第1講煤礦開采簡介1.1學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位1.2國內(nèi)外發(fā)展回顧、現(xiàn)狀與趨勢1.3戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)先發(fā)展方向1.1學(xué)科范疇與戰(zhàn)略地位學(xué)科定義與研究對象煤礦開采(coalmining)是指綜合運用煤礦開采學(xué)、礦山壓力及控制、煤礦地質(zhì)學(xué)、煤礦安全科學(xué)與技術(shù)等理論，按科學(xué)的工程程序，使用一定的機電設(shè)備及配套系統(tǒng)采出地下煤炭以及伴生資源的一種工程活動和科學(xué)技術(shù)。根據(jù)煤炭資源賦存情況，煤礦開采分為地下開采和露天開采，其中地下開采在我國占統(tǒng)治地位，其煤炭產(chǎn)量占總產(chǎn)量的95％以上。世界其他國家地下開采的產(chǎn)量比例有很大差異。煤礦開采的研究對象為安全、高效、高資源回收率地開采煤炭資源以及伴生的其他礦物資源等。煤礦開采研究的目的是綜合利用現(xiàn)代科學(xué)理論與相關(guān)工程技術(shù)，深入分析、研究煤礦開采復(fù)雜多變的客觀條件，掌握和利用煤礦開采的基本規(guī)律，系統(tǒng)地研究和開發(fā)高效、安全、高資源回收率和舒適作業(yè)條件的現(xiàn)代化煤礦開采的科學(xué)理論與工程技術(shù)。學(xué)科方向、基礎(chǔ)與相鄰學(xué)科關(guān)系煤礦開采是一門綜合性的科學(xué)與面向生產(chǎn)實際的工程技術(shù)。它涉及：采煤方法礦山壓力與圍巖控制機電設(shè)備自動化與通信技術(shù)開采的安全技術(shù)瓦斯等伴生資源開采地面沉陷保護露天開采與邊坡穩(wěn)定礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與重建系統(tǒng)工程與信息化技術(shù)等多個學(xué)科領(lǐng)域。它的學(xué)科基礎(chǔ)包括:等多個學(xué)科門類。目前已形成了許多研究方向。固體力學(xué)地質(zhì)力學(xué)煤田地質(zhì)學(xué)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)學(xué)巖石力學(xué)流體力學(xué)空氣動力學(xué)機電工程系統(tǒng)科學(xué)與工程電子科學(xué)與技術(shù)計算機科學(xué)與技術(shù)通信技術(shù)環(huán)境保護材料科學(xué)與工程安全技術(shù)與工程人工智能(1)開采方法：綜合運用采煤學(xué)、礦山壓力與控制、礦井地質(zhì)、機電設(shè)備與配套、安全工程、系統(tǒng)工程、流體力學(xué)、管理科學(xué)與工程等理論與技術(shù)，研究煤炭及瓦斯等伴生資源的高效、安全、高資源回收率的開采方法、工藝和技術(shù)。(2)礦山壓力與圍巖控制：以工程地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、斷裂力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、材料力學(xué)以及非線性科學(xué)等為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究不同開采方法的采場與井巷的礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律，圍巖控制理論與技術(shù)，以及研制開發(fā)相應(yīng)監(jiān)測儀器儀表與圍巖控制設(shè)備和產(chǎn)品，研究采場與井巷頂板礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、沖擊礦壓、頂板大面積來壓等災(zāi)害的發(fā)生機理、規(guī)律與防治理論和技術(shù)。(3)“三下”開采與地面保護：綜合運用巖石力學(xué)、礦山壓力與控制、采煤學(xué)等理論與技術(shù)，研究水體、建筑物、鐵路等下部煤炭開采技術(shù)、減少甚至消除地面沉降的理論與技術(shù)以及地面建筑物、農(nóng)田、水系等的保護技術(shù)。(4)深部開采：針對礦井開采水平逐年延伸，深部開采問題逐漸嚴重的情況，研究深部礦井與高應(yīng)力開采條件下的沖擊礦壓、瓦斯突出等動力異常災(zāi)害發(fā)生機理與防治技術(shù)；深部開采條件下，采場與巷道頂板災(zāi)害的發(fā)生機理與防治理論技術(shù)，以及采場與巷道圍巖控制理論與技術(shù)、礦井頂?shù)装逅姆乐卫碚撆c技術(shù)、礦井降溫理論與技術(shù)。(5)露天開采：：以運籌學(xué)學(xué)、系統(tǒng)科科學(xué)與工程程、露天開開采學(xué)等為為基礎(chǔ)，研研究內(nèi)容涉涉及穿孔、、采裝、運運輸、排卸卸等設(shè)備，，露天礦開開采工藝與與生產(chǎn)組織織、自動化化調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)、生產(chǎn)計計劃與過程程的優(yōu)化、、設(shè)計原理理與計算機機化、生產(chǎn)產(chǎn)爆破技術(shù)術(shù)，以及開開拓運輸系系統(tǒng)和采裝裝系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計與優(yōu)化化等的研究究與開發(fā)，，已經(jīng)形成成了機械化化、自動化化、電子化化、計算機機化等多學(xué)學(xué)科的交叉叉研究。(6)露天礦邊坡坡與排土場場穩(wěn)定：以以工程地質(zhì)質(zhì)學(xué)、水文文地質(zhì)學(xué)、、巖石力學(xué)學(xué)、散體力力學(xué)、露天天開采學(xué)、、環(huán)境科學(xué)學(xué)等為基礎(chǔ)礎(chǔ)，研究露露天礦采場場與排土場場邊坡的穩(wěn)穩(wěn)定理論與與技術(shù)、邊邊坡優(yōu)化設(shè)設(shè)計、邊坡坡穩(wěn)定的自自動化監(jiān)測測與預(yù)警系系統(tǒng)開發(fā)、、邊坡破壞壞的防治理理論與技術(shù)術(shù)。(7)自動化與通通信技術(shù)：：以采礦學(xué)學(xué)、自動化化技術(shù)、通通信技術(shù)、、信息化技技術(shù)、機電電工程、電電子技術(shù)等等為基礎(chǔ)，，研究與開開發(fā)煤礦自自動化開采采、自動提提升與運輸輸、巷道自自動化掘進進與支護、、開采過程程自動控制制等技術(shù)。。(8)計算機應(yīng)用用與信息化化技術(shù)：以以采礦學(xué)、、運籌學(xué)、、系統(tǒng)工程程、計算機機科學(xué)與技技術(shù)等為基基礎(chǔ)，研究究與開發(fā)煤煤礦企業(yè)的的信息化管管理決策系系統(tǒng)、計算算機輔助設(shè)設(shè)計、煤礦礦開采的仿仿真與優(yōu)化化。(9)安全理論與與技術(shù)：研研究瓦斯爆爆炸機理，，采前與采采動過程中中瓦斯運移移規(guī)律、安安全開采的的瓦斯防治治理論與技技術(shù)，礦井井火災(zāi)發(fā)生生機理與防防治理論技技術(shù)，礦井井粉塵防治治技術(shù)，礦礦井通風(fēng)系系統(tǒng)設(shè)計與與優(yōu)化。