减少工作面每次推进时受断层影响的地段长度不要过大。

此外，还应注意以下问题:合理确定放顶步距；尽可能一次回清断层外侧支架；厚煤层倾斜分层时，可调整采高通过断层；炮采时，在断层处通常是增加炮眼密度，减少装药量，这样可以减轻对顶板的破坏。

（2）常见的支护方式。在断层附近，工作面顶板压力一般都比较大，为了加强顶板支护，在断层附近都要架设木垛，断层断面处要打上戗柱，如图6-9所示，打戗柱适用于断层落差较小、顶底板或断层面比较平整的条件。随着工作面向前推进，木垛、戗柱也要向前移置，直到过完断层为止。

图6-8　断层处理法

（a）正断层；（b）逆断层

工作面遇较大断层，采高在2.5～3m时，打垂直顶板的支柱较困难，可留底煤，垫底梁，在底梁上打支柱，侧面用挡板把浮煤挡好，防止浮煤塌落，并在挡板外面加木垛。如果不留底煤，可先打超前托梁，然后在托梁上由下而上搭好木垛，如图6-10、图6-11所示。

综采工作面过断层较单体支护工作面更为复杂。工作面直接推过断层，可采取调整采高、挑顶卧底、垫矸石或木板和架设木垛及提吊支架等措施。断层落差大时，应另开切眼。

图6-9　遇断层打戗柱

1.加强木垛；2.加密支柱；3.迎山戗柱；4.支撑木

图6-10　留底煤打挡板

图6-11　超前托板上打木垛

2.采煤工作面过褶曲

采煤工作面过褶曲时需事先挑顶或卧底，使底板起伏变化平缓。褶曲处煤层局部变厚时，一般留顶煤，使支架沿底，便于支架架设。在使用单体支柱时，若丢底煤则要在柱底穿铁鞋。留顶煤时，则要在支架上方背严以防顶煤压碎冒落，或者将顶煤挑下架设木垛接顶。

3.采煤工作面过冲刷带(www.chuimin.cn)

冲刷带在采煤工作面破碎范围较大，使煤层变薄甚至尖灭。冲刷带附近的煤层和围岩受水侵蚀和风化导致孔隙度大、煤层酥松、直接顶变薄、岩性酥脆，容易离层成层状垮落。对于单体支护，过冲刷带常用连锁棚子或一梁三柱，在冲刷带边缘棚距适当减少，控顶距适当加大一排。必要时辅之以木垛、抬板、戗柱与特殊支架。

4.采煤工作面过陷落柱（无炭柱）

遇陷落柱的预兆和断层很相似，其不同是陷落柱的边缘多呈凹凸不平的锯齿状，有各种不同岩石的混合体。过陷落柱的方法和过断层一样，可以绕过和硬过。对于单体支护，硬过陷落柱时根据破碎带破碎程度，可用套棚、一梁三柱和木垛等方式支护。

（二）采煤工作面过老巷顶板事故的防治

老巷的围岩已经发生变形破坏，巷道内的支架失效（折损、歪扭和倾倒）很多，再加上受工作面超前压力的影响，顶板破碎甚至冒顶。工作面距老巷数米时，应停止放炮，避免把老巷顶板震坏。采煤工作面过老巷预防冒顶的措施通常有以下几种。

1.过本煤层老巷

（1）维护加固老巷。在过本煤层老巷前，首先要搞清老巷的情况，若老巷已塌冒不通风，要首先通风排除瓦斯等有害气体，恢复支架；若老巷顶板与支架状况良好，可在巷道中加打中柱，以加固原支架；若老巷顶板严重破碎、压力很大，可加打抬板或木垛。

（2）调整过老巷方向。当老巷与工作面平行时，应事先调整好工作面推进方向，使其与老巷斜交。这样可以使老巷在工作面每次推进的空间内所占的面积较小，便于控制顶板。

（3）整体自移支架过老巷。整体自移支架过老巷时，可利用其前探梁托住老巷梁端，再逐步拉架前移。若顶板严重破碎，可在前探梁上沿倾斜方向架设板梁，用以托住老巷的棚梁前进（图6-12）。

2.老巷在工作面下方

开采厚煤层时，老巷有时在采煤工作面下方。过老巷前，先用采落的煤矸填实。工作面推到老巷时，底板要铺长底梁，工作面支柱支在底梁上，防止支柱下沉。在工作面位于老巷处要加打木垛托顶（图6-13）。

