冀中能源峰峰集团有限公司万年矿
摘要：统计数据显示，近年来煤矿发生的各类安全事故中，因采掘工作面顶板坍塌问题引发的事故灾害占事故总数的一半以上，对工作面的作业人员和生产设备造成极大的威胁。本文对采煤工作面顶板的类型及各种事故原因加以分析，并提出相关的解决措施。
关键词：采煤工作面；顶板安全；事故预防
1回采工作面顶板的分类
在煤层上的岩层就被称为煤层顶板。考虑到上部岩层距煤层的距离以及坚硬程度，煤层顶板自下而上分别是：（1）伪顶。伪顶是位于煤层上部紧邻煤层的薄岩层，距煤层最近，厚度通常仅有0．3m～0．5m。伪顶主要组成为碳质页岩，通常质地较为松软，坚固度和稳定性较差，因而在工作面落煤时，伪顶也会随之垮落，从而混到煤中，对煤质造成影响。（2）直接顶。位于煤层及伪顶上部的岩石层称之为直接顶，主要由沙质页岩和泥质页岩组成。直接顶相对于老顶来说较为紧密和坚固，其比较稳定性，在工作面开采落煤时往往不会立即垮落，而是在工作面上方，待悬露一段时间后垮落。因此，直接顶也是采掘工作面进行支护的对象，如果支护不良，在矿压和开采扰动作用下直接顶很容易发生垮落冒顶，造成人员伤亡。（3）老顶。老顶是位于直接顶上方，距离煤层较远的岩层，一般由较为坚硬厚重的石灰岩、砂岩等组成。老顶通常结构紧凑，坚硬稳固，一般不会轻易垮落；但是如果采空区有较大面积悬露，在支架拉移时很容易发生垮落。老顶在垮落时会给工作面及其支护带来较大的压力，如果支护强度不足，则会出现极为严重的冒顶事故。
2采煤工作面顶板事故的原因分析
直接顶与老顶的运动均可造成顶板坍塌，其根本原因在于矿山压力的作用。煤矿井下开采中，当煤层采出后，工作面上部岩层因失去支撑力使内部应力发生变化，使顶板岩层原有的应力平衡被打破，巨大的矿山压力就会直接传递至工作面顶板岩层及两帮。工作面采深越大，地质结构越复杂，则顶板压力越大。此时松散的伪顶会首先发生坍塌，直接顶和老顶也会因应力变化而发生一定程度的移动变形，当矿山压力及应力变化超过顶板所能承受的临界压力时，直接顶和老顶便会坍塌，引发煤矿冒顶事故。表现在回采工作面上下出口附近，来压尤其明显和剧烈，回采工作面中部顶板承压最大，下沉速度较快，在工作面推进初期来压及周期性来压时，如果没有采取及时有效的支护措施，则容易发生顶板坍塌。顶板坍塌还与工作面处的地质构造有很大关系，工作面在经过断层、裂隙等复杂地质构造带时，由于顶板岩层较为松散，稳定性较差，在开采扰动下更容易出现顶板坍塌。对此，应提前做好地质勘探，掌握断层情况，并做好过断层的相应准备措施。
2.1客观原因
（1）地质构造导致的安全事故。由于采煤工作面实施回采作业过程中会遇到各种各样的地质构造，例如，冲刷的构造、断层的构造以及褶皱的构造等等。而针对这部分地质构造，断层构造通常会在采煤的工作面中存在，而且断层也会严重影响到采煤工作面压力情况，在采煤时，如果未能对这些地质构造情况更加全面、及时地掌握，不能运用相应的措施，那么就会使得冒顶事故发生。（2）矿山压力导致的安全事故。由于被煤矿开采这个作业所影响，使得开采区域内，如果其覆岩层结构发生改变，使得矿山压力发生。矿山压力因煤层的直接顶作用在采煤工作面的支架上。因为矿山压力作用，使得中部顶板有明显的下沉发生，而且还有周期来压的特征出现。被上述因素所影响，工作面经常发生极为剧烈的压力波动，一旦不能将防护工作做到位，那么非常容易导致冒顶安全事故。
2.2主观原因
