【正文】 ， m； fn 一圍巖特性， MPa； R 一通過煤的破壞性表示的煤層強度， mm。區(qū)域突出危險性預(yù)測，簡稱區(qū)域預(yù)測，用于預(yù)測煤層和煤層區(qū)域 （ 包括井田、新水平和新采區(qū) ） 的突出危險性，并在地質(zhì)勘探、新井建設(shè)、新水平和新采區(qū)開拓或準(zhǔn)備時進行。 57f130。 （ 2） 鉆孔瓦斯自噴壓力預(yù)測法 ： 波蘭規(guī)定自噴瓦斯壓力大于 大氣壓（ P） 屬于中等危險，自噴壓力大于 2 個大氣壓 （ P） 屬于很危險。該指標(biāo)目前在法國、比利時、保加利亞、捷克、日本、羅馬尼亞等國家已得到廣泛的應(yīng)用，而在應(yīng)用方法上大同小異，一般規(guī)定 ?P10 不危險， ?P25 時有危險 ； 但在蘇聯(lián)、比利時等國家也有的非危險區(qū) ?P15?P15，危險區(qū)△ P2025，并不能嚴(yán)格劃分界限。煤和巖石內(nèi)部存在大量的裂隙等固有缺陷 ， 煤巖變形及破壞的結(jié)果就是裂隙的產(chǎn)生、擴展、匯合貫通。該技術(shù)的應(yīng)用為采煤工作面的高產(chǎn)高效提供了地質(zhì)保障 ， 即預(yù)先探明采煤工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造 ，以 證采煤的順利進行。隨著測溫技術(shù)的發(fā)展 ， 長期困擾煤炭安全生產(chǎn)的煤與瓦斯突出問題將得到更好的解決。研究人員利用低頻 （ 10~40kHz） 微震技術(shù)監(jiān)測確定最可能發(fā)生突出的地點 ，利用高頻 （ 40~110kHz） 微震技術(shù)確定突出的時間。 1） V30（ V60） 及 Kv 指標(biāo)法 V30（ 或 V60） 是指掘進煤巷炮后 30min（ 或 60min） 內(nèi)的噸煤瓦斯釋放量。 B 瓦斯涌出變化模型 模型的指標(biāo)主要有：偏差和方差。科學(xué)計算可視化自 20 世紀(jì) 80 年代中期誕生以來，在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，對于三維地震理論來說，可視化以易于人們感知的三維地震波場和數(shù)據(jù)關(guān)系的描述，為勘探人員提供反映地層構(gòu)造形態(tài)和屬性特征的三維圖像，是三維地震解釋的重要手段。采用三角模糊數(shù)的綜合評價方法，克服了通 過層次分析法獲得權(quán)重時人為因素影響大的缺陷，很好的解決了模糊信息的處理和計算問題 [11]。另一方面當(dāng)輸入模糊、殘缺或變形的信息時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能通過聯(lián)想恢復(fù)完整的記憶，從而實現(xiàn)不完整輸入信息的正確識別。將權(quán)重集合 A輸入模糊關(guān)系矩陣中 ， 進行綜合評判可以得到模糊決斷集 B， 即 ： B = A R。因此有必要對煤與瓦斯突出危險性定量評價方法進行研究，來對礦井的健康狀況進行精確的評價。雙柳礦煤與瓦斯突出危險性評價采用柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地圖代數(shù)運算方式。 工作面瓦斯?jié)舛冗B續(xù)監(jiān)測結(jié)果構(gòu)成一個時間序列 ， 序列先前狀態(tài)信號特征必然包含后續(xù)狀態(tài)特征信息 ， 序列值之間有著很強的順序依賴性和繼承性 ， 蘊涵了煤體內(nèi)部各因素間的變化及其相互關(guān)系 。 （ 4） 增量 （ Δ ） ?i= Qi ?Qi?1 增量Δ i 的物理含義是 ： ti 時刻的瓦斯?jié)舛群兔后w溫度 Qi 與 ti1 時刻瓦斯?jié)舛群兔后w溫度 Qi1 的差值 ， 它反映不同時刻該值的增加量 （ Δ i0） 或減小量 （ Δ i0） 。