宋振骐与实用矿山压力理论.doc

宋振骐与实用矿山压力理论 2006年9月7日 10510 宋振骐，中国科学院院士，现任山东矿业学院矿山压力研究所所长，东北大学、中国矿业大学兼职教授。国际岩石力学学会（ISRM）中国组成员，国际岩石力学局（IBSM）成员。八届全国政协委员。1935年3月生。1957年8月毕业于北京矿业学院采煤学地下开采专业。30多年来坚持教学、科学研究和生产实践相结合，深入煤矿生产第一线从事采矿工程基础理论“矿山压力及岩层控制”的研究，为建立和发展我国实用矿山压力理论及用于指导现场生产实践，特别是大幅度降低煤矿顶板等重大事故提高开采经济效益做出了重大贡献。近10多年来主持了包括“顶板预测预报和控制”等10多个重大项目的研究，成果先后获煤炭部科学技术进步一等奖、国家科学技术进步二等奖等10多项奖励。由于他在建立和发展学科理论及用于指导生产实践的突出贡献，先后获得山东省优秀教师、山东省科学技术拔尖人才、全国煤炭工业劳动模范、全国高校优秀科技工作者、全国五一劳动奖章获得者、全国中青年有突出贡献专家等诸多荣誉称号。 煤炭是工业的粮食，占我国能源结构的70％。当前我国已探明的煤炭储量达9000亿吨，按每年开采15亿吨计，至少可延续开采400年。我国石油、天然气资源有限，今后也只有靠煤成油、煤成气加以补充。因此，煤炭安全经济开采在我国国民经济中占有特殊的地位。 煤炭地下开采包括开掘巷道和布置回采工作面，是在数百米乃至近千米的地下进行。采动后，促使煤层和岩层（包括顶板和底板）破坏的控制，及对向采动空间运动的矿山压力的控制以及对与矿山压力有关的瓦斯和煤层突出、冲击地压、突水等重大事故的控制，是煤炭安全开采的关键。因此，矿山压力及岩层控制的理论是采矿工程实践的主要理论基础。 煤矿地质条件复杂多变。采煤、掘进工作面都在不断地推进，矿山压力及其显现也都是在不断的变化之中。长时期以来，由于针对这一工程特点的矿山压力控制理论没有能建立起来（包括没有能深入地研究矿山压力及其显现的规律，揭示其与采场上覆岩层运动间的关系，没有找到相应的简易测示方法来解决矿山压力和岩层运动的预测预报问题，为控制决策提供基础等），矿山压力及岩层控制一直停留在依靠经验统计决策的阶段。开采经济效益差，事故得不到根本的控制。为此，建立针对煤矿工程特点，把矿山压力的预测预报、控制设计、控制效果判断紧密结合为一体的实用矿压理论体系，把矿山压力和岩层运动控制推进到科学定量的发展阶段，是采矿工程理论发展的重要任务。宋振骐几十年深入煤矿第一线研究实践，取得了显著成就。 宋振骐的主要科研成就是作为我国实用矿山压力理论学派的带头人，在建立和完善“以岩层运动为中心”的矿压理论，以及在应用该理论指导煤矿安全生产及机械化发展等方面做出了一系列的创造性的贡献。 一、宋振骐在“矿山压力控制”学科 理论上的创造性发展主要包括 1．严格地区分和定义了“矿山压力”以及“矿山压力显现”两个基本概念，强调了矿山压力显现的相对性。从理论上为准确地解释各种矿山压力现象以及利用容易得到的“矿压显现”推断矿山压力分布及上覆岩层运动状况提供了基础。 2．针对煤矿采场不断推进的工程特点，正确指出“矿山压力”及其“显现”在不断发展变化之中，其变化是有规律的，这个规律是由岩层运动决定的。从而提出矿山压力及其控制的理论应以研究上覆岩层运动为中心，把深入揭示矿山压力及其显现与上覆岩层运动间的关系放在核心地位的指导思想。在这一学术思想的指导下，通过现场实测研究、实验室相似材料及计算机模拟研究以及理论分析，比较深入地研究和揭示了矿山压力及其显现与上覆岩层间的关系以及它们随采场推进发展变化的规律。通过广泛实践建立起的“两个应力场”的理论，为在生产现场通过观测支承压力显现发展变化规律，预测预报采场顶板运动（来压），推断支承压力大小分布以及正确建立采场矿压（包括工作面及巷道矿压）控制设计结构力学模型提供了基础。 3．正确指出明显影响矿压及显现的上覆岩层范围是有限的（一般包括“直接顶”及“老顶”两个部分）、可知的（可以通过它们运动时对矿压显现的影响找到）、可变的（通过改变采高、开采程序、顶板处理方法等采动条件使之变化），因而也是可以人为控制的。宋振骐抛弃了根据岩层强度划分该范围顶板属性的传统做法，提出了按岩层在运动过程中的结构力学特征（特别是推进方向上保持传递作用力的特性）及运动对矿山压力显现的影响划定顶板属性的新思想和新观念。并通过揭示其间关系的研究和实践，找到了在生产现场确定该范围厚度及结构参数的办法。从而解决了矿山压力理论发展历史中控制对象无法具体确定的难题。 4．