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摘要：在煤矿采煤工作中，工作面顶板事故时有发生，其不仅严重影响煤矿开采的工作进度，甚至还威胁煤矿开采人员的身心安全。因此，如何迅速解决煤矿采煤工作面顶板事故的问题就成为了煤矿事业发展的重中之重。本文就此叙述了煤矿采煤过程中工作面的顶板防治技术及措施。
关键词：煤矿；工作面；顶板；防治技术；
【分类号】：TD327.2
一、直接顶在初次放顶时的特点及防治措施
1、直接顶在初次放顶时的特点
煤层在开采之前，它同岩层在各个方向受力是平衡的，掘出开切眼后，岩层受力平衡状态遭到破坏，围岩移动变形，寻求新的应力平衡，在顶板上方形成了暂时平衡的岩石松动圈，这时工作面支架主要支撑的是松动圈内岩石重量。工作面开始回采时，向前推进，松动圈逐渐扩大，支架受力很快增加，这时如不采取措施，岩层就会压垮支架，以致发生冒顶事故。因此，一般在开切眼推进5.2m后，就要及时撤回采空区支架，使直接顶随回柱而垮落，这就是初次放顶。如果顶板岩石不自行垮落，要向采空区顶板打眼放炮进行“强制放顶”。直接顶初次放顶的特点有：一是工作面控顶面积较大，支柱较多，承受的压力也较大；二是初次放顶时，一次回柱范围较大，顶板冒落范围也较大；三是回柱时人工操作量大，时间较长。
初次放顶时间不能选择空顶距过大，空顶距过大时，放顶顶板压力大，增加支护强度，冲击力大，容易推倒支柱而造成冒顶，初次放顶后，直接顶没有完全冒落，就继续采煤，使控顶面积越来越大，造成顶板压力向局部支柱集中，造成局部顶板破碎，因此发生伤人事故的机率较大。
2、 初次放顶时冒顶事故的预防措施
1）针对具体直接顶条件，确定合理的直接顶初次放顶步距，根据壁式采煤方法的初次放顶步距规定为2米。工作面初次放顶时采用“三、五”排控顶，全部垮落法管理顶板。排距1.0m，柱距0.6m，最大控顶距5.2m，最小控顶距3.2m，放顶步距2.0m。
2）整个工作面适当加大空顶距离，第一次放顶以回两排柱，放够开切眼，并采取分段自下而上的顺序回柱，每段长度不超过40米。
3）对较硬直接顶，工作面沿放顶线打单排密集支柱，密集支柱柱距0.3m，增加工作面支护密度，使切顶排外顶板出现裂隙和下沉台阶，在切顶排的基本住上打1排戗柱，戗柱的支设角度是向老塘倾斜45°，隔一棵打一棵。戗柱是提高基本柱和密集支柱的稳定性，提高工作面支护强度。为了更进一步稳定采场，每隔10米距离增设一个木垛，木垛四角增设戗柱固定。
4）特殊支护：在放顶线采用单体液压支柱打成戗柱、丛柱（一窝三柱）、木垛切顶。在煤壁线采用单体液压支柱打成贴帮柱进行支护，贴帮柱柱距1.2m。在上、下安全出口20米范围内采用单体液压支柱打成托梁加强支护。
5）在初次放顶期间，必须派专人跟班，以检查初次放顶措施的现场落实情况，如发现煤壁片帮、顶板掉渣、顶板下沉量增大等来压预兆时，必须及时将工作面所有人员撤至安全地点，待顶板垮落稳定，经顶板管理领导小组和当班安全员检查无危险后，工作人员方可进入工作面作业。
6）用木垛将采场维护好，在出口范围内不得堆放任何物料，保证道路畅通。
7）回柱顺序为由采空区向煤壁，由下向上，回柱工必须由经验丰富、责任心强的人员担任，回柱时必须指定有经验的人员观察顶板。采空区支柱必须回收干净，回出的支柱必须及时运出采面。随着顶板的垮落，工作面温度逐步升高，有害气体开始积聚，必须加强通风。
8）回柱方法、工艺及支护材料复用的规定：
工作面基本支架回撤采用人工分组分段回撤，每组2人，组间距大于15m，且每组必须配足3个水平楔并按规定使用好。回柱时，施工人员先用水平楔插入铰接顶梁的卡口内并打紧，然后将支柱卸載至最小高度，再用单体配合小绳头将支柱拉出，最后退出水平楔和铰接顶梁圆销将顶梁取出，依此类推，从下往上逐棚回撤。
