【文章內(nèi)容簡介】 規(guī)律，并利用和改善其活動規(guī)律，對圍巖實施工規(guī)律，并利用和改善其活動規(guī)律，對圍巖實施工程控制，保障煤礦安全、經(jīng)濟地開采。程控制，保障煤礦安全、經(jīng)濟地開采。(1)礦山壓力的理論研究。礦山壓力理論研究主要礦山壓力的理論研究。礦山壓力理論研究主要是指針對煤礦開采特點，利用彈性力學、材料力是指針對煤礦開采特點，利用彈性力學、材料力學、塑性力學、結(jié)構(gòu)力學、損傷力學、巖石力學學、塑性力學、結(jié)構(gòu)力學、損傷力學、巖石力學、能量理論、實驗理論以及非線性科學等，研究、能量理論、實驗理論以及非線性科學等，研究煤礦開采引起的力學現(xiàn)象的理論。煤礦開采引起的力學現(xiàn)象的理論。 在近三、四十年的時間里，礦山壓力的理論研究在近三、四十年的時間里，礦山壓力的理論研究取得了重要進展，除了繼續(xù)應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學方取得了重要進展，除了繼續(xù)應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學方法研究與礦山壓力有關(guān)的問題外，又發(fā)展了考慮法研究與礦山壓力有關(guān)的問題外，又發(fā)展了考慮巖石真實特性的各種礦壓理論研究。例如，把巖巖石真實特性的各種礦壓理論研究。例如，把巖體看作是受各種性質(zhì)弱面切割的非連續(xù)介質(zhì)的研體看作是受各種性質(zhì)弱面切割的非連續(xù)介質(zhì)的研究，把巖體看作具有分數(shù)維的分形幾何研究，把究，把巖體看作具有分數(shù)維的分形幾何研究，把巖體內(nèi)部裂隙看作是微裂隙演化的損傷力學研究巖體內(nèi)部裂隙看作是微裂隙演化的損傷力學研究，將巖體作為隨機介質(zhì)的可靠性研究等。，將巖體作為隨機介質(zhì)的可靠性研究等。在長壁工作面上覆巖層的結(jié)構(gòu)研究方面，在長壁工作面上覆巖層的結(jié)構(gòu)研究方面， 20世紀世紀70年代末，我國學者先后提出了開采后上覆巖層年代末，我國學者先后提出了開采后上覆巖層呈呈 “砌體梁砌體梁 ”和和 “傳遞巖梁傳遞巖梁 ”式平衡的結(jié)構(gòu)力學模型式平衡的結(jié)構(gòu)力學模型、巖層斷裂前后的彈性基礎(chǔ)梁力學模型及各種不、巖層斷裂前后的彈性基礎(chǔ)梁力學模型及各種不同支撐條件下的同支撐條件下的 Winker彈性基礎(chǔ)梁和彈性基礎(chǔ)梁和 Kichhoff板板力學模型，進一步完善了壓力拱和懸臂梁的力學力學模型，進一步完善了壓力拱和懸臂梁的力學模型。模型。 20世紀世紀 90年代中期，錢鳴高院士等又提出年代中期，錢鳴高院士等又提出了關(guān)鍵層理論。了關(guān)鍵層理論。為了有效地控制工作面圍巖，確定液壓支架合理為了有效地控制工作面圍巖，確定液壓支架合理架型和支護阻力等，我國進行了采場支架架型和支護阻力等，我國進行了采場支架 ———— 圍圍巖關(guān)系研究和建立采場圍巖整體力學模型；提出巖關(guān)系研究和建立采場圍巖整體力學模型；提出了提高支架初撐力對于控制頂板事故具有重要作了提高支架初撐力對于控制頂板事故具有重要作用的理論。用的理論。針對支架合理工作阻力確定問題，國內(nèi)除延續(xù)目針對支架合理工作阻力確定問題，國內(nèi)除延續(xù)目前國際上廣泛采用的按采高的數(shù)倍前國際上廣泛采用的按采高的數(shù)倍 (一般為一般為 5～～ 8倍倍)巖柱重量確定支架額定工作阻力外，也引入了一巖柱重量確定支架額定工作阻力外，也引入了一些彈性力學、塑性力學、損傷力學等理論進行深些彈性力學、塑性力學、損傷力學等理論進行深入分析和確定。