煤礦井工開采前，地下巖體由于自重引起的應力（通常稱為“原巖應力”）是處于平衡狀態的，但在開掘巷道或進行回采工作時，破壞了原來的應力平衡狀態，引起巖體內部的應力重新分布，從而會產生各種力學現象，如頂板跨落、下沉、地板鼓起、巷道變形地表沉陷等礦山壓力顯現，會給煤礦井工開采工作造成不同程度的危害。本文對現有的幾種礦壓研究方法進行了分析，以達到對從事礦山壓力研究者的啟示。

1.實驗室及現場試驗方法

1.1 介質力學性試驗

介質力學性試驗主要是選用完整的巖塊作為試件，這種試件一般不包含節理裂隙，因為在一個小試樣中的節理、裂隙是隨機的，不具有代表性，所以各種強度都不是巖石的固有性質，而是一種指標值。為了保證不同的巖石強度所獲得的巖石強度指標具有可比性，國際巖石力學學會對巖石強度試驗所使用的試件的形狀、尺寸、加載速率和濕度等影響因素制定了標準，對不符合標準試件和標準試驗條件所獲得的強度指標值，必須根據國際標準作相應的修正，這種試驗方法主要有單軸抗壓強度試驗、三軸抗壓強度試驗、點荷載強度試驗、抗拉強度試驗、抗剪切強度試驗、破壞后強度試驗等。

1. 2 相似材料模擬試驗

相似模擬實驗是以相似理論為基礎的模型試驗技術，是利用事物或現象間存在的相似和類似等特征來研究自然規律的一種方法，可以人為控制和改變實驗條件，從而可以確定單因素和多因素條件下對所模擬實驗的結果進行分析，從而根據實驗的結果可得出一些特定條件或普遍條件下的一般性規律。它特別適用于那些難以用理論分析的方法獲取結果的研究領域，同時也是一種用干對理論研究結果進行分析和比較的有效手段。相似模擬試驗的成功主要取決于下列條件：①研究問題的本質。有明確的科研思路及試驗目的，能避開次要、隨機的因素對研究對象的影響，突出其主要矛盾；②試驗要以相似理論為根據，尤其是在研究過程中起決定作用的參數，要充分反映在相似準則中，盡可能滿足邊界、起始等單值條件；③要有相應的設備作基礎，包括試驗臺及測試儀器等裝置，設備應大、中、小相結合，重要的工程項目的模擬通常要用設備完善、測試精密的大型試驗臺來完成，而屬于定性、機理方面規律性的探討，則可在設備較為簡單和投資較少的中、小型試驗臺上反復進行；④要有嚴格的科學的工作態度，模型制作工藝規格化，測試記錄認真，減少誤差，使試驗成果具有更高的可信度，即使有某些干擾因素影響產生系統性誤差，也應采取措施消除、減輕以至加以改正。

1. 3 現場應力測量

煤礦井工開采測量的應力主要有原始應力、井巷圍巖應力和支護結構的受力。由于這些應力狀態的復雜性和多變性，要比較準確地測定某一地區的應力，就必須進行充足數量的“點”測量，在此基礎上，才能借助數值分析和數理統計、灰色建模、人工智能等方法，進一步描繪出該地區的全部地區地應力場狀態。依據測量基本原理的不同，可將測量方法分為直接測量法和間接測量法兩大類。其中直接測量法包括扁千斤頂法、剛性包體應力法、水壓致裂法、聲發射法；間接測量法包括全應力解除法、局部應力解除法、松弛應變測量法、孔壁崩落測量法、地球物理探測法等10多種方法。

1.4 現場巖層移動變形的監測

地下開采引起的巖層與地表移動，是從工作面直接頂板開始，并且逐漸向上發展直至地表。因此要了解巖體在開挖后的移動變形規律，實地觀測是最基本的手段，巖層移動變形的監測工作，主要是在工作面周圍及其巷道中和鉆孔中進行，根據不同的觀測目的和觀測條件選擇觀測的地點和方法。主要方法為工作面頂板移動變形監測、覆巖內部移動變形監測、巷道圍巖移動與變形監測、支護結構變形的監測、地表移動變形的監測等。