(10)煤礦安全監(jiān)監(jiān)測與預(yù)警警：綜合運運用煤礦安安全工程與與監(jiān)測原理理、電子技技術(shù)、信息息傳輸與處處理技術(shù)、、計算機技技術(shù)等開發(fā)發(fā)研制新型型、準(zhǔn)確、、高效的煤煤礦安全監(jiān)監(jiān)測與預(yù)警警系統(tǒng)。其其中，涉及及瓦斯、水水、火、粉粉塵、頂板板、沖擊地地壓等的監(jiān)監(jiān)測與預(yù)警警。(11)與環(huán)境協(xié)調(diào)調(diào)的開采理理論與技術(shù)術(shù)：綜合運運用采礦工工程理論與與技術(shù)、環(huán)環(huán)境科學(xué)與與技術(shù)、工工程地質(zhì)與與水文地質(zhì)質(zhì)、林業(yè)科科學(xué)與工程程、農(nóng)業(yè)科科學(xué)與工程程、資源與與環(huán)境經(jīng)濟濟學(xué)等，系系統(tǒng)研究和和建立與環(huán)環(huán)境協(xié)調(diào)的的開采理論論與技術(shù)體體系，保障障煤炭資源源開采與環(huán)環(huán)境的協(xié)調(diào)調(diào)可持續(xù)發(fā)發(fā)展。學(xué)科戰(zhàn)略地地位目前，煤炭炭提供世界界一次能源源的27％和世界發(fā)發(fā)電量的45％，煤炭的的衍生物生生產(chǎn)25000多種消費品品，在世界界經(jīng)濟中占占有重要地地位。煤炭是世界界上儲量最最多、分布布最廣的常常規(guī)能源資資源，其中中90％集中在蘇蘇聯(lián)、美國國、中國、、澳大利亞亞、德國、、印度、南南非、波蘭蘭、英國和和加拿大等等10個國家。我國長期以以來一直以以煤炭作為為主要能源源，并且煤煤炭在我國國一次能源源中的主導(dǎo)導(dǎo)地位在短短期內(nèi)不會會改變。我國能源資資源賦存現(xiàn)現(xiàn)狀決定了了我國能源源開發(fā)以煤煤炭為主的的現(xiàn)狀在短短期內(nèi)不會會改變。隨隨著科學(xué)技技術(shù)發(fā)展，，新能源和和可再生能能源會有一一定增長，，但在相當(dāng)當(dāng)長的時間間內(nèi)還是不不可能取代代化石能源源。顯然，經(jīng)濟濟的發(fā)展對對能源的需需求量將越越來越大，，因此，研研究煤炭的的高效、安安全、高采采出率開采采是十分重重要的問題題。煤炭開采在在我國國民民經(jīng)濟建設(shè)設(shè)中具有極極其重要的的戰(zhàn)略地位位，也是我我國一次能能源的基礎(chǔ)礎(chǔ)。煤炭開采是是提供煤炭炭能源的根根本方法，，我國的煤煤炭資源總總量居世界界首位，但但人均煤炭炭產(chǎn)量不高高，甚至十十分短缺，，人均煤炭炭產(chǎn)量僅居居世界第8位。因此，研究究和解決煤煤炭開采中中的相關(guān)科科學(xué)問題，，促進煤炭炭高效、安安全、高資資源采出率率開采和綠綠色開采，，是當(dāng)前煤煤炭開采中中所面臨的的重要問題題，也是重重要的學(xué)科科方向。國外重要的的煤礦開采采學(xué)術(shù)研究究機構(gòu)1．美國美國的煤炭炭科研工作作主要由政政府機構(gòu)、、企業(yè)研究究與發(fā)展機機構(gòu)、大學(xué)學(xué)(學(xué)院)及民間咨詢詢機構(gòu)四部部分組成。。美國較大的的采礦公司司一般都設(shè)設(shè)有研究與與發(fā)展部；；美國有二二十幾個大大學(xué)設(shè)有采采礦系，主主要按政府府合同開展展基礎(chǔ)研究究；此外，，還有一支支重要的研研究與開發(fā)發(fā)力量——民辦咨詢公公司。國家政府科科研機構(gòu)主主要有能源源部所屬的的聯(lián)邦能源源研究院（（FEI），此外由由各大學(xué)采采礦系聯(lián)合合組成的礦礦物研究所所也發(fā)揮著著重要作用用，如弗吉吉尼亞大學(xué)學(xué)工業(yè)學(xué)院院與弗吉尼尼亞州立大大學(xué)、賓夕夕法尼亞州州立大學(xué)、、明尼蘇達達大學(xué)等。。2．俄羅斯俄羅斯的煤煤炭科研體體系分為兩兩類，一類類是煤炭工工業(yè)直屬科科研院所，，另一類是是礦區(qū)科研研所?，F(xiàn)在俄聯(lián)邦邦批準(zhǔn)在原原24個部級院所所的基礎(chǔ)上上成立5個煤炭科學(xué)學(xué)中心：①國家礦業(yè)業(yè)科學(xué)中心心；②地質(zhì)力學(xué)學(xué)和礦山測測量科學(xué)中中心；③俄羅斯煤煤炭工業(yè)安安全科學(xué)中中心；④庫茲巴斯斯采礦工藝藝科學(xué)中心心；⑤露天采礦礦工藝科學(xué)學(xué)中心。3德國德國擁有世世界一流的的煤炭科研研機構(gòu)，如如埃森采礦礦研究院(Bergbau-ForschungGmbH)、威斯特伐伐倫礦山協(xié)協(xié)會(WestfalisheBergwerkschaftskasse)礦業(yè)研究所所和實驗室室礦井公司司等。在礦礦山壓力控控制、井下下降溫、瓦瓦斯、煤塵塵和火災(zāi)防防治、采煤煤技術(shù)、井井下運輸和和選煤等領(lǐng)領(lǐng)域，德國國都處于世世界領(lǐng)先水水平。德國西部克克勞斯塔爾爾工業(yè)大學(xué)學(xué)和東部弗弗賴堡大學(xué)學(xué)是德國兩兩所著名的的礦業(yè)大學(xué)學(xué)，其他大大學(xué)如柏林林工業(yè)大學(xué)學(xué)和亞琛大大學(xué)設(shè)有采采礦系或采采礦專業(yè)，，魯爾大學(xué)學(xué)設(shè)有礦山山建筑專業(yè)業(yè)。這些大大學(xué)除培養(yǎng)養(yǎng)采礦專門門人才外，，還承擔(dān)重重要的礦業(yè)業(yè)科研項目目。4．澳澳大大利利亞亞澳大大利利亞亞的的科科研研和和學(xué)學(xué)術(shù)術(shù)工工作作主主要要由由聯(lián)聯(lián)邦邦科科學(xué)學(xué)和和工工業(yè)業(yè)研研究究組組織織(CommonwealthScientificandIndustrialResearchOrganization，CSERO)承擔(dān)擔(dān)，，煤煤炭炭科科研研是是該該組組織織中中的的重重要要科科研研部部分分。。此此外外，，維維多多利利亞亞州州的的電電力力委委員員會會建建有有幾幾個個實實驗驗室室，，研研究究褐褐煤煤的的開開采采、、儲儲存存、、運運輸輸和和發(fā)發(fā)電電等等。。澳大大利利亞亞很很多多大大學(xué)學(xué)均均承承擔(dān)擔(dān)煤煤炭炭科科研研任任務(wù)務(wù)，，研研究究水水平平較較高高，，如如悉悉尼尼大大學(xué)學(xué)、、新新南南威威爾爾士士州州立立大大學(xué)學(xué)、、墨墨爾爾本本大大學(xué)學(xué)、、昆昆士士蘭蘭大大學(xué)學(xué)、、紐紐卡卡斯斯?fàn)枲柎蟠髮W(xué)學(xué)、、伍伍倫倫貢貢大大學(xué)學(xué)等等，，研研究究的的課課題題包包括括礦礦井井和和露露天天采采煤煤、、巖巖石石力力學(xué)學(xué)、、地地震震勘勘探探、、瓦瓦斯斯抽抽放放等等。。5．波波蘭蘭波蘭蘭從從事事煤煤炭炭科科研研的的主主要要機機構(gòu)構(gòu)有有：：采采礦礦研研究究總總院院(GIG)、考考瑪瑪格格采采礦礦機機械械化化中中心心(KOMAG)和艾艾瑪瑪格格采采礦礦電電氣氣化化與與自自動動化化中中心心(EMAG)。波波蘭蘭的的一一些些大大學(xué)學(xué)也也從從事事煤煤炭炭科科研研工工作作。。