【正文】 。 預(yù)測步驟 （ 1）待鉆機(jī)在煤壁中鉆進(jìn)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(jìn)，當(dāng)新鉆桿鉆進(jìn)至 0． 4～ 0． 5 m 時(shí)迅速將煤樣罐放到鉆孔開口處接鉆屑，并同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)，測定 Q（ Q20或 Q30）。然后稱取煤重，將前 20min 解吸量與煤重的比值記作鉆屑瓦斯解吸指標(biāo) Q20，單位 mL/hg； 前 30min 解吸量與煤重的比值記作鉆屑瓦斯解吸指標(biāo) Q30，單位 mL/hg。 （ 2） 鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)（ Q20/Q30） 在鉆孔施工過程中，煤鉆屑自煤壁脫落排至孔口，用專用煤樣罐接取煤鉆屑并同時(shí)計(jì)時(shí)，然后擰好煤樣罐頂蓋，頂蓋有 1 個(gè)穿刺針頭與大氣相連通，等煤鉆屑自煤壁脫落卸壓 2min 后，將煤樣罐頂蓋的穿刺針頭與瓦斯解吸速度測定儀連接并重新計(jì)時(shí)。由此可見有效預(yù)測煤與瓦斯突出，不僅要掌握瓦斯?jié)撃艽笮∵€要了解瓦斯?jié)撃苁且院畏N形式釋放的。沒有足夠瓦斯，就沒有足夠的瓦斯膨脹能，突出就不容易發(fā)生。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(píng)判防突措施 有效性預(yù)測方法和指標(biāo)方面進(jìn)行分析 [19]。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》有關(guān)要求，采用預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施時(shí)，應(yīng)當(dāng)以預(yù)抽區(qū)域的煤層殘余瓦斯壓力或者殘余瓦斯含量為主要指標(biāo)或其他經(jīng)驗(yàn)證有效的指標(biāo)和方法進(jìn)行措施效果檢驗(yàn)。因此，需要在采掘過程中隨時(shí)關(guān)注瓦斯涌出相 關(guān)指標(biāo)。 （ 4） 采掘進(jìn)度過程監(jiān)控 根據(jù)歷年來國內(nèi)外多起突出事故分析結(jié)果表明，在措施執(zhí)行有效、預(yù)測指標(biāo)不超標(biāo)的情況下，由于采掘進(jìn)尺超出了安全保護(hù)屏障范圍，導(dǎo)致了突出事故的發(fā)生，因此，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控采 掘進(jìn)度，嚴(yán)格控制施工進(jìn)尺是非常必要的。突出是不均衡的，突出區(qū)域的面積僅占突出煤層的 10％～ 20％，具有分區(qū)分帶的特點(diǎn)，并總結(jié)出了瓦斯富集區(qū)和構(gòu)造軟煤發(fā)育區(qū)對突出分區(qū)分帶的控制作用，日常預(yù)測指標(biāo)的測定值反映了工作面突出危險(xiǎn)性的大小，日常預(yù)測超標(biāo)點(diǎn)應(yīng)具有區(qū)域分布性。措施鉆孔施工效果主要是根據(jù)實(shí)際鉆孔施工參數(shù)，對措施周邊控制距離、終孔布置是否均勻、是否存在控制盲區(qū)等進(jìn)行自動(dòng)分析，分析結(jié)果作為多元化預(yù)警重要指標(biāo)之 一 ，為用戶提供措施是否有效等決策依據(jù)。此部分功能由煤層瓦斯地質(zhì)動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)完成，彌補(bǔ)了手工編制瓦斯地質(zhì)圖費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、精度差等不足，動(dòng)態(tài)瓦斯地質(zhì)圖反映的永遠(yuǎn)是及時(shí)的、最 新的瓦斯地質(zhì)賦存規(guī)律信息。只有通過這三種信息的綜合驗(yàn)證，才能有效地說明瓦斯涌出特指標(biāo)的可靠性。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。但在較長時(shí)間范圍內(nèi)的瓦斯涌出量始終是受控于煤體的可解吸瓦斯含量的，表明在煤體32 瓦斯可以充分?jǐn)U散、滲流或解吸的時(shí)空內(nèi)，瓦斯涌出量的影響因素是煤體的瓦斯含量。 