【正文】 （5）突出前大多數(shù)均有預兆突出雖然是突然發(fā)生的，但在突出前大都有預兆出現(xiàn)，可以出現(xiàn)一種預兆，也可以同時出現(xiàn)幾種預兆。常見的有聲預兆是：煤體中出現(xiàn)劈裂聲、炮聲、悶雷聲；常見的無聲預兆是：煤層層理紊亂、煤變軟變暗、支架來壓、掉碴、煤面外鼓、片幫、瓦斯?jié)舛仍龃?、瓦斯涌出忽大忽小以及打鉆時頂鉆、夾鉆、鉆孔噴孔等。（6）突出大都發(fā)生在地質構造帶易發(fā)生突出的地質構造帶有下列8種類型：向斜軸部地帶；帚狀構造收斂端；煤層扭轉區(qū)；煤層產(chǎn)狀變化區(qū)；煤包及煤層厚度變化帶；煤層分岔處；壓性、壓扭性斷層地帶；巖漿巖侵入帶。二、煤與瓦斯突出機理煤與瓦斯突出機理，是指煤與瓦斯突出發(fā)生的原因、條件及其發(fā)生、發(fā)展過程。關于突出機理，迄今尚未得到根本解決，大部分是根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計資料及實驗室研究提出的各種假說。這些假說只能對某些現(xiàn)象給予解釋，還不能得出統(tǒng)一的完整的突出理論[611]，突出假說歸納起來有下列幾種。1）瓦斯為主導作用的假說這類假說主要包括：①瓦斯包說，②粉煤帶說，③煤透氣性不均勻說，④突出波說，⑤裂縫堵塞說，⑥閉合孔隙瓦斯釋放說，⑦瓦斯膨脹應力說，⑧火山瓦斯說，⑨瓦斯解吸說，⑩瓦斯水化物說，瓦斯——煤固溶體說。2）地壓為主導作用的假說這類假說主要包括：①巖石變形潛能說，②應力集中說，③剪應力說，④振動波動說，⑤沖擊式移近說，⑥頂板位移不均勻說，⑦應力疊加說。3）化學本質說這類假說主要包括：①“爆炸的煤”說，②重煤說，③地球化學說，④硝基化學物說。4）綜合假說這類假說主要包括：①能量說，②應力分布不均勻說，③分層分離說，④破壞區(qū)說。這些假說都是從某一角度看突出，各有一定的局限性和片面性。用地壓為主導作用的假說，不能解釋突出時煤的分選現(xiàn)象及生成大量的粉煤，并在突出時能噴出數(shù)十萬乃至上百萬m3的瓦斯，可以逆風流運行并充滿數(shù)千米長的巷道等現(xiàn)象。同樣，用以瓦斯為主導作用的假說不能解釋煤層的揭開和過煤門時的突出。目前我國大多數(shù)研究者認為，煤與瓦斯突出是地壓、高壓瓦斯和煤體結構性能三個因素綜合作用的結果，是聚集在圍巖和煤體中大量潛能的高速釋放。并且高壓瓦斯在突出的發(fā)展過程中起決定性作用，地壓是激發(fā)突出的因素。有人認為：“地質構造是引起突出的決定因素”，高壓瓦斯是突出的主要動力，煤層破壞是突出的有利條件，采掘活動是突出的誘發(fā)因素。對國內外災出事例的統(tǒng)計分析表明，煤與瓦斯突出在井田中的分布是不均勻的，比較集中的分布在某些地質構造帶，稱之為區(qū)域性分布。（3）突出發(fā)生的條件煤與瓦斯突出是在地應力、包含在煤中的瓦斯及煤結構力學性質綜合作用下產(chǎn)生的動力現(xiàn)象。在突出過程中，地應力、瓦斯壓力是發(fā)動與發(fā)展突出的動力，煤結構及力學性質是阻礙突出發(fā)生的因素。因此，在研究突出發(fā)生條件時，必須首先研究地應力、瓦斯與煤結構條件。具有較高的地應力是發(fā)生煤與瓦斯突出的第一個必要條件。當應力狀態(tài)突然改變時，圍巖或煤層才能釋放足夠的彈性變形潛能，使煤體產(chǎn)生突然破壞而激發(fā)突出?？梢哉J為，發(fā)生突出的充要條件是：煤層和圍巖具有較高的地應力和瓦斯壓力，并且在近工作面地帶煤層的應力狀態(tài)發(fā)生突然變化，從而使得潛能有可能突然釋放。