一、引言

开展针对深井煤矿的开采时条件复杂，巷道围岩长时间承受高地应力形成的后果，十分容易出现变形、破坏甚至冒顶事故。特别是在综放开采开展阶段，采动影响甚是明显，巷道里的应力场呈现复杂情形，传统支护手段达不到稳定性要求。超前支护作为一种在实现巷道稳固上的关键技术，在煤矿安全生产阶段中发挥关键作用^[1]。现阶段多数矿井在超前支护设计仍旧采用经验法，缺少既科学又先进实用的优化依据，引发支护体系稳定性极度欠佳，加添了引发矿压显现的风险^[2]。本研究针对深井综放开采条件有关的超前支护优化设计与应力响应机理展开研讨，以求增强巷道长期的安全及稳定性。

二、深井综放开采巷道围岩破坏特征分析

（一）高地应力作用下的巷道失稳机制

处于深井综放开采既定状况下，巷道围岩一直面临高地应力作用，因采动活动引发影响，局部极易出现应力集中现象，极易弄出塑性破坏带^[3]。顶板岩层在持续应力影响下逐步呈现离层情形，围岩结构就此进入松动阶段，要是情况发展到严重阶段就冒落，形成产生巷道安全相关的潜在威胁。侧壁鉴于承受的力分布不均，也许出现剥落与形变，若支护能力未达到设定标准，巷道收敛现象进一步加剧化，影响正常的通行及施工相关工作。底鼓现象极为明显，采动完毕后应力释放出现了不均匀的现象，引起底板出现了隆起的变形，造成设备运行面临阻滞，甚至引起轨道出现变形，引起维护成本和安全风险上升高。

（二）采动影响下的应力场演化

伴随采空区慢慢延展，巷道四周的应力分布出现动态变动，局部区域在拉伸作用显现时更易出现围岩破坏。巷道承受的应力状态目睹极大变化，局部高应力集中大概会诱发冲击地压，进而让巷道的失稳风险迅速抬高，现有超前支护针对动态应力变化的适应能力欠佳。刚性支护受冲击载荷的影响后易出现失效，引起巷道稳定性减弱。优化支护设计早就成为关键切入点，需针对复杂应力环境运用调整支护策略的恰当手段，夯实巷道长期稳固性，实现安全生产成果。

三、超前支护优化设计策略

（一）传统支护方式的局限性

现阶段采用的超前支护方式在深井综放开采条件中难以满足长期稳定性要求。单体液压支柱、金属网、锚杆组合支护虽可以实现一定承载能力，但一旦碰到显现出大变形的巷道，适应水平欠佳，支护结构一般往往容易失效。锚索加固从一定角度局面中说可延缓巷道变形，但刚性水平偏高，处在高应力环境的气氛里面难以调节。部分矿井凭借加密支护参数的行动提升稳定性，却引发了施工难度的增大，只是说支护体系欠缺精准的针对性，没办法恰当应对采动影响以及围岩变形的动态变化。

（二）优化支护方案与适应性提升

柔性与刚性结合的支护体系是优化方向，高预应力锚杆-锚索联合支护可提升围岩承载能力，有效减少大变形风险。结合可调式支护结构，使支护体系在不同应力场中保持稳定，降低局部应力集中。针对深井厚煤层综放面超前支护范围内沿空巷道变形难以控制的问题，结合工作面超前支承压力分布规律，确定了超前支护和加强支护范围。研究表明，巷道加强支护范围为20 m，支护体的支护阻力为2428 kN/m，支护参数为一排单元支架和两排单体支柱；巷道超前支护范围为20~50 m，支护体的支护阻力为1619 kN/m，支护参数为一排单元支架和一排单体支柱。数值模拟分析可促进锚索间距、预紧力等关键参数朝着优化方向发展，加大契合度。实时监测技术可给出支护状态的实际反馈，凭借喷射混凝土加固顶板，进一步夯实巷道的整体稳定性。实施支护策略优化需全面兼顾经济性与可操作性，以让矿井生产既安全又高效。

四、超前支护优化设计的数值模拟与现场验证

（一）数值模拟分析与优化参数

凭借FLAC3D搭建巷道-支护系统模型，模拟不同支护方案引起的应力场的变动，切实查看优化设计对巷道稳定性的影响。模拟重点跟踪巷道围岩的塑性区分布、应力集中程度以及支护系统的受力特征，结合比对矿井测量得出的可靠数据，让模拟结果呈现出可靠的属性。参数选取里包含巷道深度、岩层力学性质及采动的影响范围，并对不同锚杆（索）预紧力、间距以及支护刚度的影响予以对比，筛选出最得当的契合参数。优化方案借助合理掌控支护结构的承载能力，促使巷道在高应力环境期间维持稳定，防止局部出现失稳情形，切实增强长期支护实效，为后续巷道设计提供准确的技术后盾资源。

（二）现场试验与支护优化效果评估

在某煤矿的综放工作面实施现场测试工作，采用优化成熟的支护方案，开展针对优化前后支护效果的对比分析，并借助长期监测巷道变形、应力分布、围岩松动范围等方面关键指标，审定优化方案的适配情形。由监测数据可知，优化方案切实做到了降低围岩位移这一点，降低了应力集中区块的范围大小，进一步强化了巷道的长期稳定性。按照实测结果说明，采取数值模拟优化的支护方案能有效提升巷道围岩承载能力，增添支护系统抵御变形的能力，让支护系统更贴合深井综放开采复杂工况。该研究不光验证出优化支护方案可行，也为显示类似地质条件的矿井提供实践方面的点拨，存有值得全面推广的价值。

五、超前支护优化的应力响应分析

（一）采动应力调整与围岩稳定性提升

实现支护优化调整后，围岩应力场匀速调整，应力集中区域实现有效缓解，高应力区局部区域一片的破坏风险明显下降。巷道顶部及侧壁的承载能力急剧跃升，预防应力释放不均引起的突发性变形。优化设计让巷道围岩的受力往均匀方向迈进，减少了塑性破坏范围,提高了巷道的整体稳定性。尤其在采动影响剧烈的区段，超前支护协同控制措施起到了良好效果，使支护结构更适应围岩变形特点，减少了应力突变带来的不利影响，降低施工难度，同时提升了施工安全性，保障巷道长期稳定运行。

六、结论

优化超前支护在深井综放开采既定局面下的应用，不仅夯实了巷道围岩的安定性，还在频繁变化的动态应力环境状况下展现出更强的适应能力。借助柔性及刚性支护相整合，使巷道于不同应力阶段皆可维持稳定，应力集中可实现缓释，围岩变形控制的效果极为突出可观。数值模拟跟现场试验组合开展，肯定优化方案的科学性，监测数据显示支护体系能有效减缓顶板的下沉和侧壁的收敛，夯实长期安全性。恰当实施对支护参数的调整，让支护参数跟巷道变形规律相适配程度佳，而且把施工难度降低了，又推动支护材料利用效率上扬，实现了工程的经济性与可行性。优化方案实施阶段，为煤矿深井开采探索出可操作的支护策略，化解掉矿压灾害的风险，增添生产效率，在复杂地质条件的极为复杂环境中展现出广泛推广价值。

参考文献

[1]孟祥军,李伟.山东能源集团煤炭产业技术创新体系建设[J].煤炭科学技术,2022,50(04):1-41.

[2]秦士伦.深井厚煤层沿空巷道超前支护设计优化[J].山东煤炭科技,2022,40(01):73-75.

[3]胡少东.深井综放工作面超前支护液压支架应用及分析[J].机械管理开发,2022,37(05):200-201.