（1）检查时所运用的方法不合适。就针对发生冒顶安全事故的时间可知，一般冒顶的安全事故经常发生在爆破作业后的1~2h后。因为顶板被爆破作业所影响，导致之前其平衡状态被破坏，并且，在这个阶段，与母体发生分离的部分岩石结构就会由于应力释放而出现冒落。（2）作业技术不太熟练。因为作业人员没有被更加全面的进行过教育与培训，所以在作业时的操作技术也不太熟练，未能全部掌握顶板松石的发展与运动规律，不能及时的察觉到顶板变化情况，所以也没有对顶板稳固情况准确的辨别。（3）采煤设计的过程不太科学。因为在采煤作业中，其所使用的参数不太恰当，在回采作业过程中，其设置的顺序也不太科学，一旦设计的采煤工作面比较长，那么就一定会导致顶板会暴露的时间过长，进而导致冒顶事故出现。
3工作面顶板支护的安全技术措施
工作面各类顶板坍塌事故的防范，关键是要提高安全意识，严格按章操作，对于不一样的顶板采取相应的支护措施。
3．1针对不同类型顶板采取的支护措施
对于复合型顶板，应以支护并重为原则，提高支护的初撑力及稳定性，避免直接顶离层、抽顶；合理设计支护类型及支护密度，尽量对单体液压支柱使用，当采空区在直接顶悬顶的面积比较大时，要立即实施人工放顶，同时还应与机械化放顶支柱配套使用，提高支护强度，消除隐患。工作面采掘结束后，特殊支护不要提前撤除，回料一定要在最小控顶距下实施；对于顶板压力集中处或“压死”支柱的回撤，必须采取相应措施，在替棚替柱安置妥当前严禁强行回柱。
3．2利用新技术分析顶板来压规律
在工作面顺槽内安装在线监测压力表，掘进时密切监测顶板压力变化。同时，利用信息技术将顶板压力变化信号传输至计算机系统，通过计算机对从开掘到采煤结束等生产各环节的顶板压力变化数据进行记录，定期对记录数据进行分析，从而为后续的开采工作提供准确而有效的参考数据信息，更好地指导煤矿开采和顶板安全管理，杜绝冒顶事故。
3．3加强设备与技术的改进
大力推广采煤机械化，减少安全事故发生。及时更换与改进老旧支护设备，在一些矿压大、地质情况复杂的工作面，采取“锚、网、索、喷”加“U”钢的联合支护方式，提高支护强度；在炮采面、机采面，采用滑移支架或单体液压支架，对于空顶面积较大的上下顺槽出口，运用四梁八柱对其支护强化。
3．4综合管理井下工作面措施
首先要根据液压支架初撑力与工作阻力等参数，在范围得到控制时，要根据高一级的顶板下沉幅度选择相应的支架。当对井下工作面进行初放综采时，如果没有及时采取保护措施，很容易导致安全事故发生。所以要在初放时高度重视技术管理工作。在观测矿压时，需要注重其合理性。在检修液压支架的支护质量等方面时，要确保泵站出液压力大于技术要求，使支架更具有安全性与支撑力，以此来更好地限定顶板直接离层量。如果选定面积过大而不能顺利垮落，将采取直接强制放顶的方式，主要是借助倾斜深孔爆破切槽来实现。现阶段我国煤矿企业都采用的是综采模式，采用的是特大型设备，开采方式是硬过法。除了对顶板管理实施一些常规措施之外，还需要采取一些特殊的安全管理方式，例如在过构造时，要尽可能采用快速带压擦顶方式进行移架，减少控顶时间，强化工作面的端头支护。
4结束语
在煤矿的生产过程中，非常容易出现安全事故，并且在事故过程中，经常发生工作面顶板的事故。它严重影响到了煤矿安全生产。为了能够保证煤矿工作面顶板的安全事故在概率方面进一步降低，需要在具体生产中，对工作面顶板在安全管理工作方面不断强化，保障煤矿开采的安全。
参考文献：
［1］方恒．浅析采煤工作面顶板事故原因及防治措施［J］．中小企业管理与科技，2017，（9）．
［2］孙建忠．浅谈煤矿采掘工作面顶板事故原因及对策［J］．智能城市，2017，（9）．
［3］闫建宙.采煤工作面顶板安全管理及预防措施的探讨［J］.化工管理，2017（18）：181.