煤與瓦斯突出發(fā)展的另一個充要條件是：有足夠的瓦斯流把碎煤拋出，并且突出孔道要暢通，以便在空洞壁形成較大的地應力梯度和瓦斯壓力梯度，從而使煤的破碎向深部擴展。煤結構和力學性質，與發(fā)生突出的關系很大，因為煤體和煤的強度性質（抵抗破壞的能力）、瓦斯解吸和放散能力、透氣性能等，都對突出的發(fā)動與發(fā)展起著重要作用。一般來說，煤愈硬、裂隙愈小，所需的破壞功愈大，要求的地應力和瓦斯壓力愈高；反之亦然。因此，在地應力和瓦斯壓力為一定值時，軟煤分層易被破壞，突出往往只沿軟煤分層發(fā)展。（4）煤與瓦斯突出的全過程煤與瓦斯突出的全過程，一般可劃分成三個階段，即發(fā)動、發(fā)展和停止階段。在突出的發(fā)動階段，由于外力作用（爆破、鉆進等），使煤體應力狀態(tài)突然改變，巖石和煤的彈性潛能迅速釋放。這時，可先聽到煤體或巖體中的破裂聲，觀察到煤層發(fā)生壓縮變形，孔隙和裂隙中瓦斯壓力急劇升高（可高達10MPa）。當瓦斯壓力梯度及釋放的巖石和煤的彈性潛能足夠大時，即可破壞煤體，激發(fā)突出。當其釋放的能量不足，或者煤較硬時，煤體只發(fā)生局部破壞，而不能破碎到突出的那種粉煤狀態(tài)，突出就暫時不會發(fā)生，但煤體進入不穩(wěn)定平衡（或稱隨遇平衡）狀態(tài)。這時，外部表現(xiàn)為煤面外放、掉煤碴，煤擠出、支架壓力增大、瓦斯忽大忽小、煤中出現(xiàn)劈裂聲及悶雷聲，即通常所說的突出預兆。此時如停止工作，減少外力對煤體的影響，或加固煤體等，則可使得突出危險程度減少或免于突出發(fā)生。相反，如有外力作用（震動與沖擊）的促進，補給部分能量，則破壞煤體的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，即能激發(fā)突出。在突出的發(fā)展階段，依靠釋放的彈性能和游離瓦斯的膨脹能使煤體破碎，并由瓦斯流把碎煤拋出。此時可觀察到煤體的膨脹變形，以及瓦斯壓力的降低，隨著碎煤被拋出，在突出空洞壁始終保持著一個較大的地應力梯度和瓦斯壓力梯度，從而使煤的破碎過程由突出發(fā)動中心向周圍發(fā)展。因此，煤與瓦斯突出得以發(fā)展的充要條件是：有足夠的瓦斯流把碎煤拋出，保持孔道暢通，以便使空洞壁形成足夠大的地應力梯度和瓦斯壓力梯度，使煤的破碎不斷向突出發(fā)動中心周圍擴展。煤體的裂隙及弱面不但是應力集中的地點，也是易造成大的瓦斯壓力梯度的地點。因此，突出最易沿著裂隙及弱面發(fā)展，并把裂隙及弱面兩側的煤體破碎和拋出。由于地應力、瓦斯壓力、煤結構和煤質的不均勻性，以及通道阻力的變化，突出的發(fā)展速度也是不均勻的。煤與瓦斯突出過程，尤其是噴孔過程，均可顯示脈沖式的特征。隨著煤的破碎和拋出，瓦斯壓力降低，吸附瓦斯解吸，而大量解吸瓦斯的膨脹加劇了這一過程，又促使煤進一步破碎。如此反復進行，直到煤被破碎為粉煤并形成粉煤瓦斯流。這種粉煤瓦斯流具有很大的能量，可以把煤拋出數(shù)十以至數(shù)百米，能逆風流運動或沿揭露的巷道運動，以致推翻礦車、鉆機、搬運巖石等，造成一定的動力效應。但是，當出現(xiàn)下列任一情況時，突出即告停止：①激發(fā)突出的能量業(yè)已耗盡；②繼續(xù)放出的能量不足以粉碎煤；③突出孔道受阻礙，不能繼續(xù)在突出空洞壁建立大的地應力梯度和瓦斯壓力等。突出停止后，碎煤及粉煤沉陷，其中的瓦斯繼續(xù)解吸并涌向巷道。同時，由于煤的噴出，在煤體中形成某種特殊形狀的空洞。