矿井综采工作面冒顶原因分析及预防措施

(平煤天安股份一矿，河南 平顶山 467000)

0 引言

由于长时间受到岩层压力的影响，工作面的顶板极易产生下沉、裂缝等问题。尽管液压支架已经在煤炭行业取得了广泛运用，并且使顶板支护取得了较好的效果，降低了顶板发生冒落事故的概率，但是无法否认的是，冒落事故依旧是威胁煤炭安全生产的关键灾害之一。工作面产生冒顶将会导致回采工作面出现片帮问题，增加了后期回采作业的难度，出现了停产隐患，导致煤炭企业的经济受到损失，更为严重的是将会导致人员的伤亡，这已逐渐成为制约煤炭企业发展的关键问题。

1 综采工作面冒顶原因

①当工作面开始掘进的时候，煤体将不会再与顶部岩层相接触。若无法采取有效的支护措施，顶板岩层将会出现破碎或者冒落，尽管已经采取支护措施，但是支架所产生的阻力无法维持顶板岩层的稳定。②地质结构的复杂性是造成覆岩冒顶损坏的关键因素。当覆岩碰到褶皱、断层等应力变化较大的地质结构时，支架上部的支承压力也会迅速提升，导致覆岩出现破裂及顶层出现下沉的问题。若对煤层的地质条件及生产状况不了解，就无法采取合理的措施来实施管理，因此，覆岩必定会产生冒顶事故。③违章作业是导致冒顶事故发生的直接因素。根据煤层所有的各个地质条件，做好万全准备和开展有效的操作流程是控制冒顶事故的关键措施。不同的地质条件，其所采取的安全措施、支护方式、通风办法是不相同的。工作面所置支架的柱间距和行间距与规定不相符，如不应当拆卸的支架随意拆卸等违章行为是导致冒顶事故产生的直接因素。④大型冒顶的产生主要是由于围岩或者覆岩对锚固体施加了较大的压力，托盘受损、锚杆的抗拉强度过低等都将导致覆岩出现破碎、岩体出现松动，进而导致冒顶问题的产生。

2 冒顶对综采工作面影响分析

针对冒顶事故对综采工作面所产生的影响，笔者运用UDEC2D软件构建了相应的数字模拟模型，煤层大约有6 m的厚度。将其周围的岩体看作是由许多完整的岩块所构成，岩体之中存在的不连续面将会在各个岩块之间进行切割，并且该接触面被看做是岩块的界线，可将完整的岩块模拟为可形体或者刚体。在对可变形岩石进行模拟时，该软件可以将岩块切割为多个层级的块体，对于各个次级的块体，可以基于其所选择的材料与外力状况来计算岩块应力及受力的分布状况。为了深入研究冒顶问题对综采工作面造成的影响，利用UDEC2D软件来进行模拟研究，并采用摩尔-库伦的准则。上方的边界属于应力边界，大约有400 m的埋深，岩层密度平均为3 g/cm2，重力加速度可以设为9.8 m/s2，该边界的载荷是均布载荷，其数值为7.9 MPa，左、右边界上的X方向和底端的Y方向均具有0 m/s的速度。

工作面的采掘深度为120 m，煤层大约6 m，根据工作面的回采之后顶板出现的变形状况可知，在开采之后，由于受到采动的影响，采空区周边的围岩所有的力学平衡状态将会被打破，覆岩受到破坏，在自重应力的影响下失去稳定性，进而导致地表出现下沉问题。

3 如何判断冒顶事故的发生

1)裂缝现象，就采煤工作面出现的顶板裂缝来讲，可将其划分为采动与自然2种裂缝，如果随着采煤工作的不断深入进行，顶板裂缝也将越来越大，这就极易导致冒顶事故的产生。

2)响声现象，当煤层顶板的压力急剧增加，煤体的下沉问题将会越来越严重，进而导致断裂问题的产生，工作面所采用的5600液压支架就会产生劈裂声，同时活柱也会迅速下缩，产生较大的声响。当听到这些声响的时候，就表示即将发生冒顶事故，应当采取有效的措施加以预防。

