第三章采煤工作面顶板事故第一节顶板事故分类在煤矿的采掘过程中，如果顶板处理不当，就会发生冒落，轻则影响生产，重则造成人员伤亡，这就是顶板事故。
1954～1985年期间，顶板事故的死亡人数占总事故的死亡人数的45％；1986~1992年顶板事故死亡人数占总死亡人数的40％；2001～2003年顶板事故死亡人数占总死亡人数的35.67％。
由以上数据可以看出随着我国对顶板事故灾害的研究，顶板事故比例正处于逐渐减小的趋势。
为了更进一步减少和杜绝采煤工作面及巷道顶板事故，必须研究顶板事故形成的条件、机理和要采取的预防措施。
这就要求首先要对顶板事故进行科学的分类。
一、按事故的力源分类按力源可将采煤工作面冒顶事故分为漏冒型、压垮型和推垮型三大类。
①漏冒型冒顶，是由于已破碎的顶板没有得到有效预防而冒落导致的冒顶。
包括：大面积漏冒型冒顶；局部漏冒型冒顶；靠煤壁附近的局部冒顶；工作面上下出口的局部冒顶；地质破坏带附近的局部冒顶；放顶线及其附近的局部冒顶。
②压垮型冒顶，是由垂直于层面方向的顶板力压坏采煤工作面支架而导致的冒顶。
包括：基本顶来压时的压垮型冒顶；厚层难冒顶板的大面积冒顶；直接顶导致的压垮型冒顶。
③推垮型冒顶，是由平行于层面方向的顶板力推倒采煤工作面支架而导致的冒顶。
包括：复合顶板推垮型冒顶；金属网下推垮型冒顶；大块游离顶板旋转推垮型冒顶；采空区冒矸冲人采煤工作面的推垮型冒顶。
此外，还可能出现漏、压、推综合型冒顶。
二、按事故的大小分类煤矿中常习惯于将采煤工作面冒顶事故分为局部冒顶和大型冒顶两大类。
①局部冒顶，是指范围不大、伤亡人数不多(每次死亡1～2人)的冒顶。
常发生在靠煤壁附近、采煤工作面两端、放顶线附近及地质破坏带附近。
局部冒顶压、漏、推三种类型都有，煤壁附近以漏为主，采煤工作面两端有漏有压，放顶线附近有漏有推，地质破碎带以漏推为主。
煤矿中局部冒顶的次数比大型冒顶多得多，总的危害比较大。
②大型冒顶，是指冒顶范围较大、伤亡人数较多(每次死亡人数3人及3人以上)的冒顶。
它包括两端来压时的压垮型冒顶、厚层难冒落的大面积冒顶、直接顶导致的压垮型冒顶、大面积漏冒型冒顶、复合顶板推垮型冒顶、金属网下推垮型冒顶、大块游离顶板旋转推垮型冒顶、采空区冒矸冲入采煤工作面的推垮型冒顶等。
在本章中对局部冒顶及大型冒顶中的压垮型、漏冒型、推垮型冒顶机理和防治措施进行阐述。
第二节局部冒顶事故的防治一、局部冒顶的分类我国煤矿顶板事故死亡人数，约占煤矿死亡人数的40％～50％。
80％的顶板事故发生在采煤工作面，而采煤工作面的顶板事故中，局部冒顶约占70％。
因此，认真分析、研究局部冒顶事故的原因及防治措施具有极其重要的意义。
局部冒顶事故的特点是范围小，一次死亡人数只有一个或两个，人们错误地认为这类零打碎敲的偶然性事故缺乏规律性，很难避免。
其实不然，通过对采煤工作面发生局部冒顶事故分析表明，绝大多数局部冒顶事故的发生是有条件的，具有一定规律性。
只要采用正确的手段实现对顶板的监测，掌握其规律，并提前采取针对性预防措施，将顶板管理建立在科学的基础上，绝大部分事故是可以杜绝的。
局部冒顶实质上是控顶区内已破碎的直接顶失去有效的支护而造成的。
从工序与发生的地点看，局部冒顶可分为四类：①靠近煤壁的局部冒顶；②上下出口的局部冒顶；③放顶线附近的局部冒顶；④地质破坏带附近的局部冒顶。
二、靠近煤壁的局部冒顶采煤过程中这类事故的发生是由于裸露的破碎顶板得不到及时支护或支护不当、支护质量不好造成的。
1.冒顶原因○1由于原生构造及采动等原因，在一些煤层的直接顶中，存在着许多原生裂隙，这就很容易形成具有“人字劈”、“升斗劈”等游离岩块的镶嵌型顶板，如图4—4所示。