一般認(rèn)為，工作面瓦斯涌出主要是通過煤體瓦斯 擴(kuò)散、瓦斯?jié)B流以及瓦斯解吸三個(gè)方面綜合產(chǎn)生的。任何一項(xiàng)突出預(yù)測技術(shù)的研究原理，都是通過采用不同的手段測定或預(yù)測工作面前方煤體瓦斯含量、地應(yīng)力、煤體結(jié)構(gòu)三大突出影響因素的發(fā)展?fàn)顟B(tài)或趨勢，并以此對工作面進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測或評(píng)價(jià)。煤與瓦斯突出事故的發(fā)生不是偶然的，從煤與瓦斯突出能量機(jī)理的角度研究，煤與瓦斯突出事故的發(fā)生是煤體內(nèi)部能量不斷積累或增加的必然 結(jié)果。 瓦斯涌出特征預(yù)警 瓦斯涌出特征預(yù)警技術(shù) 原理 在眾多非接觸式預(yù)測手段中，利用瓦斯涌出特征預(yù)測煤與瓦斯突出在軟硬件設(shè)施上的準(zhǔn)備是最充分的，其可以利用現(xiàn)有的礦井瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場瓦斯數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，不需要多余的輔助設(shè)備。綜合預(yù)警系統(tǒng)的要點(diǎn)是在保證各子系統(tǒng)能獨(dú)立完成各項(xiàng)功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)無縫連接，使各種信息集于一體，以便從各個(gè)角度全面分析出不同位置的突出危險(xiǎn)性。 具體組成與功能 煤與瓦斯突出綜合預(yù)警系統(tǒng)主要包括瓦斯地質(zhì)分析系統(tǒng)、瓦斯涌出分析系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)防突管理與分析系統(tǒng)和地質(zhì)測量信息管理系統(tǒng)。 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(jì)算機(jī)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(xiǎn)預(yù)兆進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確定工作面所處的危險(xiǎn)等級(jí)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。數(shù)據(jù)處理流程 下圖 所示。安全信息包括靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息，靜態(tài)信息主要是礦井建礦以來的歷史資料信息；動(dòng)態(tài)信息是隨著采掘生 產(chǎn)以及防突工作的 執(zhí)行所產(chǎn)生的隨時(shí)變化的信息，如鉆孔信息、抽采信息、采掘進(jìn)度以及瓦斯涌出等。 多元化預(yù)警數(shù)據(jù)流程 多元化綜合預(yù)警是對安全信息進(jìn)行采集、整理、分析以及發(fā)布的過程，根據(jù)煤礦企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)相關(guān)資料信息分布在不同的實(shí)體部門，如地測科生產(chǎn)科、防突科、通風(fēng)部門以及調(diào)度室等。首先對煤層區(qū)域瓦斯賦存情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，根據(jù)區(qū)域防突措施效果 (包括保護(hù)層開采情況、區(qū)域抽采效果 )及時(shí)對瓦斯賦存變化情況進(jìn)行分析，在防突工作面采掘過程中，針對區(qū)域驗(yàn)證結(jié)果、預(yù)測 (效檢 )指標(biāo)信息、地質(zhì)構(gòu)造信息、局部防突措施執(zhí)行效果及瓦斯涌出規(guī)律特征指標(biāo)信息，建立多元化綜合預(yù)警指標(biāo)體系，對采掘工作當(dāng)前突出危險(xiǎn) l 生狀態(tài)及發(fā)展趨勢進(jìn)行多級(jí)評(píng)價(jià)，并將預(yù)警結(jié)果通過各種方式進(jìn)行發(fā)布，以便技術(shù)人員采取有針對性的防突措施，防患事故于未然。