薄煤层智能化开采工作面围岩控制技术

引言

薄煤层开采因煤层薄、地质复杂，围岩控制难度大，制约安全高效生产。智能化开采技术为围岩控制提供新机遇。本文聚焦薄煤层智能化开采工作面，探讨围岩控制核心技术，分析智能装备与控制策略的协同机制，提出优化方案，以提高开采效率、降低安全风险，为薄煤层智能化开采提供理论与实践支持。

一、薄煤层开采围岩控制的难点分析

薄煤层开采因煤层厚度通常小于 1.3 米，围岩控制面临多重挑战。顶板岩性多为软弱砂岩或泥岩，强度低，易发生冒顶和片帮。底板松软，易受采动影响产生隆起，增加支护难度。地质构造复杂，断层和褶曲导致应力分布不均，局部区域围岩稳定性差，易引发突发性破坏。狭窄的工作面空间限制了大型支护设备的部署，传统支护方式难以适应快速变形的需求。围岩力学特性是控制难点之一。薄煤层埋深差异大，浅部煤层围岩松散，深部煤层则承受高地应力，支护设计需针对不同条件优化。顶板周期来压规律复杂，压力峰值变化快，支护时机需精准把握，否则易导致顶板失稳。围岩变形速度快，传统支护材料和结构难以满足高强度和快速响应的要求。

监测技术的局限性加剧控制难度。常规监测手段如测压仪表精度有限，难以实时捕捉围岩细微变化，数据采集滞后影响支护调整。地质勘探数据不足时，断层或裂隙等隐蔽构造难以提前识别，增加围岩失稳风险。监测与支护的协同性不足，数据分析和反馈效率低，制约动态控制效果。开采工艺与围岩控制的耦合性需特别关注 [1]。推进速度过快可能加剧围岩应力集中，过慢则影响经济效益。巷道布置和支护密度需根据围岩特性优化，但实际操作中常因经验不足导致设计偏差。综合分析围岩力学特性、采动影响和支护参数，才能为薄煤层开采提供科学有效的控制方案。

二、智能化技术在围岩控制中的应用

薄煤层开采中，围岩控制需借助先进技术以应对复杂地质条件。传感器技术通过实时监测顶板压力、位移和应力变化，提供围岩状态的精准数据。光纤传感和微震监测设备能够捕捉微小变形和裂隙扩展，辅助预测冒顶或片帮风险。监测数据的实时传输与分析为支护调整提供依据。自动化支护设备在薄煤层工作面中发挥重要作用。液压支架通过电液控制系统实现自动移架和调姿，适应狭窄空间和复杂顶板条件。锚杆钻进设备结合自动化定位技术，提高施工精度和效率。支护参数可根据实时监测数据动态调整，确保围岩稳定性。

围岩控制还依赖于地质信息的高效集成。地质雷达和三维建模技术可精确探测煤层及围岩的结构特征，揭示断层、褶曲等构造分布。数据处理系统整合勘探与监测信息，形成动态围岩力学模型，为支护设计提供科学支持。优化开采工艺与围岩控制技术的结合至关重要。采场参数如推进速度、支护密度需根据围岩特性精细化调整 [2]。合理布置工作面巷道，减少采动应力集中，有助于降低围岩变形风险。综合应用多种技术手段，可显著提升薄煤层开采的安全性与效率。

三、智能装备与控制策略的集成优化

薄煤层开采中，智能装备与控制策略的集成优化对围岩控制至关重要。液压支架作为核心装备，需具备高适应性和可靠性。现代支架采用电液控制技术，可根据顶板压力和变形数据自动调节支撑力，适应薄煤层狭窄空间和复杂地质条件。支架设计需考虑轻量化与高强度的平衡，减少对底板的扰动，同时确保快速移架以匹配开采进度。

锚杆锚索支护系统在集成优化中起到关键作用。自动化钻进设备通过精准定位和力学参数调整，提高锚固效率和质量。锚杆材料需选用高强度、抗剪切性能优异的钢材，结合围岩特性优化锚固深度和间距。锚索布置需根据顶板岩性和采动应力分布，动态调整预紧力，确保围岩整体稳定性。

