顶板灾害是影响煤矿安全生产的重要灾害之一，因此，采场顶板控制设计是煤矿生产作业规程的重点内容。在顶板控制设计中，由于顶板的复杂性，使很多有用的经验知识难以用精确的语言表达出来，有些仅存在于专家的头脑中，难以集中起来成为系统的知识为现场服务。因此，研制包容大量理论、实践成果和专家知识的顶板控制设计的专家系统是十分必要的。
1 综放面顶板控制设计步骤
综放面的顶板控制设计是在分析具体煤层地质条件的基础上，预计顶板的运动规律，确定合理的支架围岩关系，进而进行控制设计。其步骤和内容见图1。
图1 综放面顶板控制设计的步骤
在以上步骤中，关键是确定综放面的支架围岩关系。在确定支架围岩关系之前，首先要对综放面的顶板和顶煤进行分类，进而预计顶板运动规律。
2 综放面顶板分类
2.1 岩层质量指数
影响岩层稳定性的因素有：岩层厚度、强度、分层厚度、节理裂隙间距、组分的均匀性、水的作用程度等。在这些因素中，起主要作用的是岩层强度、分层厚度和节理裂隙间距，常称之为三因子。为了能定量表达岩层稳定性，将由三因子决定的岩层“综合强度”叫做岩层质量。
某一因子对岩层质量的隶属度，是指对岩层质量“极好”的隶属程度，设μR、μD和μF分别为岩层单向抗压强度、分层厚度和节理裂隙间距对岩层稳定性的隶属度，根据有关研究结果，三因子对岩层质量的隶属度如式（1）所示：
式中μ（x）为岩层的质量指数，它能够定量地反映一个岩层在3个具体因子的条件下，对岩层稳定性的影响程度。
2.2 直接顶分类
直接顶是指能在采空区不规则冒落的、不能在煤壁前方和采空区矸石上永久传递力的、其作用力必须由支架全部承担的那部分岩层的总和。判断某一岩层是否垮落成直接顶时，首先读取该岩层的质量指数，并判断它属于哪一个等级，然后计算采空区自由空间的高度。把计算出的采空区自由空间高度与岩层厚度相对照，检验岩层是否全厚度垮、部分垮还是不垮成为铰接结构，判断过程中用到的判断因子的临界值（阈值）是在大量试算和检验后确定的。
整个推断过程是一个循环过程，它逐一判断输入的岩层，直到得出明显的结论为止。这个推断过程模拟了人类专家推断直接顶厚度的思维过程。
依据《缓倾斜采煤工作面顶板分类试行方案》，结合专家建议和对大量现场实际数据的统计分析，建立的分类准则。
2.3 老顶分类
老顶是指自身能形成平衡结构、能永久向煤壁前方和采空区矸石上传递力的、其运动对采场矿压有明显影响的、其作用力无需支架全部承担的那部分岩层。老顶存在类拱式、拱梁式和梁式3种基本结构，它们的形成条件、运动规律、支撑压力显现规律及其控制的要求，既有区别又有联系，是老顶岩层质量指数的“量变”导致老顶结构形式“质变”的一个辩证过程，亦即老顶结构形式随岩层质量指数的变化，存在一个“系列”。把老顶的岩层质量指数与结构形式结合起来，依据《缓倾斜采煤工作面顶板分类试行方案》，建立的分类准则。
3 综放面顶煤分类
3.1 影响顶煤稳定性的因素分析
影响综放面顶煤稳定性的因素众多，这里主要探讨煤层的埋深、强度、裂隙发育程度及夹石层的层位、厚度和强度对顶煤质量的影响。
通过对顶煤的地应力环境分析，顶煤的变形和破坏主要处在压剪区。在此区域，决定顶煤破碎程度的主要因素是支承压力与煤层强度的比值，这个比值称为顶煤相对强度。过去对顶煤稳定性的研究中，把煤层埋深和强度认为是独立因素。但实践表明，在采场推进过程中，煤层埋深与强度是相互关联的。顶煤相对强度把煤层的埋深和强度有机地结合起来，在顶煤分类中起关键作用。
煤体中节理裂隙发育大大降低了顶煤的综合强度。总的来讲，裂隙发育程度高利于顶煤的再次破碎与冒落成均质松散体，从而在顶煤放出时具有明显的规律性，回
