理论研究方面           

①创造性地提出“内外应力场”理论，并给出了形成“内外应力场”的岩层组成、结构特征及其力学条件，深入揭示了运动岩层致灾的本质；提出了控制回采工作面大范围岩层运动的基本力学方法-“位态方程”，为实现岩层定量控制设计做出创造性贡献；深入研究采场重大事故致灾机理，提出相关致灾结构力学模型及控制准则，从岩层运动、预测预报、定量控制决策等方面形成了一个完整的理论体系，即国内外领先、具有重大影响的“以上覆岩层运动为中心”的实用矿压理论体系，为我国顶板灾害防治、无煤柱开采及支护安全方面做出了重大贡献。研究成果获2015年度山东省技术发明一等奖、2019年度教育部技术发明二等奖。

岩层定量控制模型

②针对动压影响下深部巷道大变形支护难题，揭示了深部受采动影响复杂高应力巷道破坏演化机理，建立了不同预应力下“锚杆+围岩”复合加固模型，创造性地提出了深部受采动影响巷道锚杆加固围岩“安全潜力”理论；构建了深部让抗相济的“给定-限定”组合式沿空巷旁支护力学模型，并发明了坚硬顶板、强扩容流变围岩等典型条件下的巷旁支护技术及设计方法，实现了巷旁支护结构对不同类型顶板“让-抗”的最佳匹配，确保沿空巷道支护安全，为推动无煤柱开采做出了重要贡献，研究成果获2011年度国家科技进步二等奖。

 锚杆加固围岩“安全潜力”理论     沿空巷旁“柔-强”组合支护模型

基于刚柔耦合的液压支架冲击动力学分析方法

大倾角液压支架理论分析

③针对深井高地应力、超强矿压及强开采扰动等地质力学特点，建立了工作面液压支架-围岩强度耦合模型及刚度耦合模型，从液压支架角度出发，获得了覆岩静载、冲击动载工作下支架静力学强度评价方法以及支架与顶底板耦合冲击动力学响应规律、接触比压分布特性，提出了基于刚柔耦合的冲击敏感结构优化方案及液压支架动态设计方法。针对大倾角煤层顶板运移而导致液压支架及其它工作面设备漂移与倾倒问题，构建了工作面液压支架-围岩稳定性耦合分析模型，给出了液压支架自稳性能分析方法，提出了工作面液压支架倾倒、滑移失稳判据，揭示了弹性地基条件下的工作面架群支护挠度分布规律。理论成果解决了大倾角煤层液压支架防倒防滑和稳定性控制的关键技术难题，为实现大倾角工作面安全支护提供了有力保障，研究成果获2012年度国家科技进步二等奖。

④建立了深部岩体结构形变演化底板突水致灾动力学模型，研究了高应力-强渗流复杂条件下岩体滑剪与裂隙演化的突水尖点突变判据，揭示了不同突水灾变模式的致灾机理，研究成果获2017年度国家科技进步二等奖。

实验研究方面          

①创新研制了恒定刚度伺服控制剪切试验装备，首次实现了快速反馈伺服控制，突破了恒定法向刚度边界控制技术瓶颈，实验方法被国际标准所采用。

②创新研制了大尺度非均布加载试验装备，通过同步伺服控制实现煤（岩）体受采动应力作用力学损伤试验，研究煤（岩）体损伤破坏与采动应力演化相关性，为深部围岩控制提供技术支持。

恒定刚度伺服控制剪切试验系统            采动应力试验系统

③自主研制了锚固体拉拔流变试验系统，在流变试验机加装拉力传感器及相应的连接构件等装置，通过分步加载实现对锚固体长期受力及拉拔特性的测试，得到不同锚固体的受力及破坏形式等，建立锚固体近似流变本构模型，为深部巷道锚固支护机理及设计提供有力技术支持。

锚固体拉拔流变试验系统、试验曲线及本构模型

④自主研制了大型三维深部巷道围岩动载试验系统，由主机框架、液压加载系统、动载冲击系统、相似材料铺设系统、监测控制系统等构成，实现复杂环境应力下深部巷道围岩应力、变形及破坏失稳规律的测试，为深部巷道围岩失稳灾变机理及支护控制研究提供新的实验手段。

自主研发的深部巷道围岩动载试验系统

⑤自主研制了变刚度煤岩动力破坏实验室配有BGYD-600变刚度煤岩动力破坏试验系统，该试验机由内框架加载系统、外框架刚度调节系统、围压系统、伺服油源、控制系统、计算机系统等几部分组成，能够完成在不同试验机刚度条件下岩石的单轴压缩、巴西劈裂、假三轴等力学试验，为深部矿山冲击地压发生机理及防治技术研发等提供重要的试验基础。

自主研发的变刚度煤岩动力试验系统

⑥提出了突水孕育过程的灾变模式，揭示了采动岩体突水通道时空演化规律；创新研制了岩石应力-渗流耦合真三轴试验系统和底板突水相似材料模型试验系统，解决了真三轴、大尺寸、高水压下岩石节理渗流和突水过程模拟的技术难题，填补了深部开采多场耦合试验及突水灾变模拟的技术空白，为深部突水矿井的水害防治提供了强有力的基础支撑。

真三轴流固耦合岩石裂隙扩展系统      采动底板突水模拟实验系统

工程应用方面          

①基于无煤柱开采技术，提出了“让-抗”结合的结构力学模型，研发了锚网索注整体加固主动支护技术、锚杆支护顶板安全潜力设计技术、沿空巷道巷旁支护设计技术等，解决了采用高强度刚性墙体留巷和留设小煤柱“内应力场”掘巷高成本低效率的现行技术，在山东、江苏、安徽、北京等地区80多个煤矿得到了推广应用，深部巷道支护成本降低约60%，返修率降低85%，巷道掘进率降低30%左右。

②基于深部煤层冲击倾向性评价指标体系和深部冲击地压前兆信息特征等理论，研发了深部冲击地压监测预警技术、组合解危技术、钻卸施工-监测预警同步技术，以及监测解危成套技术装备，在新汶、北京、济宁等矿区进行推广应用，为保障煤矿深部的安全开采提供了有力技术支撑，有效避免了冲击地压灾害事故的发生。近三年来，成果为企业新增产值33.69亿元，新增利税19.05亿元，节支总额1.28亿元。

③基于支架受冲击敏感结构优化设计方法和工作面支架-围岩稳定性耦合分析模型，自主研制了动增压式初撑力保证器等装置，发明了大倾角低位放顶煤液压支架，构建了大倾角煤层综采综放工作面支护系统，首次解决了35°～55°大倾角煤层液压支架防倒防滑和稳定性控制的关键技术难题。该成果已实现产业化，在全国30多个矿井的大倾角煤层推广使用，创造直接经济效益29.86亿元，间接经济效益93.33亿元。

图45°大倾角综放工作面成套设备应用现场

④首次提出了基于分区变权理论的煤层底板突水危险性预测评价的脆弱性指数法和配套评价信息系统，提出了构造水力性质判识预报方法和滞后突水预测方法，原创性地研发了含水地质异常体精细探测的矿用本安型钻孔物探无线随钻超前探放水技术及成套装备，揭示了不同突水灾变模式的致灾机理，实现了深部受水威胁的华北型石炭二叠系煤炭资源的（150亿吨）安全高效开采，研究成果获2017年度国家科技进步二等奖。