基于以上原因，本文提出多元化預(yù)警方法，在國家“十一五”科技支撐計(jì)劃的支持下，淮北礦業(yè) (集團(tuán) )有限責(zé)任公司、蘆嶺煤礦與中煤科工集團(tuán)重慶研究院合作實(shí)施了多元化綜合預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，研究蘆嶺煤礦多元化綜合預(yù)警指標(biāo)體系框架及預(yù)警技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程，并搭建軟硬件智能平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了工作面突出危險(xiǎn)的實(shí)時(shí)、智能 預(yù)警，實(shí)現(xiàn)了對防突過程的規(guī)范化、精細(xì)化控制。 多元化預(yù)警 突出預(yù)警技術(shù)的研究，目的是實(shí)現(xiàn)對突出災(zāi)害超前預(yù)警，以便于及時(shí)采取補(bǔ)救措施，是控制事故發(fā)生的有效手段之一。根據(jù)收集到的資料情況或?qū)嶋H需要情況進(jìn)行預(yù)警指標(biāo)的選擇，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)煤與瓦斯突出預(yù)警指標(biāo)體系的構(gòu)建。因此，考慮預(yù)警指標(biāo)實(shí)用性，建立動(dòng)態(tài)預(yù)警指標(biāo)體系就顯得十分必要。對煤與瓦斯突出預(yù)警警兆的選擇，采取對兩種方法綜合考慮的思路。預(yù)警的根本目的是根據(jù)警兆的變動(dòng)研究警情的大小，因此選擇合理的警兆指標(biāo)是關(guān)鍵。根據(jù)對警兆的獲取方式不同，警兆指標(biāo)值有的可以自動(dòng)通過監(jiān)控系統(tǒng)獲取，有的必須通過人工的方式獲取。區(qū)分兩類指標(biāo)的意義在于在指標(biāo)的實(shí)際應(yīng)用中給予這些指標(biāo)不同的權(quán)重，在煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性推理時(shí)給予這些指標(biāo)不同的優(yōu)先級(jí)。外部警源是指影響 煤與瓦斯突出的人類活動(dòng)影響要素，即煤與瓦斯突出的現(xiàn)實(shí)因素。警源指標(biāo)又分為內(nèi)部警源和外部警源。警源是產(chǎn)生警情的根源，煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)警的警源是決定煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性狀況和影響煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性狀況變動(dòng)的那些因素。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(xiǎn)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(xiǎn)性狀況的變化密切相關(guān)，對煤與瓦斯突出的敏感性較強(qiáng)，而不是對警情 指標(biāo)體系和警源指標(biāo)體系的簡單羅列。預(yù)警的核心就是通過分析警兆來預(yù)報(bào)警情。警源的存在為警情的產(chǎn)生提供了“火種”，而由警源到警情的發(fā)展，期間要經(jīng)歷一個(gè)過程，伴隨著這個(gè)過程，必然有各種各樣的警情先兆現(xiàn)象，即警兆。因此，從時(shí)間維度來看，研究警源指標(biāo)、警兆指標(biāo)以及反映警情程度的預(yù)警指標(biāo) (又稱為警情指標(biāo) )，是實(shí)現(xiàn)預(yù)警的前提和基礎(chǔ)。 （ 3） 實(shí)時(shí)影響因素包括落煤、打鉆 、修正工作面煤壁等人為因素激發(fā)突出，往往表現(xiàn)為警兆現(xiàn)象或警兆指標(biāo)值的變化，如鉆孔變形、垮孔頂鉆、夾鉆桿等現(xiàn)象，以及瓦斯涌出初速度增大、瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂〉瓤梢詼y量的指標(biāo)值上。李成武也做了類似的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并且得到了基本一致的結(jié)果 J?；诖?