由于地質(zhì)構(gòu)造是最主要的制約因素 ， 突出危險性預(yù)測單元劃分為 2 級 ： 一級單元按主要地質(zhì)構(gòu)造標(biāo)志劃分 ； 二級單元按次一級地質(zhì)構(gòu)造標(biāo)志和其他地質(zhì)標(biāo)志劃分。因此可見，通過對現(xiàn)代礦區(qū)及其管理機構(gòu)關(guān)于煤與瓦斯突出數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計，有助于通用型綜合評價模型的構(gòu)建。 （ 3） 警兆指標(biāo)體系組成 根據(jù)對煤與瓦斯突出危險性狀態(tài)影響方式的不同，警兆指標(biāo)可以分為長期警兆指標(biāo)和短期警兆指標(biāo)。 29 多元化預(yù)警思路 防治煤與瓦斯突出是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，采掘過程中任何一個環(huán)節(jié)的不規(guī)范操作都可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。礦井工作面瓦斯涌出動態(tài)特征突出預(yù)警系統(tǒng) （ 以下簡稱 A 系統(tǒng) ） ，以計算機和網(wǎng)絡(luò)連接為運行環(huán)境，在線采集、分析瓦斯監(jiān)控數(shù)據(jù)，對工作面突出危險性進行實時預(yù)測預(yù)報，達到非接觸式、連續(xù)預(yù)測煤與瓦斯突出的目的。 （ 3） 日常預(yù)測指標(biāo)趨勢分析 33 國內(nèi)外的煤與瓦斯突出研究及實踐表明168。每間隔 1min 記錄 1 次量管解吸量，連續(xù)觀測 30min 或解吸量＜2 cm3/min 為止。另一方面，現(xiàn)場和實驗都證明突出危險性較大的煤層具有較大的初始解吸強度，瓦斯解吸和泄出越快，煤中瓦斯膨脹能的釋放越集中，從而容易 形成具有攜帶能力的瓦斯流，造成煤與瓦斯突出。 （ 1） 煤層瓦斯賦存規(guī)律動態(tài)分析 煤層瓦斯賦 存規(guī)律分析主要包括根據(jù)措施前后瓦斯參數(shù)變化情況，進行動態(tài)分析以及等值線智能繪制，煤層底板等高線及煤厚等值線繪制，突出危險區(qū)域的動態(tài)劃分，即實現(xiàn)瓦斯地質(zhì)信息圖的動態(tài)編制，為多元化綜合預(yù)警提供工作面環(huán)境影響因素。地質(zhì)分析主要是對煤層瓦斯地質(zhì)賦存信息的管理和評價，對煤層厚度，瓦斯涌出量進行智能測繪；涌出分析則可將自動遙測的瓦斯?jié)舛扰c其他指標(biāo)進行換算，從而預(yù)測出工作面的突出危險程度及其發(fā)展趨勢；防突管理在管理防突措施 剖面圖等圖件的基礎(chǔ)上，將各種參31 數(shù)和指標(biāo)值繪制成標(biāo)準(zhǔn)曲線，以比對出實際防突措施缺陷；地質(zhì)測量信息則能夠完成井巷工程及地質(zhì)構(gòu)造的繪制與編輯、地質(zhì)鉆孔資料管理、測量導(dǎo)線信息管理、采掘工作面管理、及地測資料的查詢和統(tǒng)計分析。在此基礎(chǔ)上，通過對預(yù)警模型的調(diào)整實現(xiàn)煤與 瓦斯突出危險性的動態(tài)預(yù)警。顯然實現(xiàn)煤與瓦斯突出危險性預(yù)警，單單從警兆指標(biāo)人手是不夠的，警源指標(biāo)也不容忽視。國內(nèi)外開采煤與瓦斯突出煤層的實踐表明：煤與瓦斯突出具有分布不均衡性和分區(qū)分帶的特點；地質(zhì)構(gòu)造及組合、煤層圍巖及邊界條件、煤厚大小及其變化、煤的結(jié)構(gòu)及顯微組成、煤的破壞 類型及性能、煤的埋藏深度等地質(zhì)條件控制著煤與瓦斯突出的分區(qū)分帶。 