煤炭科学研究总院北京开采研究所 康永华
兖州矿务局兴隆庄煤矿 孔凡铭
阜新矿务局 孙 凯
摘 要 通过对水体下采煤条件下覆岩破坏规律综合研究技术体系的基本原理、研究内容与方法、测试技术与手段以及实施步骤等进行阐述，为正确地研究掌握及预计覆岩破坏规律提供了保证。
关键词 覆岩破坏 技术体系 系统工程
水体下采煤是在地表或煤层上覆岩层中存在水体情况下如何实现安全采煤的技术，其关键因素之一就是要正确掌握和预计覆岩破坏规律及特征。而正确应用覆岩破坏规律的综合研究技术体系则是实现这一目的的最佳选择。
1 基本原理
覆岩破坏规律研究涉及到采矿、地质、岩石力学等多个学科领域，是一项包含多项研究技术和内容的工
作。将那些具有各自的研究目的的诸项研究技术，如覆岩移动、采场矿压显现、地表移动等相关规律的研究以及先进的探测技术等，统一于覆岩破坏规律研究这一目的，就形成了一套综合研究技术体系。系统工程原理是建立这一技术体系的基本理论。系统工程是为了更好地达到系统目标，而对系统的构成要素，组织结构，信息流动和控制机构等进行分析与设计的技术，它是一种组织并管理系统的规划、研究、设计、制造、试验及使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方 3国家自然科学基金资助(编号:59634030)。法。系统工程与其它工程学的不同之点即在于它是跨越许多学科的学科，而且是填补这些学科边界空白的一种边缘学科。从根本意义上讲，系统工程是一种思想方法，而不是一种可以不偏不倚地照此办理就能得到预期结果的技术。它着重于研究被开发系统(又称为目的系统)和环境之间的关系。它最基本的作用和意义就在于运用系统的观点，从整体上有效合理地开发工程的价值。
2 研究内容、方法及测试技术手段
为了达到正确掌握及预计覆岩破坏规律的目的，在覆岩破坏规律综合研究技术体系中，所采用的研究内容、方法及测试技术手段很多，大体上可分为现场测试、室内分析及理论研究等几个方面。
211 研究内容与方法
覆岩破坏规律综合研究技术体系的研究内容主要包括以下几个方面，即
(1)采矿、地质、水文地质条件的分析研究;
(2)覆岩结构、岩性特征的测试分析及其覆岩类型的合理划分;
(3)覆岩破坏、地表移动、采场矿压显
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现、覆岩变形规律及其相互关系的研究;
(4)覆岩破坏范围、破坏特征的预测技术与预计方法、理论。
其研究方法一般为现场观测、室内测试、模拟试验、理论研究及计算机分析等多种方法、多种手段、多种途径相结合，应用系统工程原理，系统、全面地综合研究各有关工作内容，并通过理论分析指导现场观测，运用现场实践检验理论分析结果，促进理论研究水平的提高。它克服了以往在覆岩破坏规律研究方面存在着系统性较差、相关规律的内在关系研究不够、对个人经验依赖性强以及在推广应用过程中仍需施工一定数量的现场测试工程等不足，可较好地利用相关规律的研究技术及已有研究成果，能更好地发挥室内分析与理论研究的指导作用和更好地使用现场观测数据，便于取得最优技术成果，利于成果的推广应用。
212 现场测试技术与手段
根据研究内容不同，现场测试的技术与手段主要如下:
(1)现场测试覆岩破坏规律的方法及手段，主要有钻孔冲洗液法、钻孔声速法、钻孔超声成相法、数字测井法、钻孔无线电波透射法、钻孔电视法、巷探法、井下观测巷钻探法、钻孔水位法及地面电法、地质透射雷达、微震技术等。
(2)现场测试覆岩变形的方法及手段，主要有巷道位移法、巷道压力法、钻孔深基点位移法、孔壁变形法以及钻孔沉降仪法、钻孔倾斜仪法等。
(3)现场测试地表移动及采场矿压显现规律的方法及手段，主要有水准测量、全面观测、顶板下沉观测、支架载荷观测以及GPS方法等。
213 室内试验技术与手段
室内试验技术与手段主要有相似材料模拟试验、岩土样的物理、水理、力学性质测试、电镜分析、偏光分析、差热分析、X-衍射分析以及多媒体测试技术等。
214 理论研究技术与手段
理论研究技术与手段主要有数理统计方
法、数值计算方法等。如预计覆岩破坏高度的经验公式法、预计地表移动规律的概率积分法以及弹塑性有限单元法、边界元法、离散元模拟计算方法等。
3 实施步骤
运用覆岩破坏规律综合研究技术体系解决实际问题的基本出发点就是从全局出发，从整体出发，发挥整个系统的力量和作用。其基本准则是以最少的经济投入取得最优的技术成果和最隹的经济效益。其实施步骤一般如图1所示。
图1 解决实际问题的程序框图
311 环境分析
了解环境、明确问题的性质、划定问题的范围等是解决问题的第一步，而解决问题方案的完善程度也依赖于对整个问题的环境的了解，对环境不了解，将导致解决问题方案的失败。这里所说的环境主要指采矿、地质、水文地质条件及其代表性；企业经营规模、投资能力及其外援条件；施工队伍的技术水平与经济实力；研究技术人员的素质及经验积累程度；已有经验、教训与技术发展
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现状；时间要求及其迫切性；成果的推广应用前景以及社会因素的制约等各种因素。这些因素及其相互关系对系统目标乃至方案的确定都起着一定的制约作用。312 确定目标为了解决问题，要确定出具体的目标，这样才能把系统所应达到的各种要求落到实处。为了确定出合适的目标，就要进行目标分析，其目的，一是论证目标的合理性、可行性和经济性；二是获得分析的结果─—目标集。通常的作法是首先提出总目标，然后再建立目标集。