波蘭蘭在在““三三下下”開采采、、沖沖擊擊礦礦壓壓的的理理論論和和應(yīng)應(yīng)用用技技術(shù)術(shù)研研究究方方面面具具有有很很高高的的學(xué)學(xué)術(shù)術(shù)水水平平。。6．加加拿拿大大加拿拿大大的的煤煤炭炭科科研研工工作作主主要要由由加加拿拿大大礦礦業(yè)業(yè)和和能能源源技技術(shù)術(shù)中中心心(CANMET)和一一些些大大學(xué)學(xué)負負責(zé)責(zé)和和開開展展。。CANMET的采采礦礦研研究究所所由由以以下下六六個個研研究究室室組組成成：：①加加拿拿大大易易爆爆氣氣體體實實驗驗室室(CEAL)。②加加拿拿大大采采礦礦技技術(shù)術(shù)實實驗驗室室(CMTL)。③埃埃利利奧奧特特湖湖實實驗驗室室(ELL)。④薩德伯伯利回填填實驗室室(SBL)。⑤互勒多多礦山實實驗室(VDML)。⑥開普布布雷煤炭炭研究實實驗室(CBCRL)。7．英國英國煤炭炭科研由由英國貿(mào)貿(mào)工部直直接管理理，具體體工作則則委托給給英國能能源技術(shù)術(shù)中心(EISU)。諾丁漢漢大學(xué)、、利茲大大學(xué)等在在煤礦開開采的學(xué)學(xué)術(shù)研究究方面具具有很高高水平。。近年來在在煤炭開開采方面面的主要要研究目目標(biāo)是保保持英國國開采技技術(shù)的領(lǐng)領(lǐng)先水平平，鼓勵勵采礦設(shè)設(shè)備出口口；研究究就地轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化和非非常規(guī)開開采技術(shù)術(shù)，如遙遙控采煤煤和海下下采煤；；完善井井下環(huán)境境監(jiān)控系系統(tǒng)，改改善煤礦礦健康和和安全狀狀況。1.2國內(nèi)外發(fā)發(fā)展回顧顧、現(xiàn)狀狀與趨勢勢煤礦開采采學(xué)科的的形成人類利用用煤炭資資源已有有數(shù)千年年歷史。。我國不不僅是當(dāng)當(dāng)今世界界上煤炭炭產(chǎn)量最最多的國國家，也也是世界界最早開開采、利利用煤炭炭的國家家，有著著悠久的的煤炭開開采歷史史。在新新石器時時代，我我國就出出現(xiàn)了精精煤制品品飾物。。公元前前1世紀(jì)，煤煤已經(jīng)成成為重要要產(chǎn)品，，不僅用用作生產(chǎn)產(chǎn)燃料，，而且還還用于冶冶煉，當(dāng)當(dāng)時已經(jīng)經(jīng)積累了了一些找找煤和采采煤的基基本知識識，出現(xiàn)現(xiàn)了一定定規(guī)模的的礦井和和采煤技技術(shù)。隋隋、唐至至元代，，煤炭開開采更為為普遍，，在地質(zhì)質(zhì)、開拓拓、采煤煤、支護護、通風(fēng)風(fēng)、提升升以及瓦瓦斯排放放等方面面的技術(shù)術(shù)都有了了一定發(fā)發(fā)展。從從明朝到到鴉片戰(zhàn)戰(zhàn)爭以前前，當(dāng)時時統(tǒng)治者者比較重重視煤炭炭開發(fā)，，煤炭開開采技術(shù)術(shù)得到了了發(fā)展，，形成了了豐富多多彩的中中國古代代煤炭開開采技術(shù)術(shù)。盡管管當(dāng)時都都是手工工作業(yè)的的煤窯，，但因其其開采利利用早于于其他國國家，因因此，17世紀(jì)以前前，中國國煤炭開開采技術(shù)術(shù)和管理理的許多多方面都都處于世世界領(lǐng)先先地位。。煤礦開采采發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀與趨趨勢在過去的的20多年里，，隨著世世界各國國相關(guān)科科學(xué)技術(shù)術(shù)的進步步，機、、電、信信息、計計算機等等行業(yè)的的迅速發(fā)發(fā)展，固固體力學(xué)學(xué)、流體體力學(xué)、、數(shù)值計計算技術(shù)術(shù)、非線線性科學(xué)學(xué)等基礎(chǔ)礎(chǔ)理論的的發(fā)展以以及許多多邊緣學(xué)學(xué)科的興興起，極極大地促促進了煤煤礦開采采的理論論和技術(shù)術(shù)的發(fā)展展，導(dǎo)致致了煤礦礦開采的的許多理理論和方方法發(fā)生生了重大大變化。。1．采煤方方法采煤方法法是煤礦礦開采的的核心，，它包含含采煤系系統(tǒng)和采采煤工藝藝兩項主主要內(nèi)容容。根據(jù)據(jù)不同的的礦山地地質(zhì)及技技術(shù)條件件，可有有多種多多樣的采采煤方法法。我國國煤層賦賦存條件件復(fù)雜多多樣，開開采技術(shù)術(shù)條件各各異，因因而促進進了采煤煤方法的的多樣化化發(fā)展，，我國是是世界上上采煤方方法種類類最多的的國家。。但總體上上看可以以分為壁壁式體系系采煤法法和房柱柱式體系系采煤法法。目前，世世界各主主要產(chǎn)煤煤國家，，由于煤煤層條件件和采煤煤技術(shù)的的延續(xù)情情況不同同，所采采用的各各種不同同采煤方方法的比比重也有有所差別別。我國大型型重點煤煤礦壁式式體系采采煤法的的產(chǎn)量占占95％以上；；美國壁式式采煤法法為50％，連續(xù)續(xù)采煤機機房柱式式開采占占41％；印度壁式式采煤法法小于5％，傳統(tǒng)統(tǒng)房柱式式采煤法法占65％，機械械化房柱柱式開采采占30％；俄羅斯壁壁式開采采占86％；澳大利亞亞壁式開開采占85％；南非房柱柱式占66．9％，壁式式占33％；加拿大壁壁式為85％。除地下開開采以外外，對于于埋深較較淺、厚厚度較大大的煤田田采用露露天開采采方法。。隨著露天天采裝、、運輸?shù)鹊仍O(shè)備的的大型化化，露天天開采的的效率和和能力以以及安全全方面具具有很大大優(yōu)勢。。高效、高高產(chǎn)量、、高煤炭炭采出率率的綜合合機械化化采煤工工藝是壁壁式開采采體系的的發(fā)展方方向，研研制適應(yīng)應(yīng)各種煤煤層條件件的大型型強有力力配套設(shè)設(shè)備和優(yōu)優(yōu)化工作作面布置置是目前前各國主主攻的方方向之一一。(2)放頂煤開開采工藝藝。放頂頂煤開采采工藝是是壁式體體系采煤煤法中的的一種，，這種采采煤方法法最早于于20世紀(jì)40年代始于于法國、、東歐等等國。我我國于1984年開始研研制和開開發(fā)這種種采煤工工藝，到到20世紀(jì)90年代中期期，開始始迅速發(fā)發(fā)展，已已經(jīng)成為為我國開開采5m以上厚煤煤層的主主要方法法，并且且工作面面年產(chǎn)達達到了600萬t的水平。。我國已經(jīng)經(jīng)研制出出了幾種種主要型型號液壓壓支架，，在采煤煤和放頂頂煤工藝藝、礦山山壓力與與巖層控控制、瓦瓦斯運移移規(guī)律與與抽排措措施、巷巷道與采采空區(qū)火火災(zāi)的防防治等方方面，取取得了重重要研究究成果。。針對我國國經(jīng)濟基基礎(chǔ)較差差、礦井井系統(tǒng)能能力較低低、井型型較小的的實際情情況，我我國又成成功研制制了輕型型放頂煤煤液壓支支架(支架重量量≤8.5t)，開發(fā)了了輕型支支架的綜綜合機械械化放頂頂煤開采采技術(shù)，，工作面面產(chǎn)量可可實現(xiàn)年年產(chǎn)百萬萬噸的水水平。我國已將將這項技技術(shù)用于于頂板堅堅硬和煤煤層堅硬硬，高瓦瓦斯且有有突出危危險、易易燃、大大傾角(煤層傾角角≥25)等難采厚厚煤層中中，均取取得了顯顯著的經(jīng)經(jīng)濟效益益。今后這項項技術(shù)發(fā)發(fā)展方向向：一是條件件適宜厚厚煤層的的高產(chǎn)、、高效、、高采出出率開采采。