3)离层现象，如果在开展采煤作业时，若发现顶板的离层现象过于严重时，也可以判断出冒顶事故的发生。

4)片帮现象，当煤壁所承受的矿压大于可允许范围时，煤壁将会产生严重的片帮现象，若存在较多的片帮煤时，在某种程度上也预示着顶板即将出现冒顶问题。

5)掉渣现象，当煤体顶板产生严重的损坏现象时，顶板极易产生掉渣问题，且越来越严重，可预测出顶板的压力将会越来越大，这样也将导致冒顶事故的发生。

4 综采工作面冒顶预防措施

①科学布置采面，严禁产生采场采动力相互叠加的状况，避免工作面出现相向开采。②选择恰当的巷道截面尺寸与形状。③对综采工作面开展有效的支护，严禁进行空顶作业。④在进行开采作业时，严禁随意扩大支护的间距。⑤对锚杆的质量加以控制，保证锚索的锚固力。⑥在以往产生冒顶问题的区域内增强相应的支护措施。⑦加强液压支架所具有的初撑力。⑧重视液压支架的型号与质量，保证支架具备充足的工作阻力。⑨选择恰当的锚杆支护参数，使其具备较强的支护强度，以抵御围岩的压力。

4.1 重视观测工作面矿压

老顶周期来压的步距及时间等均是导致冒顶事故产生的关键因素，在实际生产的过程中，应当对煤体矿压的显现规律进行深入的研究，同时详细记录实时观测的数据，例如支架增阻的状况等。同时，人们可以利用计算机软件来深入分析这些数据，并取得科学有效的防治措施，以有效防护综采工作面的冒顶问题。

4.2 做好地质结构变化的预测工作

在对综采工作面开采工作造成影响的诸多因素中，地质构造是一项最为核心的因素，对此，人们必须对整个矿区中各个部位的地址结构进行有效的预测与研究，促使点报与月报两项工作可以相互结合，并针对地质结构的变化状况来开展预报工作，基于实际状况来实时调整顶板的支护措施，彻底消除各个综采工作面产生冒顶事故的可能性。

4.3 强化工作面液压系统管理

对于液压系统的泵站，应当开展好其维修、保养等一系列工作，禁止该系统产生冒、漏等问题，确保系统维持正常的供液，充足的压力，以确保液压系统的正常运行，同时，应当保证开采作业可以正常循环，提升工作面开采的安全性、便捷性。

4.4 最大限度压缩顶板暴露时长

在开采之前，应当对综采工作面伸缩梁的护顶机构进行检查，确保该机构可以及时伸出，同时需要快速的移架，保证煤体时刻保持完整的状态，从而尽可能的消除冒顶事故。就现阶段的生产状况而言，人们通常会采用带压擦顶移架的方法来提升顶板的安全性。

4.5 进行注浆(马丽散)加固作业

由于煤岩体含有较多的裂缝与孔隙，这样就可以依靠注浆操作来提升煤岩体的坚固性。通过研究得出，一种被称为马丽散胺脂的高分子材料具备较强的可注性，可以进入到煤体的裂缝中，将这种材料注入到煤岩体中，就可以让胶结岩体冒落区域内散落分布的岩体成为一个整体，这样可以提升岩体的承载力，有效地控制工作面顶板的垮落问题，更好的预防和治理工作面的冒顶事故。

5 结语

①由于受煤层开采的影响，上方岩层所具有的力学平衡将会受到破坏，并且在自重应力的影响下失去稳定性，从而导致地表出现下沉，而中部的下沉程度要大于两侧。②为了避免开采过程中出现冒顶问题，必须基于各个顶板岩石力学的特性来采用针对性的支护形式与工艺。③在实际开采中，应当基于现场所具有的覆岩及围岩的条件，严格遵照相应的技术要求来进行开采工作，制定有效的安全措施，增强顶板的管理，保证煤矿生产的安全性。