深部矿井围岩稳定性智能控制支护技术研究

沈兴龙

身份证号：5225**********9010

摘要：随着煤炭开采深度持续增加，深部矿井高地应力、复杂构造、强扰动、岩体破碎等特征愈发突出，围岩失稳、巷道变形、支护失效等问题频发，严重制约井下安全生产与高效掘进。传统被动支护模式适配性有限，难以动态应对深部围岩复杂变化规律。本文结合深部矿井地质赋存特点，分析深部巷道围岩变形破坏机理与传统支护技术短板，阐述智能监测、动态识别、自适应支护控制的技术逻辑，从围岩状态感知、智能研判、动态支护优化、协同控制等方面构建深部围岩智能支护技术体系，探究智能化支护技术的应用路径与发展优势，为深部矿井巷道稳定控制、灾害预防与安全开采提供技术参考。

关键词：深部矿井；围岩稳定性；支护技术；

引言

矿产资源开采逐步由浅部转向深部区域，深部开采环境与浅部地层存在显著差异，地层构造复杂、地应力水平高、岩体结构破碎、采掘扰动强烈，导致巷道围岩呈现流变变形、持续蠕变、突发性失稳等特征。浅部矿井沿用的常规锚网、锚索、钢架支护多为固定参数的被动支护形式，依靠人工经验布设支护结构，无法适配深部围岩动态变化的力学特性，极易出现支护体受压破损、巷道收敛变形、局部片帮冒顶等工程问题。

在智慧矿山建设推进背景下，智能感知、动态监测、自适应调控技术逐步应用于井下围岩管控，实现围岩状态实时感知、风险智能预警、支护参数动态优化，打破传统静态支护的技术局限。依托智能化技术构建主动预判、动态调控、精准支护的新型控制体系，能够从源头提升深部巷道整体稳定性。因此，研究深部矿井围岩智能控制支护技术，对解决深部开采支护难题、提升巷道安全保障能力具有重要工程价值。

一、深部矿井围岩变形破坏机理与支护难点

1.1 深部围岩变形破坏基本特征

深部岩体长期处于高地应力环境，原始岩体结构在采掘扰动后应力重新分布，围岩由弹性状态逐步转向塑性流变状态。巷道开挖后周边岩体持续产生缓慢蠕变变形，变形周期长、不可逆特征显著。受地质构造影响，部分巷道围岩裂隙发育、结构松散，整体性较差，在应力叠加作用下易出现局部破碎脱落、帮部挤出、顶板下沉等失稳现象，呈现渐进式、持续性的破坏特点。

1.2 深部巷道支护技术难点

深部围岩应力环境复杂，单一固定支护参数无法适配巷道不同区段的围岩差异特征，传统统一支护模式易出现支护过剩或支护不足的问题。围岩变形具有动态演化特性，静态支护结构无法跟随围岩应力释放节奏实现自适应调节，刚性支护易因应力集中发生破损，柔性支护又难以满足整体承载需求。同时，深部巷道隐蔽性风险多，人工巡检无法及时捕捉围岩微变形与应力异常，隐患发现滞后，极易诱发突发性围岩灾害。

二、传统围岩支护技术现存主要短板

2.1 支护模式被动固化

在煤矿开采过程中，传统的支护方式通常依赖于一种被动式的承载手段。这种方法在巷道形成之后，通过统一规划和布局支护结构，来应对巷道周围围岩所承受的压力。然而，这样的做法存在着明显的局限性：由于缺乏对围岩应力动态变化的预判能力，工程师们只能在巷道受到围岩变形影响后，才采取措施进行被动承受，这导致了被动式承载方式难以有效地实现主动卸压、控制压力，从而可能增加巷道工作的风险，甚至引发安全事故。

2.2 围岩状态监测手段滞后

传统管控依靠人工定期观测巷道变形、支护破损情况，监测频次有限、覆盖范围不足，无法实现全天候连续监测。围岩微小形变、内部应力迁移等隐性变化无法及时捕捉，导致围岩失稳前兆难以提前识别，风险预判能力薄弱。