依據(jù)數(shù)量化理論的建模方法與煤與瓦斯突出危險性預(yù)警的特性 ， 以及煤與瓦斯突出預(yù)警的目標(biāo) ， 可得出應(yīng)用數(shù)量化理論實現(xiàn)煤與瓦斯突出危險性預(yù)警的步驟如下 ： 第 1 步 ： 數(shù)據(jù)管理單元的劃分。 該值反映煤層突出危險狀態(tài)所持續(xù)的時間 。 基于地理信息系統(tǒng) （ globe information system， GIS） 和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤與瓦斯突出預(yù)警是根據(jù)煤與瓦斯突出規(guī)律及突出過程物理特征 ， 結(jié)合實時監(jiān)測的瓦斯?jié)舛群兔后w溫度信息對煤與瓦斯突出危險進行評估和變量監(jiān)測 ， 并對礦井生產(chǎn)的危險程度進行評判和預(yù)警分析 ， 為煤與瓦斯突出預(yù)警提供技術(shù)支持 [14]。第二類圖形數(shù)據(jù)需要用戶依據(jù)煤礦勘探和生產(chǎn) 階段的實測瓦斯參數(shù)和觀測資料分層繪制。 基于 SuperMap 的煤與瓦斯突出危險性綜合評價 地理信息系統(tǒng) （ GIS） 的本質(zhì)和核心是管理和分析空間數(shù)據(jù)。 3） 對輸入的樣本數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，建立基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)煤與瓦斯突出危險 性預(yù)測的數(shù)學(xué)模型。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由大量簡單處理元件相互連接構(gòu)成的高度并行的非線性系統(tǒng)，具有大規(guī)模 并行處理特征。層次分析法 （ AHP） 作為一種評價方法，采用 19 標(biāo)度法，通過對評價對象的兩兩比較，得出判斷矩陣，對定性和定量問題的綜合處理，得出明確的量化結(jié)論，并且通過優(yōu)劣排序體現(xiàn)指標(biāo)間的重要程度。 20 世紀(jì) 90 年代隨著信息的全球化和標(biāo)準(zhǔn)化， GIS 及有關(guān)工具軟件相繼誕生 ， 在許多領(lǐng)域都有了長足的發(fā)展。計算公式如下： yl+1 = αyl + （ 1?α） yl 其中 Y1+t 為 t+1 期預(yù)測值， yt 為 t 期平滑值； α 為平滑系數(shù)，其取值決定了模型的含義。目前 ， 先進的理論方法如計算機模擬、模糊數(shù)學(xué)理論、灰色系統(tǒng)理論、人工神經(jīng)11 網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、分形理論和非線性理論、流變與突變理論等已開始應(yīng)用 ， 并取得了一定的研究成果。然后通過資料分析 ， 進行突出危險性預(yù)測。近年來進行了利用溫度指標(biāo) [5,6]的探測預(yù)報突出的方法研究。前蘇聯(lián)早在 1923年就開始這方面的研究工作。 根據(jù)突出預(yù)測過程及其連續(xù)性，工作面預(yù)測又可以分為靜態(tài)不連續(xù)預(yù)測和動態(tài)連續(xù)預(yù)測兩種預(yù)測方法。 （ 6） 鉆粉量預(yù)測法 ： 這是蘇聯(lián)、西德、日本、比利時、捷克等國家廣泛采用的一種簡單方法。由于 突出危險區(qū)域和非突出危險區(qū)域煤體在煤體結(jié)構(gòu)、煤中瓦斯和煤層賦存條件方面 存在不同，因此，可以利用電磁波在突出危險區(qū)域和非突出危險區(qū)域煤體中衰減 的差異，來預(yù)測突出。 表 綜合指標(biāo) D 和 K 預(yù)測煤層突出危險性臨界值 D K 突出危險性 無突出危險 ≥ 15 無突出危險 ≥ ≥15 突出危險 用綜合指標(biāo) D 和 K 預(yù)測煤與瓦斯突出危險的核心技術(shù)是瓦斯放散初速度指標(biāo) （ ?P） 、煤的堅固性系數(shù) （ f） 和煤層瓦斯壓力 （ p） 的測定。