3.复合顶板事故的防治

复合顶板由下软上硬岩层构成。下部软岩层可能是一个整层，也可能是由几个分层组成的分层组。这里的软岩层与硬岩层只是个形象的说法，实际上是指采动后下部岩层或因岩石强度降低，或因分层薄，其挠度比上部岩层大，向下弯曲得多，而上、下部岩层间又没有多大的黏结力，因此下部岩层与上部岩层形成离层。从外表看，似乎下部岩层较软，上部岩层较硬。常具有如下特征:煤层顶板由下软上硬不同岩性的岩层组成；软、硬岩层间有煤线或薄层软弱岩层；下部软岩层的厚度通常情况下不小于0.5m，而且不大于3m。

图6-12　液压支架过老巷图

图6-13　厚煤层过采空区

1.上分层；2.中分层；3.下分层；4.采空区；5.底梁；6.顶梁

复合顶板对单体支护工作面易形成推垮型冒顶，这是由于在支柱的初撑力较小时，在顶板下位软岩层的自重作用下，软岩层与支柱同时下缩或下沉，而顶板上位硬岩层未下沉或下沉较慢，也就是软硬岩层下沉不同步，软快而硬慢，从而导致软岩层与其上部硬岩层离层（图6-14）。当下位软岩断裂出现六面体时，就容易出现推垮型冒顶。

图6-14　下位软岩层离层断裂

从破坏形成推垮型冒顶的条件出发，复合顶板事故常见的预防措施为:

（1）严禁仰斜开采。仰斜开采使顶板产生向采空区方向移动的力，当复合顶板的冒落高度不能填充采空区，尤其是冒落高度小于采高时，顶板向采空区移动就没有采空区冒落碎矸的阻力，顶板带动其下的支架向采空区倾倒，易形成推垮型冒顶。所以这时应采用俯斜或伪俯斜工作面。有的矿对具有复合型顶板的煤层将原来的走向长壁采煤改为俯斜长壁采煤，由于不让破断的六面岩体有去路，因而有效地防止了推垮型冒顶事故的发生。

（2）掘进工作面平巷不能破坏复合型顶板。采煤工作面输送机下机头位置是工作面与运输平巷的交叉处，控顶面积大，机头支架反复支撑，复合型顶板反复松动，加剧了顶板的离层。在这种情况下，如果掘进时破坏了复合型顶板造成游离六面体失去阻力，极易发生冒顶事故。因此，掘进工作面平巷不能破坏复合型顶板。

（3）初采时不要反向推进。工作面初采时不要反向推进。在图6-15中工作面应由开切眼向左边推采。因为开切眼处的顶板已离层断裂，当在反向推进范围内初次放顶时极易在原开切眼处诱发推垮型冒顶。

图6-15　工作面初采时反向推进

（4）提高支架的稳定性。复合型顶板冒顶与支架失稳有着密切关系。一般使用拉钩式连接器沿工作面倾斜方向把每排支柱从工作面上端到下端连接起来，组成一个稳定的可以阻止六面体下推的整体支架。也可以灵活地使用戗柱、斜撑抬板，使它们迎着六面体可能滑移的方向，以提高支架的稳定性。

（5）提高单体支柱的初撑力和刚度。由于支柱的初撑力小、刚度差，导致复合型顶板离层，反过来又使工作面支架不稳定。因此，必须使初撑力不仅能支撑住顶板下部的软岩层，而且能把软岩层贴紧硬岩层，让其间的摩擦阻力足以阻止软岩层下滑，从而支架本身也能稳定。

4.人工假顶顶板事故的防治

金属（塑料）网人工假顶推垮型冒顶的防治方法除了与复合顶板推垮型冒顶的防治方法相同以外，按其特点还应增加以下措施:

（1）开采第一分层时，从切眼推采开始到初次放顶，由采空区向顶板打深孔（3～5m）爆破将煤崩出，直接顶崩碎，充填网上冒落空隙，以阻止六面体的去路。深孔爆破的部位主要是开切眼附近、上分层停采位置及工作面上下两端。

（2）注意提高铺网质量。按规定要求搭接好，连接牢固并注好水（浆）。清理平底部，不留大块矸石和柱梁、木垛等物。

（3）开采第二分层时，其开切眼位置应采用内错式布置，避免网上碎矸上方存有空隙。

（4）尽可能延长第一分层与第二分层的开采间隔时间。由于采空区丢失的煤、矸石与水（泥浆）胶结时间越长，胶结质量越好。因此，只要生产衔接有可能，金属网腐蚀期允许时要尽量增加间隔时间，一般间隔时间为数月或1～2年。这样可以大大减少空隙，增强顶板的再生强度，有利于第二分层的顶板控制。

