引言
在现代煤矿开采中，综采工作面的高效运作是煤炭产量的重要保障。但在开采过程中，上覆岩层运动导致的矿压显现给开采工作带来诸多挑战。从顶板垮落、支架受压到煤壁片帮等现象，均与上覆岩层运动和矿压显现规律密切相关。为了更好地应对这些问题，提高煤矿开采的科学性和安全性，系统地研究煤矿综采工作面上覆岩层运动与矿压显现规律迫在眉睫。
1矿压显现规律及其与上覆岩层运动的关系
矿压显现规律与上覆岩层运动紧密相关，矿压显现主要体现在支架载荷、煤壁稳定性和巷道变形等方面，支架载荷方面，上覆岩层运动导致其重量重新分布，在初次来压和周期来压时，关键块体的破断和回转，使支架工作阻力出现峰值。煤壁稳定性上，上覆岩层运动产生的支承压力传递到煤壁，当应力超过煤体强度，煤壁就会发生片帮，且上覆岩层运动越剧烈，煤壁片帮越严重。对于巷道变形，上覆岩层移动会引起工作面前方巷道产生超前压力，造成顶底板移近、两帮收敛；上覆岩层运动的范围和程度决定了巷道变形的时空分布特征。
2综采技术的广泛应用面临的矿压问题
综采技术的广泛应用在矿压方面面临诸多问题，在开采过程中，随着工作面的推进，上覆岩层运动复杂。初次来压和周期来压时矿压显现剧烈，初次来压步距难以精准预测，可能导致液压支架选型不当，无法承受巨大压力而损坏。周期来压频繁，其步距的波动受多种因素影响，如煤层厚度变化、开采速度等，增加了支架工作阻力控制的难度。煤壁稳定性受矿压影响较大，高矿压下煤壁易片帮，不仅影响开采效率，还可能威胁工人安全。而且，工作面前方的支承压力分布复杂，导致巷道变形严重，顶底板移近量和两帮收敛量过大，增加了巷道维护成本，甚至可能影响通风、运输等系统的正常运行。此外，在深部开采时，高地应力与采动应力叠加，矿压问题更为突出，对综采设备的可靠性和适应性提出了更高要求。
3基于上覆岩层运动与矿压显现规律的综采工作面支护策略
3.1根据岩层运动确定支架额定工作阻力
上覆岩层运动是综采工作面矿压产生的根本原因，在初次来压期间，上覆岩层的关键块体破断失稳，会对支架产生较大的冲击载荷。例如，当开采深度较大且上覆岩层坚硬时，初次来压步距可能较大，来压时的载荷峰值会很高。根据这一规律，在确定支架额定工作阻力时，需要综合考虑开采深度、上覆岩层岩性组合等因素。通过理论计算（如采用砌体梁理论计算关键块体的重量及传递到支架上的力）和现场实测数据（统计初次来压时支架的最大工作阻力）相结合的方法，确保支架能够承受上覆岩层运动产生的最大载荷。同时，为应对可能出现的特殊情况，还应预留一定的安全系数，一般可将支架额定工作阻力设定为实测最大工作阻力的1.2-1.5倍。这样，在初次来压和周期来压时，支架能够有效支撑上覆岩层，避免因支架工作阻力不足而导致顶板事故。
3.2考虑矿压显现规律的支护密度设计
矿压显现沿工作面走向和倾向具有不同的规律，沿走向，从开切眼到初次来压、再到周期来压，矿压显现逐渐增强且呈现周期性变化；沿倾向，工作面中部矿压显现往往比两端更为强烈。基于这些规律，支护密度应进行差异化设计。在工作面中部，由于矿压显现强烈，应适当增加支护密度。例如，可以采用缩小液压支架间距的方式，将中部支架间距设置为两端支架间距的80%-90%。同时，根据煤壁片帮深度与矿压显现的关系，在煤壁片帮严重区域，通过加密锚杆或增加单体支柱的方式提高支护强度。在周期来压期间，提前预测来压步距，在来压影响范围内，临时增加支护密度，如在相邻支架间增设单体支柱，以增强整体支护能力，有效控制顶板下沉和煤壁片帮。
3.3依据矿压动态变化的支护初撑力管理
矿压在综采过程中是动态变化的，初撑力对支架的支护效果起着关键作用。在工作面推进过程中，上覆岩层运动不断改变着支承压力的分布。在支架初撑阶段，如果初撑力不足，容易导致直接顶与支架接触不紧密，在后续上覆岩层运动过程中，支架难以有效控制顶板下沉。因此，应根据矿压显现规律确定合理的初撑力。在初次来压前，由于上覆岩层相对稳定，初撑力可设定为额定工作阻力的70%-80%；而在初次来压和周期来压期间，为了迅速支撑上覆岩层，防止顶板过度下沉和垮落，应将初撑力提高到额定工作阻力的85%-95%。同时，要加强对初撑力的实时监测，采用自动补压装置，确保支架初撑力始终满足要求，从而提高支架对顶板的主动支护能力。
3.4适应上覆岩层运动的支护结构优化
上覆岩层运动包括岩层的弯曲、离层、破断和垮落等过程，这要求支护结构具有良好的适应性。对于液压支架，应优化其结构参数。例如，增加支架的顶梁长度和宽度，以提高对顶板的覆盖率，适应上覆岩层的不均匀沉降。同时，改进支架的立柱结构，采用高强度、大缸径的立柱，提高支架的支撑能力和稳定性。在顶板破碎或上覆岩层运动剧烈的情况下，采用可伸缩顶梁的液压支架，能够随着顶板的下沉及时调整顶梁长度，保持对顶板的有效支撑。此外，结合锚杆支护，构建联合支护体系。锚杆能够深入到围岩内部，将破碎的岩层锚固在一起，增强围岩的自承能力，与液压支架共同抵抗上覆岩层运动产生的压力，提高整个支护系统的可靠性。
3.5基于矿压预测的支护时机选择
准确的矿压预测是合理选择支护时机的前提，通过对历史矿压数据的分析（如支架工作阻力、顶板下沉量的时间序列数据），结合数值模拟和现场观测，可以建立矿压预测模型。根据预测结果，提前确定初次来压和周期来压的时间和位置。在来压前，提前加强支护措施。例如，在初次来压前10-15米的范围内，对支架进行全面检查和维护，确保支架性能良好；同时，在煤壁前方提前打设锚杆或锚索，加固煤壁，防止来压时煤壁片帮。在周期来压前，根据预测的来压步距，提前3-5米增加支架的初撑力，在相邻支架间增设临时支护，如木垛或单体支柱，以应对即将到来的矿压高峰，保证综采工作面的安全高效开采。
结束语
综上所述，煤矿综采工作面上覆岩层运动与矿压显现规律的研究具有深远意义。通过深入探究，能够更精准地把握开采过程中的岩层与矿压变化，为合理选择支护方式、优化开采参数提供依据。有助于提高煤矿开采的安全性、效率和经济性，减少安全事故，推动煤炭行业朝着更加科学、可持续的方向发展。
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