5.2　冒頂機理分析

　　冒頂事故發(fā)生在工作面回柱放頂即將結(jié)束時，回柱放頂前工作面支護為四排正規(guī)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(jié)束時，工作面僅有三排正規(guī)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(qū)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(fā)生小面積冒頂?shù)葼顩r，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(shè)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(cè)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(nèi)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(qū)下沉并產(chǎn)生斷裂；靠采空區(qū)側(cè)軟巖層從開切眼處已經(jīng)斷裂，形成一個由單體支柱支撐的不穩(wěn)定的不規(guī)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(fā)生小面積冒頂；工作面采空區(qū)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(huán)，實際阻力很小，不能阻止其下移。

　　6　預(yù)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(wěn)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(shù)。

　　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(jīng)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(guān)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?shù)陌l(fā)生。

　　6.2　提高支架穩(wěn)定性

　　一是在工作面采空區(qū)側(cè)鉸接頂梁下，沿傾斜方向中中10m采用長方木裝設(shè)“井”形木垛，這樣會形成整體支架，增強了支架的穩(wěn)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(shè)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(fā)現(xiàn)頂板出現(xiàn)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(qū)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(nèi)打眼、裝藥、放炮，強迫其冒落，以減少工作面懸頂面積，防止發(fā)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(nèi)初次放頂時，極容易在原開切眼處誘發(fā)推垮型冒頂。

　　7 結(jié)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(yù)防的，關(guān)鍵在于措施得力，現(xiàn)場執(zhí)行到位。