（5）为了使金属（塑料）网不出现网兜，在开采第一分层时沿工作面倾斜方向每隔0.6～1.0m铺设一根底梁（长度为1.2～1.6m），底梁可以采用对接方式，也可以采用搭接方式。这样可使第二分层的金属铰接顶梁在任何位置都能托住底梁，并增加金属（塑料）网的刚度，避免形成网兜。一旦发现网兜应立即处理，因为网兜内的矸石重量和顶板压力使金属（塑料）网承受很大的张力，当达到极限时，网兜会突然崩裂，兜内的矸石流出，使周围支柱卸压倾倒，并连续向上和四周发展，形成推垮型冒顶。处理网兜的方法是:当网兜较小时，可以从网兜底部打托板；当网兜较大时，首先要在下侧打好木垛，然后从下侧破网放矸石，随着放矸石立即打撞楔，直至将网兜消平，顶板背严背实为止。

5.直接顶异常破碎时顶板事故的防治

在直接顶异常破碎、煤层倾角又较大的情况下，如果采煤工作面支护系统中某个地点失效发生局部漏冒，如处理不当，破碎顶板就有可能从这个地点开始沿工作面往上漏冒，推倒支架导致工作面发生大面积漏冒推垮型冒顶（图6-16）。

预防漏冒推垮型冒顶采取以下措施:

（1）选用合适的支柱，使工作面支护系统有足够的支撑力与可缩量。

（2）顶板必须背严实。

（3）严禁放炮、移溜等工序弄倒支架，防止出现局部冒顶。

图6-16　工作面漏冒推垮型冒顶示意图

6.厚层坚硬难冒顶板事故的防治

厚层坚硬难冒顶板其实质为顶板没有直接顶，难以形成垮落带的情况，灾害的表现形式通常为顶板大面积来压。顶板大面积来压主要是由于坚硬顶板被采空的面积超过一定的极限值，引起大面积冒落造成的剧烈来压现象。这主要是由于随着开采的进行，顶板大面积悬露而不落，在自重压应力的作用下，当弯曲值超过强度极限时，将出现断裂缝或使原生的细微裂隙扩展。一旦这些裂隙贯穿坚硬岩层时，则发生断裂、冒落。大冒顶一次冒落的面积少则几千平方米，多则几万平方米甚至十几万平方米，在极短的时间内冒落下来，不仅产生严重的冲击力，还会将采空区的空气瞬时排出，形成暴风。目前，虽然很多工作面使用综采设备进行回采，仍然多次出现上万平方米大面积冒落来压现象。

顶板大面积来压主要的危险是由顶板冒落而形成的冲击荷载和暴风。防止和减弱其危害的基本原理是:改变岩体的物理力学性能，以减小顶板悬露和冒落面积；减小顶板下落高度，以降低来压强度和空气排放速度。

六、处理采煤工作面恢复生产的措施

采煤工作面冒顶的处理方法要根据冒顶区岩石冒落的高度、冒落岩石的块度、冒落的位置和冒顶影响范围的大小来决定。同时还要根据煤层厚度、采煤方法等采取相应的措施。处理采煤工作面冒顶的方法主要有以下四种。

（一）局部小冒顶的处理方法

1.掏梁窝架棚法

在冒顶范围不大、工作面没有堵死、矸石暂时停止下落的情况下，可采用架棚法。处理冒顶时先观察顶板动静，加固冒顶区附近的支架，再掏梁窝、架棚，如图6-17所示。具体方法步骤是:

（1）在掏梁窝或挂顶梁之前，必须先检查冒顶地点附近的支架情况，发现有折损、歪扭、变形的柱子要立即处理好，以防继续冒顶和掉矸伤人。

（2）在冒顶范围内清理出一部分塌矸后，进行掏梁窝架单腿棚子或金属悬臂梁的工作。

（3）架好单腿棚子或挂好悬臂梁后，棚梁上的空隙要用木料架设小木垛接到顶。架小木垛前应先挑落浮矸，小木垛必须插紧背实，防止冒落进一步扩大。

（4）小木垛架好后，便可清理浮煤、浮矸，打好贴帮柱，防止片帮。

图6-17　采煤工作面局部小冒顶的处理

1.悬臂梁；2.临时金属支柱；3.插顶木垛（a）用悬挂金属顶梁处理局部冒顶；（b）用单腿棚子处理局部冒顶

2.撞楔法

在顶板冒落矸石块度较小而且冒顶区顶板碎矸继续往下流或者一动就流的情况下，就采取撞楔法。撞楔是长度为1.5～2.0m、直径为160mm左右、一端削光的荆芭棍，处理冒顶时先在冒顶区选择或架设撞楔棚子，棚子方向应与撞楔方向垂直。把撞楔放置于棚梁上，使其尖端指向顶板冒落处，末端垫一方木块。然后用大锤猛击撞楔末端，使它逐渐深入冒顶区将碎矸石拖住，使顶板不再继续往下落碎矸。之后立即在撞楔保护下架设支架，如图6-18所示。