回柱时，顶上掉下的木料、笆片在安全的前提下必须拿出复用，回出的单体支柱应靠新切顶一排支柱支设成全承载，每棚一棵，顶梁紧靠全承载支柱，木料、笆片放在老塘侧一档内，不得乱堆乱放，以便工作面往前推进时复用。
9）初次垮落步距≥20米的坚硬不垮落顶板，在工作面推进10米时要提前采取强制放顶，采用打眼放炮的方法，使顶板拉开槽沟，产生裂隙易于垮落从而减轻工作面初次垮落时对工作面的冲击强度。
10）强制放顶时炮眼要打成直线、眼深1.2-1.5m，眼距2m，每孔装药2筒，水炮泥一节，黄泥填满。炮眼沿工作面真倾斜每隔40m为一组进行大串联一次爆破。打眼、装药、放炮严格执行“一炮三检查”和班组长、放炮员、瓦检员“三人连锁放炮制”。
11）初次放顶矿领导必须在现场指挥，密切观察顶板活动和冒落情况，及时采取对策。
初次放顶结束后，采面按三四排管理“见四回一”。
二、老顶初次来压和周期来压时的特点及防治措施
1、 老顶初次来压和周期来压的特点
直接顶初次放顶后，如果直接顶垮落不能填满采空区，老顶就像“横梁”一样架在两边煤层上，并支撑着上面的岩石重量，当工作面继续推进，老顶悬露面积就越来越大，当超过它本身的最大存受极限，梁的平衡受到破坏，横梁变形弯曲下沉，造成老顶折断垮落，在这个过程中，它会给工作面一个很大的突然压力，即老顶的初次来压。老顶初次垮落后，随工作面继续推进，老顶呈悬梁状态存在，当悬臂长度达到一定长度时折断垮落。随工作面的继续推进，这种具有规律的垮落，周期性地发生，称老顶的周期来压。
老顶在周期来压时，垮落的步距较大、面积大、强度大，并且可能伴随发生动压冲击，矿压显现较强烈，一般具有以下特点：一是由于老顶的剧烈活动，使工作面顶板下沉量和下沉速度急剧增加；二是支架受力猛增，出现顶板破碎、裂缝、片帮甚至工作面出现台阶下沉等现象；三是老顶折断垮落时，在采空区深处先产生沉闷雷声，继而采空区出现掉碴，垮落时伴有暴风。如支柱支设不牢固，来压时采场支柱大面积失稳，严重时会造成压垮型冒顶事故。 来压前，工作面压力较小，当使用增阻支柱时，如支柱初撑力不足支设不牢固，来压时极易失稳，如支护强度不够，造成直接顶与老顶离层，老顶来压时对直接顶形成冲击，引起推垮型冒顶事故。
来压前，支承压力的集中，使老顶断裂线附近顶板破碎，来压时造成煤壁大量片帮，支柱受压严重变形。当开采厚度较大时，片帮煤容易造成埋人、伤人事故。另外，片帮后造成空顶面积增大，易产生漏跨型冒顶事故。
2、 老顶初次来压及周期来压时的预防措施
1）加强矿井顶板管理的基础工作。根据地质特性认真编制合理的《采煤作业规程》，严格按作业规程有关事项实施执行。编制作业規程时，应充分利用地质预防和矿压观测得到的基础资料，做好工作面的支护设计，确定采场采高和合理的采场支护布置，制定顶板管理针对性措施，并切实贯彻执行有关现场实用技术，保证其科学性和针对性，同时也还要根据生产条件和地质变化及时制定相应补充措施。要认真组织关于生产一线的职工学习作业规程，并按规定进行考核，考核分理论和实操两部分，理论学习时，由矿技术人员对各项施工进行分解，理论采用闭卷考试；实际操作必须由有经验的技术人员带领职工在施工现场，针对各工种操作技能现场实施技能演习，使各项施工严格按《作业规程》中的各种技术要求进行。
