国外研究动态及发展趋势

国外研究动态及发展趋势

较早的有前苏联M.秦巴列维奇根据莫斯科近郊煤田浅埋深条件提出的台阶下沉假说。该假说指出当煤层埋藏较浅时，上覆岩层可视为均质。随着工作面的推进，顶板将呈斜方六面体沿煤壁斜上方跨落直至地表，支架上所受的载荷应考虑整个上覆岩重的作用。当有坚硬顶板组成的老顶时，秦氏认为老顶断裂在煤壁内，支架载荷按控顶区跨度计算上覆岩全部重量。

80年代初，澳大利亚B.霍勃尔瓦依特博士等对新南威尔士安古斯．坡来斯煤矿浅部长壁开采的一些矿压现象进行了实测。该矿开采李氏古煤层，采高约2.6米，煤层赋存平缓，初期煤层开采深度约72 m，工作面长135 m。实测主要结果如下：

（1）顶板破断与岩层移动特征：顶板为煤、页岩互层，坚固稳定，初次跨落步距10m。随工作面推进，沿工作面和采空区边缘的顶板岩层几乎垂直断裂，岩层破断角为76°～90°。地表最大下沉量为采高的60%，最大下沉量的85%发生于距工作面40m范围内。说明采空区迅速压实，煤壁附近顶板岩层迅速发生整体移动。观测研究认为，顶板破断是从煤层到地表产生“瓶塞”状切落，而不是呈桥拱铰接。

（2）工作面前方顶板移近量：实测工作面前方上平巷顶底板移近量不大，除超前支承压力的最大移近量为20mm外，一般均小于10mm。观测研究认为，这与工作面煤层埋层浅，顶板产生“瓶塞”状破断有关。

（3）工作面支架载荷：工作面使用89架支撑掩护式支架，额定工作阻力为4500kN/架,初撑力为额定工作阻力的80%。支架有动载现象，安全阀经常开启。顶板破断期间支架以很快的速度达到额定工作阻力，但在3～7天内重新减小。

进入九十年代以后，澳大利亚L·Holla等还对新南威尔士浅埋煤层长壁开采的顶板岩层移动进行了观测研究，通过自地表到煤层的多层位钻孔锚固装置实测得出，顶板跨落高度为采高的9倍，顶板岩层在工作面推过后快速移动。英国和美国为控制浅部开采地表塌陷，多采用房柱式开采，主要进行了地表岩层移动和采前地层地震波探测与工程地质评价等研究工作。印度和有些南美国家也因缺乏有关技术而未能采用长壁开采，主要开展了房柱式开采地表沉陷预计和煤柱载荷确定的研究工作。

1995年，我国学者赵宏珠教授级高工对印度浅埋煤层长壁开采矿压规律展开了研究，结果表明：工作面煤顶、直接顶和老顶由下向上离层，沿工作面长度方向，分段断裂和跨落，来压显现为煤壁前方顶底板移近速度增大，地表缓慢下沉并成周期性的产生裂缝，大周期来压步距与地表裂缝间距一致。

综上所述，国外研究总体上认为浅埋煤层顶板破断直接影响到地表，顶板破断角大，地表下沉速度快，来压明显且难以控制，然而，文献中仅对长壁开采的矿压现象进行了描述，没有对浅埋煤层顶板理论进行系统的研究，更没有对上覆土层的破坏机理进行系统细致的研究。

由俄国学者M·M·普罗托吉亚阔诺夫在对大量巷道顶板破坏情况观察的基础上提出来的自然平衡拱假说。由德国人哈克(W.Hack)和吉里策尔(G.Gilitzer)于1928年提出的压力拱假说。由德国的施托克(K.Stoke)于1916年提出的悬臂梁假说，后得到英国的弗里德(I．Friend)、前苏联的格尔曼等的支持。由前苏联库兹涅佐夫于l950～1954年提出铰接岩块假说。由比利时学者A．拉巴斯于20世纪50年代初几乎与铰接岩块假说在同一时期提出的预成裂隙假说，假塑性梁是此假说中的主要组成部分。

国外围岩控制研究

19世纪后期到20世纪初，可以认为是采场矿压理论的萌芽阶段，这一时期开始利用比较简单的力学原理解释实际中出现的一些矿压现象，并提出了一些初步的矿压假说。德国学者V.海克和苏联学者F.许普鲁特提出压力拱理论，此假说人为，在回采工作面空间上方由于岩层自然平衡的结果而形成一个“压力拱”。拱的一个支撑点是在工作面前方煤体内，而另一个支撑点是在采空区内已垮落的矸石上火采空区的充填体上，这样就形成了前拱脚与后拱脚。随着工作面的推进，前后拱脚将向前移动，前后拱脚之间，无论在顶板或底板中都形成了一个减压区，回采工作面的支架只承受压力拱内的岩石重量，此假说说对回采工作面前后的支承压力及回采工作面空间处于减压范围作出了解释，而对于此拱的特性和岩层移动时各层的力学关系并没有作任何分析。

1928年德国学者W.Hack和G.Onitiezr提出了悬臂梁理论，改理论认为顶板岩层是一种连续介质，初次垮落后可看做是一端嵌固在煤壁前方的悬臂梁。当顶板有多层岩层组成时，就形成了组合悬梁。当岩梁悬伸长度较长时，将发生有规律的周期性折断，因而对回采工作面造成了周期性来压，此假说认为

