如何加强煤矿井下顶板的管理
一、前言
顶板事故在煤矿生产中经常发生，冒落的形式各种各样，冒落的原因也错综复杂。冒顶的的形成是由内因和外因两方面的因素构成的。内因是煤层顶底板的地质条件，其中顶底板岩层的组合结构是决定冒顶的关键因素，外因是人为的不合理的顶板管理和生产技术因素。因此，通过分析内因和外因导致顶板冒落的原因，采取相应措施，减少冒顶事故的发生。
二、常见冒顶事故的预兆
（一）局部冒顶的预兆
1、工作面遇有小地质构造，由于构造破坏了岩层的完整性，容易发生局部冒顶。
2、顶板裂隙张开、裂隙增多，敲帮问顶时，声音不正常。
3、顶板裂隙内卡有活矸，并有掉碴、掉矸现象，掉大块前往往先落小块矸石。
4、煤层与顶板接触面上，极薄的矸石不断脱落。这说明劈理（即顶板的节理、裂隙和摩擦滑动面）张开，有冒顶的可能。
5、淋头水分离顶板劈理，常由于支护不及时而冒顶。
（二）大型冒顶的预兆
1、顶板的预兆
（1）顶板连续发生断裂声。这是由于直接顶和老顶发生离层，或顶板断裂而发生的声响。有时采空区顶板发生像闷雷一样的声音，有人叫“板炮”，这是老顶和上方岩层产生离层或断裂的声音。
（2）掉碴。顶板岩层破碎下落，一般由少变多，由稀变密。在人工假顶下，掉下的碎矸石和煤碴更多（俗称“煤雨”），这是发生冒顶的危险信号。
（3）顶板裂隙增加或裂隙张开。顶板的裂隙，一种是地质构造产生的自然裂隙，一种是由于顶板下沉产生的采动裂隙。有经验的老工人说：“流水的裂缝有危险，因为它深；缝里有煤泥、水锈的不危险，因为它是老缝；茬口新的有危险，因为它是新生的”。人们常常在裂缝中插上楔子，看它是否松动或掉下来，观察裂缝是否扩大，以便做出预报。
（4）脱层。顶板快要冒落的时候，往往出现脱层现象。检查是否脱层可用“问顶”的方法，如果声音清脆，表明顶板完好；如果顶板发出“空空”的响声，说明上下岩层已经脱离。
2、煤壁的预兆
由于冒顶前压力增加，煤壁受压后，煤质变软，片帮增多，使用电钻打眼时，钻眼省力，用采煤机割煤时负荷减少。
3、支架的预兆
使用木支架时，支架大量折断、压劈并发出声音；使用金属摩擦支柱时，活柱急剧下缩发出强烈的金属摩擦声，大量柱锁变形、柱体被压坏；使用单体液压支柱时，大量支柱的安全阀自动放液，损坏的支柱比平时大量增加。
底板松软或底板留有底夹石，丢底煤时，支柱会大量压入底板。
4、工作面其它预兆
含有瓦斯的煤层，冒顶前瓦斯涌出量突然增大。有淋水的顶板，淋水量增加。
三、顶板事故的原因
在采矿生产活动中，顶板事故是最常见的事故，引发顶板事故的原因有：
1、采矿方法不合理和顶板管理不善。采矿方法不合理，采掘顺序、凿岩爆破、支架放顶等作业不妥当，是导致这类事故发生的重要原因。
2、缺乏有效支护。支护方式不当、不及时支护或缺少支架、支架的初撑力与顶板压力不相适应，是造成此类事故的另一重要原因。
3、检查不周和疏忽大意。在顶板事故中，很多事故都是由于事先缺乏认真、全面的检查，疏忽大意，没有认真执行“敲帮问顶”制度等原因造成的。
4、地质条件不好。断层、褶曲等地质构造形成破碎带，或者由于节理、层理发育，破坏了顶板的稳定性，容易发生顶板事故。
5、地压活动。地压活动也是顶板事故的一个重要原因。
6、其它原因。不遵守操作规程、发现问题不及时处理。工作面作业循环不正规、爆破崩倒支架等，都容易引起顶板事故。
四、顶板事故的防治措施
1、掘进工作面冒顶的防治