在比较深入地研究来压时刻支架的支护强度与顶板位置状态（可以用任何控顶处顶板下沉量表达）关系的基础上，首先正确提出了支架相对“老顶”“位态”可以在“给定变形”和“限定变形”两种状态下工作的新观点。建立了支架在“限定变形”条件下工作的近似方程“岩梁位态方程”，并提出了在生产现场建立位态方程的具体方法。与此同时在对数以百计的重大顶板事故统计分析及有效控制实践的基础上，提出了顶板控制设计的准则及相应的力学保证条件。这些成果为正确解决采场顶板控制设计问题奠定了基础。 5．在对采场支架井下实际工作状况进行大量实测的基础上，首先提出了采场支架有效支承能力的概念，分析和研究了有关影响因素，提出了相应的计算办法。从而为合理选择采场支护形式、确定支护密度提供了依据。 上述在理论上的系统性和创造性发展，为把采场矿山压力研究从定性推向定量，把我国煤炭生产现场顶板控制从过去主要依靠统计经验决策提高到能够针对具体煤层条件进行定量决策的阶段做出了重要贡献。 二、“实用性”即直接用于指导现场生产实践，是宋振骇所建立的矿山压力理论的重要特色。这方面的创造性贡献包括 1．针对结合具体煤层及开采技术条件的定量目标，形成了比较完整的理论体系。 宋振骐以深入揭示矿山压力及其显现与岩层运动关系为核心，把矿山压力及顶板活动的预测预报，控制设计及控制效果的判断连成一片，形成了比较完整的理论体系。 2．创造了“井下岩层动态观测研究方法”。以解决工程控制实际问题为目标，实现了理论和方法的统一。该方法的创造性贡献包括 （1）在深入研究了矿山压力及其显现与岩层运动间关系的基础上，创造性地利用在回采工作面超前巷道中观测的“顶板动态”的简易方法，实现了确定顶板控制范围及结构参数，预测预报采场矿山压力分布和顶板活动的目标。这方面的研究和实践工作是由宋振骐首创的，国际上还没有见到先例。 （2）成功地研制了“顶板动态仪”等监测“顶板动态”的手段，把巷道顶底板位移测量精度从毫米级提高到忽米（毫米的1／100）的水平。从而首先在我国成功的捕捉到顶板断裂出现的“反弹”及“压力高峰转移”等重要信息，为预报顶板来压及推断支承压力高峰位置提供了依据。 （3）主持并成功地完成了国家攻关项目“顶板动态监测计算机系统”的研制工作（包括监测手段，监测信息的传输和整理分析系统以及计算机预报软件等），并通过了国家鉴定，已在煤矿推广应用。这一研究成果把我国矿山压力及顶板活动预测预报技术，推进到了地面遥测和依靠计算机工作的国际领先水平。 （4）来源于实践并广泛用于指导生产实践，社会效益及经济效益显著。 宋振骐在发展我国矿山压力理论方面提出“针对具体煤层条件科学定量”的目标，相应的研究内容和指导思想，以及融合预测预报，控制设计及控制效果判断为一体的理论体系，都是在深入研究了我国的国情实际和煤矿工程特点的基础上提出来的。为此，他30年来坚持深入到煤矿第一线，亲自参加了50多个工作面的实测研究和控制实践，整理分析了数以百万计的观测数据，分析研究了数百起重大顶板垮塌事故。因此宋振骐的理论有广泛的实践基础。 近10年来宋振骐带领研究所的同志深入到我国事故严重的局矿30多个工作面进行顶板预测预报和控制实践，都取得了成功的控制和减少事故的效果，直接经济效益达3000多万元。近10年来宋振骐应邀讲学和指导生产的活动遍及全国14个省市30多个矿务局。从成立“煤炭部矿山压力情报站单体支柱工作面分站”起，宋振骐就担任了站长。1985年成立中国煤炭工业劳动保护学会，宋振骐被选为常务理事，并担任了顶板防治专业委员会主任的职务。宋振骐还是全国年产千万吨的大局峰峰矿务局的技术顾问。总之宋振骐的矿山压力理论及其对煤矿安全生产的指导作用得到了全国煤炭系统的公认。 近10年来宋振骐围绕着“以岩层运动为中心的矿山压力理论”在国际性学术会议和国内有影响的学术刊物上发表了30多篇重要论文，出版了实用矿山压力控制、煤矿顶板事故防治等专著。受到我国学术界及工程界的广泛重视和欢迎。近些年来宋振骐在国内应邀讲学的单位遍及山东、江苏、河北、河南、黑龙江、吉林、四川、江西、湖南、广东、山西、陕西等十多个省市的煤炭厅（局）、矿务局、学校和研究单位，所到之处都受到热情的欢迎和高度的评价。煤炭部1984年召开的矿压理论评论会议指出，宋振骐的理论“方向对头，自成体系，指导生产效果明显”。广大煤矿工程技术界认为宋振骐的理论“结合我国的国情，符合现场实际”，“是对传统的突破”，“为指导煤矿安全生产提供了有力的理论基础”。近几年来宋振骐等应邀到美国、保加利亚、德国、日本、波兰、瑞典等国家参加国际会议和进行讲学活动，签订合作研究的协议，受到国外同行的重视和欢迎。 