工作面推进速度与顶板周期来压协同关系探析

在煤炭资源高强度开采背景下，综采工作面推进速度不断提升，随之带来的顶板活动变化问题也日益突出。顶板周期来压作为揭示覆岩结构应力释放与运动规律的重要表征，其稳定性对保障工作面安全运行具有关键意义。过快或过慢的推进速度均可能扰乱顶板岩层的自然垮落节奏，进而诱发强度突变、来压紊乱甚至局部破坏。尤其在复杂地质构造或坚硬顶板条件下，这种协同失衡更容易引发顶板压力异常集聚。掌握推进速度对顶板周期响应的影响趋势与演化特征，是实现高效开采与安全保障的关键环节，亦是当前煤矿压力控制领域的重要研究方向。

一、推进速度对周期来压特征的影响机制

（一）推进速度变化对顶板应力场分布的扰动作用

工作面推进速度的调整，会直接影响围岩结构中应力的积聚与释放节奏[1]。当推进速度处于较为平稳的状态时，应力可在前方围岩中均匀扩散，形成相对稳定的压应带结构，顶板破断过程具备良好的可预判性。若推进过快，则应力集中区域向深部迅速推进，原有的应力平衡被打破，导致顶板岩层在尚未完成自然适应与逐步破断的过程中被迫承受集中荷载，极易引发强度突变及顶板结构异常下沉。局部支架受力不均的现象亦更为显著，周期性来压的节律性遭受扰乱，风险累积加剧。相对而言，适度的推进节奏有助于维持顶板应力结构的稳定，促进来压规律的形成，为工作面支护与控制创造有利条件。

（二）推进节奏对周期来压频率与强度的控制效应

周期来压的强弱及其出现频次，与推进速度存在密切的耦合关系。推进节奏加快时，顶板岩层尚未经历完整的受力调整周期即进入下一步推进，周期性垮落活动可能被提前触发或压缩时间，导致来压频次增加、强度波动加剧，支架承载负荷持续上升。相较之下，推进节奏稳定可促使顶板在自然应力调整节奏下逐步垮落，周期来压出现规律更明确，压力曲线更具可控性。在良好的推进—应力—垮落平衡机制下，顶板活动将呈现出周期性、连续性和稳定性的正向特征，为顶板控制与安全生产提供坚实基础。

二、推进速度与周期来压协同演化特征分析

（一）不同推进速度下周期来压响应规律的实测对比

在典型综采工作面中，通过对不同推进速度工况下的顶板压力监测结果分析可见，周期来压的强度、持续时间与出现频率对推进速度高度敏感。当推进速度维持在一定稳定范围内，周期来压的峰值波动较小，来压间隔稳定，顶板压力演化曲线表现为规律性强、幅度适中，支护系统运行平稳。此时，顶板垮落节奏与推进节奏趋于同步，形成良性协同状态。若推进速度偏离合理区间，周期来压行为将呈现异常反应。例如，在高推进速度条件下，周期来压间隔显著缩短，压力突增现象增多，且来压波动剧烈，不利于顶板控制与支护协调。而在过缓推进条件下，周期来压出现周期延迟、压力积聚、来压滞后等不利特征，影响正常垮落与围岩释放。上述规律说明推进速度是周期来压稳定性的重要调控变量，其合理匹配对保持顶板活动秩序至关重要。

（二）推进速度—来压响应系统的耦合行为机制

工作面推进与周期来压之间存在典型的耦合性，其响应关系并非线性，而是表现出阶段性与临界性特征[2]。在推进速度由低向高的调整过程中，周期来压响应经历平缓、敏感与剧烈三个变化区间。在平缓区间内，周期来压节奏稳定，对推进调整的适应性较强；在敏感区间，周期性波动幅度迅速扩大，顶板活动响应加剧；一旦进入剧烈区间，顶板周期性垮落节律可能发生突变，形成非周期性或强烈集中来压状态，诱发风险显著上升。该响应机制与顶板岩性组合、结构完整性、煤层赋存特征密切相关，耦合行为亦体现出明显的工程条件依赖性。在不同地质背景下，推进速度与来压状态的协同点存在差异，需结合矿井实际开展精细化分析与调控，以实现稳定推进与安全控压的目标。

通过分析推进速度与周期来压的协同演化过程，可以发现两者之间存在可调、可控的匹配窗口。在该窗口内推进作业，不仅可有效降低顶板突发压力，还能延长支护设备使用寿命，提高工作面整体运行效率。推进速度的科学管控，是实现周期来压规律引导、顶板压力平稳释放的关键手段，有助于构建安全高效、绿色稳定的煤矿开采系统。

三、协同调控策略与工程实践路径

（一）合理推进速度区间的确定与调控原则

针对不同顶板结构和地质条件，合理划定推进速度的安全控制范围，是周期来压协同调控的核心环节。通过布设压力传感器、位移计和声发射监测设备，实时采集来压周期、支架载荷与顶板位移等关键数据，可有效识别推进过程中的应力演化趋势与顶板响应特征。结合现场监测与数值模拟结果，依据顶板岩性强度、节理裂隙发育程度以及支护方式等因素，建立典型工况下的推进速度敏感参数曲线，明确最佳推进区间。在此基础上，推行“ 以压控速、以稳促压” 的动态调控策略，即根据周期来压前兆进行速度微调，引导顶板按规律释放能量，实现压速匹配与风险前移预警。通过定向干预推进节奏，不仅能够维持周期性来压的节律性，还能有效规避突发性顶板破坏，为支护系统创造可预测的稳定环境。

（二）协同控制下的顶板支护优化路径探索

推进速度与支护方式之间的协同配合，是保障周期来压稳定性的重要支撑[3]。推进过快易导致支架滞后承载，推进过缓则可能造成顶板压力长期积聚，对支架系统构成额外负荷。因此，需在推进速度调控基础上，同步优化支护设计。实践中可优先采用高初撑力、高承载能力的液压支架，并配合主动让压与柔性支护技术，增强系统对来压强度波动的适应能力。同时，加强支架之间的联动响应机制，利用智能支护系统实现压力异常自动调节与应力集中区域识别，提升整体支护效能。推广信息化平台管理模式，融合顶板活动监测、支护参数调整与推进计划制定，实现支护策略与推进速度的实时联动与协调调整。通过构建“ 速度—支护—监测” 三位一体的动态控制体系，可有效提升工作面推进的安全裕度与运行效率，推动矿井开采由经验型向数据驱动型转变。

结语：推进速度与顶板周期来压之间的耦合本质，是煤矿开采过程中动力扰动与结构响应的双向协同。以科学调控推进节奏引导顶板活动节律，不仅能够提升工作面支护的稳定性与预见性，更为开采系统构建可控、可调、可预警的运行机制提供了现实路径。协同调控理念的落地实施，有助于推动矿井压力管理模式向精准化、智能化转型，为实现高效安全的深部资源开采注入持续动力。

参考文献：

[1]徐燕飞,安士凯,徐翀,等.坚硬顶板综采工作面推进速度对矿压规律影响研究[J].中国安全生产科学技术,2019,15(10):88-94.

[2]高治洲.青龙寺煤矿高效工作面矿压规律实测研究[J].陕西煤炭,2018,37(02):1-4+28.

[3]赵元祥.单体支柱工作面矿压参数分析及顶板控制[J].陕西煤炭技术,1990,(02):12-19.