（1）掘进工作面严禁空顶作业，作业规程中必须制定使用金属前探梁的措施。在爆破前必须加固靠近工作面10米范围内的支护，爆破中破坏的支架必须及时修复，必须检查帮顶，并由外向里逐架进行，爆破后严格执行敲帮问顶制度，必须进行前探支护后方可进入工作面作业。在松软的的煤、岩层或地质破碎带、断层、等掘进巷道时必须采取前探支护或其它措施。
（2）根据掘进头性质，选择巷道支护方式，严格控制空顶距。当掘进头遇到断层褶曲等地质构造破坏带，或层理裂隙发育的岩层时，棚子应紧靠掘进头并缩小棚距，必要时还要打重柱以抗突然来压。
（3）巷道支架应有足够的支护强度以抗衡围岩的压力。巷道支架所能承受的变形量，应与巷道使用期间围岩可能的变形量相适应，尽可能做到支架与围岩共同承载。支架选型时，尽可能采用有初承力的支架，特别注意顶与帮的背严背实问题，杜绝支架与围岩间的空顶、空帮现象。凡因支护失效而空顶的地点，重新支护时应先护顶，再施工。巷道替换支架时，必须先支新支架，再拆老支架。
（4）在易发生推垮型冒顶的巷道中，要提高巷道支架的稳定性，可以在巷道的支架间用拉撑件连接固定，增加架棚的稳定性，以防推到。倾斜巷道中支架被推倒的可能性更大，其支架间拉撑件的强度、密度要适当加大。
（5）掘进巷道交岔点施工前，开岔口应避开原来冒顶的范围，必须在开口抬棚支设稳定后再拆除原巷道棚腿，不得过早拆除，切忌先拆棚后支架棚。当开口处围岩尖角被压坏时，就及时加强抬棚稳定性的措施。注意选用抬棚材料的质量与规格，保证抬棚有足够的强度。
（6）锚杆巷道掘进时，严格执行敲帮问顶制度，打眼前应将顶上的险矸活石清理后，方可作业；锚网巷道掘进时，必须严格执行前探梁制度，严禁空顶作业，锚杆的长度、空顶距、锚固力、锚索间距等质量要求都必须在作业规程中明确规定；遇断层及构造、顶板破碎时，要及时改变支护，予以加固；锚喷巷道初喷要紧跟工作面，严禁空顶作业，空顶距要符合作业规程的要求；采用锚喷支护的巷道必须采用光面爆破，喷浆用的砂子、石子，必须经过筛选，符合规程要求。临时支护及时并紧跟迎头。
（7）有水患威胁的巷道掘进必须坚持“有疑必探、先探后掘”的探放水原则。正常情况，碛头每班打眼深度不小于5米；有异常现象（或已知前方有采空废区）时，必须先进行探放水工程设计，制定探放水措施，规定好掘放安全距离；碛头每班打探钻眼深度平巷不低于20米，上山掘进时不低于40米；发现透水预兆时，必须立即停止作业，撤出人员，并报告矿领导处理。
（8）掘进工作面临时停工时，巷道支架必须架设到掌子面，保持正常通风，并随时对巷道支护变化情况进行检查。临时封闭时，必须对巷道支护进行加固。恢复开工时，必须严格执行开工检查制度，并根据支护变化情况采取相应的措施。
2、井巷维修的顶板管理
（1）矿井在进行巷道维修前必须制定施工安全措施，确定临时支护方式，特别对片帮加强管理。在井巷维修前应进行现场顶板鉴定，确定施工方法，采取针对性措施并向维修人员贯彻，施工中明确顶板监护人员。维修巷道要执行“先外后里、先支后撤、先上后下、先近后远、先顶板后帮”的原则。
（2）加强巷道巡回检查工作，及时除掉脱皮、危石、悬矸，对严重失修地段必须及时采取专门措施维护。加强巷道的修复，努力降低巷道的失修率。
（3）扩大断面和维修井巷时，必须保证有（在发生冒顶堵塞井巷时）能撤出人员的安全出口。独头巷道必须由外向里逐架进行，严禁维修人员进入维修地点里侧；严禁前后两处同时维修；严禁前掘后修。倾斜巷道维修要由上向下进行。巷道对头维修时，两处都必须有安全出口，距离小于20米时停止一处作业。发生冒顶时必须木垛接顶。更换巷道支护时，必须先加固临近支护，拆除和架设支架应连续进行，在一架未完工之前，不得中止工作，严禁留尾巴工程。