空洞壁與洞口間的瓦斯壓力梯度，雖然不能把煤拋出，但可以使空洞周圍參與突出的煤體繼續(xù)破碎，加劇瓦斯放散，這就是突出以后相當長一段時間內還存在瓦斯大量涌出的原因。突出過程中，～64s，一般只有幾秒。瓦斯壓力延續(xù)時間一般只有2～7s。因此，煤與瓦斯突出的全過程，一般只延續(xù)幾十秒，少數(shù)達1～。突出后，突出空洞周圍的煤體由于受到殘余彈性潛能及瓦斯膨脹能的作用，繼續(xù)破壞并發(fā)生變形，使空洞壓縮、體積變小，甚至堆滿碎煤，直到空洞壁建立了新的應力平衡。 系統(tǒng)非優(yōu)理論系統(tǒng)非優(yōu)理論（System NonOptimum Theory，SNOT）是1985年提出來的系統(tǒng)科學理論，認為一切系統(tǒng)的實際狀態(tài)都是由“優(yōu)”和“非優(yōu)”兩狀態(tài)組合而成的。系統(tǒng)非優(yōu)具有客觀性、特異性和多樣性。“優(yōu)”范疇包括最優(yōu)和優(yōu)，即成功的過程和結果；“非優(yōu)”范疇包括失敗和可以接受的不好過程的結果。系統(tǒng)非優(yōu)理論指出，人類的認識和實踐不僅表現(xiàn)在“優(yōu)”范疇內探索和追求，而且大部分領域內始終在“非優(yōu)”范疇內徘徊，即人類在現(xiàn)實中所面臨的急迫問題，并不總是尋求最優(yōu)模式或實現(xiàn)最優(yōu)化目標，而更多的是面臨如何有效地擺脫大量嚴重非優(yōu)事件的困擾和對系統(tǒng)非優(yōu)因素的控制能力的問題。非優(yōu)概念的意義極為廣泛。從系統(tǒng)的存在角度，意味著不可行、不合理；從系統(tǒng)的行為角度，意味著不理想、不好；從系統(tǒng)的功能角度，意味著失效和不正常；從系統(tǒng)的變化角度，意味著阻礙、干擾和影響。從系統(tǒng)的存在到系統(tǒng)的變化都對應著一系列非優(yōu)問題，從而形成了一定的非優(yōu)范疇。對于各種系統(tǒng)工程問題來說，既有獨立的非優(yōu)范疇，又有共同的非優(yōu)范疇，所謂獨立的非優(yōu)范疇，是由系統(tǒng)的特征所決定的，而共同的非優(yōu)范疇是一種客觀存在。系統(tǒng)非優(yōu)理論認為，系統(tǒng)非優(yōu)分析理論和追求最優(yōu)化模式是對立的統(tǒng)一，是相互聯(lián)系、相互貫通的。前者表現(xiàn)為從非優(yōu)范疇的掙脫，后者表現(xiàn)為在優(yōu)范疇內對最優(yōu)化模式或過程的探索。就兩大研究范疇的依存關系而言，非優(yōu)范疇的形成及非優(yōu)約束的確立是優(yōu)范疇建立的基礎，即只有當人們的研究真正跳出非優(yōu)范疇之后，才有可能在實踐中進入對最優(yōu)化模式或過程的追求。任何一個系統(tǒng)都存在于非優(yōu)范疇之中，由于系統(tǒng)的需要，形成了一些基本確定的系統(tǒng)行為和功能，這些行為和功能都是伴隨著非優(yōu)范疇而確定的?，F(xiàn)實系統(tǒng)的行為給出了系統(tǒng)所具有的非優(yōu)現(xiàn)象。一般來說，這些非優(yōu)現(xiàn)象含于非優(yōu)征兆群之中，但有時卻不是這樣。如果系統(tǒng)在原先基礎上有較大的發(fā)展，并且系統(tǒng)的現(xiàn)實行為遠不同于過去行為，這樣，現(xiàn)實系統(tǒng)的非優(yōu)現(xiàn)象大部分將不含于非優(yōu)征兆群中，但和非優(yōu)征兆群有一定的關聯(lián)。