②在采煤或爆破落煤后，如果得不到及时支护或支柱打得不紧，这类游离岩块受采动影响后，就会逐渐脱离岩体，无约束地自由下移、冒落，以致造成局部冒顶事故。
当采用爆破法采煤时，如果炮眼布置不恰当或装药量过多，也可能在爆破时崩倒支架而导致局部冒顶。
③当基本顶来压时，煤壁附近的直接顶可能破碎，如果煤层本身强度较低，则容易片帮，从而扩大了无支护空问，也会造成局部冒顶。
2.防治措施①采取正确的支护方法。
对采煤后露出的顶板要采用及时支护、超前支护的支护方式，如图4—5所示正悬臂交错顶梁支架、图4—6所示正倒悬臂错梁直线柱支架。
在架设支架前必须敲帮问顶，以防岩块掉落伤人。
支架密度和裂隙间距要相适应，裂隙方向与支护方式要合理，同时支柱要有足够的初撑力，支得稳、抗得住，力求控制裂隙的发展、岩块的移动与滑落。
②炮采时，炮眼布置及装药量要适度、合理，采用小范围爆破方式，尽量避免崩倒支架。
③对易片帮的煤层，尽量使工作面与煤层的主要节理方向垂直或斜交，一旦片帮，宜掏梁窝超前支护，防止冒顶。
应该注意，使用单体支架的工作面，当直接顶很破碎时，采用采煤机采煤相当困难。
这是因为机道宽度需要1.2m左右。
使用铰接顶梁时，梁端距煤壁往往在0.3m以上。
所以，即使采用正悬臂梁交错顶梁支护或正倒悬臂错梁直线柱支护，也解决不了梁端距过大的问题。
为在很破碎的直接顶板下能使用采煤机采煤，煤炭科学研究总院北京开采所与徐州矿务集团有限公司合作，研制并试验成功了HLD－500型短顶梁，当采煤机截深为0.5m时，这种短顶梁与1m长铰接顶梁配合使用，使工作面的梁端距缩小到0.05m。
HLD－500型短顶梁称为移动替换顶梁。
短顶梁身长0.811m，有效长度为0.5m，靠圆销和楔件与基本顶梁联接，梁端允许载荷30kN。
它既能及时支护，又能缩小端面距，而且不影响基本顶梁的使用，如图4－7所示。
当机道宽度为1.15m时，采用1m长铰接顶梁，若柱前、后梁长各为0.6m和0.4m，则梁端面距为0.55m。
安一节0.5m的短梁后，梁端面距就只有0.05m了。
采煤机割第一刀煤时，在基本顶梁上接一根基本顶梁，支临时柱，梁端距还是0.05m；采煤机割第二刀时，支正常柱，拆临时柱，在新基本梁上固定短顶梁，梁端面距又是0.05m，如图4－8所示。
当采煤机割第一刀煤安基本梁时，短顶梁可以卸下，它并不影响基本顶梁间的铰接。
在采煤机割第二刀煤，支设好正常柱后，再将短顶梁卸下并移在新位置上，这样更有利于短顶梁的管理。
综采工作面的冒顶主要是发生在靠煤壁附近的漏冒型冒顶。
其预防措施为：提高支架的初撑力，增大支架向煤壁方向的推力，在操作上使顶梁的俯、仰角不超过7。
以及梁端距不超过340mm等。
当破碎范围(如过断层破碎带时)比较大时，则应对破碎直接顶注入树脂类黏结剂，使其黏结，以防冒顶。
三、工作面上下出口的局部冒顶1．冒顶的原因①上下出口位于采煤工作面与平巷的交接处，控顶范围比较大，也是应力叠加的区域。
另外，掘进平巷时由于巷道支护初撑力一般都很小，很难控制直接顶不下沉、不松动、不破碎。
当直接顶是由薄层软弱岩层组成时更是如此，易造成冒顶事故。
②在上下出口处经常要进行工作面输送机头、机尾的拆卸工作，这时难免要替换原来的支护，有时还会碰到本不该替换的棚子，就在老柱拆下或碰倒而新支柱未支上时，已破碎的直接顶可能局部冒落而造成事故。
③工作面不断前移，往往要用工作面支护替换原来巷道的支护，出口处始终处于反复支撑状态，在一拆一支间隙中，已破碎的直接顶也可能局部冒落。