在放頂煤開采中的工作阻力問題入分析和確定。在放頂煤開采中的工作阻力問題，目前基本上有了較統(tǒng)一的認識。礦山壓力理論，目前基本上有了較統(tǒng)一的認識。礦山壓力理論研究是煤礦開采中十分活躍的一個學術(shù)研究方向研究是煤礦開采中十分活躍的一個學術(shù)研究方向，今后還將針對不同的煤層條件和采煤方法進行，今后還將針對不同的煤層條件和采煤方法進行系統(tǒng)的研究，完善采場圍巖控制理論。系統(tǒng)的研究，完善采場圍巖控制理論。(2)礦山壓力監(jiān)測與研究方法。在采場礦山壓力監(jiān)礦山壓力監(jiān)測與研究方法。在采場礦山壓力監(jiān)測中，目前除采用傳統(tǒng)的機械式儀器，如圓圖自測中，目前除采用傳統(tǒng)的機械式儀器，如圓圖自記儀、壓力盒、測桿等外，近年來開發(fā)了許多電記儀、壓力盒、測桿等外，近年來開發(fā)了許多電子、光學、聲學等監(jiān)測儀器儀表，如支架工作阻子、光學、聲學等監(jiān)測儀器儀表，如支架工作阻力量測的電子儀表系統(tǒng)、頂?shù)装逡平康募t外觀力量測的電子儀表系統(tǒng)、頂?shù)装逡平康募t外觀測、巷道松動圈的超聲探測等。采用電子儀器儀測、巷道松動圈的超聲探測等。采用電子儀器儀表后實現(xiàn)了連續(xù)觀測，使觀測數(shù)據(jù)的采集和存儲表后實現(xiàn)了連續(xù)觀測，使觀測數(shù)據(jù)的采集和存儲實現(xiàn)了自動化，并可直接與計算機通信，大大提實現(xiàn)了自動化，并可直接與計算機通信，大大提高了數(shù)據(jù)處理的精度和效率；還開發(fā)了相應(yīng)的監(jiān)高了數(shù)據(jù)處理的精度和效率；還開發(fā)了相應(yīng)的監(jiān)測儀器和支護質(zhì)量監(jiān)控軟件。除傳統(tǒng)的鉆孔電視測儀器和支護質(zhì)量監(jiān)控軟件。除傳統(tǒng)的鉆孔電視仍在使用外，便攜式的巖體內(nèi)窺鏡等可視化巖體仍在使用外，便攜式的巖體內(nèi)窺鏡等可視化巖體質(zhì)量監(jiān)測儀器已在煤礦逐步推廣使用，三維地震質(zhì)量監(jiān)測儀器已在煤礦逐步推廣使用，三維地震探測技術(shù)也開始用于礦山壓力監(jiān)測與研究。探測技術(shù)也開始用于礦山壓力監(jiān)測與研究。礦山壓力研究方法方面，除采用傳統(tǒng)的彈性力學、材礦山壓力研究方法方面，除采用傳統(tǒng)的彈性力學、材料力學、結(jié)構(gòu)力學、巖石力學外，斷裂力學、損傷力料力學、結(jié)構(gòu)力學、巖石力學外，斷裂力學、損傷力學、可靠性理論、分形幾何、突變理論等非線性科學學、可靠性理論、分形幾何、突變理論等非線性科學的相關(guān)理論和原理也廣泛用于礦山壓力研究中。同時的相關(guān)理論和原理也廣泛用于礦山壓力研究中。同時，廣泛應(yīng)用有限元、離散元、有限差分、廣泛應(yīng)用有限元、離散元、有限差分、 DAA法等數(shù)法等數(shù)值模擬技術(shù)，其中三維數(shù)值模擬技術(shù)逐步成為主體。值模擬技術(shù)，其中三維數(shù)值模擬技術(shù)逐步成為主體。數(shù)值模擬計算過程中，考慮巖體的動態(tài)損傷與演化使數(shù)值模擬計算過程中，考慮巖體的動態(tài)損傷與演化使結(jié)果更加真實。在模擬計算的軟件使用上，目前國內(nèi)結(jié)果更加真實。