由于系統(tǒng)的復雜性，所以，系統(tǒng)在任何條件下都具有一些不分明屬性。所謂不分明屬性就是系統(tǒng)具有一些未知的東西，系統(tǒng)未知的多少取決于系統(tǒng)的復雜程度。例如，煤與瓦斯突出的機理問題。正是這種不分明的屬性，使得系統(tǒng)具有潛在的非優(yōu)因素。系統(tǒng)非優(yōu)分析研究的關鍵是如何建立系統(tǒng)的非優(yōu)征兆群。首先找出系統(tǒng)過去的非優(yōu)范疇是前提。在過去的不同階段，非優(yōu)范疇的大小可能是不同的，但非優(yōu)范疇并不是非優(yōu)征兆群。所以，在非優(yōu)范疇中，找出那種使系統(tǒng)行為發(fā)生變化的非優(yōu)因素，并且這些非優(yōu)因素具有穩(wěn)定域。這樣，由這些非優(yōu)因素就構成了系統(tǒng)非優(yōu)征兆群。系統(tǒng)在形成非優(yōu)征兆群的過程中，有兩個值得注意的問題，一是過程非優(yōu)，二是結果非優(yōu)。系統(tǒng)非優(yōu)減小的數(shù)量實際上就是系統(tǒng)功能提高的數(shù)量，同時也就說明了系統(tǒng)不分明屬性也在減少，所以，系統(tǒng)不分明屬性的減少則是反映了系統(tǒng)的可控性和可觀察性。從系統(tǒng)自身的特點來看，非優(yōu)現(xiàn)象的最小化是創(chuàng)造系統(tǒng)功能最大化的條件。從系統(tǒng)的環(huán)境來看，不分明屬性的減少決定了系統(tǒng)行為變化的方向性。另外，如果系統(tǒng)非優(yōu)在增加，這種增加的原因有兩方面，一是系統(tǒng)功能減少，二是系統(tǒng)不分明度增加，從而使系統(tǒng)可觀察性和可控性減弱。系統(tǒng)非優(yōu)變化的不確定性現(xiàn)象是對不穩(wěn)定系統(tǒng)來說的，換句話說，如果系統(tǒng)的非優(yōu)變化是確定的，那么這樣的系統(tǒng)是穩(wěn)定系統(tǒng)。系統(tǒng)非優(yōu)理論給瓦斯災害預警提供了理論思想基礎，系統(tǒng)非優(yōu)思想表明，系統(tǒng)是由“優(yōu)”和“非優(yōu)”組成的，由于系統(tǒng)總是會受到外界環(huán)境的影響，總是在不斷的運動之中，也就是說系統(tǒng)會在“優(yōu)”和“非優(yōu)”之間運動，而瓦斯災害預警的功能在于，從系統(tǒng)“非優(yōu)”的角度出發(fā)，在獲得系統(tǒng)“非優(yōu)”的成因、表現(xiàn)形式以及發(fā)展規(guī)律的基礎上，制定反映系統(tǒng)“非優(yōu)”的評價指標體系，然后通過預警管理手段，使系統(tǒng)“非優(yōu)”狀態(tài)回復到“優(yōu)”狀態(tài)，盡量使系統(tǒng)處于“非優(yōu)”狀態(tài)縮短，減少事故發(fā)生概率。 系統(tǒng)控制論系統(tǒng)控制論誕生于20世紀40年代，由美國著名的數(shù)學家諾伯特維納（Norbert wiener）出版的《控制論》一書為代表?？刂普撌亲詣诱{節(jié)、通信工程、計算機和計算機技術以及神經(jīng)生理學和病理學等學科在數(shù)學的聯(lián)系下而形成的一門綜合性學科。它在忽略了機器、生物以至社會的具體構造特征的前提下，研究它們作為控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的共同規(guī)律和控制它們的方法?？