我國(guó)煤與瓦斯突出防治理論技術(shù)研究進(jìn)展與展望

王恩元，張國(guó)銳，張超林，李忠輝

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 安全工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.煤礦瓦斯與火災(zāi)防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221116)

煤炭在較長(zhǎng)期內(nèi)仍將是我國(guó)的主體能源和基礎(chǔ)能源。近年來，雖然煤炭消費(fèi)量占一次能源消費(fèi)量的比例逐年降低，2020年為56.8%，但在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，煤炭產(chǎn)量和消費(fèi)量依然處于高位，2016年以來我國(guó)煤炭產(chǎn)量和消費(fèi)量仍呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。隨著我國(guó)淺部煤炭資源逐漸枯竭，向深部要資源成為必然趨勢(shì)，煤炭開采深度正以10～25 m/a的速度延伸，現(xiàn)有千米以深礦井47座，最大采深達(dá)到1 500 m，未來5～10 a還將新建30余座千米礦井。與此同時(shí)，隨著開采深度和開采強(qiáng)度的增大，地應(yīng)力、地溫和瓦斯壓力不斷增加，采場(chǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，采動(dòng)影響也越來越大，深部煤炭采掘過程將伴隨著更加復(fù)雜的煤與瓦斯突出災(zāi)害(簡(jiǎn)稱突出)，極易引發(fā)重特大事故，嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)，影響煤炭產(chǎn)能。

為了規(guī)范煤與瓦斯突出防治工作，原國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局先后頒布實(shí)施了《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》(2009年)以及現(xiàn)行的《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》(2019年)，隨著我國(guó)防突技術(shù)的迅猛發(fā)展，煤與瓦斯突出事故得到了有效控制，但是至今仍然難以徹底遏制。統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)近20年(2001—2020年)的突出事故起數(shù)、死亡人數(shù)均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，但突出死亡人數(shù)占煤礦事故總死亡人數(shù)的比例卻呈現(xiàn)波動(dòng)式增長(zhǎng)趨勢(shì)，表明突出事故在煤礦事故中仍處于相對(duì)較高水平。僅在2021年上半年，就發(fā)生了5起煤與瓦斯突出事故，事故的頻發(fā)體現(xiàn)了深部開采煤與瓦斯突出的復(fù)雜性和現(xiàn)行防突理論與技術(shù)的局限性，兼具技術(shù)性與難度性的防突工作在今后的煤炭開采中依然任重而道遠(yuǎn)。如何在落實(shí)2個(gè)“四位一體”綜合防突措施的同時(shí)，進(jìn)一步完善防突理論及技術(shù)以及發(fā)展新興技術(shù)，將直接關(guān)系到我國(guó)實(shí)現(xiàn)“零突出”目標(biāo)的時(shí)間跨度?；诖耍P者梳理了煤與瓦斯突出機(jī)理研究歷程，總結(jié)了煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究現(xiàn)狀，闡述了煤與瓦斯突出防治理論與技術(shù)取得的進(jìn)展，并提出了未來重點(diǎn)發(fā)展方向。

1 煤與瓦斯突出發(fā)生機(jī)理研究現(xiàn)狀

煤與瓦斯突出是一種極其復(fù)雜的煤巖動(dòng)力災(zāi)害，其發(fā)生機(jī)理一直是突出災(zāi)害研究中最主要、最根本的內(nèi)容之一，也是突出災(zāi)害防治的前提和理論基礎(chǔ)。煤與瓦斯突出機(jī)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。前人經(jīng)過大量研究，提出了“綜合作用假說”，認(rèn)為突出是由地應(yīng)力、包含在煤體中的瓦斯及煤體自身物理力學(xué)性質(zhì)等綜合作用的結(jié)果，能較為全面客觀地解釋突出現(xiàn)象，從而被廣大學(xué)者所接受，其代表性理論為前蘇聯(lián)學(xué)者B.B.霍多特提出的煤與瓦斯突出“能量假說”。