④上下出口处的支护还受到基本顶来压的影响，如果直接顶中存在与层面斜交的裂隙组，在基本顶积聚下沉的作用下，直接顶施加给支柱的不仅是垂直压力，还有侧压力，可能推倒部分支柱而造成局部冒顶。
⑤有时平巷与工作面连接处有时会在顶板和底板出现台阶下沉，使得此处难以支护，造成局部冒顶事故。
2．防治措施①合理布置平巷，尽可能将平巷布置在受地质影响比较小的地段。
②合理设计平巷断面，平巷断面尽量不破坏顶板，不留顶煤，保持巷道顶板的完整性。
③适当加大工作面上下出口的支护密度，增加特殊支架，在机头、机尾处各应用四对一梁三柱的钢梁抬棚支护，每对抬棚随机头、机尾的推移逐步前移；或在机头、机尾处采用双楔铰接顶梁支护。
在工作面与巷道相连处，宜用一对抬棚逐步前移，托住原巷道直接的棚架。
④支架系统必定具有一定的侧向抗力，以防基本顶来压时推倒支架。
推广使用十字铰接顶梁端头支架来提高支架的稳定性，这是防治上下出口局部冒顶比较理想的措施，十字铰接顶梁的结构如图4—9所示。
十字铰接顶梁往往与短梁配合使用，如图4—10所示。
十字铰接顶梁支护系统可以在巷道中应用，如图4—11所示；也可以自巷道及采煤工作面上下出口处应用，如图4—12所示。
超前工作面20m内的巷道因受工作面前方支承压力的影响，支架由于支撑力不足，易被压坏而导致局部冒顶，因此，在超前工作面10m以内，巷道支架应加双中心柱;超前工作面10～20m，巷道支架应加单中心柱以防冒顶四、放顶线附近的局部冒顶1．冒顶原因这类事故的原因可归结为：①回柱操作不合理，由于先回“吃劲”的柱子时，引起周围破碎顶板的冒落，回柱工人来不及退到安全地点，就可能被砸着而造成事故。
②当顶板中存在由断层、裂隙、层理等切割而成的大块游离岩块时，回柱后游离岩块就会旋转，从而推倒支架导致冒顶，如图4-13。
③金属网假顶下回柱放顶时，网上有大块游离岩块，也会发生上述的因游离岩块旋转而推倒支架的局部冒顶。
2．防治措施①采用正确的回柱方法，防止顶板压力向局部支柱集中，造成局部顶板破碎及回柱工作的困难。
②为保证人工回撤“吃劲”的柱子及分段回撤最后一棵柱子时的安全，如果工作面用的是摩擦支柱，可以先在这些柱子的上下多支一棵木支柱做替柱，然后回撤金属支柱，最后用绞车回木替柱。
如果工作面用的是木支柱，就直接用绞车回柱。
回撤柱子最理想的方法是工人在有支护的空问进行远距离回柱。
例如，用弹簧枪或长柄锤退楔，用绞车回撤摩擦支柱，都是较为理想的方法。
③为防止直接顶中或金属网上大块游离岩块在回柱时旋转推倒采煤工作面支架的冒顶事故，应采取的措施为：a．加强地质观察工作，记载大块岩石的位置和尺寸。
b．在大块岩石范围内用木垛等办法加强支护。
c．当大岩块沿走向尺寸超过一次放顶步距时，在大岩块的局部范围要延长控顶距。
d．如果工作面使用的是单体金属支柱，要采用木支柱替换金属支柱。
e．待大岩块全部都处于放顶线以外的采空区再用绞车回柱。
五、地质破坏带附近的局部冒顶采煤工作面如果遇到垂直或斜交工作面的断层时，在顶板活动过程中，断层附近的岩块可能顺断层面下滑，从而推倒工作面支架，造成局部冒顶。
为预防这类顶板事故，应在断层面两侧加设木垛加强支护，并迎着岩块可能滑下的方向支设戗棚或斜柱。
此外，漏冒型冒顶可能发生在工作面的任何地点。
局部漏冒型冒顶如果得不到有效的控制，则造成大面积漏冒型冒顶。
其发生机理是：由于煤层倾角较大，直接顶又异常破碎，采煤工作面支架中如果某个地点失效发生局部漏冒，破碎顶板就有可能从这个地点开始沿工作面往上全部漏空，造成支架失稳，导致漏垮工作面，如图4—14所示。