，可利用自然歷史形成的地質(zhì)條件建立煤與瓦斯突出的綜合評(píng)價(jià)模型，使瓦斯突出預(yù)警評(píng)價(jià)研究向科學(xué)化、規(guī)范化發(fā)展。具體分析如下： （ 1） 自然歷史因素決定著煤與瓦斯存在的地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)構(gòu)造。 基于時(shí)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(shí)間維度的煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性因素分析 災(zāi)害有其孕育、發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)化的時(shí)間與空間維度，從時(shí)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(shí)時(shí)作業(yè)范疇之內(nèi)。 第 5 步 ： 數(shù)量化理論的計(jì)算、危險(xiǎn)性分級(jí)。依據(jù)收集到的資料的實(shí)際情況 ， 將影響煤與瓦斯突出的因素作為說明變量 （ 自變量 ） 。一般將煤與瓦斯突出危險(xiǎn) 性程度指標(biāo) （ IND） 作為基準(zhǔn)變量。 第 3 步 ： 基準(zhǔn)變量的選取。突出危險(xiǎn)性預(yù)測單元主要按自然邊界劃分 ， 受地質(zhì)因素制約。根據(jù)工作的需要將研究區(qū)劃分為正方形網(wǎng)格稱為數(shù)據(jù)管理單元。通過對影響煤與瓦斯突出的先 天因素與后天因素進(jìn)行綜合分析 ， 采用既能處理定性數(shù)據(jù)又能處理定量數(shù)據(jù)的數(shù)量化理論 （ Ⅰ ）為建模工具 ， 建立“預(yù)警模型” ， 通過預(yù)測煤與瓦斯突出發(fā)生、發(fā)展的可能性 ，并適時(shí)發(fā)出警報(bào) ， 為安全管理部門提供決策參考 [15]。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。不論是單一指標(biāo)預(yù)測法 ， 還是綜合指標(biāo)預(yù)測法 ， 受地質(zhì)勘探工程量影響較大。 二是煤瓦斯突出預(yù)警的建模方法25 上 ， 如采用回歸分析、因子分析、聚類分析等方法建立預(yù)測模型?？v觀相關(guān)文獻(xiàn) ， 有關(guān)煤與瓦斯突出預(yù)警的研究多是在現(xiàn)有的煤與瓦斯預(yù)測理論及技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的 ， 主要集中在 2 個(gè)方面 ： 一是煤與瓦斯突出預(yù)測的敏感指標(biāo)與臨界值確定方法上 ， 由于地應(yīng)力、煤和瓦斯的物理力學(xué)性質(zhì)等直接反映煤與瓦斯突出因素的參數(shù)在現(xiàn)場難以準(zhǔn)確測定。如果煤體溫度降低值越大 ， 則發(fā)生煤體動(dòng)力現(xiàn)象的可能性越大 ， 瓦斯涌出量也越大 ， 瓦斯?jié)舛仍隽烤痛?， 發(fā)生煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性越大 。 如果方差 S 值小 ， 瓦斯突出危險(xiǎn)性小 。 Ti 值越大 ， 表明超出臨界值的時(shí)間越長 ，發(fā)生突出的危險(xiǎn)性越大 。 當(dāng) Qi 超過 Q 臨界值時(shí)開始計(jì)時(shí) ， 小于該值時(shí)為零 。 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 。 24 （ 1） 瓦斯?jié)舛取⒚后w溫度 （ Q） 。 預(yù)警指標(biāo)模型 通過煤與瓦斯突出預(yù)警指標(biāo)模型與煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的聯(lián)接 ， 實(shí)現(xiàn)預(yù)警數(shù)據(jù)的共享和互聯(lián)互通 ， 完成預(yù)警指標(biāo)的處理和預(yù)警指標(biāo)參數(shù)的輸入 。在煤與瓦斯突出前 ， 由于煤體中瓦斯解吸 ， 普遍出現(xiàn)煤壁變涼、工作面氣溫降低等異常現(xiàn)象 ， 導(dǎo)致煤壁溫度降低 。 （ 2） 煤體溫度 。 