（4）生产采区的巷道有连续3架失效支架或有冒顶危险时，必须立即处理，否则应停止生产。必须加强独头井巷维修和掘进工作面的维护，如出现断梁折柱、歪斜、弯曲、片帮、帮顶杆脱落、低矮等情况，必须停止作业，防止发生顶板冒落伤人、堵人事故。
(5) 巷道冒顶处理时应由外向里逐架进行，支护要牢固，要有专人观察顶板。倾斜巷道处理冒顶时，处理人员要有护身柱或护身板。
3、采煤工作面的顶板管理
（1）采煤工作面必须按作业规程的规定及时支护，严禁空顶作业。所有支护必须架设牢固，并有防倒柱措施。严禁在浮煤或浮矸上架设支架。严禁在控顶区域内提前摘柱。碰到或损坏、失效的支柱，必须立即恢复或更换。移动输送机机头、机尾需要拆除附近的支架时，必须先架好临时支架。回采工作面两端必须使用端头支架或增加其它形式的支护，上下顺槽距工作面出口20米范围内，必须加抬双边棚支护（拱形支架抬中棚支护）。
采煤工作面遇顶底板松软或破碎、过断层、过老空、过煤柱或冒顶区以及托伪顶开采时，必须制定安全措施。
（2）采煤工作面必须经常存有一定数量的备用支护材料。使用摩擦式金属支柱或单体液压支柱的工作面，必须备有坑木，其数量、规格、存放地点和管理方法必须在作业规程中规定。严禁使用破损的坑木、损坏的金属顶梁、失效的摩擦式金属支柱或单体液压支柱。
在同一采煤工作面中，不得使用不同类型和不同性能的支柱。在地质条件复杂的采煤工作面中，不得不使用不同类型的支柱时，必须制定安全措施。对摩擦式金属支柱、金属顶梁和单体液压支柱，在采煤工作面回采结束后或使用时间超过8个月后，必须进行检修。检修好的支柱，还必须进行压力实验，合格后方可使用。
（3）采煤工作面必须及时回柱放顶或充填，控顶距超过作业规程时，禁止采煤。用垮落法控制顶板，切顶线必须悬挂挡矸帘，回柱后顶板不垮落、悬顶距离超过作业规程的规定时，必须停止采煤，采取人工强制放顶或其它措施进行处理。
采煤工作面采用密集支柱切顶时，必须打戗柱和丛柱或加木垛等特殊支护，两段密集支柱之间必须留有宽0.5米以上的出口，出口间的距离和新密集支柱超前的距离，必须在作业规程中明确规定。采煤工作面采用无密集支柱切顶时，必须有防止工作面冒顶和矸石窜入工作面的措施。
（4）减少工作面控顶面积，加快工作面推进速度。生产实践表明，回采工作面空间越大，支柱荷载和顶板下沉量增加越明显。随着顶板下沉量增加，顶板逐渐出现裂隙、剥落以致冒顶。工作面推进速度对顶板下沉量和冒顶影响也很大，尤其对松软顶板影响更大。由于工作面进度慢，顶板下沉量大，木支架折损多，金属支架上的压力大，容易造成冒顶。而加快工作面推进速度，情况则相反。
减少工作面控顶面积的主要措施有：合理安排回采工艺，缩小空顶距，选用适宜的采煤设备，减少无支柱空间、煤壁片帮，及时处理悬伸顶板等。
加快工作面推进速度的主要措施有：及时支护，必要的超前支护，合理安排工序和劳动组织，实行正规循环作业，合理装药放炮减少崩柱等。
五、结束语
安全第一是煤矿生产的一项基本方针，搞好顶板管理是贯彻执行这一方针的重要环节。煤矿各级领导和全体职工必须正确处理生产与安全的关系，坚持安全生产。
煤矿企业要加强采掘工作面现场支护质量，及时消除隐患。掘进工作面要按照《作业规程》要求落实好前探支护措施，采掘工作面严禁空顶作业。加强现场安全检查，发现事故隐患要盯住不放，及时采取措施处理，确保消除在萌芽状态。
参考文献：
1 李志成 方伯成：《煤矿地下开采》 云南大学出版社2009版
2 黎大明 粟才全：《煤矿工人岗位安全技术培训教材》 湖南人民出版社2006版
3 《煤炭安全规程》