我國(guó)從20世紀(jì)60年代起，通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和試驗(yàn)研究對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理進(jìn)行了大量探索，相繼提出了許多新的觀點(diǎn)，為突出的有效防控提供了理論依據(jù)。何學(xué)秋和周世寧通過開展含瓦斯煤三軸力學(xué)性質(zhì)研究，認(rèn)為當(dāng)外部載荷超過煤的屈服載荷時(shí)，煤體會(huì)發(fā)生流變行為，從而提出了煤與瓦斯突出的“流變假說”，并首次基于時(shí)間因素介紹了不同流變階段，其中變形衰減階段和均勻變形階段對(duì)應(yīng)突出準(zhǔn)備階段，而加速變形階段對(duì)應(yīng)突出由激發(fā)到發(fā)展的階段(圖1)，合理地解釋了現(xiàn)場(chǎng)延期突出現(xiàn)象；蔣承林和俞啟香提出“球殼失穩(wěn)假說”，認(rèn)為突出是地應(yīng)力首先破壞煤體，隨后煤體解吸瓦斯使得煤體的裂紋擴(kuò)張，形成球蓋狀煤殼，最后瓦斯再次促使煤殼失穩(wěn)破壞并拋向采掘空間的過程，較好地解釋了突出孔洞的形狀及形成過程；梁冰等提出了突出“固流耦合失穩(wěn)理論”，認(rèn)為突出是含瓦斯煤體在采掘活動(dòng)影響下，局部發(fā)生迅速、突然破壞而生成的現(xiàn)象,該理論建立在煤巖破壞機(jī)理的基礎(chǔ)上，因此可為利用煤體微破裂信息預(yù)報(bào)突出的技術(shù)提供理論依據(jù)；胡千庭等認(rèn)為突出是一個(gè)力學(xué)破壞過程，結(jié)合已發(fā)生的大量突出動(dòng)力現(xiàn)象的特征和規(guī)律，應(yīng)用力學(xué)理論對(duì)突出的力學(xué)作用機(jī)理進(jìn)行了研究，將突出全過程劃分為準(zhǔn)備、發(fā)動(dòng)、發(fā)展和終止4個(gè)階段(圖2)，認(rèn)為初始失穩(wěn)條件、破壞的連續(xù)性進(jìn)行條件和能量條件是突出發(fā)生的3個(gè)必要條件；鄭哲敏通過對(duì)特大型突出釋放能量進(jìn)行研究，從數(shù)量級(jí)和量綱分析的角度，發(fā)現(xiàn)突出的瓦斯內(nèi)能要比煤體彈性能高出1～3個(gè)數(shù)量級(jí)；鮮學(xué)福等利用演繹法探討了突出的激發(fā)與發(fā)生條件，得到了突出的瓦斯臨界壓力判別式。

圖1 煤與瓦斯突出機(jī)理流變假說[9-10]Fig.1 Rheological hypothesis of coal and gas outburst mechanism[9-10]

圖2 煤與瓦斯突出的力學(xué)作用過程描述[13]Fig.2 Phase division of coal and gas outburst based on mechanical action process[13]

物理模擬試驗(yàn)是重現(xiàn)煤與瓦斯突出演化過程、探究突出發(fā)生機(jī)理的重要途徑，受到眾多學(xué)者青睞。2004年，蔡成功等從力學(xué)模型入手，結(jié)合相似理論研發(fā)國(guó)內(nèi)首臺(tái)煤與瓦斯突出三維模擬試驗(yàn)裝置，模擬了不同成型煤體強(qiáng)度、三向應(yīng)力、瓦斯壓力條件下的突出過程，得出了突出強(qiáng)度與上述參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)力與煤的力學(xué)性質(zhì)對(duì)突出強(qiáng)度起關(guān)鍵性作用；許江團(tuán)隊(duì)研制了多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)力災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)(圖3)，研究了突出過程中煤層瓦斯場(chǎng)、溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布特征，分析了巷道內(nèi)突出兩相流的運(yùn)動(dòng)形態(tài)、沖擊力和溫度的演化規(guī)律，并探討了突出能量釋放問題；王恩元團(tuán)隊(duì)發(fā)明了突出模擬及聲電監(jiān)測(cè)一體化試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了突出過程中煤體載荷和瓦斯壓力的連續(xù)采集及電磁輻射、聲發(fā)射和電位信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲得了突出演化過程中煤體的聲電瓦斯信號(hào)時(shí)變響應(yīng)特征，并進(jìn)一步揭示了煤與瓦斯壓出發(fā)動(dòng)的載荷和能量條件(圖4)。

程遠(yuǎn)平團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了真三軸突出試驗(yàn)系統(tǒng)，針對(duì)構(gòu)造煤中瓦斯分布不均現(xiàn)象，基于能量原理對(duì)突出發(fā)生的條件及突出形成機(jī)制進(jìn)行了深入研究；聶百勝等基于中等尺度突出模擬裝置，參照現(xiàn)場(chǎng)工作面條件構(gòu)建頂?shù)装鍘r層分層布置模型及超前應(yīng)力集中分布形式，從能量轉(zhuǎn)化、突出傳播、粒度分布等角度研究了突出演化規(guī)律；文光才等針對(duì)千米深井煤層“高地應(yīng)力、高瓦斯壓力、高地溫”賦存環(huán)境，研發(fā)了可真實(shí)還原突出過程中煤巖失穩(wěn)的深井煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害模擬試驗(yàn)系統(tǒng)；盧義玉等研制了具備復(fù)雜地質(zhì)條件構(gòu)建、氣體連續(xù)供給、自動(dòng)模擬開挖和試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的深部煤巖工程多功能物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)；李術(shù)才和袁亮等研發(fā)了大型真三維煤與瓦斯突出定量物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，巷道掘進(jìn)采用可視化伺服掘進(jìn)和自動(dòng)排渣技術(shù)，考慮了不同構(gòu)造條件、地應(yīng)力、煤巖體強(qiáng)度、瓦斯壓力和施工過程下的突出試驗(yàn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了全過程多物理量信息快速獲取融合及突出多場(chǎng)演化耦合致災(zāi)機(jī)理的研究，如圖5所示。