二是難采采厚煤層層的安全全高效開開采。三是工作作面產(chǎn)量量要求較較低厚煤煤層的高高效、高高采出率率輕放開開采。四是西部部開發(fā)區(qū)區(qū)的巨厚厚(15m以上)煤層的高高效高采采出率開開采。國內(nèi)正在在基于彈彈塑性力力學(xué)、損損傷力學(xué)學(xué)、散體體力學(xué)、、巖石力力學(xué)、礦礦山壓力力與控制制理論、、流體力力學(xué)等深深入系統(tǒng)統(tǒng)地研究究:放頂煤開開采的礦礦山壓力力規(guī)律與與巖層控控制原理理頂煤破裂裂與垮落落規(guī)律散體頂煤煤流動與與放出規(guī)規(guī)律及提提高采出出率技術(shù)術(shù)瓦斯運移移規(guī)律與與抽放技技術(shù)火災(zāi)與粉粉塵防治治技術(shù)研制新型型放頂煤煤液壓支支架放煤的自自動控制制技術(shù)等等。(3)柱式體系系采煤法法。柱式式采煤法法以短工工作面采采煤為主主要標(biāo)志志，其實實質(zhì)是在在煤層內(nèi)內(nèi)開掘一一系列寬寬為5～7m的煤房，，開房時時用短工工作面向向前推進進，煤房房間用聯(lián)聯(lián)絡(luò)巷相相連以構(gòu)構(gòu)成生產(chǎn)產(chǎn)系統(tǒng)，，并形成成近似矩矩形的煤煤柱，煤煤柱寬度度由數(shù)米米至20m不等。煤柱可根根據(jù)條件件留下不不采，或或在采完完煤房后后再將煤煤柱按要要求盡可可能采出出。前者者也可稱稱為房式式采煤法法，后者者也可稱稱為房柱柱式采煤煤法，由由于二者者的巷道道布置基基本相似似，因此此美國將將這兩種種方法通通稱為房房柱式采采煤工藝藝。(4)露天開采采方法。。露天開開采具有有機械化化程度高高、安全全、效率率高、產(chǎn)產(chǎn)量大等等特點，，但適用用條件受受到埋深深的限制制，同時時對地表表和生態(tài)態(tài)環(huán)境破破壞較大大。世界各國國根據(jù)煤煤層賦存存條件不不同以及及技術(shù)條條件的差差異，露露天采煤煤的產(chǎn)量量占煤炭炭總產(chǎn)量量的比重重不同，，我國為為5％以內(nèi)，，美國為為60％，印度度為62.1％，澳大大利亞為為60％，南非非為49.6％，加拿拿大為91.26％，俄羅羅斯為62.1％。運籌學(xué)、、系統(tǒng)工工程的理理論和方方法、計計算機技技術(shù)等在在露天礦礦開采、、規(guī)劃、、設(shè)計中中得到了了廣泛應(yīng)應(yīng)用。該該學(xué)科目目前以大大型可靠靠設(shè)備、、生產(chǎn)過過程中的的自動調(diào)調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)、計算算機優(yōu)化化設(shè)計、、管理與與決策信信息系統(tǒng)統(tǒng)等的研研制和開開發(fā)為主主要研究究方向。。2．礦山壓壓力與圍圍巖控制制礦山壓力力與圍巖巖控制是是煤礦開開采中的的重要應(yīng)應(yīng)用基礎(chǔ)礎(chǔ)研究領(lǐng)領(lǐng)域，其其主要的的目的是是研究煤煤礦開采采后，開開挖空間間圍巖應(yīng)應(yīng)力和位位移的變變化規(guī)律律，圍巖巖活動規(guī)規(guī)律，并并利用和和改善其其活動規(guī)規(guī)律，對對圍巖實實施工程程控制，，保障煤煤礦安全全、經(jīng)濟濟地開采采。(1)礦山壓力力的理論論研究。。礦山壓壓力理論論研究主主要是指指針對煤煤礦開采采特點，，利用彈彈性力學(xué)學(xué)、材料料力學(xué)、、塑性力力學(xué)、結(jié)結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)、損傷傷力學(xué)、、巖石力力學(xué)、能能量理論論、實驗驗理論以以及非線線性科學(xué)學(xué)等，研研究煤礦礦開采引引起的力力學(xué)現(xiàn)象象的理論論。在近三、、四十年年的時間間里，礦礦山壓力力的理論論研究取取得了重重要進展展，除了了繼續(xù)應(yīng)應(yīng)用連續(xù)續(xù)介質(zhì)力力學(xué)方法法研究與與礦山壓壓力有關(guān)關(guān)的問題題外，又又發(fā)展了了考慮巖巖石真實實特性的的各種礦礦壓理論論研究。。例如，，把巖體體看作是是受各種種性質(zhì)弱弱面切割割的非連連續(xù)介質(zhì)質(zhì)的研究究，把巖巖體看作作具有分分數(shù)維的的分形幾幾何研究究，把巖巖體內(nèi)部部裂隙看看作是微微裂隙演演化的損損傷力學(xué)學(xué)研究，，將巖體體作為隨隨機介質(zhì)質(zhì)的可靠靠性研究究等。在長壁工工作面上上覆巖層層的結(jié)構(gòu)構(gòu)研究方方面，20世紀(jì)70年代末，，我國學(xué)學(xué)者先后后提出了了開采后后上覆巖巖層呈““砌體梁梁”和““傳遞巖巖梁”式式平衡的的結(jié)構(gòu)力力學(xué)模型型、巖層層斷裂前前后的彈彈性基礎(chǔ)礎(chǔ)梁力學(xué)學(xué)模型及及各種不不同支撐撐條件下下的Winker彈性基基礎(chǔ)梁梁和Kichhoff板力學(xué)學(xué)模型型，進進一步步完善善了壓壓力拱拱和懸懸臂梁梁的力力學(xué)模模型。。20世紀(jì)90年代中中期，，錢鳴鳴高院院士等等又提提出了了關(guān)鍵鍵層理理論。。為了有有效地地控制制工作作面圍圍巖，，確定定液壓壓支架架合理理架型型和支支護阻阻力等等，我我國進進行了了采場場支架架——圍巖關(guān)關(guān)系研研究和和建立立采場場圍巖巖整體體力學(xué)學(xué)模型型；提提出了了提高高支架架初撐撐力對對于控控制頂頂板事事故具具有重重要作作用的的理論論。針對支支架合合理工工作阻阻力確確定問問題，，國內(nèi)內(nèi)除延延續(xù)目目前國國際上上廣泛泛采用用的按按采高高的數(shù)數(shù)倍(一般為為5～8倍)巖柱重重量確確定支支架額額定工工作阻阻力外外，也也引入入了一一些彈彈性力力學(xué)、、塑性性力學(xué)學(xué)、損損傷力力學(xué)等等理論論進行行深入入分析析和確確定。。在放放頂煤煤開采采中的的工作作阻力力問題題，目目前基基本上上有了了較統(tǒng)統(tǒng)一的的認識識。礦礦山壓壓力理理論研研究是是煤礦礦開采采中十十分活活躍的的一個個學(xué)術(shù)術(shù)研究究方向向，今今后還還將針針對不不同的的煤層層條件件和采采煤方方法進進行系系統(tǒng)的的研究究，完完善采采場圍圍巖控控制理理論。。(2)礦山壓壓力監(jiān)監(jiān)測與與研究究方法法。在在采場場礦山山壓力力監(jiān)測測中，，目前前除采采用傳傳統(tǒng)的的機械械式儀儀器，，如圓圓圖自自記儀儀、壓壓力盒盒、測測桿等等外，，近年年來開開發(fā)了了許多多電子子、光光學(xué)、、聲學(xué)學(xué)等監(jiān)監(jiān)測儀儀器儀儀表，，如支支架工工作阻阻力量量測的的電子子儀表表系統(tǒng)統(tǒng)、頂頂?shù)装灏逡平康牡募t外外觀測測、巷巷道松松動圈圈的超超聲探探測等等。采采用電電子儀儀器儀儀表后后實現(xiàn)現(xiàn)了連連續(xù)觀觀測，，使觀觀測數(shù)數(shù)據(jù)的的采集集和存存儲實實現(xiàn)了了自動動化，，并可可直接接與計計算機機通信信，大大大提提高了了數(shù)據(jù)據(jù)處理理的精精度和和效率率；還還開發(fā)發(fā)了相相應(yīng)的的監(jiān)測測儀器器和支支護質(zhì)質(zhì)量監(jiān)監(jiān)控軟軟件。。