为煤炭事业培养高质量的博士生而努力——指导博士生的一点体会

1984年我开始招收博士研究生,第一名报考的为采矿系在职讲师朱德仁同志。于1987年9月顺利通过答辩,完成全部学位工作。现就指导学位论文工作谈一点自己的看法。 学位论文的选题是学位论文能否完成的关键,从一定意义上讲,它是论文顺利完成或者失败的决定性因素。

直接顶的临界高度与支架工作阻力分析

运用数值计算方法分析了采场不同高度直接顶的变形破坏特征，提出直接顶的“临界高度”（ｈｃｒ）概念，将直接顶按临界高度进行分类，指出当直接顶高度Σｈ ≥ｈｃｒ 时，不能单纯以顶板下沉量来判别顶板是否稳定，而要综合考虑端面顶板的稳定性．在此基础上提出当Σｈ≥ｈｃｒ 时确定支架工作阻力应注意的问题．

大采高液压支架倾倒特征与控制条件

在现场调研实测基础上，分析了大采高液压支架倾倒特征，采用力学方法研究了支架倾倒的控制条件．有关研究方法和结果在实践中得到了成功验证．

采高及复合关键层效应对采场来压步距的影响

运用有限元数值分析方法，详细研究了采高变化及关键层复合效应对关键层破断，即采场来压步距的影响，并建立了相应的采场来压步距估算公式图６，表５。

直接顶循环垮落高度对其第一分层稳定性的影响

建立了冒落矸石与直接顶块体的相互作用力学模型，导出了不同高度的冒矸对不同直接顶块体的作用力公式。

高产高效大采高综采技术的研究与实践

在东庞煤矿大采高综采面高产高效开采技术研究及近十年开采实践基础上，全面论述了支架液压信息采集与液压系统故障检测技术、支架－围岩保障系统及综采装备技术改造方案，并提出了大采高综采技术发展必须解决的装备问题。

高架顶梁俯仰角的监测与控制

高架顶梁俯仰工况 (抬头或低头 )是仰采条件下大采高综采面支架 -围岩系统监控的重点。本文提出大采高支架顶梁俯仰角的监测方法和手段 ,结合现场实际 ,确定出高架顶梁俯仰角的控制措施和范围。

煤矿绿色开采技术

提出了煤矿绿色开采的概念,阐述了它的内涵和技术体系。绿色开采的理论基础为:开采后岩层中的关键层运动形成的节理裂隙与离层规律以及瓦斯与地下水在破断岩层中的渗流规律。绿色开采技术的主要内容包括:保水开采、建筑物下采煤与离层注浆减沉、条带与充填开采、煤与瓦斯共采、煤巷支护与部分矸石的井下处理、煤炭地下气化等。

论科学采矿

针对我国煤炭产业现状与产业特点,提出了科学采矿的理念,全面阐述了科学采矿的内涵以及实现科学采矿对煤炭成本与价格及国民经济的影响.科学采矿是指实现既能最大限度地高效采出煤炭资源而又保证安全和保护环境的开采技术,科学采矿主要包括机械化高效开采、绿色开采、安全开采及提高资源回采率等方面.为了使煤炭开采业健康发展必须实现科学采矿.要实现科学采矿,必然要求实行煤炭完全成本化,即煤炭成本应包括生产成本、安全成本、环境成本、资源成本、发展成本等方面.煤炭完全成本化将对煤炭价格与市场及国民经济产生重大影响.

岩层控制中的关键层理论研究

首次提出了采场上覆岩层活动中的关键层理论，建立了关键层的判别准则，深入研究了在关键层作用下岩层的变形、离层及断裂规律根据关键层的作用特性。

采场支架与围岩耦合作用机理研究

从研究采场支架受力特点出发，将支架与围岩视为有机的整体，深入分析了它们之间的耦合作用，认为老顶断裂后形成的给定变形与支架作用力无关，而与采空区处理方法及采高等有关，支架承受的给定变形压力则与直接顶的整体力学性能有关，并反比于直接顶（含顶煤）厚度∑ｈ．从而在理论上进一步揭示了支架工作阻力与顶板下沉量之间的耦合关系。

再论煤炭的科学开采

科学采矿是指在保证安全的前提下、在环境容量的允许范围内,经济、高效、高采出率地采出煤炭。从人与自然相处的三大学问"获取—使用—回归"出发,再次明确了科学采矿的内涵与框架。综述了科学采矿理念指导下我国煤炭行业所取得的各项进展,分析了新形势下科学采矿面临的若干问题,并再次阐明了发展科学采矿的必要性。在此基础上,提出了全面实现科学采矿的条件,重点应从制定新建矿井准入标准、制定落后产能退出标准、分步实现科学产能以及加强行业协调和政策法规完善等方面做好煤炭科学开采的顶层设计,同时还要加强煤炭资源经济规律研究、加大科技投入和技术攻关以及改革人才培养模式。对煤炭的科学开采和煤炭行业的健康发展提出了方向性的意见。

采场覆岩中关键层上载荷的变化规律

运用有限元方法，分析了关键层上部的载荷及下部的支承压力受软弱层几何特征及力学特性影响的变化规律．结果表明：受采动影响后，关键层上部岩层的作用一段不能视为均布载荷．

资源与环境协调(绿色)开采

分析了研究煤炭资源绿色开采的必要性和意义,对煤炭资源绿色开采的内涵作了进一步的阐述,介绍了绿色开采技术体系框架及其研究进展.从煤炭经济与管理角度,分析了实现绿色开采存在的困难,并提出了相应的政策建议.