圖3 多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)力災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)[17-20]Fig.3 Multi-field coupling test system for dynamic disaster in coal mine[17-20]

圖4 突出演化過程中煤體裂紋及多參數(shù)特征變化規(guī)律[21-22]Fig.4 Evolution of coal cracks and multi parameters during coal and gas outburst[21-22]

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法也越來越多地應(yīng)用于煤與瓦斯突出機(jī)理研究。唐春安團(tuán)隊(duì)建立了含瓦斯煤巖突出過程固氣耦合作用的RFPA2D Flow模型，對(duì)石門掘進(jìn)誘發(fā)的含瓦斯煤巖突出進(jìn)行了數(shù)值模擬，揭示了采動(dòng)影響下煤巖介質(zhì)漸進(jìn)破壞誘致突變的非線性本質(zhì)；胡千庭等提出一種FEM-SPH耦合方法，模擬了煤巷在微小擾動(dòng)作用下，極限平衡區(qū)內(nèi)的部分煤體失穩(wěn)破壞并拋出的規(guī)律，研究了突出發(fā)生的臨界條件和能量之間的關(guān)系；薛生等基于FLAC 3D與COMET 3開發(fā)出了模擬煤與瓦斯突出的耦合模型，分析了突出過程中煤層的變形破壞、瓦斯解吸以及瓦斯與水在煤中的流動(dòng)規(guī)律；王凱團(tuán)隊(duì)采用有限體積法(FVM)數(shù)值模擬了瓦斯解吸對(duì)突出沖擊波和瓦斯流動(dòng)傳播特性的影響；盧守青等基于雙重孔隙結(jié)構(gòu)的軟硬組合煤體氣固耦合模型，分析了不同條件下的巷道前方瓦斯壓力、應(yīng)力和塑性破壞的分布規(guī)律，進(jìn)而建立了突出的能量失穩(wěn)判據(jù)(圖6)；何學(xué)秋團(tuán)隊(duì)建立了突出全過程的統(tǒng)一模型，采用拉格朗日積分點(diǎn)有限元法(FEMLIP)模擬了含瓦斯煤的流固耦合規(guī)律；魏建平團(tuán)隊(duì)基于流固耦合模型研究了受載含瓦斯煤體卸壓后的應(yīng)力分布與演化規(guī)律，探討了地應(yīng)力在煤與瓦斯突出過程中的作用機(jī)理。

綜上所述，眾多學(xué)者針對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)等方面開展了大量深入研究，揭示了煤體瓦斯賦存、解吸、擴(kuò)散特性，建立了煤層瓦斯多場(chǎng)多相耦合模型，獲得了煤與瓦斯突出影響因素、發(fā)生規(guī)律及條件等，提出了煤與瓦斯突出的定性假說或半定量化機(jī)理，解釋了煤與瓦斯突出現(xiàn)象，取得了顯著成果。然而，目前仍然缺乏可以解釋所有突出現(xiàn)象和特征的相對(duì)系統(tǒng)完整的理論體系，尤其是針對(duì)深部地質(zhì)構(gòu)造、復(fù)雜多變非均勻地層條件及高應(yīng)力條件下的瓦斯富集與運(yùn)移釋放特性、突出耦合演化過程、低參數(shù)突出發(fā)生失穩(wěn)判據(jù)、滲透性參數(shù)對(duì)突出的影響規(guī)律與機(jī)制、誘突動(dòng)載源及耦合演化機(jī)理等方面的研究還依然較少，今后這些研究的開展將能進(jìn)一步促進(jìn)突出發(fā)生定量化失穩(wěn)判據(jù)的發(fā)展及突出理論體系的完善。

圖5 試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成及煤與瓦斯突出多場(chǎng)耦合致災(zāi)機(jī)理[28-30]Fig.5 Composition of test system and multi-field coupling disaster mechanism of outburst[28-30]

2 煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究現(xiàn)狀

我國(guó)《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》明確規(guī)定：突出礦井應(yīng)該結(jié)合開采條件，制定、實(shí)施區(qū)域和局部綜合防突措施(簡(jiǎn)稱2個(gè)“四位一體”)，即：區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)、區(qū)域防突措施、區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)、區(qū)域驗(yàn)證，以及工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)、工作面防突措施、工作面防突措施效果檢驗(yàn)、安全防護(hù)措施。其中區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)和工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)是實(shí)施防突措施的重要前提。區(qū)域預(yù)測(cè)的任務(wù)是按照礦井、煤層和部分煤層區(qū)域3個(gè)層次，對(duì)突出危險(xiǎn)性區(qū)域進(jìn)行劃分。主要通過瓦斯地質(zhì)分析結(jié)合瓦斯參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)；工作面(局部)預(yù)測(cè)的任務(wù)是在前者的基礎(chǔ)上及時(shí)預(yù)測(cè)采掘工作面、石門等小范圍的突出危險(xiǎn)性。目前主要分為接觸式與非接觸式2種。其中接觸式預(yù)測(cè)多屬于靜態(tài)預(yù)測(cè)，非接觸式預(yù)測(cè)基于動(dòng)態(tài)連續(xù)性的特點(diǎn)，也得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1 常規(guī)靜態(tài)預(yù)測(cè)技術(shù)