除傳傳統(tǒng)的的鉆孔孔電視視仍在在使用用外，，便攜攜式的的巖體體內(nèi)窺窺鏡等等可視視化巖巖體質(zhì)質(zhì)量監(jiān)監(jiān)測儀儀器已已在煤煤礦逐逐步推推廣使使用，，三維維地震震探測測技術(shù)術(shù)也開開始用用于礦礦山壓壓力監(jiān)監(jiān)測與與研究究。礦山壓壓力研研究方方法方方面，，除采采用傳傳統(tǒng)的的彈性性力學(xué)學(xué)、材材料力力學(xué)、、結(jié)構(gòu)構(gòu)力學(xué)學(xué)、巖巖石力力學(xué)外外，斷斷裂力力學(xué)、、損傷傷力學(xué)學(xué)、可可靠性性理論論、分分形幾幾何、、突變變理論論等非非線性性科學(xué)學(xué)的相相關(guān)理理論和和原理理也廣廣泛用用于礦礦山壓壓力研研究中中。同同時，，廣泛泛應(yīng)用用有限限元、、離散散元、、有限限差分分、DAA法等數(shù)數(shù)值模模擬技技術(shù)，，其中中三維維數(shù)值值模擬擬技術(shù)術(shù)逐步步成為為主體體。數(shù)值模模擬計計算過過程中中，考考慮巖巖體的的動態(tài)態(tài)損傷傷與演演化使使結(jié)果果更加加真實實。在在模擬擬計算算的軟軟件使使用上上，目目前國國內(nèi)外外仍以以ANSYS(有限元元)、FLAC2D、FLAC3D(有限差差分)、UDEC2D、UDEC3D(離散元元)為主。。國內(nèi)內(nèi)仍然然采用用物理理相似似模擬擬試驗驗方法法研究究礦山山壓力力問題題。在在一些些重要要問題題研究究中，，均采采用三三維模模擬試試驗，，試驗驗臺研研制、、數(shù)據(jù)據(jù)采集集和處處理方方面均均有了了長足足進步步。(3)采場圍圍巖控控制。。采場場圍巖巖控制制包含含兩方方面內(nèi)內(nèi)容，，一是是利用用礦山山壓力力規(guī)律律，通通過正正確、、合理理的采采煤方方法和和工藝藝實現(xiàn)現(xiàn)對采采場的的巖層層控制制，如如刀柱柱法、、充填填法等等；二二是通通過人人工支支護物物，如如各種種支架架等實實現(xiàn)對對采場場圍巖巖的控控制。。其中中通過過人工工支護護物對對采場場圍巖巖控制制是主主要的的方法法。對對于長長壁工工作面面，目目前自自移液液壓支支架具具有安安全性性好、、穩(wěn)定定、機機械化化程度度高等等優(yōu)點點，與與采煤煤機、、刮板板輸送送機等等配合合使用用構(gòu)成成了長長壁法法的綜綜合機機械化化采煤煤工藝藝。美美國、、德國國等以以兩柱柱掩護護式液液壓支支架為為主，，并且且逐步步提高高支護護強度度；我我國則則以四四柱支支撐掩掩護式式支架架為主主，在在支護護強度度方面面投入入了較較多力力量進進行優(yōu)優(yōu)化研研究。。在柱柱式體體系采采煤法法中，，目前前世界界各國國均發(fā)發(fā)展錨錨桿支支護方方法。。在采場場圍巖巖控制制研究究中，，首先先是研研究各各種不不同采采煤方方法和和工藝藝的采采場礦礦山壓壓力顯顯現(xiàn)規(guī)規(guī)律，，采動動影響響圍巖巖體的的變形形、移移動、、破裂裂規(guī)律律，確確定采采場合合理、、經(jīng)濟濟、可可行的的支護護方式式，建建立支支架——圍巖關(guān)關(guān)系整整體模模型，，研究究確定定合理理的架架型、、合理理的支支護參參數(shù)，，以及及支護護與采采煤工工藝的的相互互配合合關(guān)系系。采采場圍圍巖控控制是是煤礦礦開采采中的的重要要研究究內(nèi)容容之一一，隨隨著技技術(shù)進進步，，采場場的圍圍巖控控制技技術(shù)仍仍有很很大的的提升升空間間。(4)露天礦礦邊坡坡。露露天礦礦邊坡坡穩(wěn)定定問題題是露露天開開采遇遇到的的重要要巖石石力學(xué)學(xué)問題題，確確定露露天礦礦邊坡坡經(jīng)濟濟合理理邊坡坡角是是露天天礦邊邊坡研研究的的核心心問題題。隨隨著露露天開開采逐逐年延延深(平均以以每年年10～20m的速度度下降降)，國內(nèi)內(nèi)外相相繼出出現(xiàn)了了許多多高大大邊坡坡，目目前國國內(nèi)邊邊坡高高度已已達400余米，，而且且今后后邊坡坡高度度會更更大，，因此此邊坡坡問題題會更更加突突出。。露天邊邊坡穩(wěn)穩(wěn)定問問題研研究是是屬于于巖體體力學(xué)學(xué)與露露天開開采相相結(jié)合合的研研究領(lǐng)領(lǐng)域，，即邊邊坡結(jié)結(jié)構(gòu)和和幾何何參數(shù)數(shù)既要要滿足足邊坡坡穩(wěn)定定要求求，同同時又又要符符合露露天開開采的的工藝藝與運運輸?shù)鹊刃枰Ｗ宰詮?0世紀(jì)60年代起起，邊邊坡研研究中中從傳傳統(tǒng)的的連續(xù)續(xù)介質(zhì)質(zhì)力學(xué)學(xué)研究究，逐逐步發(fā)發(fā)展成成充分分重視視巖體體中各各種裂裂隙面面的非非連續(xù)續(xù)介質(zhì)質(zhì)力學(xué)學(xué)研究究。邊邊坡巖巖體強強度測測定方方面，，目前前仍以以室內(nèi)內(nèi)試驗驗和現(xiàn)現(xiàn)場測測試相相結(jié)合合的方方法為為主。。在測測試數(shù)數(shù)據(jù)處處理方方面，，仍以以統(tǒng)計計方法法為主主，其其他方方法如如模糊糊數(shù)學(xué)學(xué)、神神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)等等也在在采用用。在在邊坡坡破壞壞模式式和臨臨界破破壞面面確定定方面面主要要是基基于邊邊坡巖巖體的的優(yōu)勢勢結(jié)構(gòu)構(gòu)面分分布和和相似似模擬擬試驗驗方法法。邊邊坡的的穩(wěn)定定計算算與分分析中中，仍仍以二二維極極限平平衡方方法為為主。。國內(nèi)外外有些些學(xué)者者已經(jīng)經(jīng)提出出了一一些三三維極極限平平衡方方法，，在露露天礦礦邊坡坡研究究中有有所應(yīng)應(yīng)用。。有限限元、、邊界界元、、離散散元等等數(shù)值值模擬擬方法法在邊邊坡分分析中中廣泛泛應(yīng)用用，同同時基基于巖巖體介介質(zhì)非非連續(xù)續(xù)性，，利用用最小小位能能原理理發(fā)展展起來來的DDA方法、、界面面元法法等也也在應(yīng)應(yīng)用。。考慮慮到邊邊坡巖巖體的的強度度等參參數(shù)、、邊界界載荷荷等的的不確確定性性，邊邊坡工工程可可靠性性分析析方法法也得得到廣廣泛應(yīng)應(yīng)用。。邊坡坡工程程的系系統(tǒng)分分析原原理和和非線線性動動力學(xué)學(xué)理論論、模模糊綜綜合評評價法法、人人工神神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分分析法法在近近年來來得到到了一一定發(fā)發(fā)展。。在滑滑坡預(yù)預(yù)測預(yù)預(yù)報方方面，，分形形幾何何理論論、灰灰色系系統(tǒng)理理論、、分岔岔與突突變理理論、、流變變學(xué)理理論等等有了了一定定發(fā)展展。邊坡的的工程程技術(shù)術(shù)方面面，靠靠幫邊邊坡的的控制制爆破破技術(shù)術(shù)、危危險滑滑坡區(qū)區(qū)域的的加固固技術(shù)術(shù)、地地表水水?dāng)r截截與疏疏干、、地下下水排排水、、靠幫幫邊坡坡并段段等已已經(jīng)廣廣泛采采用。。邊坡坡穩(wěn)定定監(jiān)測測中，，已經(jīng)經(jīng)采用用紅外外測距距技術(shù)術(shù)和GPS系統(tǒng)等等。3．