2）支护设计应做到：第一，根据煤层的赋存条件确定合理的支护参数和布置方式。支护强度和支护密度是单体支柱工作面最重要的支护参数。支护强度较小，会引起大面积冒顶或顶板台阶下沉，易引发顶板事故。支护强度过大也带来支架成本高，支护和回柱工作量大等缺点。有些情况下，过大的支护强度使支柱对老顶处于“限定变形”，老顶来压时给直接顶较大的压力，从而使直接顶破碎而引起冒顶。因此必须针对每个工作面，根据顶板具体条件，通过科学计算确定合理的支护强度和支护密度。单体支柱工作面基本支护的布置方式应根据顶板条件确定：不稳定顶板采用齐梁齐柱加临时贴帮柱（或超前梁布置）；中等稳定顶板采用齐梁齐柱或错梁齐柱等布置。戗柱和特殊支护起着增强工作面支撑强度和稳定性的作用；打好密集支护，提高切顶和挡矸效果的作用。老顶初次来压和周期来压时，要采用戗棚连锁、丛柱、木垛或增加支护密度等措施。特殊地段必须加密支柱及围边护住矸石，加强自身瓮中保护，并在撑握顶板的周期性能。
3）进一步落实好顶板管理责任制，从上到下，认真落实，层层负责。教育广大职工干标准活、干放心活，支柱支设工程质量必须迎山有劲，按质量标准化标准作业。
加强支护材料的质量管理，按设计每根支柱必须试压合格后方能入井使用，严格执行支柱定期检修制度，严格支柱支设工程质量管理，按采面作业规程设计要求支护和回收支柱，严格按规章制度执行，不得出现违章指挥和违章作业。
4）加强支护质量与顶板动态监测。支护质量与顶板动态监测是顶板科学管理之一，通过对采面及部位顶板动态、支护质量、不安全因素及其变化规律进行监测和预报，及时制定可行的冒顶防范措施，可有效地控制顶板。
5）每天开好班前会，做好每班进班前对井下的顶板情况和煤壁的变化分析，安排职工带好预防冒顶用的支护材料。每班都要安排专业人员对采面顶板进行巡回检查，班班都要如实汇报。及时反映现场的不安全隐患，立即加以整改。隐患的追查处理是预防冒顶的有效措施。加强老顶来压的预测预报工工作，观察顶板下沉速度的变化，当下沉速度突然增至某一范围时，及时向带班矿领导和矿调度人员汇报。采用加强特殊支护措施，以消除沿煤壁切顶或工作面压垮事故的发生。采掘工作面的顶板事故，有相当一部分是因遇地质变化而未能及时采取针对性措施引起的，加强矿井地质预测预报管理工作，对降低顶板事故具有重要意义。
三、结束语
综上所述，煤矿开采工作中的安全问题，是制约煤矿开采事业发展的一个重要问题，尤其是近年来，煤矿开采的工作面顶板发生的事故更是在逐渐增加，因此，如何在煤矿开采的过程中实现正确的整体煤矿开采，预付顶板事故发生已经成为了人们关注的重点之一。
关键词：煤矿；工作面；顶板；防治技术；
【分类号】：TD327.2
一、直接顶在初次放顶时的特点及防治措施
1、直接顶在初次放顶时的特点
煤层在开采之前，它同岩层在各个方向受力是平衡的，掘出开切眼后，岩层受力平衡状态遭到破坏，围岩移动变形，寻求新的应力平衡，在顶板上方形成了暂时平衡的岩石松动圈，这时工作面支架主要支撑的是松动圈内岩石重量。工作面开始回采时，向前推进，松动圈逐渐扩大，支架受力很快增加，这时如不采取措施，岩层就会压垮支架，以致发生冒顶事故。因此，一般在开切眼推进5.2m后，就要及时撤回采空区支架，使直接顶随回柱而垮落，这就是初次放顶。如果顶板岩石不自行垮落，要向采空区顶板打眼放炮进行“强制放顶”。直接顶初次放顶的特点有：一是工作面控顶面积较大，支柱较多，承受的压力也较大；二是初次放顶时，一次回柱范围较大，顶板冒落范围也较大；三是回柱时人工操作量大，时间较长。
初次放顶时间不能选择空顶距过大，空顶距过大时，放顶顶板压力大，增加支护强度，冲击力大，容易推倒支柱而造成冒顶，初次放顶后，直接顶没有完全冒落，就继续采煤，使控顶面积越来越大，造成顶板压力向局部支柱集中，造成局部顶板破碎，因此发生伤人事故的机率较大。
2、 初次放顶时冒顶事故的预防措施
1）针对具体直接顶条件，确定合理的直接顶初次放顶步距，根据壁式采煤方法的初次放顶步距规定为2米。工作面初次放顶时采用“三、五”排控顶，全部垮落法管理顶板。排距1.0m，柱距0.6m，最大控顶距5.2m，最小控顶距3.2m，放顶步距2.0m。
2）整个工作面适当加大空顶距离，第一次放顶以回两排柱，放够开切眼，并采取分段自下而上的顺序回柱，每段长度不超过40米。