监测与控制系统的协同至关重要。压力传感器、位移计和微震监测设备实时采集围岩状态数据，通过数据处理平台分析围岩变形趋势。控制策略基于这些数据，动态调整支护参数，如支架工作阻力和锚杆预紧力。系统集成还需考虑设备间的通信效率，确保数据传输无延迟，提升响应速度。开采工艺与装备的匹配是优化的核心。工作面推进速度需与支护节奏协调，避免采动应力集中引发围岩失稳。巷道布置和支护密度应根据地质勘探结果优化，减少不必要的支护成本。综合考虑装备性能、监测数据和开采参数，可形成高效的围岩控制体系，提升薄煤层开采的安全性和经济效益。

四、薄煤层智能化开采的案例研究

薄煤层开采的案例研究为围岩控制技术优化提供了实践验证。某矿区薄煤层工作面，煤层厚度0.8-1.2 米，顶板为软弱砂岩，底板为泥岩，地质构造复杂。针对围岩易冒顶和片帮问题，采用综合支护方案。液压支架选用轻型高强度型号，配备电液控制系统，根据顶板压力实时调节支撑力，保持工作面稳定。锚杆锚索联合支护提高顶板抗剪能力，锚杆间距优化至 0.8 米，预紧力提升 20% ，有效控制围岩变形。

监测技术在案例中发挥重要作用。光纤传感器和微震监测设备布置于工作面关键区域，实时采集顶板位移和应力数据。地质雷达提前探测断层和裂隙分布，结合三维建模技术构建围岩力学模型，为支护设计提供依据。监测数据通过集成平台分析，预测周期来压规律，指导支架移架和锚杆补强时机。

开采工艺优化显著提升围岩控制效果。工作面推进速度控制在每日4-6 米，减少采动应力对围岩的扰动。巷道布置采用错位设计，降低应力集中风险。支护密度根据顶板岩性动态调整，靠近断层区域增加锚索数量，确保局部稳定性。案例中，围岩变形量降低 30% ，冒顶事故率大幅减少。通过装备与工艺的集成优化，该案例实现安全高效开采。支架与锚杆系统的协同作用，结合精准监测与动态调整，显著提升围岩控制能力 [3]。实践表明，科学匹配支护装备、监测技术和开采参数，能有效应对薄煤层复杂地质条件，为类似矿区提供参考经验。

结论

薄煤层开采因煤层厚度小于 1.3 米，围岩控制面临显著挑战。顶板多为软弱砂岩或泥岩，强度低，易发生冒顶和片帮。底板松软，受采动影响易隆起，增加支护难度。地质构造复杂，断层和褶曲造成应力分布不均，局部围岩稳定性差，易突发破坏。狭窄空间限制大型支护设备使用，传统支护难以应对快速变形。

围岩力学特性增加控制难度。薄煤层埋深变化大，浅部围岩松散，深部受高地应力影响，支护需因地制宜。顶板周期来压规律复杂，压力峰值变化快，支护时机需精准，否则易导致失稳。围岩变形速度快，传统材料和结构难以满足高强度和快速响应需求。监测技术局限性显著。常规测压仪表精度不足，难以及时捕捉围岩微小变化，数据滞后影响支护调整。地质勘探不足时，隐蔽构造如断层难以识别，增加失稳风险。监测与支护协同性差，数据分析和反馈效率低，制约动态控制效果。

参考文献

[1] 孙波 , 赵建华 . 沿空留巷围岩控制技术在薄煤层开采中的探索与实践[C]// 山东煤炭学会工作会议暨薄煤层开采学术论坛.2011.

[2] 付玉平, 宋选民, 邢平伟, 等. 浅埋薄煤层综采工作面矿压规律及围岩控制研究 [J]. 中国煤炭 , 2010(11):4.

[3] 李宏. 薄煤层, 极薄煤层螺旋钻无人工作面开采技术的研究与应用[C]//全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集.0[2025-07-31].