5.2　冒頂機理分析

　　冒頂事故發生在工作面回柱放頂即將結束時，回柱放頂前工作面支護為四排正規支架加一排順山挑棚，這些支架中支柱的工作阻力勉強可以支撐住復合頂板中的軟巖層；回柱放頂即將結束時，工作面僅有三排正規支架，支撐不住軟巖層，加上軟巖層因淋水等原因離層，從而導致軟巖層斷裂形成六面體。冒頂前工作面采空區下口向上近30m、走向長3m(懸頂面積90m2)范圍頂板未冒，下順槽破復合頂板下位軟巖層施工以及工作面冒頂前下口曾發生小面積冒頂等狀況，為六面體提供了去路；另外，六面體自重較大(約1.12×104kN)，向去路方向的傾角較大，最終導致六面體下移，推垮工作面。

　　5.2.1　復合頂板下位軟巖層離層 工作面初設支柱初撐力均不小于50kN，但因底板為B11b煤層，較軟；同時，頂板淋水使底板煤層軟化，抗壓強度降低，使原來初撐力不小于50kN的支柱工作阻力降至20kN以下。由于支柱的工作阻力小，支柱鉆底量大，再加上頂板淋水，造成復合頂板下位軟巖層下沉，而上位硬巖層因開切眼附近受兩側煤體支撐基本未下沉，從而導致復合頂板軟、硬巖層離層。

　　5.2.2　下位軟巖層內斷裂出六面體 由于支柱工作阻力小于20kN，支撐不住復合頂板下位軟巖層，使軟巖在支柱低阻區下沉并產生斷裂；靠采空區側軟巖層從開切眼處已經斷裂，形成一個由單體支柱支撐的不穩定的不規則六面體。

　　5.2.3　六面體存在去路且有較大傾角 工作面下端冒頂前一天曾發生小面積冒頂；工作面采空區從下端頭向上30m、走向長3m處范圍頂板未冒落，形成大的六面體。由于下順槽沿頂施工，破壞了復合頂板，為六面體提供了去路，再加上六面體沿去路方向傾角達21°，既有去路并且沿去路方向又有較大傾角的六面體，很容易冒落。

　　5.2.4　六面體下推力大于阻力 該六面體受到的下推力大約是4000kN，幾乎全靠工作面下口軟巖層頂板的阻力阻止其下推，而這一部分軟巖層又受到破環，實際阻力很小，不能阻止其下移。

　　6　預防措施

　　6.1　增大并保持單體液壓支柱的初撐力

　　單體支柱的初撐力小時，支撐不住復合頂板中的軟巖層，便可導致軟巖離層推垮工作面。為解決這個問題，必須提高單體支柱的初撐力P0，使初撐力不僅能支撐住復合頂板下位軟巖層，而且使軟巖層壓緊硬巖層，其間的摩擦阻力足夠阻止軟巖層下滑，從而使支架自身也能穩定。P0可按下式計算:

　　P0≥γh0/n(cosα+1/fsinα) (1)

　　式中，P0為每根支柱初撐力，kN/根；n為支護密度，根/m2；γ為軟巖層平均密度，kN/m3；h0為軟巖層厚度，m；α為煤層傾角， (°)；f為軟硬巖層間的滑動摩擦系數。

　　對4272B11b頂分層工作面來講，n=2根/m2，γ=20?19kN/m3，h0=2.0m，α=21°，f=0.3。經過計算P0≥50kN時，能夠滿足防止復合頂板推垮工作面的要求。

　　單體液壓支柱的初撐力達到50kN以上是先決條件，關鍵是保證其工作阻力也在50kN以上，這樣，就必須采取穿木鞋或鐵鞋措施，減少支柱鉆底量。另外，增大支護密度可增大支柱對頂板的支護強度，防止推垮型冒頂的發生。

　　6.2　提高支架穩定性

　　一是在工作面采空區側鉸接頂梁下，沿傾斜方向中中10m采用長方木裝設“井”形木垛，這樣會形成整體支架，增強了支架的穩定性，增加了工作面支撐頂板的能力；二是使用拉鉤式連接器把每排支柱從工作面上口至下口都連接起來，這樣整個工作面形成了一個可以阻止六面體下推的整體支架。三是工作面采用下偽傾3~5°方向施工；四是控制采高，復合頂板下部軟巖層垮落后超過采高，一方面可以堵住六面體的去路，另一方面可以增加六面體下推時的摩擦阻力，采高控制一般在1.8m以下；五是掘進順槽及開切眼時不破壞復合頂板，這樣可以保持復合頂板的完整性，不給六面體以去路；六是加強工作面頂板壓力和狀況觀察，支柱支設時要從嚴要求，初撐力達不到50kN時要采取穿木鞋或鐵鞋等措施增大初撐力，確保初撐力不小于50kN；觀察頂板狀況，發現頂板出現裂隙要及時采取裝木垛、使用迎山抗棚等措施加強支護；七是強制放頂，工作面采空區頂板懸頂面積大于2×5m2時，要采取強制放頂措施，即在頂板內打眼、裝藥、放炮，強迫其冒落，以減少工作面懸頂面積，防止發生冒頂，六是工作面初采時不要反推，復合頂板下位軟巖層在開切眼處已離層斷裂，當在反推范圍內初次放頂時，極容易在原開切眼處誘發推垮型冒頂。

　　7 結語

　　復合頂板下采煤是一個比較難的課題，但復合頂板推垮型冒頂事故也是可以預防的，關鍵在于措施得力，現場執行到位。