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我国很多中小煤矿还停留在人工开采水平上，生产效率低，安全隐患多，如

瓦斯爆炸、火灾、突水等事故时有发生。许多煤矿在管理上仍以经验管理、人工

管理为主。因此，加快采矿工业技术和管理的现代化任重而道远。刘贤锴[7]提出了

RFID法应用在煤矿井下安全管理中，即，主要是以煤矿计算机管理系统的子系统

——井下管理系统为应用对象。通过建立一个完整、实时和灵活的井下管理系统，

对井下作业工人的作业计划安排、工人进出巷道的权限管理、巷道人员分布、作

业工人资料、安全物资流动等进行管理，实现井下管理信息化和可视化，同时提

高煤矿生产管理和作业安全水平。中国矿业大学的朱红青[8]把安全心理学应用于煤

矿的安全管理中，煤矿重大事故频繁发生，其原因大多是由于人为因素导致的，

而人的不安全行为又受不安全心理的控制。所以，煤矿工人的行为在一定程度上

决定煤矿整个系统的安全。

引起事故的发生因素主要有人的因素、物的因素、环境的因素、管理的因素。

其中管理缺陷是引发事故的一个重要原因。程方明[9]提出安全管理评价的思想，安

全管理评价将管理因素作为整个评价过程的重点进行分析，最后通过实施有效的

管理措施，整改发现的管理问题，来实现系统安全的最终目的。

控制图(control chart)由美国休哈特博士(W.A.Shewhart)在1924年提出的，它是根据概率论数理统计学原理而制作的一种图形，其作用是从动态上反映过程是否处于正常稳定的状态，并且为保证过程在预期的时间内始终处于正常稳定状态而进行统计控制。

中国矿业大学翟成、林伯泉[10]将控制图法应用于煤矿安全风险指标的统计分析，可以对风险指标的发展变化趋势做出科学的判断，评价系统安全状态是否有明显好转或恶化，用以检验安全管理及技术措施是否有效。

近年来，煤矿安全生产管理软件越来越普遍的应用于安全管理中，对安全管理起到了一定的推动作用。

朱明[11]与开滦（集团）公司合作开发“煤矿安全管理信息系统”，并与唐山三

友矿山公司合作“创建绿色矿山”项目，以及“矿山生产管理优化软件系统”的3

推广应用，取得了较好的效果。中国地质大学在20世纪80年代承担并完成的地

矿部“事故管理与分析系统”软件开发项目，90年代原劳动部“安全信息管理系

统”软件开发项目，在国家有关部门得到了应用，取得了一定的社会效益。昆明

理工大学上世纪80年代末至90年代中期，对工矿企业安全管理信息系统进行了

研究和开发，并在云南锡业集团有限公司、攀枝花钢铁集团公司、中条山有色金

属集团有限公司、金川集团有限公司等有色系统得到推广应用。

上世纪末，美国学者用数据库技术建立事故管理信息系统，对各类事故的频

度和趋势进行统计分析，对复杂系统作定性和定量的安全评价，确保整个系统的

稳定可靠，防止事故的发生。美国宾夕法尼亚州R.V.罗曼尼教授

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所研究的评价

危险和安全工伤事故类型分析、工种和工伤源的分析，致伤的身体部位、致伤的

程度、可靠性分析和经济分析等，以便深入分析和确定事故的原因和可能的消除

办法。

日本的熊本博光[13]等提出了用事故实例数据库分析原子能事故的原因，以提

高系统的安全性。

在事故统计方面，中国对安全生产管理信息系统的研究起步较晚，到80年代

后期，在劳动、冶金、煤炭、石油等部门及不少企业相继开发了一些伤亡事故统

计分析软件。例如，原冶金部安全环保研究院开发的工伤事故管理信息系统及安

全评价计算机软件，煤矿安全目标管理应用软件等。对于安全管理水平的提高发

挥了重要作用。

综合以上煤矿安全管理的现状，我国煤矿安全管理还存在很大的不足，主要

表现在以下方面[14-19]：

①传统的安全管理方法是以伤亡事故管理为安全管理的中心，主要着眼于事

故处理，具有相对被动和静态的缺点。许多煤矿企业对未遂事故和轻微伤害事故

不做报告，给安全管理的研究工作带来不便。

②缺乏信息的、指挥的、执行的网络，察无反馈、察而不监，察不落实，法

规多而不行。

③习惯于“亡羊补牢”式的传统管理，缺乏对前级因果及诱发因素的研究和

对策，预防为主流于形式。对于煤矿多发的未遂事故很少进行行业内甚至是地区

内的通报，造成类似事故多次发生而未得到有效的预警。

④只局限于生产环节及短期行为的模糊目标，许多煤矿企业只做那些法规要

求的，而没有整体的，长期的战略打算。

⑤主要依靠安全规章制度，通过安全检查、安全教育、安全考核等手段，基

本是依靠有限的安全管理人员的优先努力去争取实现安全管理的目标。

⑥只重视对伤亡事故信息及部分安全检查信息的收集、处理，但其应用程度有限，具有明显的统计特征。

⑦在人、物、环境诸因素中，人是最积极的因素，可能是事故的诱发者，也

是事故的受害者。事故的发生涉及人的心理，情绪、素质、社会以及其他诸多因

素，未能充分发挥人这个最积极因素的作用就不能搞好煤矿的安全生产管理。