图6-18　撞楔法处理采煤工作面冒顶

（二）大冒顶的处理方法

1.小巷法

如果局部冒顶区影响范围不大，冒顶区不超过15m，垮下来的岩石不大，用人工或采取一定措施以后可以撤动的，可以采用小巷法处理冒顶，即采取恢复工作面的方法。

（1）从采面冒顶的两头，由外往里，先用双腿套棚维护好顶板，保持后路畅通无阻。梁棚上用板皮刹紧背严，防止顶板继续错动、垮落。梁上如有空顶，要用小木垛插紧背实。

（2）边整工作面边支棚子，把垮落的矸石清理并倒入采空区，每整0.5m支一架板梁棚管理顶板。若顶板压力大，可在冒顶区两头用木垛维护顶板。

（3）遇到大块岩石不易破碎，应采用电钻或风钻打眼放小炮的方法破碎岩石。钻眼数量和装药量要符合《煤矿安全规程》要求。

（4）如顶板垮落的矸石很碎，-次整巷不易通过时，可先沿煤帮运输机道整修一条小巷，支架形式可采用“人”字形掩护支架。整通小巷，使风流贯通，运输机开动后，再从冒顶区的两头向中间依次放矸支棚。梁上如有空顶，也要用小木垛接顶背严。

（5）若采煤机在冒顶区前方，当运输机除矸时，应先将采煤机吊起，以便矸石能顺利通过，如图6-19所示。

图6-19　小巷法处理采煤工作面冒顶

（a）先整通小巷道用“人”字形支护；（b）后按原来采高支护

2.开巷绕道法

当冒顶范围大，不宜用整巷法处理时，可采用开补巷绕过冒顶区的方法，也叫部分重开切眼或重掘开切眼的方法。有以下三种情况:

（1）冒顶发生在工作面机尾处。冒顶发生在工作面机尾处，可以沿工作面煤壁从回风巷重开一条补巷绕过冒顶区。未冒顶的工作面将机尾缩至工作面内完整支架处，继续推进，如图6-20所示。

1）补巷的支架多数采用一梁二柱或一梁三柱棚子。当工作面同补巷采成一直线时，运输机就可延长至回风巷，恢复正常回采。

2）冒顶区埋压的设备、支架材料的回收方法是当新开的补巷紧靠冒顶区（无煤柱）时，可直接扒开矸石取出。如不好取出或不安全，可用开小巷的办法回收。

3）若冒顶区范围较大，岩石堵塞巷道，造成采空区回风角瓦斯积存，可用临时挡风帘或临时安装局扇排除。

图6-20　机尾冒顶

1.补巷；2.冒顶区

（2）冒顶区在工作面中部。冒顶区在工作面中部可以平行于工作面留3～5m煤柱重开切眼。新切眼支架一般使用一梁二柱棚子。

1）新开切眼的掘进可采用对打的方法，以加快掘进速度。在进风侧使用运输机运煤，回风侧可采用矿车运煤。当两头工作面掘进相距15m时，停止回风侧的掘进，进风侧继续前进到打透为止。此时要注意两头放炮时的警戒和瓦斯检查。用局扇通风，按贯通规定办理。

2）对压埋在冒顶区的设备和材料，可在新开切眼内每隔15～30m往冒顶区穿小硐，用通小巷的办法分段进行回收。

3）回收完设备、支架和材料后，应在煤柱上打眼放炮，人工倒采几个循环，最好采透直达冒顶区，避免煤柱支撑顶板给以后回采造成困难，如图6-21所示。

（3）冒顶区在工作面的机头侧。处理方法基本与处理机尾侧冒顶区相同（图6-22）。就是在离煤帮3～5m处由进风侧向工作面斜打一条补巷与工作面相通。若采面是用可弯曲运输机，只需将新开补巷与工作面连接处刷成一定角度，就可以正常出煤。

若采面用的是不可弯曲的运输机，就要在新开补巷中铺上一部临时的运输机，随着工作面的推进逐步延长工作面的运输机，缩短补巷内的运输机，直到工作面采直，拆去临时运输机。埋压的设备、支柱和材料的回收方法，与冒顶区在运输机机尾附近的回收方法相同。

图6-21　中部冒顶重掘开切眼方法

图6-22　机头冒顶开发补巷绕过