巷道道圍巖巖控制制近10多年來，煤煤礦巷道圍圍巖控制技技術(shù)取得很很大成就，，如掌握利利用巷道礦礦壓顯現(xiàn)規(guī)規(guī)律推進巷巷道布置的的改革，推推進無煤柱柱護巷技術(shù)術(shù)，運用卸卸壓護巷方方法，研究究和掌握了了巷道支架架與圍巖關(guān)關(guān)系，研制制適應(yīng)不同同條件的巷巷道金屬支支架的架型型，發(fā)展錨錨噴支護技技術(shù)，改善善軟巖支護護效果，進進行巷道支支護質(zhì)量及及頂板動態(tài)態(tài)監(jiān)測，完完善巷道圍圍巖控制測測試手段和和裝備等。。近些年來，，國內(nèi)外都都在大力發(fā)發(fā)展和推廣廣錨桿支護護理論與技技術(shù)，尤其其是煤巷、、半煤巷、、軟巖巷道道的錨桿支支護技術(shù)。。美國、澳澳大利亞由由于煤層條條件好，加加之錨桿支支護技術(shù)的的日益成熟熟，煤礦巷巷道錨桿支支護的比重重達100％。西歐、、中歐一些些主要產(chǎn)煤煤國家，也也在積極發(fā)發(fā)展錨桿支支護，逐步步取代金屬屬支架。英英國在1987年從澳大利利亞引進了了成套的錨錨桿支護技技術(shù)，目前前煤礦巷道道中錨桿支支護已達90％以上。德德國、法國國、俄羅斯斯目前煤礦礦巷道支護護中均以錨錨桿為主。。我國近年年來錨桿支支護技術(shù)發(fā)發(fā)展迅速，，其中國有有重點煤礦礦中煤巷錨錨桿支護在在40％以上，目目前正在積積極推廣。。巷道錨桿支支護的理論論方面，傳傳統(tǒng)理論有有：懸吊理理論、組合合梁理論、、組合拱(壓縮拱)理論，近年年來又發(fā)展展了最大水水平應(yīng)力理理論、圍巖巖強度強化化理論。最最大水平應(yīng)應(yīng)力理論是是澳大利亞亞學(xué)者蓋爾爾(W．J．Gale)提出的，論論述了巷道道圍巖水平平應(yīng)力對巷巷道穩(wěn)定性性的影響以以及錨桿支支護所起的的作用。我我國學(xué)者在在分析已有有研究成果果基礎(chǔ)上，，提出了巷巷道錨桿支支護圍巖強強度強化理理論，認為為巷道錨桿桿支護的實實質(zhì)是錨桿桿和錨固區(qū)區(qū)域的巖體體相互作用用而組成錨錨固體，形形成統(tǒng)一的的承載結(jié)構(gòu)構(gòu)，錨桿支支護可以提提高錨固體體的力學(xué)參參數(shù)，錨固固體的峰值值強度及殘殘余強度均均能得到強強化。目前前雖然在錨錨桿支護理理論方面有有所發(fā)展，，但尚需逐逐漸發(fā)展新新的理論，，系統(tǒng)化已已有研究成成果，以解解釋和指導(dǎo)導(dǎo)目前越來來越廣泛的的錨桿應(yīng)用用技術(shù)。錨桿材料與與機具方面面，國內(nèi)外外在發(fā)展破破斷強度為為200～400kN的高強度錨錨桿和樹脂脂錨固劑。。在工作面面巷幫則采采用玻璃鋼鋼、尼龍、、塑料等制制成的可切切割錨桿。。錨桿鉆機機方面，國國外多采用用掘錨聯(lián)合合機組，其其中以澳大大利亞的技技術(shù)較為先先進，國內(nèi)內(nèi)多采用單單體鉆機。。4．“三下””開采與地地表沉陷煤礦地下開開采引起的的地表沉陷陷是煤礦開開采中面臨臨的重大開開采與環(huán)境境問題。經(jīng)經(jīng)過幾十年年的研究與與實踐，在在礦山地表表沉陷監(jiān)測測與數(shù)據(jù)處處理、礦山山地表沉陷陷的預(yù)測預(yù)預(yù)報、礦山山開采沉陷陷控制以及及“三下””采煤等領(lǐng)領(lǐng)域取得了了大量研究究成果。(1)沉陷監(jiān)測與與數(shù)據(jù)處理理方面，采采用精密水水準(zhǔn)測量、、全站儀及及衛(wèi)星定位位系統(tǒng)等進進行周期性性監(jiān)測，獲獲得了沉陷陷預(yù)計的必必要參數(shù)，，完善了不不規(guī)則觀測測站和不完完整觀測站站的數(shù)據(jù)處處理方法。。(2)沉陷預(yù)測預(yù)預(yù)報。通過過對沉陷現(xiàn)現(xiàn)象的觀測測分析，基基于連續(xù)介介質(zhì)力學(xué)、、非連續(xù)介介質(zhì)力學(xué)、、隨機介質(zhì)質(zhì)理論、塊塊體理論、、關(guān)鍵層理理論、數(shù)值值分析、物物理模擬、、時間序列列、灰色系系統(tǒng)，以及及引入分形形、突變、、協(xié)同學(xué)、、自組織等等非線性科科學(xué)，建立立了多種預(yù)預(yù)測預(yù)報方方法。(3)建立了多種種方法相結(jié)結(jié)合的沉陷陷控制技術(shù)術(shù)，如：以以煤柱支撐撐為核心的的開采技術(shù)術(shù)，以充填填為核心的的巖層控制制技術(shù)，以以多工作面面協(xié)調(diào)開采采為核心的的變形控制制技術(shù)，以以強化建筑筑物自身結(jié)結(jié)構(gòu)為核心心的防護技技術(shù)。(4)進行了大量量“三下””開采實踐踐。在未來來發(fā)展與研研究中，利利用現(xiàn)代測測繪技術(shù)(RS、GPS、DInSAR、GIS)，在沉陷監(jiān)監(jiān)測、數(shù)據(jù)據(jù)處理與分分析、沉陷陷控制措施施決策中的的應(yīng)用基礎(chǔ)礎(chǔ)研究；充充分考慮地地質(zhì)采礦條條件、含水水層失水固固結(jié)的地表表動態(tài)移動動變形過程程的預(yù)計理理論和方法法研究；地地表非連續(xù)續(xù)變形機理理與預(yù)測預(yù)預(yù)報技術(shù)研研究；處于于礦井環(huán)境境中的各類類煤柱長期期穩(wěn)定性設(shè)設(shè)計理論和和加固方法法研究；礦礦山壓力、、圍巖控制制和地表沉沉陷統(tǒng)一模模型的理論論研究；廢廢棄礦井誘誘發(fā)大面積積沉陷災(zāi)害害的機理、、條件與規(guī)規(guī)律研究。。5．自動化開開采隨著技術(shù)進進步，實現(xiàn)現(xiàn)煤礦開采采的高效集集中化、信信息化與現(xiàn)現(xiàn)代化是必必然的趨勢勢。在長壁壁工作面生生產(chǎn)自動化化方面，近近20年來，國內(nèi)內(nèi)外都在致致力于液壓壓支架電液液控制系統(tǒng)統(tǒng)研制與應(yīng)應(yīng)用，即采采用機電一一體化對液液壓支架的的液壓回路路進行控制制，其目的的是實現(xiàn)綜綜采工作面面液壓支架架操作自動動化。它綜綜合應(yīng)用了了計算機技技術(shù)、通信信技術(shù)、傳傳感技術(shù)、、機電一體體化技術(shù)等等，將液壓壓支架的降降架、升架架、推移前前部輸送機機、拉后部部輸送機、、收伸側(cè)護護板、噴霧霧灑水及放放頂煤等動動作由原來來的手工操操作改為電電液自動控控制、程序序化操作，，可以有效效地減少工工作面的工工人數(shù)量，，最終實現(xiàn)現(xiàn)井下無人人開采自動動化工作面面。20世紀(jì)70年代中期期，英國國首先提提出了研研制電子子控制液液壓支架架計劃。。1981年澳大利利亞的科科里曼爾爾煤礦長長壁工作作面首先先使用電電子控制制的液壓壓支架。。1983年底原英英國道梯梯公司又又為美國國坎賽爾爾煤礦制制造了兩兩按鈕微微處理機機控制的的液壓支支架。1982年開始，，德國MARCO公司和當(dāng)當(dāng)時的Westfalia公司合作作進行““液壓支支架電液液自動化化控制系系統(tǒng)”研研發(fā)，研研制出了了PMl和PM2型(1987年)產(chǎn)品化的的系列。。后又研研發(fā)了PM4、PM3和PM31系列(1998年)。到20世紀(jì)90年代，液液壓支架架電液自自動化控控制技術(shù)術(shù)在國外外已成熟熟。