理论研究方面         

（1）矿山岩石力学实验技术及理论

①针对矿山地层灾害专有实验装备缺乏，研制了真三轴流固耦合岩石裂隙扩展试验系统、煤系原生断层采动覆岩运动试验系统、破碎岩石变形-渗流实验系统等系列矿山岩石力学实验装备，为研究矿山地层灾害机理与防治提供了研究手段和实验平台。

 真三轴流固耦合岩石测试系统      煤系原生断层采动覆岩运动系统

②提出煤岩蠕变过程中的微破坏并研究了其两种形成机制，据此可以准确划分蠕变三阶段；首次提出了充填体蠕变宏观硬化，揭示了其物性、力学机制；提出了煤岩长期强度的计算模型，并在岱庄、唐口等煤矿得到成功应用。

    煤岩蠕变三阶段            充填膏体蠕变硬化力学机制

③进行了煤系地层岩石力学性质精细试验，揭示了不同加载路径、不同环境下煤岩力学特性及破坏特征；研究配制了不同用途、憎水性相似材料，可用于矿业工程中多工况相似材料模拟实验。

 煤-岩组合体渐进破坏过程      煤-岩组合体不同区域强度条件

（2）采空区长期稳定及活化失稳理论方面

①构建了长壁采空区空间结构力学模型，研究了采空区空隙场分布演化及残余移动变形规律，揭示了长壁采空区覆岩结构活化失稳机制，建立了失稳判据，为长壁采空区地基稳定性评价和治理提供了理论支撑。

长壁采空区空间结构力学模型         采空区空隙场分布演化

②建立了条采覆岩空间结构模型，构建了煤柱长期状态监测方法及预测理论，首次发现了煤柱横向变形的非连续、阶跃式、突变式特征，解译了煤柱与覆岩联动破坏失稳机理，提出了煤柱性能提升方法。

条采覆岩空间结构模型             煤柱长期状态监测系统

③基于室内相似材料模拟、机械模拟及数值模拟等方法研究了巨厚砾岩下深部开采覆岩运动规律，受采动影响后，砾岩与红层界面产生下沉不同步，逐渐产生较大的离层裂隙带，揭示了地面斑裂的形成机理；建立了巨厚砾岩承载力学模型，煤体上覆岩体重力在端部受弯矩作用下会重新分布，煤体上覆岩体要满足力平衡和力矩平衡，得到地表斑裂产生的判据：

覆岩离层发育

④基于应力场转移的开采沉陷模型。通过对煤矿覆岩体力学性质的理论研究，提出了复合层状覆岩体本构模型，建立了煤矿覆岩体复合层状结构力学特性模型，采用傅氏积分变换，层、柱耦合的半解析方法实现了对覆岩形变演化规律的理论分析和数值计算，得出了岩体内的应力分布、形变演化及相邻岩层间的不协调离层性规律；提出了基于“内外应力场”理论的深部开采覆岩大结构蠕移及地表塌陷控制模型，修正了浅部开采覆岩体及地表移动参量的评价方法。

实验研究方面           

（1）老空区精细勘察与工程地基稳定性评价技术方法

①构建了以采空区调查与测绘为基础、地球物理综合勘探与钻探相结合的采空区精细勘察集成体系，实现了采空区垮落裂缝带空间形态及分布的精细勘察。

采空区精细勘察集成体系                采空区勘察结果

②研制了地表沉陷三维相似模拟实验系统、柔/半柔性加载装置，摸清了建筑荷载下采空区覆岩承载结构演化规律，建立了浅部采空区顶板岩梁结构力学模型，提出了覆岩结构失稳判据。

③基于建筑荷载影响深度与采空覆岩垮落裂缝带高度是否重叠的采空区地基稳定性评价方法，开发了采空区地基稳定性智能评价系统，实现了采空区地基稳定性的定量、智能评价。 

采空区地基稳定性智能评价系统

（2）采空地层加固治理成套技术体系

①提出了基于覆岩承载结构的长壁采空地层加固治理、条采采空地层“四位”一体加固治理、多层采空空隙联动加固治理等技术，有效加固了采空地层，保障了采煤塌陷区建设场地地基的稳定性。 

