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采场及相关准备巷道推进产生的促使围岩向已采空间运动的“矿山压力”及其不同形式的“显现”,是煤矿顶板、瓦斯、冲击地压、透水及突水等重大事故和沉陷环境灾害的根源。因此,掌握在不同采动条件(包括采高、工作面长度及开采程序等)下,采动空间周围岩层运动破坏和应力场重新分布的规律,包括受采动影响参与运动和发生不同程度破坏的岩层范围及其应力大小分布的特征,以及在形成和发展过程中与相关事故和环境灾害间的关系,是煤矿重大事故和环境灾害控制的基础,也是当前采矿工程学科理论发展的关键之一。 本文在“实用矿山压力理论”的基础上,本着在理论上更完备、实践上更符合实际、工程预测上更准确和应用上更加切实可行的思路下,提出了“采场结构力学模型”的概念,描述和定义了“模型”的结构组成、各部分的形态结构特征和力学结构特征,以及“模型”随采场推进发展的动态过程。通过在总结分析煤矿顶板、瓦斯、冲击地压、透水及突水等重大事故和沉陷环境灾害发生的原因和实现的条件基础上,揭示了各类重大事故与采场结构模型形成和发展过程间的关系,建立了结构模型的应用体系,奠定了煤矿事故预测和控制的理论基础。同时,本文通过现场应用实践案例的分析,进一步推进和完善了相关事故控制决策模型结构参数确定的理论和现场实测研究方法,并通过“机械模拟实验台”的研制和实验,深化了采场矿山压力显现与上覆岩层运动间的理论,为“井下岩层动态观测研究方法”确定相关结构参数奠定了实验的基础。 本文所取得的研究成果为把煤矿重大事故和沉陷灾害预测和控制从主要依靠统计经验决策推进到科学定量的发展阶段,实现煤矿安全生产决策和实施管理的信息化(在可靠的采动信息基础上决策)、智能化(实现决策理论和信息技术相结合的自动化决策)和可视化(利用三维现实技术形象化输出决策结果)奠定了理论基础,将推动矿山压力实用理论的进一步发展和工程实用。