刂普摽缭搅藱C器與生命的局限，將自動機器和生物有機體進行類比，研究信息在它們中傳遞、變換、處理的共性問題；跨越了自然科學和社會科學的界限，將自動工廠、學習機和智能機、經(jīng)濟、社會系統(tǒng)等均視為自己的研究對象，探索怎樣使這些復雜的系統(tǒng)按照人們的期望去工作、運轉?？刂普撜J為，控制不論在哪個領域出現(xiàn)，作為一個過程都必須包括三個基本要素：作用者（施控主體）與被作用者（受控客體），以及將作用由施控主體向受控客體傳遞的介質，而這三個部分組成了相對于某種環(huán)境而具有控制功能與行為的控制系統(tǒng)。一般地，控制可被理解為“在獲取、加工和使用信息的基礎上，控制主體使被控客體進行合乎目的的動作的過程”，它具有三個特征：控制是控制主體對被控客體的作用、控制具有明確的目的性和控制是獲取、加工、使用信息的過程?？刂频挠行惺剐枰齻€基本條件：必須能夠為需要控制的可變因素規(guī)定標準、必須能夠得到表示實際結果與標準結果間偏差的信息和必須能夠采取措施糾正實際工作結果與標準之間的偏差。根據(jù)控制活動的重點，控制可分三種類型：（1）預先控制：預先控制是面向未來的控制，是在對于可能出現(xiàn)的偏差有所估計并有所準備的情況下展開的控制。（2）實時控制：實時控制是現(xiàn)場控制，監(jiān)控實際正在進行的操作。（3）反饋控制：反饋控制是通過對已得結果的分析來糾正組織將來的行為，是一種立足于歷史而對未來進行的連續(xù)不斷的控制。在實際的應用中，很少孤立地用某一種類型控制方法的情況，一般控制類型多被有機地結合在一起，互為補充。管理實質上是一個控制過程，是按照計劃所確立的目標來衡量計劃的完成情況，并糾正執(zhí)行計劃過程中所出現(xiàn)的偏差，最終保證計劃目標的實施。預警管理實質上也是一個控制過程，只是預警管理不同于傳統(tǒng)的管理控制。瓦斯災害預警是立足于以防范發(fā)生事故或災害為目標，從逆向角度防范不發(fā)生事故的情況下，使生產(chǎn)始終處于受控狀態(tài)的管理行為。 安全科學理論安全科學（Safety Science）的誕生是現(xiàn)代化生產(chǎn)和現(xiàn)代科技發(fā)展的需要與結果。有史以來，人類就離不開生產(chǎn)和安全這兩大基本需要。然而，人類對安全的認識卻長期落后于對生產(chǎn)的認識。隨著生產(chǎn)力和科學技術的發(fā)展，保障安全的必要性、迫切性和實現(xiàn)安全的可能性都在同步增長。安全科學雖然是20世紀70年代才開始在國內外興起，但發(fā)展很快。它的誕生首先是以它的學科理論刊物出版和世界性學術會議召開為標志的。1973年美國最早出版《安全科學文摘》雜志；1981年德國安全專家?guī)鞝柭栋踩茖W導論》專著出版（德文版）；1990年9月在德國科隆市舉行了第一次世界安全科學大會；1991年1月中國勞動保護科學技術學會創(chuàng)辦了《中國安全科學學報》并向國內外公開發(fā)行；1991年5月，由11個國家17名編委共同編輯、并已出版了14年之久的國際性刊物《職業(yè)事故雜志》，在荷蘭宣布改名為《安全科學》；l992年11月在我國的《學科分類與代碼》中將“安全科學技術”列為一級學科。再就是高等院校三級學位學科、專業(yè)教育的確立；安全工程、衛(wèi)生工程、職業(yè)衛(wèi)生醫(yī)學以及安全系統(tǒng)工程和安全管理工程等工程與技術科學，在國外也都已相當成熟并開始向基礎