各種指標(biāo)的突出危險臨界值應(yīng)根據(jù)實測資料確定，無實測資料可參考下表 所列。 多因素綜合預(yù)測法 多因素綜合預(yù)測法是在礦井條件已知或可知情況下，應(yīng)用數(shù)學(xué)地質(zhì)理論和方 法來預(yù)測煤與瓦斯突出。法國、波蘭、日本、羅馬尼亞、捷克、澳大利亞等國家都采用此法。 接觸式預(yù)測 我國從 20 世紀(jì) 70 年代末開始對工作面突出危險性預(yù)測進行研究，至 20 世7 紀(jì) 80 年代后期基本形成了以鉆屑量、鉆孔瓦斯涌出初速度和鉆屑瓦斯解析特征等指標(biāo)進行工作面預(yù)測的方法，另外也有利用鉆屑溫度、鉆孔內(nèi)壁溫度和鉆孔涌出瓦斯中 He、 Ar 同位素含量等參數(shù)預(yù)測的方法，但應(yīng)用不太廣泛。聲發(fā)射技術(shù)用于礦井已有幾十年的歷史 ， 其在巖爆監(jiān)測方面已取得一些成果 ， 盡管很多人認為聲發(fā)射突出預(yù)測系統(tǒng)是一種很有發(fā)展前途的預(yù)測方法 ， 各國都投入了大量的人力物力進行了廣泛的研究 ， 但目前其突出預(yù)測的可靠程度與生產(chǎn)實際的需要還有差距 ， 隨著大容量、 高速度計算機系統(tǒng)的引入和聲接收技術(shù)的發(fā)展 ， 用聲發(fā)射技術(shù)進行突出預(yù)測可望獲得突破。氡氣 [4,5]的超強擴散能力和易于被檢測的特點 ， 將成為采掘工作面預(yù)測煤與瓦斯突出最有發(fā)展前景的預(yù)測方法 ， 而 HDC 連續(xù)測氡儀可以實現(xiàn)對其的在線檢測。研究表明 ， 煤和圍巖受力破壞過程中 ， 會發(fā)生破裂和震動。煤與瓦斯突出的發(fā)生是由地應(yīng)力、高壓瓦斯、煤的結(jié)構(gòu)性能、地質(zhì)構(gòu)造、煤厚變化、煤體結(jié)構(gòu)及圍巖特征等諸多因素決定的。 A 指數(shù)平滑預(yù)測模型 a 模型的建立 趨勢類指標(biāo)通過瓦斯?jié)舛仍谝欢〞r期內(nèi)的變化狀況 （ 上升、水平走向、下降 ） ，來反映煤層中影響煤與瓦斯突出的各因素與突出的相互關(guān)系。 ② 瓦斯項綜合指標(biāo) 瓦斯綜合指標(biāo)是煤與瓦斯突出非線性動力前兆信息表現(xiàn)的評價標(biāo)準(zhǔn)，以往的瓦斯評價停留在瓦斯曲線分析，通常通過觀察的方式來實現(xiàn)，即通過瓦斯?jié)舛绕x平均值的程度和偏離幅度值的大小來觀察，瓦斯涌出變化模型中的偏差和方差就是這兩項內(nèi)容的體現(xiàn)，所以以此為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)分析及函數(shù)構(gòu)造建立瓦斯綜合指標(biāo)的評價模型。 （ 4） 模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論綜合運用預(yù)測法 ： 影響瓦斯突出的主要因素是不確定的，突出危險性預(yù)測可視為一個多因素決定的模糊事件。它通過模仿腦神經(jīng)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)以及某些活動機理，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可呈現(xiàn)出人腦的許多特征。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架的確定一般分為以 下幾個步驟 ： 1） 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ； 2） 神經(jīng)元個數(shù)的確定 ； 3） 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層次確定，包括輸入層、隱含層和輸出層節(jié)點數(shù)的確定 ； 4） 網(wǎng)絡(luò)單元的連接 ； 5） 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能量函數(shù)和閉值的確定。