摘要：多年的回采数据表明，复合顶板下煤层的开采带来的顶板安全事故在顶板事故中所占比例越来越高,作为煤矿技术人员，必须重视复合顶板煤层开采相关技术的研究和应用。
关键词：复合顶板；煤层开采；技术
复合顶板一直是影响煤炭企业开采效率、生产能力、安全状况等提高的主要因素，对于复杂地质条件的矿井，表现的更加突出。由于复合顶板直接位于开采煤层上方，而顶板岩层的岩性主要是页岩、砂质页岩和薄层细砂岩，同时往往夹有薄层煤层、炭质页岩、泥质岩、植物化石碎屑和镜煤条带等软弱岩层，因此，从工作面顺槽掘进，工作面回采期间的超前支护、端头支护等带来了很大的困难，通过多年的回采数据表明，复合顶板下煤层的开采带来的顶板安全事故在顶板事故中所占比例越来越高，对于复合顶板下工作面的开采方法选择、掘进工艺及设备研究、支护设备的研究等都显得尤其重要。
1 复合顶板的定义
多年来，国内外对复合顶板条件下煤层的开采技术进行了不同程度的研究，首先对复合顶板进行了严格的定义，研究认为，复合顶板是一种离层型顶板，其厚度在0.3～3.0m之间，极易与上部岩层形成离层。许多文献还研究认为，典型的复合顶板满足的条件是：①煤层顶板由下软上硬的不同岩性的岩层所组成。②软、硬岩层间夹有煤线或薄层软弱岩层。③下部软岩层的厚度一般不小于0.5m。④复合顶板下部岩层与上部岩层在力学特性方面的主要差别是它们之间在厚度（包括互层中的分层厚度）、变形模量、泊松比μ及内摩擦角Φ、黏聚力C等方面相差较大。
2 复合顶板事故的特点
经大量的统计数据分析表明，在煤矿事故中，顶板事故占有很大的比例，其中复合顶板事故最为严重，并且多数以复合顶板推垮型冒顶为主，根据多数矿井的试验研究，许多学者一致认为复合顶板推垮型冒顶有以下特点：（1）垮前工作面没有明显的压力显现和预兆；（2）垮落时间短，速度快，面积大，来势猛；（3）垮落时支架无折损，并都沿倾斜方向倾倒；（4）冒顶后上位硬岩层大面积悬空，工作面仍无明显压力；（5）诱发推垮性冒顶事故的工序是顶板支护的工序，如工作面改柱、回柱等；（6）有时推垮前有征兆，能发现靠采空区支柱向下倾斜，沿煤帮及采空区边顶板掉渣。
3 国内外复合顶板研究现状
根据我国复合顶板事故防治工作经验，我国学者对复合顶板的控制方法进行了大量的研究，文献“复合顶板下采煤的顶板控制实践”对直接顶下位岩层离层运动的力学特征进行了分析，得到了下位岩层断裂后离层的平衡条件，并分析了岩性对复合顶板组合梁变形破坏特征的影响；文献“复合顶板控制技术”根据复合顶板下煤层开采的实测矿压数据，分析了采场矿压显现特征，并提出了相关的控制措施。经大量研究，控制复合顶板事故遵循以下几条原则：（1）提高单体支柱的初撑力；（2）选用稳定性较好的支架或加强支架的稳定性；（3）消除形成复合顶板推垮的条件。
国内外对复合顶板条件下煤层的开采进行了大量的研究，主要对开采方法、水平巷掘进工艺及设备、综采面顺槽超前支护及端头支护设备的研究。
复合顶板下综采面开采方法选择是影响工作面开采效率、生产能力、安全状况的关键因素之一，国内外对其研究相对较多，综合来看，将开采方法分为两类：工作面预留顶煤开采和工作面沿复合顶板开采。
在厚层状复合顶下综采工艺分析一文中，分别分析了工作面预留顶煤开采和工作面沿复合顶板开采两种方法的优缺点，并应用数值模拟方法研究了两种方法的研究效果，将研究结果应用于不同条件的矿井，优化设计了支护方案和开采工艺，研究认为：复合顶工作面预留顶煤开采时，工作面造成冒顶是由于顶煤受顶板压力破坏而被压碎，可能在工作面前方煤壁发生漏冒现象；复合顶板工作面沿复合顶板开采时，由于复合顶板较软，且很不稳定，在工作面推进过程中极易发生顶板漏冒，工作面相对不安全。还有许多文献对复合顶板工作面预留顶煤开采时预留顶煤厚度的选择进行了研究，预留顶煤厚度若过大将会减低煤炭的采出率，预留顶煤厚度过小则影响其护顶效果，通过大量的理论及实践研究表明，工作面预留顶煤厚度在300mm左右比较合适，研究成果在我国山东新汶、河南平顶山、安徽淮南等矿区进行试验，并取得很好的效果。