根據(jù)對瓦斯突出機(jī)理的認(rèn)識(shí) ， 可以將工作面前方煤體看作一個(gè)灰色系統(tǒng) ， 工作面瓦斯?jié)舛仁沁@一灰色系統(tǒng)的輸出信號(hào) 。 預(yù)警指標(biāo)的提出 （ 1） 瓦斯?jié)舛?。 對于突發(fā)性事件采取科學(xué)的預(yù)警技術(shù)是采取預(yù)防措施的關(guān)鍵 。 關(guān)于煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)警已進(jìn)行了大量的研究工作 。 （ 2） 多指標(biāo) 加權(quán)灰靶決策模型評(píng)價(jià)過程 首先根據(jù)多指標(biāo)決策問題構(gòu)造效果樣本矩陣 x，通過調(diào)查法或者 AHP 法確定每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量 ； 利用線性變換算子對效果樣本矩陣進(jìn)行變換，得到?jīng)Q策矩陣 R； 再由決策矩陣選出最優(yōu)效果向量 r； 最后根據(jù)所求出效果向量的靶心距，按從小到 大的順序排序，即可得到對各方案的最優(yōu)排序 ?；?2 靶決策思路簡潔清晰，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性，近年來得到了廣泛的應(yīng)用 [13]。 （ 2） 評(píng)價(jià)結(jié)果 依據(jù)上 述評(píng)價(jià)方法 的運(yùn)行過程模型，利用 SuperMap 軟件的空間分析分析功能自動(dòng)繪制礦煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià)圖，評(píng)價(jià)值的大小反映了研究單元煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性級(jí)別的大小，其評(píng)價(jià)值越高，反映該研究單元突出幾率越大。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，利用 SuperMap Deskpro 5． 2 軟件，按 50 m 50 m 方格，將研究區(qū)劃分為 20862 個(gè)單元，利用以上得出的隸屬函數(shù)分別求出每個(gè)評(píng)價(jià)因素在各單元的隸屬度。 4） 評(píng)價(jià)步驟。繪制前，需要分類整理實(shí)測點(diǎn) （ 觀測點(diǎn) ） x、y 坐標(biāo)及其實(shí)測 （ 觀測 ） 值，整理結(jié)果按類分別以． mdb 文件單獨(dú)保存。轉(zhuǎn)換前，首先要保證． dwg文件為 AutoCAD2022 或以前版本格式 ； 隨后，將． dwg 文件導(dǎo)入 SuperMap 以數(shù)據(jù)集保存。第一類圖形數(shù)據(jù)可從煤礦采掘工程平面圖中獲得。 3） 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。根據(jù)煤與瓦斯突出影響因素種類的確定及其各要素相對重要性的認(rèn)識(shí)，要素的相對重要性用權(quán)重表示。煤與瓦斯突出影響因素有很多，依據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》和礦實(shí)際情況，瓦斯因素包括 ： 煤層瓦斯壓力 p、瓦斯含量 W； 地質(zhì)因素包括 ： 斷層、陷落柱、煤層厚度等因素。借助 GIS 軟件 SuperMap Deskpro 的空間分析功能對礦煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，為瓦斯突出與防治提供準(zhǔn)確依據(jù) [12]。煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是煤礦安全評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，但由于我國評(píng)價(jià)方法尚不完善，造成定性評(píng)價(jià)方法使用較多，定量評(píng)價(jià)方法使用較 少 。利用 GIS 軟件的空間分析功能對地圖、圖形、屬性數(shù)據(jù)等形式的信息進(jìn)行綜合分析，可迅速地挖掘出滿足應(yīng)用需要的隱含信息。但不論哪種方法都必須遵循以下原則 ， 即主導(dǎo)因子對危險(xiǎn)度的影響最大 ， 故權(quán)重亦最大 ， 其它因子若與主導(dǎo)因子相關(guān)性越大 ，對危險(xiǎn)度