3）对较硬直接顶，工作面沿放顶线打单排密集支柱，密集支柱柱距0.3m，增加工作面支护密度，使切顶排外顶板出现裂隙和下沉台阶，在切顶排的基本住上打1排戗柱，戗柱的支设角度是向老塘倾斜45°，隔一棵打一棵。戗柱是提高基本柱和密集支柱的稳定性，提高工作面支护强度。为了更进一步稳定采场，每隔10米距离增设一个木垛，木垛四角增设戗柱固定。
4）特殊支护：在放顶线采用单体液压支柱打成戗柱、丛柱（一窝三柱）、木垛切顶。在煤壁线采用单体液压支柱打成贴帮柱进行支护，贴帮柱柱距1.2m。在上、下安全出口20米范围内采用单体液压支柱打成托梁加强支护。
5）在初次放顶期间，必须派专人跟班，以检查初次放顶措施的现场落实情况，如发现煤壁片帮、顶板掉渣、顶板下沉量增大等来压预兆时，必须及时将工作面所有人员撤至安全地点，待顶板垮落稳定，经顶板管理领导小组和当班安全员检查无危险后，工作人员方可进入工作面作业。
6）用木垛将采场维护好，在出口范围内不得堆放任何物料，保证道路畅通。
7）回柱顺序为由采空区向煤壁，由下向上，回柱工必须由经验丰富、责任心强的人员担任，回柱时必须指定有经验的人员观察顶板。采空区支柱必须回收干净，回出的支柱必须及时运出采面。随着顶板的垮落，工作面温度逐步升高，有害气体开始积聚，必须加强通风。
8）回柱方法、工艺及支护材料复用的规定：
工作面基本支架回撤采用人工分组分段回撤，每组2人，组间距大于15m，且每组必须配足3个水平楔并按规定使用好。回柱时，施工人员先用水平楔插入铰接顶梁的卡口内并打紧，然后将支柱卸載至最小高度，再用单体配合小绳头将支柱拉出，最后退出水平楔和铰接顶梁圆销将顶梁取出，依此类推，从下往上逐棚回撤。
回柱时，顶上掉下的木料、笆片在安全的前提下必须拿出复用，回出的单体支柱应靠新切顶一排支柱支设成全承载，每棚一棵，顶梁紧靠全承载支柱，木料、笆片放在老塘侧一档内，不得乱堆乱放，以便工作面往前推进时复用。
9）初次垮落步距≥20米的坚硬不垮落顶板，在工作面推进10米时要提前采取强制放顶，采用打眼放炮的方法，使顶板拉开槽沟，产生裂隙易于垮落从而减轻工作面初次垮落时对工作面的冲击强度。
10）强制放顶时炮眼要打成直线、眼深1.2-1.5m，眼距2m，每孔装药2筒，水炮泥一节，黄泥填满。炮眼沿工作面真倾斜每隔40m为一组进行大串联一次爆破。打眼、装药、放炮严格执行“一炮三检查”和班组长、放炮员、瓦检员“三人连锁放炮制”。
11）初次放顶矿领导必须在现场指挥，密切观察顶板活动和冒落情况，及时采取对策。
初次放顶结束后，采面按三四排管理“见四回一”。
二、老顶初次来压和周期来压时的特点及防治措施
1、 老顶初次来压和周期来压的特点
直接顶初次放顶后，如果直接顶垮落不能填满采空区，老顶就像“横梁”一样架在两边煤层上，并支撑着上面的岩石重量，当工作面继续推进，老顶悬露面积就越来越大，当超过它本身的最大存受极限，梁的平衡受到破坏，横梁变形弯曲下沉，造成老顶折断垮落，在这个过程中，它会给工作面一个很大的突然压力，即老顶的初次来压。老顶初次垮落后，随工作面继续推进，老顶呈悬梁状态存在，当悬臂长度达到一定长度时折断垮落。随工作面的继续推进，这种具有规律的垮落，周期性地发生，称老顶的周期来压。
老顶在周期来压时，垮落的步距较大、面积大、强度大，并且可能伴随发生动压冲击，矿压显现较强烈，一般具有以下特点：一是由于老顶的剧烈活动，使工作面顶板下沉量和下沉速度急剧增加；二是支架受力猛增，出现顶板破碎、裂缝、片帮甚至工作面出现台阶下沉等现象；三是老顶折断垮落时，在采空区深处先产生沉闷雷声，继而采空区出现掉碴，垮落时伴有暴风。如支柱支设不牢固，来压时采场支柱大面积失稳，严重时会造成压垮型冒顶事故。 来压前，工作面压力较小，当使用增阻支柱时，如支柱初撑力不足支设不牢固，来压时极易失稳，如支护强度不够，造成直接顶与老顶离层，老顶来压时对直接顶形成冲击，引起推垮型冒顶事故。