美國國、澳大大利亞、、德國等等的液壓壓支架普普遍使用用了電液液控制系系統(tǒng)。我國從20世紀(jì)80年代中期期開始液液壓支架架電液控控制系統(tǒng)統(tǒng)的研究究工作。。1991年研制出出了我國國第一套套液壓支支架電液液控制系系統(tǒng)BMJ-1，后來又又研制出出了BMJ-II，DYZK-1，DYZK-2等型號。。由于產(chǎn)產(chǎn)品的技技術(shù)不夠夠成熟，，整個系系統(tǒng)的可可靠性低低、抗干干擾能力力差，致致使在2000年前，國國內(nèi)研發(fā)發(fā)的液壓壓支架控控制系統(tǒng)統(tǒng)沒有得得到推廣廣應(yīng)用。。2000年后我國國的煤礦礦開采科科研單位位與德國國MARCO公司合作作，于2001年成功開開發(fā)了首首套放頂頂煤工作作面電液液控制系系統(tǒng)，應(yīng)應(yīng)用效果果良好。。液壓支架架的電液液控制系系統(tǒng)今后后主要發(fā)發(fā)展趨勢勢是：操操作軟件件智能化化；通信信系統(tǒng)向向國際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場場總線靠靠攏；與與工作面面其他設(shè)設(shè)備之間間實現(xiàn)接接口，實實現(xiàn)互動動、聯(lián)動動，使工工作面實實現(xiàn)少人人自動化化、無人人自動化化：控制制器操作作的操作作遙控化化；電液液系統(tǒng)智智能化。。6．煤層氣氣(瓦斯)開采據(jù)國際能能源機構(gòu)構(gòu)(IEA)估計，全全世界煤煤層氣資資源量達達260萬億m3，其中俄俄羅斯、、加拿大大、中國國、美國國和澳大大利亞的的煤層氣氣資源量量均超過過lO萬億m3，中國為為30～35萬億m3。目前，，全世界界每年因因采煤向向大氣排排放的煤煤層氣達達315～540億m3，既是能能源的極極大浪費費，又對對全球環(huán)環(huán)境造成成嚴重破破壞。世界主要要產(chǎn)煤國國都十分分重視開開發(fā)煤層層氣。井井下打長長孔抽放放瓦斯是是常規(guī)技技術(shù)，也也是控制制煤礦瓦瓦斯事故故的有效效措施。。但由于于受井下下條件限限制，井井下瓦斯斯抽放一一般規(guī)模模較小，，幾十年年技術(shù)上上沒有新新的進展展。20世紀(jì)80年代初，，美國開開始試驗驗應(yīng)用常常規(guī)油氣氣井(即地面鉆鉆井)開采煤層層氣，并并獲得成成功。主主要產(chǎn)煤煤國在繼繼續(xù)改進進井下抽抽放技術(shù)術(shù)的同時時，大力力推廣地地面鉆井井技術(shù)開開采煤層層氣。澳大利亞亞的煤層層氣資源源主要分分布在悉悉尼煤田田和鮑恩恩煤田。。在悉尼尼煤田，，一些礦礦井已廣廣泛應(yīng)用用水平鉆鉆孔、斜斜交鉆孔孔和地面面采空區(qū)區(qū)垂直鉆鉆孔抽放放技術(shù)，，阿莫科科澳大利利亞石油油公司采采用航空空磁測和和地震勘勘探，以以確定鉆鉆井的最最佳位置置。英國的一一些高瓦瓦斯煤礦礦井下煤煤層氣抽抽放也有有很長歷歷史，但但煤層氣氣開發(fā)重重點也轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入地面面開發(fā)。。德國主主要采用用井下長長孔抽放放煤層氣氣。波蘭蘭有18座地下煤煤礦擁有有瓦斯抽抽放系統(tǒng)統(tǒng)。在開開采前、、開采中中和開采采后，用用地面鉆鉆井和井井下鉆孔孔相結(jié)合合的方法法回收煤煤層氣。。俄羅斯斯和烏克克蘭十分分重視煤煤層氣資資源的開開發(fā)。20世紀(jì)80年代末，，我國開開始引進進美國煤煤層氣開開發(fā)技術(shù)術(shù)，開始始了煤層層氣開采采的系統(tǒng)統(tǒng)研究與與應(yīng)用。。目前我我國的煤煤炭、石石油、地地礦系統(tǒng)統(tǒng)等在20多個礦區(qū)區(qū)打了80多口煤層層氣勘探探和生產(chǎn)產(chǎn)試驗井井。7．礦區(qū)的的環(huán)境問問題與重重建我國目前前累計工工礦破壞壞土地約約400萬hm2，其中采采煤破壞壞土地的的數(shù)量最最大。我我國目前前礦區(qū)土土地復(fù)墾墾率僅為為12％，每年年因采礦礦破壞的的土地仍仍以3.33萬～4.67萬hm2的速度遞遞增。此此外，礦礦區(qū)產(chǎn)生生的大量量廢氣、、廢水、、廢渣嚴嚴重污染染了礦區(qū)區(qū)的空氣氣和水系系。美國礦區(qū)區(qū)的土地地復(fù)墾率率平均為為80％。德國國礦區(qū)的的土地復(fù)復(fù)墾率在在70％以上。。我國開開始礦區(qū)區(qū)土地復(fù)復(fù)墾與生生態(tài)重建建工作僅僅10多年時間間。在土地復(fù)復(fù)墾方面面，主要要集中于于復(fù)墾規(guī)規(guī)劃與設(shè)設(shè)計、工工程復(fù)墾墾技術(shù)和和生物復(fù)復(fù)墾技術(shù)術(shù)的研究究。學(xué)術(shù)術(shù)研究方方面，目目前國內(nèi)內(nèi)外重點點研究的的領(lǐng)域是是：(1)采礦對環(huán)環(huán)境的影影響及其其演變，，含演變變的監(jiān)測測和演變變機理與與規(guī)律。。利用3S等技術(shù)動動態(tài)監(jiān)測測礦區(qū)環(huán)環(huán)境演變變的方法法；揭示示主要環(huán)環(huán)境影響響的時空空變化規(guī)規(guī)律以及及影響程程度的綜綜合評價價；深入入揭示采采礦對環(huán)環(huán)境的影影響機理理，特別別是對景景觀格局局與地表表覆蓋、、耕地生生產(chǎn)力等等方面的的影響機機制。(2)綠色開采采及礦區(qū)區(qū)環(huán)境保保護與可可持續(xù)發(fā)發(fā)展的對對策。主主要探討討在采礦礦的同時時用保護護生態(tài)環(huán)環(huán)境的先先進采礦礦與環(huán)境境恢復(fù)一一體化工工藝、綠綠色開采采技術(shù)，，以及礦礦區(qū)環(huán)境境保護與與可持續(xù)續(xù)發(fā)展的的管理辦辦法和管管理模式式。(3)礦區(qū)土地地復(fù)墾與與生態(tài)重重建的理理論與技技術(shù)。復(fù)復(fù)墾土壤壤重構(gòu)的的原理與與方法、、復(fù)墾土土地景觀觀重構(gòu)與與水土保保持技術(shù)術(shù)、快速速恢復(fù)植植被技術(shù)術(shù)、復(fù)墾墾土地土土壤改良良與植物物群落重重建技術(shù)術(shù)。(4)礦區(qū)大氣氣、水、、土壤等等污染的的防治技技術(shù)。礦礦區(qū)固體體廢棄物物的處理理與利用用、礦區(qū)區(qū)固體廢廢棄物的的堆置技技術(shù)與設(shè)設(shè)計要點點、礦區(qū)區(qū)固體廢廢棄物的的綜合利利用技術(shù)術(shù)、礦區(qū)區(qū)固體廢廢棄物場場的綠化化技術(shù)。。8．煤炭地地下氣化化煤炭地下下氣化就就是將處處于地下下的煤炭炭直接進進行有控控制地燃燃燒，通通過對煤煤的熱作作用及化化學(xué)作用用產(chǎn)生可可燃氣體體的過程程。該過過程集建建井、采采煤、地地面氣化化三大工工藝為一一體，把把煤的開開采和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化相結(jié)結(jié)合，變變物理采采煤為化化學(xué)采煤煤，省去去了龐大大的煤炭炭開采、、運輸、、洗選、、氣化等等工藝和和設(shè)備，，深受世世界各國國的重視視，被譽譽為第二二代采煤煤方法。。