在模擬計算的軟件使用上，目前國內(nèi)外仍以外仍以 ANSYS(有限元有限元 )、 FLAC2D、 FLAC3D(有限差有限差分分 )、 UDEC2D、 UDEC3D(離散元離散元 )為主。國內(nèi)仍然采為主。國內(nèi)仍然采用物理相似模擬試驗方法研究礦山壓力問題。在一些用物理相似模擬試驗方法研究礦山壓力問題。在一些重要問題研究中，均采用三維模擬試驗，試驗臺研制重要問題研究中，均采用三維模擬試驗，試驗臺研制、數(shù)據(jù)采集和處理方面均有了長足進步。、數(shù)據(jù)采集和處理方面均有了長足進步。(3)采場圍巖控制。采場圍巖控制包含兩方面內(nèi)容采場圍巖控制。采場圍巖控制包含兩方面內(nèi)容，一是利用礦山壓力規(guī)律，通過正確、合理的采，一是利用礦山壓力規(guī)律，通過正確、合理的采煤方法和工藝實現(xiàn)對采場的巖層控制，如刀柱法煤方法和工藝實現(xiàn)對采場的巖層控制，如刀柱法、充填法等；二是通過人工支護物，如各種支架、充填法等；二是通過人工支護物，如各種支架等實現(xiàn)對采場圍巖的控制。其中通過人工支護物等實現(xiàn)對采場圍巖的控制。其中通過人工支護物對采場圍巖控制是主要的方法。對于長壁工作面對采場圍巖控制是主要的方法。對于長壁工作面，目前自移液壓支架具有安全性好、穩(wěn)定、機械，目前自移液壓支架具有安全性好、穩(wěn)定、機械化程度高等優(yōu)點，與采煤機、刮板輸送機等配合化程度高等優(yōu)點，與采煤機、刮板輸送機等配合使用構(gòu)成了長壁法的綜合機械化采煤工藝。美國使用構(gòu)成了長壁法的綜合機械化采煤工藝。美國、德國等以兩柱掩護式液壓支架為主，并且逐步、德國等以兩柱掩護式液壓支架為主，并且逐步提高支護強度；我國則以四柱支撐掩護式支架為提高支護強度；我國則以四柱支撐掩護式支架為主，在支護強度方面投入了較多力量進行優(yōu)化研主，在支護強度方面投入了較多力量進行優(yōu)化研究。在柱式體系采煤法中，目前世界各國均發(fā)展究。在柱式體系采煤法中，目前世界各國均發(fā)展錨桿支護方法。錨桿支護方法。在采場圍巖控制研究中，首先是研究各種不同采在采場圍巖控制研究中，首先是研究各種不同采煤方法和工藝的采場礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律，采動影煤方法和工藝的采場礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律，采動影響圍巖體的變形、移動、破裂規(guī)律，確定采場合響圍巖體的變形、移動、破裂規(guī)律，確定采場合理、經(jīng)濟、可行的支護方式，建立支架理、經(jīng)濟、可行的支護方式，建立支架 ———— 圍巖圍巖關(guān)系整體模型，研究確定合理的架型、合理的支關(guān)系整體模型，研究確定合理的架型、合理的支護參數(shù)，以及支護與采煤工藝的相互配合關(guān)系。護參數(shù)，以及支護與采煤工藝的相互配合關(guān)系。采場圍巖控制是煤礦開采中的重要研究內(nèi)容之一采場圍巖控制是煤礦開采中的重要研究內(nèi)容之一，隨著技術(shù)進步，采場的圍巖控制技術(shù)仍有很大，隨著技術(shù)進步，采場的圍巖控制技術(shù)仍有很大的提升空間。的提升空間。(4)露天礦邊坡。露天礦邊坡穩(wěn)定問題是露天開采露天礦邊坡。露天礦邊坡穩(wěn)定問題是露天開采遇到的重要巖石力學問題，確定露天礦邊坡經(jīng)濟遇到的重要巖石力學問題，確定露天礦邊坡經(jīng)濟合理邊坡角是露天礦邊坡研究的核心問題。隨著合理邊坡角是露天礦邊坡研究的核心問題。