4复合顶板煤层巷道掘进工艺及设备
复合顶板下开采煤层回采巷道的掘进工艺影响着巷道的掘进速度，以及工作面开采时巷道围岩的变形状况和支护条件。煤层巷道的掘进由炮掘工艺向机掘工艺不断转变，国内外对工作面平巷的掘进工艺及设备的研究经过了不断变更的过程。自1870年世界上第一次实际使用带截齿旋转式执行机构（马克基里结构）的掘进设备，在英吉利海峡掘进白垩土石灰岩平峒1.6km以来，掘进机作业法（即机械破碎法）成为巷道掘进工艺一次巨大技术进步。然而，直到1947年第一台典型的悬臂式掘进机F2在匈牙利诞生，各种型式的掘进机的研制工作随着综掘工艺的变更而大规模发展。
煤及半煤岩巷道掘进主导设备的悬臂式部分断面掘进机，已经经历了四代机型。目前已经进入了机电一体化时代。同时，以美国和澳大利亚为代表的连续采煤机煤巷掘进，特别是80年代末期投入运行的掘锚综合机组又为煤巷快速掘进开创了新的途径。目前世界上掘进机使用量已经超过5000 台，各主要产煤国用掘进机掘进的巷道已占采准巷道总长的40%～50%。我国掘进机经过近30年的不懈努力，与国际先进水平相比仍有较大差距。
国外平巷掘进设备的发展经历主要为：一类是欧洲国家普遍使用的掘进机，它适应范围广，但掘进、支护不能平行作业，掘进效率低，开机率低；另一类是以美国和澳大利亚为代表的连续采煤机和掘锚综合机组，两者均可实现煤巷的快速掘进，开机率较高，掘进效率高，后者是在前者的基础上，在机上安装锚杆钻机，使连续采煤机与锚杆钻车合二为一，到80年代末发展成掘装锚平行作业的新型设备。它较好地解决了掘进、装运和锚杆支护的平行作业，其不足是只适应于煤巷掘进,机型庞大,适应范围小。英国、德国、前苏联等主要产煤国，掘进机已广泛用于煤岩单轴抗压强度≤100MPa的采准巷道掘进，并扩大到岩巷掘进，对于工作面平巷掘进对煤岩硬度的适应能力相当可观，且不移位掘进巷道断面能达到35～42m2。
我国掘进机的发展起步较晚。尽管我国在1956年引进前苏联ПК-3型掘进机用于煤巷掘进，60年代中后期也进行了国产掘进机的研制。我国掘进机的研制和应用真正起步于70年代初，比世界各主要国家晚15～20年。
我国煤巷高效掘进工艺及设备的发展主要经历了三个过程：第一种是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，也称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到广泛应用，掘进机械多为悬臂式煤巷掘进机；第二种是连续采煤机与锚杆钻车配套作业线，在我国部分矿区进行了推广应用，主要掘进机械为连续采煤机，它需要多巷掘进，交叉换位施工；第三种是掘锚机组掘锚一体化掘进，也在一些矿区进行了使用。对于5.0m以上的大采高工作面顺槽的掘进所采用的掘进设备在国外研究较少。
5 结束语
实践证明，复合顶板煤层采煤必须做到技术和设备先进，加强安全管理，就一定可以实现安全、高效开采。
参考文献:
[1]王元龙,孙广京;深井煤层复合顶板控制技术[J];中国矿业;2003年10期
[2]曾庆辉;深井强突出煤层下向揭煤高效抽采技术[J];煤炭与化工;2016年07期