常規(guī)靜態(tài)預(yù)測(cè)技術(shù)以瓦斯地質(zhì)分析、單指標(biāo)及綜合指標(biāo)等方法為主。其中瓦斯地質(zhì)分析法主要依據(jù)已掌握的瓦斯參數(shù)及地質(zhì)構(gòu)造條件，結(jié)合已采區(qū)域突出危險(xiǎn)分布規(guī)律和未采區(qū)域的地質(zhì)賦存條件對(duì)突出危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行劃分。單指標(biāo)法通過鉆孔施工方式，測(cè)試區(qū)域及工作面參數(shù)指標(biāo)，結(jié)合臨界值進(jìn)行突出危險(xiǎn)性判定。目前涉及的指標(biāo)主要有：鉆屑量、鉆孔瓦斯涌出初速度、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)Δ(或)、煤體破壞類型及堅(jiān)固性系數(shù)等參數(shù)。而綜合指標(biāo)法則主要考慮多個(gè)預(yù)測(cè)指標(biāo)的敏感性與影響因素，通過一定的法則，綜合判定突出危險(xiǎn)性，主要包括綜合指標(biāo),與值等。

靜態(tài)預(yù)測(cè)存在一定的局限，例如，預(yù)測(cè)手段多以施工鉆孔形式獲取定點(diǎn)及抽檢指標(biāo)，工藝繁瑣且人為操作影響較大，不僅在空間上只局限于“點(diǎn)預(yù)測(cè)”，時(shí)間上也難以滿足連續(xù)預(yù)測(cè)需求。另外，針對(duì)突出孕育發(fā)展過程的延期效應(yīng)等情況也難以及時(shí)反映采掘全階段的突出危險(xiǎn)性。而近幾十年來，為了提高突出預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率，改善防突技術(shù)水平，諸多學(xué)者針對(duì)突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)預(yù)警方面開展了大量研究，試圖實(shí)時(shí)掌握突出危險(xiǎn)情況，至今，從瓦斯動(dòng)態(tài)涌出指標(biāo)與新興地球物理技術(shù)2個(gè)方面，形成了多類型交叉預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)預(yù)警體系。因其兼具操作測(cè)試簡(jiǎn)單、不影響正常采掘生產(chǎn)、可實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)突出預(yù)測(cè)的主流研究方向，同時(shí)《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》也鼓勵(lì)將其列為輔助預(yù)測(cè)手段。

圖6 煤體采掘失穩(wěn)及突出過程數(shù)值模擬[36]Fig.6 Numerical simulation of coal mining instability and outburst process[36]

2.2 瓦斯涌出指標(biāo)預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)預(yù)警方法

長(zhǎng)期的開采實(shí)踐表明，突出危險(xiǎn)發(fā)生前，往往伴隨瓦斯涌出異常的現(xiàn)象。瓦斯涌出量的變化能夠反映突出煤層的損傷演化過程，因此可以作為識(shí)別煤與瓦斯突出危險(xiǎn)的前兆信息。目前瓦斯涌出相關(guān)指標(biāo)主要包括與，其中為工作面放炮后30 min內(nèi)瓦斯涌出量與爆破落煤量之比，為巷道瓦斯涌出過程不同循環(huán)涌出量的變異系數(shù)。二者雖反映了一段時(shí)間的瓦斯涌出平均值，但由于研究因素單一，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率有待進(jìn)一步提高。與此同時(shí)，張慶華等基于最優(yōu)化理論結(jié)合瓦斯涌出動(dòng)態(tài)特征建立了預(yù)警指標(biāo)及臨界值的優(yōu)選方法，提高了掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)預(yù)警的普適性。曹垚林基于大量歷史突出事故，分析了瓦斯涌出動(dòng)態(tài)特征及影響因素，結(jié)合新型瓦斯動(dòng)態(tài)涌出預(yù)測(cè)方法及臨界值法則，研制了KJ338瓦斯動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高了突出預(yù)測(cè)的可靠性。然而面對(duì)更加復(fù)雜的開采條件，通過分析突出前瓦斯涌出規(guī)律與其他參數(shù)的耦合更有助于提高突出實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的效率和準(zhǔn)確性。姜福興等提出了基于應(yīng)力和瓦斯?jié)舛葎?dòng)態(tài)變化特征的掘進(jìn)工作面突出實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)(SMD法)，建立了鉆孔應(yīng)力增量和瓦斯?jié)舛葧r(shí)間序列變化特征相結(jié)合的模糊預(yù)測(cè)模型。關(guān)維娟等構(gòu)建了包括實(shí)時(shí)瓦斯涌出指標(biāo)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)、預(yù)測(cè)和基礎(chǔ)指標(biāo)的多參數(shù)預(yù)警體系，實(shí)現(xiàn)了突出危險(xiǎn)性的提前預(yù)警。陳亮等研究了瓦斯涌出異常的臨界慢化特征，建立了掘進(jìn)工作面前方的瓦斯含量反演模型，通過融合電磁輻射、聲發(fā)射等指標(biāo)創(chuàng)建了實(shí)時(shí)突出協(xié)同耦合預(yù)警方法，并在現(xiàn)場(chǎng)得到了很好的驗(yàn)證和應(yīng)用。