宋振骐成功的组建了我国煤炭系统高校第一个专门从事“矿山压力和岩层控制工程”研究和实践的研究所山东矿院矿山压力研究所。并使它成为我国在该领域研究的重要中坚力量，为煤炭安全生产及科学技术发展做出了重要贡献。10多年来宋振骐坚持为煤矿安全生产服务的方向，坚持走发展完善工程理论、研制发展监控手段（包括工程监测、实验装备及控制手段等）和进行工程控制实践紧密结合，科研与教学相结合，出人才出成果并重的发展道路。自立更生，艰苦奋斗，在没有动用学校投资和教育事业经费的情况下把一个1978年成立当时只有3人的研究室，发展壮大成了一个拥有矿山压力、矿压仪表、支护装备、矿压实验研究、计算机应用、工程经济及情报研究等七个研究室，一个技术开发经营部和附设工厂，学科组成基本配套，在国内外有影响的研究所。 目前，矿压所有教授、高级工程师10名，讲师、工程师包括在职研究生为主体的研究人员队伍54人，职工总数接近80人。该研究所在煤炭系统中率先实行教学、科学研究、生产经营一体化的管理体制，实行了包括工资、奖金、福利及事业发展费用基本自筹的发展方针，1990年以来实现创收总额165万元，利润50万元，矿山压力仪表及支护装备总产值超过600万元。 10多年来宋振骐领导研究所逐步完善了“以岩层运动为中心”的矿压理论，用以指导30多个工作面控制实践获得重大经济和社会效益。十多年来矿压所成功地研制了20多种监测仪表，装备了我国近百个矿（我国煤矿常用的矿压测示仪表50％都是矿压所的产品）。矿压所结合我国国情研制的支护装备对保证现场支护有效工作及推进采煤机械化发展起到了重要的作用。宋振骐领导研究所配合主管部门在组织顶板安全科学技术交流，顶板安全控制实践中做了大量的工作，为大幅度降低我国顶板事故做出了贡献。宋振骐领导研究所的同志建成了独具我国特色的矿压实验室。创造性地研制了矿山压力机械模拟实验台、顶板事故模拟实验台等实验装备，为发展矿山压力实验研究做出了贡献。这些成就使山东矿院矿压研究所成为我国煤炭系统受到特别表彰的十个“双文明红旗单位”之一（是科教系统唯一获得该称号的单位）。在1990年12月召开的全国高等学校科技工作大会上，矿压研究所被授予“全国高校科技先进集体”的称号（是煤炭系统唯一获得该称号的单位）。近几年来矿压所先后接待了来自美国、德国、前苏联、英国、波兰、日本、法国等10多个国家从事岩石力学和岩层控制研究的学者专家和代表团的访问。波兰、前苏联的学者称赞宋振骐是“值得中国自豪的专家”，德国威尔克教授称矿压研究所的成果“不仅在中国是先进的，在国际上也是先进的”。世界著名学者和专家埃维林博士在参观矿压所回国后的来信中说“非常高兴地看到了您在岩石力学和岩层控制方面卓有成效的工作。我可以肯定，就像我们研究所（德国埃森采矿研究中心）为德国采矿工业起着重要作用一样，贵所将会为中国采矿工业发展起到重要作用。” 主要论著 1 宋振骐．实用矿山压力控制该书被选为优秀科技图书，收入中国优秀科技图书要览中．中国矿业大学出版社，1988 2 宋振骐．煤矿顶板事故防治．煤炭工业出版社，1991 3 宋振骐．水采煤层合理开采强度的研究．煤炭学报，1965（1） 4 Song Zhenqi. Mamifestation of mine pressure and its relations to overlying strata movements. SECOND CONFER-ENCE ON GROUNDCONTROL LN MINING, 1982 5 Song Zhenqi. Auswirkang des tragenden Drucks vor and nach dem Bruch der Cesteinsbalken----Anwendung bdider Abbaulanung. Application of rock Mechanics to Planning and Design Prior Mining. 1983 6 宋振骐．采场支承压力显现规律与上覆岩层运动的关系．煤炭学报，1984（1） 7 宋振骐．采场周围巷道矿压控制设计问题．国际采矿科学技术讨论会论文集，1985 8 Song Zhenqi. Research and practice of reing the mining procedures in burst----tended seam under high stress. Mining Systems Adjusted to High Rock Pressurs Conditinas, 1985 9 宋振骐．陶庄煤矿水采冲击地压的研究．煤炭学报，1988