煤炭地下下氣化主主要用于于老礦井井遺棄的的煤炭資資源、開開采的安安全性和和經(jīng)濟性性差的薄薄煤層、、深部煤煤層、““三下””壓煤，，以及高高硫、高高灰、高高瓦斯煤煤層等。。目前煤煤炭地下下氣化的的基本方方式有三三種：一一是無井井式，全全部通過過鉆孔建建立地下下氣化爐爐，利用用鉆孔送送入氣化化劑和輸輸出煤氣氣，并在在孔底貫貫通形成成氣化通通道；二二是有井井式，就就是利用用井巷通通道建造造地下氣氣化爐；；三是綜綜合式，，使用鉆鉆孔與井井巷相結(jié)結(jié)合建造造地下氣氣化爐。。這三種種方式各各有優(yōu)缺缺點。蘇聯(lián)、美美國、德德國、日日本等都都在20世紀(jì)中葉葉以前就就進行了了煤炭地地下氣化化試驗與與研究，，我國于于1958年開始先先后在撫撫順、大大同、皖皖南、徐徐州、唐唐山、山山東新汶汶、黑龍龍江依蘭蘭等地進進行了煤煤炭地下下氣化試試驗。研研究煤炭炭地下氣氣化過程程及實現(xiàn)現(xiàn)氣化過過程的穩(wěn)穩(wěn)定仍然然是目前前的主要要方向，，其中重重點研究究三個方方面的內(nèi)內(nèi)容：(1)開展理論論研究，，研究地地下氣化化過程中中溫度場場、濃度度場、流流動場、、氣化空空間擴展展規(guī)律，，并確定定其影響響因素，，建立數(shù)數(shù)學(xué)模型型。(2)研究不同同的氣化化爐結(jié)構(gòu)構(gòu)，適應(yīng)應(yīng)不同的的煤層條條件，研研究實時時工藝控控制方法法，以實實現(xiàn)對氣氣化工作作面的控控制。(3)研究地下下氣化過過程控制制技術(shù)，，對氣化化狀態(tài)參參數(shù)進行行及時測測量、分分析、調(diào)調(diào)解，并并進行反反饋控制制。1.3戰(zhàn)略目標(biāo)與優(yōu)優(yōu)先發(fā)展方向向能源是國民經(jīng)經(jīng)濟的基礎(chǔ)，，煤炭是能源源的主體，尤尤其在我國，，煤炭在一次次能源中的主主導(dǎo)地位短期期內(nèi)不會改變變。煤礦開采是提提供煤炭能源源的根本途徑徑，隨著社會會進步和科技技發(fā)展，對煤煤礦開采的要要求也越來越越高，既要能能夠為經(jīng)濟建建設(shè)提供大量量的煤炭產(chǎn)品品，又要求安安全、高效、、高采出率、、舒適地進行行開采作業(yè)，，因此也就要要求煤礦開采采持續(xù)不斷地地進行基礎(chǔ)理理論研究和科科技創(chuàng)新。雖然煤礦開采采已有數(shù)千年年的歷史，但但是真正大規(guī)規(guī)模開采是從從歐洲的產(chǎn)業(yè)業(yè)革命以后開開始的，真正正建立了現(xiàn)代代煤礦開采的的科學(xué)理論與與技術(shù)是近幾幾十年的事情情?？梢哉f從從20世紀(jì)50年代開始，世世界范圍內(nèi)的的煤礦開采才才進入了大規(guī)規(guī)模的機械化化、半自動化化階段。然而近些年來來，隨著環(huán)保保等要求的日日益提高和資資源問題日益益突出，煤礦礦開采也將向向新的目標(biāo)發(fā)發(fā)展，因此煤煤礦開采科技技發(fā)展的戰(zhàn)略略目標(biāo)是實現(xiàn)現(xiàn)煤炭及伴生生資源的安全全、高效、高高采出率、舒舒適的綠色環(huán)環(huán)保開采，為為國家經(jīng)濟建建設(shè)提供煤炭炭能源及伴生生資源。煤礦開采發(fā)展展面臨的挑戰(zhàn)戰(zhàn)1．煤礦的安全全開采煤礦的安全開開采一直是我我國科研、高高校和煤炭等等部門重點研研究和解決的的重要課題。。近十余年來來，煤礦安全全狀況有了很很大改善，但但仍然是安全全隱患最大的的部門。隨著著采礦工業(yè)的的發(fā)展，也給給礦山帶來新新的突出問題題，特別是煤煤礦安全問題題尤為突出。。煤礦事故的的死亡人數(shù)約約占全國工礦礦企業(yè)死亡人人數(shù)的51％，事故居全全國各行業(yè)的的首位，百萬萬噸死亡率和和死亡人數(shù)都都遠遠高于世世界發(fā)達國家家。近十年來來，我國國有有重點煤礦的的百萬噸死亡亡率一直徘徊徊在1人的水平上，，而美國為0.03人。煤礦的安安全問題涉及及瓦斯、火災(zāi)災(zāi)、煤塵、水水災(zāi)、沖擊地地壓、頂板事事故、機電事事故、安全爆爆破等多個方方面。煤礦重重大和特大安安全事故的不不斷發(fā)生，已已經(jīng)嚴重制約約了煤礦開采采的健康發(fā)展展，對國民經(jīng)經(jīng)濟和社會發(fā)發(fā)展造成了惡惡劣的影響。。2．機械化與自自動化開采煤礦開采的根根本出路在于于機械化和自自動化。我國國煤礦開采技技術(shù)水平參差差不齊，既有有處于世界先先進水平的礦礦井，也有手手工作業(yè)的小小煤窯。但總總體水平上，，我國煤礦開開采的技術(shù)水水平比較落后后。全國國有有重點煤礦的的機械化程度度不足70%，綜合機械化化程度不足50％，而國有重重點煤礦的煤煤炭產(chǎn)量不到到全國總產(chǎn)量量的一半，地地方煤礦的機機械化程度更更低。世界采采煤發(fā)達國家家的綜合機械械化程度達到到80％～100％。我國煤礦礦開采綜合機機械化程度低低帶來了用人人多、安全條條件差、效率率低、經(jīng)濟效效益不好、采采出率低等一一系列問題。。世界上最大大的露天礦年年產(chǎn)量己達5000萬t/a以上，高度集集中化開采與與集約化經(jīng)營營、設(shè)備大型型化、開采工工藝多樣化，，這些都是露露天開采的優(yōu)優(yōu)勢，也是對對我國露天開開采的挑戰(zhàn)。。自動化開采技技術(shù)在我國剛剛剛起步，而而且目前還沒沒有形成具有有我國獨立自自主知識產(chǎn)權(quán)權(quán)的、性能穩(wěn)穩(wěn)定的系列產(chǎn)產(chǎn)品，同時在在煤礦機電產(chǎn)產(chǎn)品、電子產(chǎn)產(chǎn)品、自動控控制系統(tǒng)以及及軟件開發(fā)方方面尚存在許許多不足?，F(xiàn)現(xiàn)代的遙控自自動化開采是是解決煤礦安安全問題、改改善作業(yè)條件件、提高開采采效益的有效效途徑之一。。3．開采的環(huán)境境保護與生態(tài)態(tài)重建據(jù)統(tǒng)計，全國國重點煤礦平平均每開采1萬t煤炭要破壞0.2km2的土地。據(jù)此此推算，全國國各類煤礦礦礦井開采造成成的土地沉陷陷與破壞的面面積十分巨大大。除此以外外，還有大量量的礦井矸石石山、露天礦礦坑、露天廢廢石場等。開開采導(dǎo)致的地地面建筑物與與構(gòu)筑物的破破壞、地表與與地下水流失失、植被破壞壞、土地沙化化、泥石流、、酸雨、井下下有害氣體排排放污染大氣氣、礦霧等環(huán)環(huán)境問題。在在環(huán)保問題日日益突出的今今天，煤礦開開采如何面對對環(huán)境保護與與生態(tài)重建的的壓力，如何何通過自身的的開采技術(shù)改改革以及與相相關(guān)學(xué)科協(xié)作作實現(xiàn)煤礦的的綠色環(huán)保開開采，是本世世紀(jì)所面臨的的重要課題。。4．基礎(chǔ)理論體體系的形成和和完善雖然經(jīng)過長時時間的研究和和實踐，煤礦礦開采的基礎(chǔ)礎(chǔ)理論已經(jīng)形形成了比較完完整的體系，，對開采的一一些基本規(guī)律律認識清楚，，但是隨著科科學(xué)技術(shù)進步步，開采方法法與規(guī)模的變變化，以及國國家、社會對對煤礦開采的的要求日益提提高，煤礦開開采的基礎(chǔ)理理論研究會遇遇到許多新的的問題，如圍圍巖控制理論論、常見災(zāi)害害防治理論、、高效開采理理論、機電一一體化與自動動化開采的理理論、煤與瓦瓦斯和水資源源等的共采理理論等都面臨臨著現(xiàn)代科學(xué)學(xué)技術(shù)條件下下的完善和