急倾斜厚煤层大采高综采工作面矿压显现规律及支护参数优化

引言

急倾斜（通常指倾角大于 45^∘ ）厚煤层资源开采价值显著，大采高综采技术是提升其回采效率的核心手段。然而，煤层倾角大、采高增加的双重效应，导致工作面围岩应力场与变形破坏机制发生剧变，顶板来压步距异常、支架载荷分布极不均衡、片帮冒顶风险陡增等矿压问题异常突出，严重制约安全高效生产。传统基于缓倾斜煤层经验的设计方法在此类条件下往往“水土不服”，支护失效频发。因此，系统揭示急倾斜厚煤层大采高开采的矿压作用机理，并据此精准优化支护参数，已成为释放产能的关键所在。

一、矿压显现特征深度剖析

急倾斜厚煤层大采高工作面，其矿压活动展现出鲜明的个性。重力与倾角耦合作用，使得围岩压力不再四平八稳。

非对称载荷与变形主导：最直观的表现是支架受力的巨大差异。靠近下巷的支架，如同处于压力漩涡中心，常常承受着数倍于上巷侧支架的载荷。这种失衡直接导致顶板下沉呈现“下山方向远大于上山方向”的倾斜性特征，底板鼓起同样在下巷附近最为剧烈，整个工作面围岩活动呈现强烈的非对称性。

动载冲击与周期来压加剧：大采高意味着更大面积的直接顶悬露。当其达到极限跨度突然断裂垮落时，产生的冲击动能远超普通采高工作面，易诱发支架安全阀频繁开启甚至压架事故。同时，基本顶的周期性破断失稳也因采高增大、悬顶面积扩展而表现得更为猛烈和突然。

围岩大变形与局部失稳高发：高倾角赋予煤岩体显著的下滑趋势，大采高进一步削弱了煤壁的站立能力，使得工作面中下部区域成为煤壁片帮的“重灾区”。顶板岩层沿倾斜方向的剪切滑移变形量剧增，尤其在构造带或煤质松软处，极易引发局部漏顶甚至冒落，形成安全隐患。

二、支护参数优化关键路径

针对急倾斜厚煤层大采高工作面矿压显现的特殊性，支护体系的设计必须跳出常规思维，进行精准定制化的优化。以下是三个核心的优化方向：

（一）支架选型与工作阻力配置

支架是整个支护体系的核心承载体，其选型和参数设定是优化的基础。首要任务是确保支架在急倾斜环境下具有足够的稳定性和支撑能力。

第一，稳定性优先。必须选用结构设计本身稳定性高的强力支架类型。这类支架应配备有效的防倒和防滑装置（如防倒千斤顶、底调机构、侧护板联动装置等），这是防止支架在陡坡上发生倾倒和下滑的关键保障。支架底座的设计也需要有良好的适应性，确保在复杂底板条件下受力均匀，防止局部下陷。

第二，工作阻力强化。鉴于工作面矿压分布极不均衡，特别是中下部区域承受着远超平均值的集中压力，该区域支架的工作阻力必须显著提升。设定支架的额定工作阻力时，不能仅依据平均载荷，必须重点考虑该区域可能出现的最大非对称载荷峰值。实践经验表明，该区域支架的工作阻力设定值通常需要达到常规条件下同类支架的1.5 倍甚至更高。这样做的核心目的是在遭遇顶板突然垮落等强动载冲击时，支架仍具备足够的承载余量，有效避免压架事故的发生，保障支护系统的可靠性。

（二）关键区域强化支护措施

矿压在工作面不同部位的分布差异巨大，资源投入需要聚焦于最薄弱和压力最集中的区域，实施针对性强化。工作面中下部是整个开采过程中矿压显现最剧烈、围岩变形最大的核心区域。因此，必须将该区域作为支护强化的重中之重。除了配置更高工作阻力的支架外，还需加强对该区域支架工作状态的实时监测和维护，确保其始终处于良好的支护状态。

在急倾斜条件下，下巷受到超前支承压力的影响范围更广，强度更大，导致巷道底鼓和两帮变形问题尤为突出。传统的超前支护长度和强度往往不足以应对。必须显著延长超前支护的范围（根据地质条件和矿压观测确定，通常需要比缓倾斜工作面延长相当距离），并成倍提升支护强度。这通常意味着采用更高密度的单体液压支柱、更坚固的金属棚架组合支护，或专门设计的大吨位超前液压支架群，在下巷前方形成一段稳固的“防护区”，有效缓冲超前压力，控制巷道变形，保障运输和通风安全。当工作面推进遇到顶板破碎带、断层、煤质松软区等地质条件变化点时，常规的被动支护往往难以有效控制围岩。此时，应果断采用主动加固技术。最常见且有效的方法是进行注浆锚索（或锚杆）加固。通过向破碎岩体注入浆液（如水泥浆或化学浆），能有效胶结裂隙，显著提高围岩的整体性和自承能力，再配合锚索（杆）的锚固作用，形成承载结构，从而预防顶板局部漏冒事故的发生。

（三）开采工艺协同与动态管理

支护参数的优化不是静态的，必须与开采工艺紧密结合，并建立动态监测调整机制。

第一，推进速度管理。过快的推进可能导致支护系统准备不足；而过慢或长时间停顿，则会造成采空区后方悬顶面积过大。因此，制定合理的推进计划并严格执行，避免非必要的停顿，是控制顶板活动、减轻动载冲击的重要环节。

第二，采高精确控制：在开采过程中，必须严格按照设计采高作业，坚决杜绝局部采高超高现象。局部超高会显著削弱该处煤壁的支撑能力，加剧片帮风险，同时也会增大直接顶的暴露面积，诱发顶板离层和早期垮落，增加控制难度。精确的采高控制是维持工作面围岩稳定的基础条件。

第三，矿压实时监测与反馈调整。通过在关键支架安装压力传感器，在工作面及巷道布置顶底板移近量测点，可以实时获取支架工作阻力分布、顶板下沉量、底板鼓起量等核心矿压显现数据。对这些数据进行连续分析，能够动态感知支护系统的实际效果，识别潜在的风险点（如压力异常集中区域、变形速率加快区域）。一旦监测数据偏离安全阈值或优化目标，系统能及时发出预警，为技术人员调整支护参数（如补打单体支柱、调整注浆方案、优化推进速度等）提供科学、即时的依据，实现支护效果的闭环管理和动态优化。

三、现场应用与核心价值

将优化的支护策略应用于典型急倾斜厚煤层大采高工作面，效果显著。支架压架、立柱损坏等恶性事故得到根本遏制，工作面顶板下沉与底板鼓起量平均降低约 30% ，尤其是下巷区域的剧烈变形被有效“驯服”。煤壁片帮得到明显抑制，工作面作业环境安全系数大幅提升，为连续高效推进扫清了障碍。实践有力验证了基于矿压规律认知进行支护参数精准优化的有效性与普适价值。

结论

急倾斜厚煤层大采高综采的矿压显现以强烈非对称载荷、显著动载冲击和大范围围岩变形为核心特征。解决支护难题，关键在于：选用高稳定性、高阻力支架并重点强化中下部支护强度；显著增强下巷超前支护；及时应用注浆锚索补强破碎顶板；辅以均匀推进、严控采高及矿压动态监测等工艺保障。该优化路径经实践检验，能有效驾驭复杂矿压，为安全高效开采提供可靠技术支撑。

参考文献

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