 覆岩结构加固治理技术          采空区充填注浆+离层注浆

②研发了以水泥熟料、水淬渣为主的新型绿色胶凝材料，获得了化学激发粗粉煤灰活性的最优配比；研制了以煤矸石、建筑垃圾等为骨料的耐压缩、高强度、凝结可控的固废注浆充填材料，实现了采空地层的绿色注浆可控凝结。

胶凝材料微观结构               地层注浆胶结体

③研发了混凝土输送泵与泥浆泵协调的快速注浆系统和复注注浆工艺（注浆能力达45m3/h，效率提高了80%），研制了浆液面控制装置和骨料添加系统等系列装备（骨料添加比例60%，浆液面控制准确率由80%提高到95%），实现了采空地层的安全、高效注浆加固治理。

采空地层高效注浆加固治理系统               浆液面控制装置

工程应用方面          

①岩层塌陷规律与控制技术。我国深部开采条件下采场覆岩运动规律、地表变形特征与浅部相比有明显差异，目前所采用覆岩运动、地表沉陷等理论大都沿用浅部开采理论，而针对深部开采及特殊情况下的覆岩运动、地表沉陷控制等相关研究不足，较为系统的研究了深部开采覆岩及地表运动规律以及条带煤柱长期性能、覆岩体内高压浆体充填及矸石膏体充填等控制技术。对深井采动覆岩体结构形变演化规律及塌陷控制技术进行了深入的研究，并结合现场，已在新汶、济北、淄博等多个矿区推广应用，近年来安全采出建（构）物下压煤2000多万吨。这些研究成果不仅丰富了国内外在多种地质条件下深部开采覆岩运动及其引起的地表特殊变形理论和控制技术，而且对预测与控制深部开采覆岩运动引起的煤矿顶板事故、地表建（构）筑物损害等有重要作用，对矿区工农业可持续协调发展具有重要社会效益，随着相关技术推广应用，将取得更加重大的社会效益，具有广阔的应用前景。

②深井覆岩体内浆体高压充填控制覆岩运动关键技术。根据理论研究、室内试验与现场经验，并经数矿现场调研和实验，确定了不同地质采矿条件下的注浆半径及最优注浆孔位、深度，优化了钻孔结构及施工工艺，改进了注浆材料、注浆工艺及系统。注浆后，开采塌陷减沉率37.7%～81%，地表下沉速度明显降低，下山方向外边缘地表水平变形明显减弱，开采后地面范围出现的斑裂现象明显减弱，地表建筑物控制在III级破坏以下，经济效益与社会效益显著。 

 注浆系统                          离层注浆前后应力分布

③塌陷地工程建设关键技术。建立了科学可行的采煤塌陷地地基稳定性评价体系和方法，开发了采动塌陷建筑地基稳定性评价系统；创新了大地电磁、高密度电法、浅层地震探测集成技术方法，建立了同一地质体地质及地球物理识别模型，形成了采空区形态精细探测集成技术体系，实现了采空区形态的精细探测；提出了基于采空区覆岩承载结构的注浆加固技术，研发了采空区快速注浆系统、工艺及系列装备，实现了采空区快速、高效注浆，为采煤塌陷地建设利用提供了工程技术基础；开发了高层、大跨度建（构）筑物抗变形技术，构建了采煤塌陷地新建建（构）筑物抗变形技术体系，实现了采煤塌陷地大型工程安全建设，已治理济南章丘采空区塌陷地用于工程建设130亩。

 采空区治理工程建设效果

④成功将覆岩离层注浆技术推广到澳大利亚，进一步发展成为无胶结材料覆岩离层注浆技术，并在澳大利亚多个矿井成功应用，获得了专业认可。系统研究了覆岩离层运动特性、注浆材料特性及系统设计和优化，并结合注浆试验得到预测沉陷值，研究结果为注浆工艺及流程合理选择提供了丰富的理论技术和实践经验。

 无胶结材料覆岩离层注浆技术

⑤提出了基于无胶结材料的房柱式老采空区治理新技术及相关配套监测技术体系，定量研究了无胶结材料对房柱式遗留煤柱注浆强化机制，成功主持了昆士兰州政府基础设施发展计划，保证了建在房柱式老采空区的居民区的稳定。

房柱式老采空区无胶结注浆充填技术