2.3 支护协同性与整体性不足

常规锚网、锚索、钢架支护多为独立布设，各支护构件之间缺乏协同受力机制，无法形成整体承载结构。局部围岩应力集中时支护体系无法协同调整，单点破损后快速引发周边支护连锁失效，整体稳定性较差。

三、深部围岩智能控制支护核心技术体系

3.1 围岩状态智能感知监测技术

依托井下智能化感知设备，构建全域、实时、连续的围岩监测体系，替代传统人工间断巡检。通过布设一体化监测终端，实时捕捉巷道顶板、帮部围岩的形变趋势、应力变化与裂隙发展状态，实现围岩动态数据不间断采集。监测数据自动汇总至井下智能管控平台，系统自主甄别异常变化趋势，精准捕捉围岩失稳前兆，解决传统监测滞后、盲区较多的问题，为支护调控提供实时数据支撑。

3.2 围岩风险智能研判与预警技术

智能平台依托实时监测数据与历史围岩变化规律，构建围岩稳定性研判模型，自动区分稳定、微变形、风险隐患、失稳高危等不同状态。针对应力异常突变、变形持续增长等危险工况自动触发分级预警，明确风险位置与风险等级，指导现场提前采取管控措施。智能化研判摆脱人工经验判断的主观性，实现围岩风险科学化、精准化预判。

3.3 动态自适应智能支护调控技术

智能支护技术摒弃传统固定参数支护模式，根据围岩实时稳定状态动态优化支护方案。针对围岩应力释放阶段采用柔性可让压支护结构，适配围岩合理形变，避免刚性支护挤压破损；针对应力稳定阶段强化刚性承载支护，提升巷道整体稳定性。系统可根据不同巷道区段围岩差异，智能匹配锚索布设密度、支护强度、预紧力参数，实现一区一策、动态适配的精准支护。

3.4 多构件协同支护控制技术

构建锚、网、索、架协同联动的智能支护体系，通过系统调控实现各支护构件受力均衡、同步承载。依托智能监测反馈的应力分布特征，优化支护布局，消除局部应力集中区域，让支护体系由单点承载转变为整体协同承载。同时结合深部卸压技术，实现卸压与支护协同配合，从应力释放与结构承载双重维度保障围岩稳定。

四、智能支护技术应用保障与优化策略

4.1 推进支护体系智能化升级改造

持续完善井下智能监测网络，实现采掘工作面、巷道全线监测全覆盖，消除监测盲区。升级智能支护设备，推广可自适应调节的智能支护构件，提升支护结构的动态适配能力，逐步替代传统固化支护模式，构建主动感知、智能分析、动态调控的新型支护体系。

4.2 优化智能化施工与管控流程

规范智能支护施工流程，依托系统研判结果指导现场支护施工，杜绝经验化、随意化布设。建立支护全过程智能管控机制，从方案研判、参数确定、现场施工、后期监测实现全流程闭环管理，确保智能支护技术落地见效，提升巷道施工标准化水平。

4.3 强化人员智能化操作能力建设

针对一线施工与技术管理人员开展智能支护技术专项培训，普及智能监测设备操作、风险研判逻辑、动态支护调整原则，提升人员智能化管控思维。转变传统重施工、轻监测、轻预判的作业理念，适配智慧矿山支护管理新模式。

五、结语

深部矿井围岩受高地应力、复杂地质与采掘扰动多重影响，变形机理复杂、失稳风险突出，传统静态、被动支护模式已无法满足深部安全开采需求。智能控制支护技术依托智能感知、风险研判、动态调控、协同承载的技术优势，实现了围岩支护从经验施工向科学施工、从静态固定向动态适配、从被动承载向主动防控的技术转型。通过构建全流程智能化支护管控体系，能够有效解决深部巷道变形量大、支护失效频繁、风险预判困难等工程难题，大幅提升巷道整体稳定性与安全冗余。未来，随着智慧矿山技术持续迭代，深部围岩智能支护体系将更加精细化、智能化，为深部矿井安全、高效、可持续开采提供坚实的技术支撑。

参考文献

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