2.3 地球物理監(jiān)測(cè)預(yù)警方法

近些年來，突出防治的地球物理監(jiān)測(cè)預(yù)警方法發(fā)展迅猛，主要包括微震、聲發(fā)射(地音)、電磁輻射、地質(zhì)雷達(dá)和震動(dòng)波CT等技術(shù)手段。煤巖體材料在受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或破裂時(shí)往往以彈性波形式向外釋放應(yīng)變能，此類現(xiàn)象稱為聲發(fā)射/微震活動(dòng)。其中微震監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用煤巖破裂產(chǎn)生的低頻率微震信息來研究煤巖結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)的地球物理方法，廣泛應(yīng)用于煤與瓦斯突出、沖擊地壓、突水等災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。目前學(xué)者們針對(duì)突出發(fā)生過程中的微震活動(dòng)空間分布與演化、波形特征(幅頻、持續(xù)時(shí)間、頻帶能量等)、時(shí)間序列監(jiān)測(cè)指標(biāo)和方法等進(jìn)行了研究，為突出微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。唐春安團(tuán)隊(duì)基于煤巖破壞過程的微震效應(yīng)及演化規(guī)律發(fā)現(xiàn)了微震在研究煤巖體微裂紋、微缺陷演化、力學(xué)性質(zhì)以及局部特征的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，分析了圍壓、軟分層厚度、煤質(zhì)、瓦斯含量等因素影響下的微震時(shí)空分布特征，并依據(jù)長(zhǎng)短時(shí)指標(biāo)和事件特征建立微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了突出危險(xiǎn)性的動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)。何學(xué)秋等提出了突出危險(xiǎn)煤層微震區(qū)域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)新方法，通過頻次與能量指標(biāo)對(duì)煤層采掘擾動(dòng)及地質(zhì)異常進(jìn)行了動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證了震動(dòng)波CT得到的應(yīng)力場(chǎng)分布特征與理論分布一致，突破了傳統(tǒng)區(qū)域預(yù)測(cè)手段在時(shí)、空維度上的局限，如圖7所示。張浪等針對(duì)突出危險(xiǎn)區(qū)域附近的煤體分布、瓦斯賦存和巷道掘進(jìn)過程采動(dòng)應(yīng)力演化特征3個(gè)方面綜合分析了突出過程的微震前兆特征，發(fā)現(xiàn)了“安全期—前震期—平靜期”與軟煤漸變梯度影響下的關(guān)系。

聲發(fā)射技術(shù)通過監(jiān)測(cè)煤巖體內(nèi)部破裂及應(yīng)力卸載下的彈性波活動(dòng)，實(shí)時(shí)反映煤巖體及周圍的應(yīng)力破壞狀態(tài)，進(jìn)而判斷工作面的突出危險(xiǎn)性。我國(guó)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究相比國(guó)外起步較晚。文光才等建立了煤巖體聲發(fā)射傳播理論模型，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出了不同強(qiáng)度煤巖介質(zhì)中的聲發(fā)射傳播規(guī)律，為確定聲發(fā)射監(jiān)測(cè)煤巖動(dòng)力災(zāi)害的適用條件奠定了基礎(chǔ)。鄒銀輝等研制的AEF-1型聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了聲發(fā)射預(yù)測(cè)突出的預(yù)測(cè)及濾噪工藝。胡千庭等利用自行開發(fā)的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)YSFS(A)對(duì)平煤十礦試驗(yàn)工作面的突出動(dòng)力現(xiàn)象進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)突出發(fā)生前，隨著煤巖體應(yīng)力增大，裂紋發(fā)生擴(kuò)展，聲發(fā)射信號(hào)具有明顯上升趨勢(shì)，且先于瓦斯?jié)舛茸兓?/p>

圖7 微震事件平面分布及掘進(jìn)工作面微震信號(hào)時(shí)序變化[54]Fig.7 Plane distribution of microseismic events and timing change of microseismic signal in headwall area of a driving face[54]