通過建立各因素的隸屬函數(shù) ， 可以求出其相應(yīng)的隸屬度 ， 本文中所選取的隸屬函數(shù)是在對各因素分析基礎(chǔ)上的半梯形分布 ，這里的Ⅰ為一般突出危險、Ⅱ為中等突出危險、Ⅲ為嚴(yán)重突出危險。第一類圖形數(shù)據(jù)可從煤礦采掘工程平面圖中獲得。 關(guān)于煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)警已進行了大量的研究工作 。 如果瓦斯?jié)舛群兔后w溫度值穩(wěn)定 ， 瓦斯涌出相對穩(wěn)定 ， 發(fā)生瓦斯突出的可能性較小 ； 如果 Q 值變化大 ， 發(fā)生瓦斯突出的可能性性增大 。而對指導(dǎo)生產(chǎn)的煤與瓦斯突出預(yù)測又只是將其歸結(jié)為“自然災(zāi)害” ， 未能從安全系統(tǒng)理論將“人的因素”與“環(huán)境的因素”考慮 ； 采用回歸分析、因子分析、聚類分析等處理定量數(shù)據(jù)的方法 ， 處理既有定性變量又有定量變量的煤與瓦斯突出影響因素 ， 準(zhǔn)確性不高。 基于時間維度的煤與瓦斯突出預(yù)警指標(biāo)體系的構(gòu)建 基于時間維度的煤與瓦斯突出危險性因素分析 災(zāi)害有其孕育、發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)化的時間與空間維度，從時間維度考察，雖然災(zāi)害信息各種各樣，但其數(shù)據(jù)的成因仍在自然歷史、技術(shù)發(fā)展和實時作業(yè)范疇之內(nèi)。警兆指標(biāo)體系是在警源指標(biāo)體系、警情指標(biāo)體系中尋找對煤與瓦斯突出危險性影響較大的指標(biāo)，所尋找的指標(biāo)走勢和煤與瓦斯突出危險性狀況的變化密切相關(guān)，對煤與瓦斯突出的敏感性較強，而不是對警情 指標(biāo)體系和警源指標(biāo)體系的簡單羅列。因此，考慮預(yù)警指標(biāo)實用性，建立動態(tài)預(yù)警指標(biāo)體系就顯得十分必要。 綜合預(yù)警技術(shù) 綜合預(yù)警技術(shù)的原理 煤與瓦斯突出綜合預(yù)警技術(shù)是以災(zāi)害防治理論為指導(dǎo)，以突出事故發(fā)生規(guī)律為基礎(chǔ)，通過現(xiàn)代計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等的綜合分析，對煤礦作業(yè)中各種危險預(yù)兆進行評價，以確定工作面所處的危險等級及其發(fā)展趨勢，為采掘工作的決策提供準(zhǔn)確、科學(xué)的技術(shù)支持。通過對這兩種情況的分析，可以建立以瓦斯涌出量為基礎(chǔ)的 A 指標(biāo)，以及與瓦斯解吸初始量為基礎(chǔ) 的B 指標(biāo)來反映工作面煤體瓦斯含量、煤體物理力學(xué)性質(zhì)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)與趨勢。在遵循《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的基礎(chǔ)上，對準(zhǔn)確、快速的評判防突措施 有效性預(yù)測方法和指標(biāo)方面進行分析 [19]。 預(yù)測步驟 （ 1）待鉆機在煤壁中鉆進到指定深度前 1m，用風(fēng)壓將鉆孔內(nèi)的鉆屑吹出保證所取鉆屑為指定位置的煤樣，然后接新鉆桿鉆進，當(dāng)新鉆桿鉆進至 0． 4～ 0． 5 m 時迅速將煤樣罐放到鉆孔開口處接鉆屑，并同時用秒表計時