【文章內容簡介】 力學模型，進一步完善了壓力拱和懸臂梁的力學模型。 20世紀 90年代中期，錢鳴高院士等又提出了關鍵層理論。 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 —— 圍巖關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用的理論。 針對支架合理工作阻力確定問題，國內除延續(xù)目前國際上廣泛采用的按采高的數(shù)倍 (一般為 5～ 8倍 )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。礦山壓力理論研究是煤礦開采中十分活躍的一個學術研究方向，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。 (2)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，大大提高了數(shù)據(jù)處理的精度和效率；還開發(fā)了相應的監(jiān)測儀器和支護質量監(jiān)控軟件。除傳統(tǒng)的鉆孔電視仍在使用外，便攜式的巖體內窺鏡等可視化巖體質量監(jiān)測儀器已在煤礦逐步推廣使用，三維地震探測技術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、材料力學、結構力學、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的相關理論和原理也廣泛用于礦山壓力研究中。同時，廣泛應用有限元、離散元、有限差分、 DAA法等數(shù)值模擬技術，其中三維數(shù)值模擬技術逐步成為主體。 數(shù)值模擬計算過程中，考慮巖體的動態(tài)損傷與演化使結果更加真實。在模擬計算的軟件使用上，目前國內外仍以 ANSYS(有限元 )、 FLAC2D、 FLAC3D(有限差分 )、 UDEC2D、 UDEC3D(離散元 )為主。國內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。 (3)采場圍巖控制。采場圍巖控制包含兩方面內容，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、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、機械化程度高等優(yōu)點，與采煤機、刮板輸送機等配合使用構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。 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，采動影響圍巖體的變形、移動、破裂規(guī)律，確定采場合理、經濟、可行的支護方式，建立支架 —— 圍巖關系整體模型，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系。采場圍巖控制是煤礦開采中的重要研究內容之一，隨著技術進步，采場的圍巖控制技術仍有很大的提升空間。 (4)露天礦邊坡。露天礦邊坡穩(wěn)定問題是露天開采遇到的重要巖石力學問題，確定露天礦邊坡經濟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 (平均以每年 10～ 20 m的速度下降 )，國內外相繼出現(xiàn)了許多高大邊坡，目前國內邊坡高度已達 400余米，而且今后邊坡高度會更大，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采相結合的研究領域，即邊坡結構和幾何參數(shù)既要滿足邊坡穩(wěn)定要求，同時又要符合露天開采的工藝與運輸?shù)刃枰?。自?20世紀 60年代起，邊坡研究中從傳統(tǒng)的連續(xù)介質力學研究，逐步發(fā)展成充分重視巖體中各種裂隙面的非連續(xù)介質力學研究。邊坡巖體強度測定方面，目前仍以室內試驗和現(xiàn)場測試相結合的方法為主。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、神經網絡等也在采用。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)勢結構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。 國內外有些學者已經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應用，同時基于巖體介質非連續(xù)性，利用最小位能原理發(fā)展起來的 DDA方法、界面元法等也在應用?？紤]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泛應用。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、人工神經網絡分析法在近年來得到了一定發(fā)展。在滑坡預測預報方面，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。 邊坡的工程技術方面，靠幫邊坡的控制爆破技術、危險滑坡區(qū)域的加固技術、地表水攔截與疏干、地下水排水、靠幫邊坡并段等已經廣泛采用。邊坡穩(wěn)定監(jiān)測中，已經采用紅外測距技術和 GPS系統(tǒng)等。 3．巷道圍巖控制 近 10多年來，煤礦巷道圍巖控制技術取得很大成就，如掌握利用巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律推進巷道布置的改革，推進無煤柱護巷技術，運用卸壓護巷方法，研究和掌握了巷道支架與圍巖關系，研制適應不同條件的巷道金屬支架的架型，發(fā)展錨噴支護技術，改善軟巖支護效果，進行巷道支護質量及頂板動態(tài)監(jiān)測，完善巷道圍巖控制測試手段和裝備等。 近些年來，國內外都在大力發(fā)展和推廣錨桿支護理論與技術，尤其是煤巷、半煤巷、軟巖巷道的錨桿支護技術。美國、澳大利亞由于煤層條件好，加之錨桿支護技術的日益成熟，煤礦巷道錨桿支護的比重達 100％。西歐、中歐一些主要產煤國家，也在積極發(fā)展錨桿支護，逐步取代金屬支架。英國在 1987年從澳大利亞引進了成套的錨桿支護技術，目前煤礦巷道中錨桿支護已達 90％以上。德國、法國、俄羅斯目前煤礦巷道支護中均以錨桿為主。我國近年來錨桿支護技術發(fā)展迅速，其中國有重點煤礦中煤巷錨桿支護在 40％以上，目前正在積極推廣。 巷道錨桿支護的理論方面，傳統(tǒng)理論有：懸吊理論、組合梁理論、組合拱 (壓縮拱 )理論，近年來又發(fā)展了最大水平應力理論、圍巖強度強化理論。最大水平應力理論是澳大利亞學者蓋爾 (W． J． Gale)提出的，論述了巷道圍巖水平應力對巷道穩(wěn)定性的影響以及錨桿支護所起的作用。我國學者在分析已有研究成果基礎上，提出了巷道錨桿支護圍巖強度強化理論，認為巷道錨桿支護的實質是錨桿和錨固區(qū)域的巖體相互作用而組成錨固體，形成統(tǒng)一的承載結構，錨桿支護可以提高錨固體的力學參數(shù)，錨固體的峰值強度及殘余強度均能得到強化。目前雖然在錨桿支護理論方面有所發(fā)展，但尚需逐漸發(fā)展新的理論，系統(tǒng)化已有研究成果，以解釋和指導目前越來越廣泛的錨桿應用技術。 錨桿材料與機具方面，國內外在發(fā)展破斷強度為200～ 400 kN的高強度錨桿和樹脂錨固劑。在工作面巷幫則采用玻璃鋼、尼龍、塑料等制成的可切割錨桿。錨桿鉆機方面，國外多采用掘錨聯(lián)合機組，其中以澳大利亞的技術較為先進，國內多采用單體鉆機。 4．“三下”開采與地表沉陷 煤礦地下開采引起的地表沉陷是煤礦開采中面臨的重大開采與環(huán)境問題。經過幾十年的研究與實踐，在礦山地表沉陷監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理、礦山地表沉陷的預測預報、礦山開采沉陷控制以及“三下”采煤等領域取得了大量研究成果。 (1)沉陷監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理方面，采用精密水準測量、全站儀及衛(wèi)星定位系統(tǒng)等進行周期性監(jiān)測，獲得了沉陷預計的必要參數(shù)，完善了不規(guī)則觀測站和不完整觀測站的數(shù)據(jù)處理方法。 (2)沉陷預測預報。通過對沉陷現(xiàn)象的觀測分析，基于連續(xù)介質力學、非連續(xù)介質力學、隨機介質理論、塊體理論、關鍵層理論、數(shù)值分析、物理模擬、時間序列、灰色系統(tǒng)，以及引入分形、突變、協(xié)同學、自組織等非線性科學，建立了多種預測預報方法。 (3)建立了多種方法相結合的沉陷控制技術，如：