電磁輻射法作為一種動(dòng)態(tài)連續(xù)突出危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)方法，近年來備受關(guān)注。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了煤巖/含瓦斯煤巖損傷電磁輻射效應(yīng)及規(guī)律，建立了煤巖電磁輻射力電耦合模型；提出了電磁輻射預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出原理，發(fā)明了便攜式煤巖動(dòng)力災(zāi)害電磁輻射監(jiān)測(cè)儀和移動(dòng)式煤與瓦斯突出監(jiān)測(cè)方法，建立了煤巖動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警準(zhǔn)則，發(fā)明了臨界值法與趨勢(shì)法相結(jié)合的預(yù)警方法；通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證和應(yīng)用，表明電磁輻射對(duì)突出顯現(xiàn)、常規(guī)預(yù)測(cè)指標(biāo)和瓦斯異常涌出等均有明顯的超前響應(yīng)，目前電磁輻射技術(shù)已被列入《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》。為了進(jìn)一步提高突出監(jiān)測(cè)的可靠性、抗干擾性和適用范圍，發(fā)明了便攜式聲電監(jiān)測(cè)儀、聲電瓦斯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警突出方法及在線式聲電監(jiān)測(cè)傳感器和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯突出的綜合、實(shí)時(shí)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警(圖8)；開展了聲電干擾信號(hào)和災(zāi)害前兆特征的智能識(shí)別研究，建立了瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患大數(shù)據(jù)分析與預(yù)警平臺(tái)，應(yīng)用于貴州省和四川省多個(gè)煤礦，多次超前預(yù)警突出危險(xiǎn)及重大風(fēng)險(xiǎn)隱患。

圖8 煤巖動(dòng)力災(zāi)害聲電瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及應(yīng)用[67]Fig.8 Acoustic electric gas monitoring system for coal rock dynamic disaster and its application[67]

煤體受載破裂過程中的電磁信號(hào)來源于煤巖破裂自由電荷的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)移，該過程中同樣會(huì)測(cè)試得到電位信號(hào)。電位與電磁輻射屬于同源異象，其優(yōu)勢(shì)在于對(duì)煤巖體應(yīng)力及破裂過程敏感性強(qiáng)、抗干擾能力好。鈕月等應(yīng)用雙邊反演模型進(jìn)行了煤層電位測(cè)試，識(shí)別出了局部應(yīng)力異常區(qū)，與微震監(jiān)測(cè)存在很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系?；诂F(xiàn)場(chǎng)條件研究了煤體掘進(jìn)過程中的電位響應(yīng)特征，分析了工作面前方的電位分布與演化規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)電位信號(hào)的時(shí)序變化整體上與對(duì)應(yīng)區(qū)域的煤體采動(dòng)應(yīng)力、煤體變形破裂產(chǎn)生的電磁輻射信號(hào)具有良好的對(duì)應(yīng)性，結(jié)合點(diǎn)電位反演成像，驗(yàn)證了高值區(qū)域與常規(guī)指標(biāo)在空間分布上的一致性，建立了掘進(jìn)工作面前方的突出危險(xiǎn)精細(xì)辨識(shí)方法，如圖9所示。

圖9 工作面電位布置及電位反演危險(xiǎn)性辨識(shí)[68]Fig.9 Potential layout and potential inversion risk identification of working face[68]

2.4 突出危險(xiǎn)性數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)方法

煤與瓦斯突出災(zāi)害孕育發(fā)展過程中的各影響因素呈復(fù)雜的非線性特征。盡管目前多種預(yù)測(cè)指標(biāo)證實(shí)與突出危險(xiǎn)性存在很好的契合關(guān)系，但僅依靠單一指標(biāo)難以滿足理想的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性需求。為了解決預(yù)測(cè)指標(biāo)臨界值難以確定和多種指標(biāo)融合下的綜合突出危險(xiǎn)性判定問題，近年來，學(xué)者們嘗試?yán)酶鞣N數(shù)學(xué)理論模型來提高突出預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。郭德勇等運(yùn)用層次分析結(jié)合模糊綜合評(píng)判方法對(duì)平頂山典型工作面進(jìn)行了突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，結(jié)果表明了該套理論預(yù)測(cè)突出強(qiáng)度的可行性。師旭超等基于支持向量機(jī)(SVM)分類算法，考慮采深、瓦斯壓力、瓦斯放散初速度、煤的堅(jiān)固性系數(shù)以及地質(zhì)破壞程度5個(gè)因素，實(shí)現(xiàn)了突出危險(xiǎn)性程度的細(xì)化預(yù)測(cè)。梁冰等將突出強(qiáng)度與危險(xiǎn)性程度進(jìn)行量化，基于灰色系統(tǒng)理論提出了智能加權(quán)灰靶決策模型，將4個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)臨界值作為灰靶臨界點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了定性與定量相結(jié)合的突出可能性與強(qiáng)度預(yù)測(cè)。李忠輝等將突出是否發(fā)生與多個(gè)預(yù)測(cè)指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，建立了Logistic回歸預(yù)測(cè)模型，結(jié)果表明該方法具有較高的準(zhǔn)確度及精度。此外，屬性數(shù)學(xué)理論、未確知測(cè)度理論、多元回歸分析、距離判別分析、人工及智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)學(xué)模型均被用于突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)領(lǐng)域。