(1)明确总目标。要解决的问题的总目标不同，所需要的研究工作内容等也不尽相同，例如，为了实现水体下某工作面或某具体煤层的安全开采与为了解决某类或几类地质条件下的矿井或矿区的安全开采问题所需进行的研究相比，后者的工作量将远大于前者。因此，首先必须明确总目标。一般而言，研究覆岩破坏规律的总目标就是通过正确地研究掌握它，以达到对覆岩破坏状况进行正确预计，进而实现水体下安全采煤的目的。
(2)建立目标集。建立目标集，是逐级逐项落实总目标的结果。为此要进行总目标的分解，即将总目标分解为各级分目标，并直到具体、直观为止。在分解过程中，要注意使分解后的各级分目标与总目标保持一致，分目标的集合一定要保证总目标的实现，同时还要注意目标的整体性、可行性和经济性，防止顾此失彼。图2是根据总目标的要求所得到的目标集(或目标树)。313 方案设计
根据所明确的总目标和分目标，集中收集必要的资料和数据，然后对照目标整理资料，出影响目标的诸因素，最后提出达到目标条件的各种方案。所拟定的方案应具备创造性、先进性和多样性的特。创造性是图2 目标集(目标树)
指方案在解决问题上应有创新精神，新颖独到，有别一般，包括设计人员的一切智慧的结晶；先进性是指方案应采纳当前国内外最
新科技成果，符合世界发展趋势，前瞻若干年，当然也要结合国情和实力；多样性是指所提方案应从事物的多个侧面提出解决问题的思路，使用多种方法计算模拟方案，避免落入主观、直觉的误区。
按照上述原则，方案设计时首先应根据总目标和分目标的要求出解决问题的技术关键，然后寻求解决问题的各种技术途径，接着选择相应的研究内容与方法，设计对应的技术路线和工期，最后再进行经费预算。314 综合分析与评价
针对所提出的各种方案，围绕着系统目标，从整体概念出发，分别计算和测定各种方案所能够产生的结果，并从整体上考虑所做各项工作的必要性、技术上的可行性、经济上的合理性、安全上的可靠性、结论的可信性、成果的实用性、经验的可比性、时间上的紧迫性以及推广应用的前景等问题，同时还要避免重复研究和照顾到各项研究内容之间的内在关系及其相互衔接等。经过综合分析研究，列出各种方案的优缺点和优先顺序，最后再通过优化方法选出包含着合理的研究内容、方法和恰当的技术途径、技术路线的最优方案。
对于一些较复杂的条件，上述步骤有时并非一次就可完成。为了完善或修订方案中的问题，有时需要对提出的目标进行再探讨，甚至重新划定问题的范围，其实施步骤
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的程序框图如图1所示。
315 决策与实施
通过优化方法选出的最优方案如能令人满意，则将被确定为执行方案，然后就可以按照设计好的技术路线和工期来完成有关的施工设计并付诸实施了。在方案执行过程中，还需逐步考察其能否达到预期
目标。如果出现难以达到目标的情况时，则要重新修订方案，有时仍不免要对目标或界定问题进行再探讨。然后再执行修改过的新方案，直至取得最后成功，达到预期目标(见图1)。
4 结 论
(1)系统工程原理是建立覆岩破坏规律综合研究技术体系的基本理论。其特点就是运用系统观点，从整体上考虑问题。
(2)研究覆岩破坏规律的最终目的是为实现水体下安全采煤提供可靠依据，其研究内容、方法及其测试技术手段很多，在某一个课题中不可能也没有必要全部都采用，应该合理取舍。其实施步骤一般是根据具体的条件及要求来确定目标，然后进行方案设计，接着进行综合分析、评价，最后选取最优方案予以实施，直至达到预期目标。因此，覆岩破坏规律综合研究技术体系为正确地研究掌握及预计覆岩破坏规律提供了保证。
参 考 文 献
钻孔电视1 汪应洛.系统工程.北京：机械工业出版社,1995
2 康永华等.兴隆庄煤矿综采覆岩破坏规律的分析研究.
煤炭科学技术,1987(8)
3 康永华，耿德庸等.兴隆庄煤矿提高回采上限的试验研究.煤炭学报,1995(5)
4 Y onghua Kang,Ruidian Ru,Xuekuan Wen.Classifica2 tion of overlying rocks for coal mining below water bodies.
Proceedings of The International Symposium on New De2 velopment in Rock Mechanics and Engineering,1994
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作者简介 康永华 1959年7月生，高级工程师, 1982年毕业于阜新矿业学院,1996年获北京科技大学硕士学位。现主要从事“三下”采煤及地球物理勘探等科研工作，主持完成部级等课题多项，获国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步奖多次，发表专著1部，学术论文近20篇。地址：北京和平里，邮码:100013。
(收稿日期:1997208228；责任编辑：曾康生)
会 讯
’97国际煤炭技术交流及设备展览会 由煤炭工业部主办，为期5天的’97国际煤炭技术交流及设备展览
会，于10月10日在北京农展馆开幕。来自十几个国家的140个公司和厂家参加了展览会，会上向与会代表和观众展示了他们的技术和产品。展出内容丰富多样，涉及采矿、矿建、地质、煤炭运输、机械与电子、洁净煤技术等诸多方面，充分展示了过去一段时间世界主要产煤国在煤炭开发和加工利用方面取得的技术成果，同时加强了国际间的技术交流，对提高我国煤炭科技的发展水平将起到一定的积极推动作用。
(淮岗)
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