来压前，支承压力的集中，使老顶断裂线附近顶板破碎，来压时造成煤壁大量片帮，支柱受压严重变形。当开采厚度较大时，片帮煤容易造成埋人、伤人事故。另外，片帮后造成空顶面积增大，易产生漏跨型冒顶事故。
2、 老顶初次来压及周期来压时的预防措施
1）加强矿井顶板管理的基础工作。根据地质特性认真编制合理的《采煤作业规程》，严格按作业规程有关事项实施执行。编制作业規程时，应充分利用地质预防和矿压观测得到的基础资料，做好工作面的支护设计，确定采场采高和合理的采场支护布置，制定顶板管理针对性措施，并切实贯彻执行有关现场实用技术，保证其科学性和针对性，同时也还要根据生产条件和地质变化及时制定相应补充措施。要认真组织关于生产一线的职工学习作业规程，并按规定进行考核，考核分理论和实操两部分，理论学习时，由矿技术人员对各项施工进行分解，理论采用闭卷考试；实际操作必须由有经验的技术人员带领职工在施工现场，针对各工种操作技能现场实施技能演习，使各项施工严格按《作业规程》中的各种技术要求进行。
2）支护设计应做到：第一，根据煤层的赋存条件确定合理的支护参数和布置方式。支护强度和支护密度是单体支柱工作面最重要的支护参数。支护强度较小，会引起大面积冒顶或顶板台阶下沉，易引发顶板事故。支护强度过大也带来支架成本高，支护和回柱工作量大等缺点。有些情况下，过大的支护强度使支柱对老顶处于“限定变形”，老顶来压时给直接顶较大的压力，从而使直接顶破碎而引起冒顶。因此必须针对每个工作面，根据顶板具体条件，通过科学计算确定合理的支护强度和支护密度。单体支柱工作面基本支护的布置方式应根据顶板条件确定：不稳定顶板采用齐梁齐柱加临时贴帮柱（或超前梁布置）；中等稳定顶板采用齐梁齐柱或错梁齐柱等布置。戗柱和特殊支护起着增强工作面支撑强度和稳定性的作用；打好密集支护，提高切顶和挡矸效果的作用。老顶初次来压和周期来压时，要采用戗棚连锁、丛柱、木垛或增加支护密度等措施。特殊地段必须加密支柱及围边护住矸石，加强自身瓮中保护，并在撑握顶板的周期性能。
3）进一步落实好顶板管理责任制，从上到下，认真落实，层层负责。教育广大职工干标准活、干放心活，支柱支设工程质量必须迎山有劲，按质量标准化标准作业。
加强支护材料的质量管理，按设计每根支柱必须试压合格后方能入井使用，严格执行支柱定期检修制度，严格支柱支设工程质量管理，按采面作业规程设计要求支护和回收支柱，严格按规章制度执行，不得出现违章指挥和违章作业。
4）加强支护质量与顶板动态监测。支护质量与顶板动态监测是顶板科学管理之一，通过对采面及部位顶板动态、支护质量、不安全因素及其变化规律进行监测和预报，及时制定可行的冒顶防范措施，可有效地控制顶板。
5）每天开好班前会，做好每班进班前对井下的顶板情况和煤壁的变化分析，安排职工带好预防冒顶用的支护材料。每班都要安排专业人员对采面顶板进行巡回检查，班班都要如实汇报。及时反映现场的不安全隐患，立即加以整改。隐患的追查处理是预防冒顶的有效措施。加强老顶来压的预测预报工工作，观察顶板下沉速度的变化，当下沉速度突然增至某一范围时，及时向带班矿领导和矿调度人员汇报。采用加强特殊支护措施，以消除沿煤壁切顶或工作面压垮事故的发生。采掘工作面的顶板事故，有相当一部分是因遇地质变化而未能及时采取针对性措施引起的，加强矿井地质预测预报管理工作，对降低顶板事故具有重要意义。
三、结束语
综上所述，煤矿开采工作中的安全问题，是制约煤矿开采事业发展的一个重要问题，尤其是近年来，煤矿开采的工作面顶板发生的事故更是在逐渐增加，因此，如何在煤矿开采的过程中实现正确的整体煤矿开采，预付顶板事故发生已经成为了人们关注的重点之一。