隨著露天開采逐年延深露天開采逐年延深 (平均以每年平均以每年 10～～ 20 m的速度的速度下降下降 )，國內(nèi)外相繼出現(xiàn)了許多高大邊坡，目前國，國內(nèi)外相繼出現(xiàn)了許多高大邊坡，目前國內(nèi)邊坡高度已達內(nèi)邊坡高度已達 400余米，而且今后邊坡高度會余米，而且今后邊坡高度會更大，因此邊坡問題會更加突出。更大，因此邊坡問題會更加突出。露天邊坡穩(wěn)定問題研究是屬于巖體力學與露天開露天邊坡穩(wěn)定問題研究是屬于巖體力學與露天開采相結(jié)合的研究領(lǐng)域，即邊坡結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)既采相結(jié)合的研究領(lǐng)域，即邊坡結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)既要滿足邊坡穩(wěn)定要求，同時又要符合露天開采的要滿足邊坡穩(wěn)定要求，同時又要符合露天開采的工藝與運輸?shù)刃枰Ｗ詮墓に嚺c運輸?shù)刃枰?。自?20世紀世紀 60年代起，邊坡年代起，邊坡研究中從傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)力學研究，逐步發(fā)展成研究中從傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)力學研究，逐步發(fā)展成充分重視巖體中各種裂隙面的非連續(xù)介質(zhì)力學研充分重視巖體中各種裂隙面的非連續(xù)介質(zhì)力學研究。邊坡巖體強度測定方面，目前仍以室內(nèi)試驗究。邊坡巖體強度測定方面，目前仍以室內(nèi)試驗和現(xiàn)場測試相結(jié)合的方法為主。在測試數(shù)據(jù)處理和現(xiàn)場測試相結(jié)合的方法為主。在測試數(shù)據(jù)處理方面，仍以統(tǒng)計方法為主，其他方法如模糊數(shù)學方面，仍以統(tǒng)計方法為主，其他方法如模糊數(shù)學、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等也在采用。在邊坡破壞模式和臨界、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等也在采用。在邊坡破壞模式和臨界破壞面確定方面主要是基于邊坡巖體的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)破壞面確定方面主要是基于邊坡巖體的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面分布和相似模擬試驗方法。邊坡的穩(wěn)定計算與面分布和相似模擬試驗方法。邊坡的穩(wěn)定計算與分析中，仍以二維極限平衡方法為主。分析中，仍以二維極限平衡方法為主。國內(nèi)外有些學者已經(jīng)提出了一些三維極限平衡方國內(nèi)外有些學者已經(jīng)提出了一些三維極限平衡方法，在露天礦邊坡研究中有所應(yīng)用。有限元、邊法，在露天礦邊坡研究中有所應(yīng)用。有限元、邊界元、離散元等數(shù)值模擬方法在邊坡分析中廣泛界元、離散元等數(shù)值模擬方法在邊坡分析中廣泛應(yīng)用，同時基于巖體介質(zhì)非連續(xù)性，利用最小位應(yīng)用，同時基于巖體介質(zhì)非連續(xù)性，利用最小位能原理發(fā)展起來的能原理發(fā)展起來的 DDA方法、界面元法等也在應(yīng)方法、界面元法等也在應(yīng)用。考慮到邊坡巖體的強度等參數(shù)、邊界載荷等用。考慮到邊坡巖體的強度等參數(shù)、邊界載荷等的不確定性，邊坡工程可靠性分析方法也得到廣的不確定性，邊坡工程可靠性分析方法也得到廣泛應(yīng)用。