目前，突出預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)得到了深入的研究與實(shí)踐，全面實(shí)施了基于常規(guī)預(yù)測(cè)指標(biāo)及其敏感性的突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)，部分礦井實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警。但由于突出演化致災(zāi)機(jī)理的復(fù)雜性及各地區(qū)地質(zhì)條件的差異性，特別是采深、應(yīng)力、溫度和瓦斯等越來越大，突出預(yù)測(cè)面臨著諸多難題亟待解決，如煤層突出危險(xiǎn)性的有效鑒定標(biāo)準(zhǔn)及科學(xué)分類、不同地區(qū)突出差異化預(yù)測(cè)指標(biāo)及參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、工作面前方異常區(qū)的精細(xì)化探測(cè)、深部小構(gòu)造影響下的突出預(yù)測(cè)、煤與瓦斯壓出等應(yīng)力主導(dǎo)型突出的預(yù)測(cè)、動(dòng)靜載耦合條件下的突出預(yù)測(cè)等。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)還需進(jìn)一步發(fā)展、驗(yàn)證及標(biāo)準(zhǔn)化。新一代信息技術(shù)，特別是大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)在突出預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)預(yù)警中的作用還未充分發(fā)揮。近年來已經(jīng)從信息采集、預(yù)警指標(biāo)及模型、數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析、多參數(shù)多指標(biāo)融合、軟件開發(fā)等方面開展了大量研究工作，但突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)技術(shù)裝備技術(shù)的自動(dòng)化、智能化等有待深入發(fā)展，特別是智能開采下的煤層突出危險(xiǎn)性的精細(xì)化區(qū)域探測(cè)、智能化預(yù)測(cè)等重大需求急需解決。

3 防治煤與瓦斯突出技術(shù)研究現(xiàn)狀

《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》明確指出，始終堅(jiān)持“區(qū)域綜合防突措施先行、局部綜合防突措施補(bǔ)充”的原則。目前，區(qū)域防突措施主要分為保護(hù)層開采與大面積預(yù)抽煤層瓦斯2類。關(guān)于局部防突措施，形成了預(yù)抽瓦斯、超前鉆孔、水力化措施、松動(dòng)爆破等成熟的工作面防突技術(shù)體系。長(zhǎng)期的理論研究與開采實(shí)踐表明，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同條件開展系統(tǒng)完善的防突技術(shù)，是遏制突出發(fā)生的根本保障。

3.1 保護(hù)層開采技術(shù)

在煤層群條件下，通常優(yōu)先采用保護(hù)層開采措施，該項(xiàng)技術(shù)在多煤層有效增透卸壓，實(shí)現(xiàn)大面積消突效果上具有重要作用。與此同時(shí)，學(xué)者們針對(duì)保護(hù)層范圍的確定和卸壓瓦斯抽采2個(gè)方面進(jìn)行了深入研究。袁亮等提出了利用測(cè)定開采前后煤層瓦斯含量結(jié)合突出臨界值確定被保護(hù)層消突范圍的方法。劉洪永等探討了保護(hù)層的分類及其判定。我國(guó)存在較多的急傾斜突出煤層，利用傳統(tǒng)方法劃定保護(hù)范圍通常偏差較大，針對(duì)此類難題，王宏圖等通過建立瓦斯越流固-氣耦合模型，對(duì)上保護(hù)層卸壓保護(hù)范圍進(jìn)行了計(jì)算。同時(shí)基于數(shù)值計(jì)算及關(guān)鍵層理論，研究了急傾斜煤層有效保護(hù)卸壓范圍及其影響因素，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用考察。梁冰等采用試驗(yàn)相似模擬方法，分析了保護(hù)層工作面推進(jìn)過程中的應(yīng)力分布情況，對(duì)遠(yuǎn)距離薄煤層保護(hù)效果有效性進(jìn)行了論證。