2.數值分析與仿真模擬方法

將現代工程數值計算方法應用千巖土工程的分析與設計是近幾十年發展起來的，應該說對于形狀規則介質均勻的結構分析，解析法能夠提供較為準確的分析結果。然而，巖體作為一種工程地質介質， 在工程影響的范同內，由于涉及到不同的巖層、軟弱帶及結構面，往往表現為強烈的非均質性，加之實際工程情況又是十分復雜多樣的，傳統的解析法必然遇到難以克服的困難。在這種情況下，通常 有兩種可供選擇的途徑：其一是模擬試驗的方法，其二是數值解法。近年來，隨著電子計算機應用的普及和發展，數值方法獲得了長足的進步，并且已滲透到科學與工程技術研究的各個領域，成為工程人員必不可少的分析工具。在巖石力學領域常用的數值分析方法主要包括有限元法、邊界元法、離散元法等。

2.1 有限單元法

有限單元法實際上是變分法的一種特殊的有效形式。其基本思想是：把連續體離散化為一系列鄰接單元，每個單元內可任意指定各種不同的力學性質，從而可以在一定程度上更好地模擬巖體地實際情況，特殊的“節理”單元可以有效地模擬巖體結構的不連續性。這種方法的成功與否主要取決兩個因素：一是對巖體材料的認識程度，即能否正確確定計算參數的問題；二是能否正確選定計算模型的問題。

2. 2 邊界元方法

邊界元方法是建立干微分方程本身的一種數值計算方法，在處理線彈性問題上具有巨大的優越性。其基本思想是：由于大量的工程問題最終歸結為求解一個或一組微分方程，這類方程只在極少數情況下才可能有精確解，邊界單元法就是首先把問題的微分方程轉化為邊界積分方程。由于實際問題的復雜性，直接由邊界積分方程解析的求解未知函數是非常困難的，所以，通常通過數值方法得到未知函數的近似解。

2. 3 離散元方法

離散元方法適用于研究在準靜力或動力條件下的節理系統或塊體集合的力學問題，能夠分析變形連續和不連續的多個物體的相互作用問題、物體的斷裂問題以及大位移和大轉動問題，能夠處理范圍廣泛的材料結構關系、相互作用準則和任意幾何形狀。它是一種顯式求解的數值方法，該方法與在時域中進行的其他顯式計算相似。由于用顯式法時不需要形成矩陣，因此可以考慮大的位移和非線性，而不用花費額外的計算時間。

2.4 仿真模擬方法虛擬現實仿真技術

虛擬現實仿真技術是一門以系統科學、計算機科學和概率論與數理統計學為基礎，結合各應用領域的技術特點和應用中的需要，逐漸發展起來的邊緣性技術，同時它也是一門實驗性科學，隨著各門學科的發展，虛擬現實仿真也得到日新月異的發展，已成為近年來十分活躍的新興技術，為礦山壓力研究提供了新手段。虛擬現實仿真系統在航空航天、軍事 科學研究、工業生產、交通運輸、環境保護、生態平衡 衛生醫療等領域已經得到成功的應用，并取得顯著的經濟效益。

2.5 虛擬現實仿真技術的優越性

現代虛擬現實仿真是以系統理論、形式化理論、 隨機過程與統計學理論和優化理論為基礎，以計算機為工具，對具有不確定性因素的現實系統或未來系統進行動態實驗研究的理論和方法，在求解巖層控制學復雜系統中，系統仿真具有很好的優越性：①系統仿真技術已成為繼理論分析和實物試驗之后，認識客觀世界規律性的新型手段，它可以將研制過程、運行過程和實施過程放在實驗室中進行，具有良好的可控制、無破壞性、可復現性和經濟性等特點；

②系統仿真在理論上體現了實驗思考的方法論，用它可以探索高技術領域和復雜系統深層次的運動機理和規律性，給出人們直觀邏輯推理不能預見的系統動態特征，具有科學的先驗性；③對于包含多種隨機因素的復雜系統，通常難以用數學模型或解析方法作精確地描述和求解，系統仿真則可根據系統內部的邏輯關系和數學關系，面向系統的實際過程和行為來構造仿真模型，在很少假設或不作假設的前提下建立包括系統主要因素和具體細節的模型框架，并通過仿真實驗運行，得到復雜系統的解，因而被稱為科學技術領域中“最后的方法”④系統仿真建模具有面向過程的特點，仿真模型與所研究系統的運行過程在形式上和邏輯上存在對應性，避免了建立抽象數學模型的困難，顯著簡化了建模過程。

3.結語

由于礦山壓力的影響因素是多種多樣的，顯現規律是復雜的，而且目前所有的礦山壓力研究方法都不夠完善，還沒有一種研究方法可以全面地、系統地研究礦山壓力各方面問題。因此，從礦山壓力的特點出發，綜合采用實驗室研究、現場研究、數值分析研究、計算機仿真模擬研究，井以現場應用修正為輔的綜臺性研究方法，將是未來煤礦井工開采過程礦山壓力研究的主要有效方法。