邊坡工程的系統(tǒng)分析原理和非線性動力泛應(yīng)用。邊坡工程的系統(tǒng)分析原理和非線性動力學理論、模糊綜合評價法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法學理論、模糊綜合評價法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法在近年來得到了一定發(fā)展。在滑坡預(yù)測預(yù)報方面在近年來得到了一定發(fā)展。在滑坡預(yù)測預(yù)報方面，分形幾何理論、灰色系統(tǒng)理論、分岔與突變理，分形幾何理論、灰色系統(tǒng)理論、分岔與突變理論、流變學理論等有了一定發(fā)展。論、流變學理論等有了一定發(fā)展。邊坡的工程技術(shù)方面，靠幫邊坡的控制爆破技術(shù)邊坡的工程技術(shù)方面，靠幫邊坡的控制爆破技術(shù)、危險滑坡區(qū)域的加固技術(shù)、地表水攔截與疏干、危險滑坡區(qū)域的加固技術(shù)、地表水攔截與疏干、地下水排水、靠幫邊坡并段等已經(jīng)廣泛采用。、地下水排水、靠幫邊坡并段等已經(jīng)廣泛采用。邊坡穩(wěn)定監(jiān)測中，已經(jīng)采用紅外測距技術(shù)和邊坡穩(wěn)定監(jiān)測中，已經(jīng)采用紅外測距技術(shù)和 GPS系統(tǒng)等。系統(tǒng)等。3．巷道圍巖控制．巷道圍巖控制近近 10多年來，煤礦巷道圍巖控制技術(shù)取得很大成多年來，煤礦巷道圍巖控制技術(shù)取得很大成就，如掌握利用巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律推進巷道布置就，如掌握利用巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律推進巷道布置的改革，推進無煤柱護巷技術(shù)，運用卸壓護巷方的改革，推進無煤柱護巷技術(shù)，運用卸壓護巷方法，研究和掌握了巷道支架與圍巖關(guān)系，研制適法，研究和掌握了巷道支架與圍巖關(guān)系，研制適應(yīng)不同條件的巷道金屬支架的架型，發(fā)展錨噴支應(yīng)不同條件的巷道金屬支架的架型，發(fā)展錨噴支護技術(shù)，改善軟巖支護效果，進行巷道支護質(zhì)量護技術(shù)，改善軟巖支護效果，進行巷道支護質(zhì)量及頂板動態(tài)監(jiān)測，完善巷道圍巖控制測試手段和及頂板動態(tài)監(jiān)測，完善巷道圍巖控制測試手段和裝備等。裝備等。近些年來，國內(nèi)外都在大力發(fā)展和推廣錨桿支護近些年來，國內(nèi)外都在大力發(fā)展和推廣錨桿支護理論與技術(shù)，尤其是煤巷、半煤巷、軟巖巷道的理論與技術(shù)，尤其是煤巷、半煤巷、軟巖巷道的錨桿支護技術(shù)。美國、澳大利亞由于煤層條件好錨桿支護技術(shù)。美國、澳大利亞由于煤層條件好，加之錨桿支護技術(shù)的日益成熟，煤礦巷道錨桿，加之錨桿支護技術(shù)的日益成熟，煤礦巷道錨桿支護的比重達支護的比重達 100％。西歐、中歐一些主要產(chǎn)煤％。西歐、中歐一些主要產(chǎn)煤國家，也在積極發(fā)展錨桿支護，逐步取代金屬支國家，也在積極發(fā)展錨桿支護，逐步取代金屬支架。英國在架。英國在 1987年從澳大利亞引進了成套的錨桿年從澳大利亞引進了成套的錨桿支護技術(shù)，目前煤礦巷道中錨桿支護已達支護技術(shù)，目前煤礦巷道中錨桿支護已達 90％以％以上。德國、法國、俄羅斯目前煤礦巷道支護中均上。德國、法國、俄羅斯目前煤礦巷道支護中均以