采场“砌体梁”结构的关键块分析

在“砌体梁”全结构力学分析基础上，将影响采场工作面安全生产的“砌体梁”关键块体部分简化为三铰拱式结构。此结构的基本失稳形式有两种，即滑落（Ｓ）失稳和回转（Ｒ）变形失稳。块体的回转角、长高比、岩性及负载岩层的高度是影响结构稳定的主要因素。在详细分析这些影响关键块体结构稳定性因素及范围基础上，初步建立起了采场围岩结构的Ｓ－Ｒ稳定理论。用此理论可就开采时上覆岩层对工作面的影响、压力变化及需控岩层范围等问题进行定量分析。文中还给出了“砌体梁”关键块体结构的稳定范围及在各种条件下应采取的相应措施。

采场底板岩层破断规律的理论研究

本文针对采场底板的层状结构特征，建立了分析采场底板突水问题的结构模型。即，将破断前的老底视作板结构，破断后的块状体视作“砌体梁”结构。用板的极限分析理论求出了各种边界条件下底板的破坏极限荷载和形态及最大变形点位置。用Ｓ－Ｒ稳定理论分析了破断后底板块状岩体结构的稳定条件及范围。通过这种对采场底板结构系统性的力学分析。

资源与环境协调(绿色)开采及其技术体系

煤炭资源开采对环境的影响问题,是国际上广泛关注的焦点问题,更是影响中国社会与经济发展战略的重要问题之一.从国家对煤炭工业发展要求出发,阐述了研究煤炭资源绿色开采的必要性和意义,对煤炭资源绿色开采的内涵作了进一步的阐述.在论述煤炭资源绿色开采技术体系框架的同时,对保水开采、煤与瓦斯共采、条带开采与充填开采、井下矸石处理、煤炭地下气化等主要的关键问题与研究现状作了深入的分析,提出了进一步研究与发展的建议.

覆岩采动裂隙分布的“O”形圈特征研究

应用模型实验、图像分析、离散元模拟等方法，对上覆岩层采动裂隙分布特征进行了研究，揭示了长壁工作面覆岩采动裂隙的两阶段发展规律与“Ｏ”形圈分布特征，并将其用于指导卸压瓦斯抽放钻孔布置，在淮北矿区卸压瓦斯抽放中得到应用，取得了显著效果．

再论采场矿山压力理论

本文简述了采场上覆岩层的结构模型及其形成的“给定变形”概念以及原有采场支架受载大小的计算原则、实际测定结果及其存在的问题。另外，根据近年来对直接顶及放顶煤矿山压力显现的研究，本文提出了较为完整的采场矿山压力力学模型，并详细分析了“直接顶（顶煤）—支架—底板”支撑体系的系统刚度及各自刚度变化时对工作面矿山压力显现的影响，给出了支架存在给定变形工作状态的条件，修正了支架受力与采高成正比的传统观念。

煤炭开采与岩层运动

采矿是从地层内获取煤炭资源的过程,是一次对矿区地层的扰动,必然引起岩层运动和地层内应力场与裂隙场的改变,从而影响矿压显现、地下水流失和地表沉陷等安全与环境问题。因此,采动岩层运动及其对安全与环境的影响规律是煤炭开采的基础科学问题,对这些规律的认识将提高煤炭开采的科学性。由于采动岩层运动的复杂性,至今仍然有很多问题没有解决。介绍了采动覆岩运动的块体结构形式、岩层运动对工作面空间维护的影响、岩层运动对覆岩裂隙演化与地下水和地表沉陷等环境问题的影响、岩层运动对采动应力场影响等方面的研究进展与存在的主要问题,明确了岩层运动研究的重点和方向。结果表明:采动岩层运动是一种坚硬岩层破断前的应力集中和破断后形成块体的力学行为,坚硬岩层的破断和块体运动具有突变和不连续性,破断块体互相咬合可能形成"大变形"结构,块体咬合结构的S-R稳定性将对矿压显现、采动裂隙和地表沉陷等产生重要影响。岩层运动是一个"黑箱",目前仅仅在控制原理上得到解释,达到"灰箱"程度。因此,岩层控制在很多场合只能是"宏观"控制。"砌体梁"结构力学模型的建立明确了支护原理和支架工作阻力估算原则。一般情况下,按照4～8倍采高岩柱自重估算支架工作阻力可以满足工程需要,在大采高或薄直接顶、浅部开采、特殊压架条件等情况下支架工作阻力估算应采用上限,个别条件下单纯提高支架阻力仍无法彻底解决压架问题,还需配套实施相关工程措施加以防范。根据覆岩关键层破断块体结构的稳定性,将我国不同表土层条件下的地表沉陷划分为3种类型,提出应根据地表沉陷的不同类型进行预测、控制与选择复垦方法。关键层的赋存与破断特性对采动应力分布影响显著。目前,由于应力集中引起的事故比瓦斯事故更难以预防,为此,深部和构造应力集中区域只能开设试验矿井。