隨著保護(hù)層工作面的推進(jìn)，及時(shí)對(duì)被保護(hù)層進(jìn)行卸壓瓦斯抽采才能徹底消除突出危險(xiǎn)性，否則待上覆巖層移動(dòng)穩(wěn)定后應(yīng)力恢復(fù)，卸壓瓦斯重新吸附就難以實(shí)現(xiàn)瓦斯排放，達(dá)到消突目的。程遠(yuǎn)平和袁亮等提出了煤層群煤與瓦斯安全高效共采的概念，重點(diǎn)闡述了不同卸壓瓦斯流動(dòng)特點(diǎn)的近程、中程和遠(yuǎn)程卸壓瓦斯抽采方法及實(shí)際工程應(yīng)用實(shí)踐。表1介紹了保護(hù)層開采下的卸壓瓦斯抽采方法。隨著開采深度的加大，復(fù)雜突出煤層群地質(zhì)條件變得普遍，傳統(tǒng)保護(hù)層開采適用性明顯受限，在沒有適宜或非危險(xiǎn)突出煤層作為保護(hù)層的情況下，首采保護(hù)層選擇變得更加困難，從而成為防治整個(gè)煤層群突出的一大難題。相關(guān)學(xué)者針對(duì)遠(yuǎn)距離保護(hù)層及全巖保護(hù)層的應(yīng)用可行性進(jìn)行了研究，根據(jù)淮北、陽泉等礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，證實(shí)了遠(yuǎn)距離保護(hù)層開采依然能獲得很好的卸壓及瓦斯抽采效果。楊威等系統(tǒng)分析了保護(hù)煤層開采過程的應(yīng)力分布、地層變形和滲透性演化規(guī)律，揭示了瓦斯流動(dòng)特征所具有的普遍時(shí)空規(guī)律，對(duì)被保護(hù)層卸壓瓦斯治理具有指導(dǎo)性意義。綜上所述，針對(duì)不同條件下的保護(hù)層技術(shù)進(jìn)行合理規(guī)劃，依然將是我國(guó)現(xiàn)有區(qū)域防突措施的首要途徑。

表1 保護(hù)層開采及卸壓瓦斯強(qiáng)化抽采方法匯總[86]

3.2 預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)

目前針對(duì)單一煤層、保護(hù)層本身為突出煤層和被保護(hù)層的未被保護(hù)區(qū)域等開采條件，主要采用預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)。經(jīng)過長(zhǎng)期的探索和發(fā)展，我國(guó)煤礦的瓦斯抽采理念先后經(jīng)歷了“局部防突措施為主、先抽后采、抽采達(dá)標(biāo)和區(qū)域防突措施先行”等階段，至今形成了完善的技術(shù)體系?！斗乐蚊号c瓦斯突出細(xì)則》針對(duì)區(qū)域防突措施提出了地面井預(yù)抽煤層瓦斯、井下穿層鉆孔或順層鉆孔預(yù)抽區(qū)段煤層瓦斯、順層鉆孔或者穿層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域瓦斯、穿層鉆孔預(yù)抽井巷(含立、斜井，石門等)揭煤區(qū)域煤層瓦斯、穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯以及定向鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯等多種方式。其中，最為常用的是穿層鉆孔瓦斯抽采技術(shù)和順層鉆孔瓦斯抽采技術(shù)。

為了改善抽采效果，學(xué)者們對(duì)抽采負(fù)壓、鉆孔密度、封孔材料、封孔長(zhǎng)度、始封深度和封孔工藝等參數(shù)進(jìn)行了一系列優(yōu)化，效果顯著。近年來，定向鉆進(jìn)技術(shù)由于兼具鉆進(jìn)效率高、控制范圍廣、抽采效果好等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)瓦斯抽采領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。石智軍等通過優(yōu)化信號(hào)傳輸系統(tǒng)、螺桿鉆具結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)工藝參數(shù)等，實(shí)現(xiàn)了煤礦2 500 m順層超深定向鉆孔，為順層超深鉆孔施工技術(shù)和瓦斯超前治理提供了指導(dǎo)作用。姚寧平等基于現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了新型梳狀定向鉆進(jìn)技術(shù)裝備及工藝，針對(duì)松軟煤層瓦斯抽采成孔性差、抽采距離短等難題，建立了梳狀定向成孔方法，滿足了超500 m孔深和鉆遇率大于90%的瓦斯抽采施工現(xiàn)場(chǎng)需求。王恩元與汪皓建立了定向鉆進(jìn)條件下受載煤體瓦斯運(yùn)移氣固耦合模型，優(yōu)化了定向鉆孔布孔參數(shù)，提出了定向鉆進(jìn)瓦斯涌出量的煤層原位瓦斯壓力和含量反演方法，實(shí)現(xiàn)了煤層消突效果的高效動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與驗(yàn)證(圖10)。

圖10 定向鉆進(jìn)隨鉆瓦斯參數(shù)動(dòng)態(tài)反演模型[101]Fig.10 Dynamic inversion model of gas parameters during directional drilling[101]

預(yù)抽煤層瓦斯作為防突措施中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)手段，近年來得到了不斷的優(yōu)化。通過優(yōu)化鉆孔布置方式及鉆進(jìn)形式，在一定程度上改善了傳統(tǒng)抽采鉆孔的施工工程量大、抽采瓦斯?jié)舛鹊?、抽采效果差和抽采時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。但實(shí)際上瓦斯抽采效果受滲透率等多種復(fù)雜因素的影響。而隨著采深的增加，煤層透氣性必然降低，瓦斯抽采難度也隨之加大。因此，對(duì)于低透氣性松軟突出煤層等多種復(fù)雜條件，有必要采取人為增透措施，進(jìn)一步提高煤層瓦斯抽采效果。

3.3 強(qiáng)化瓦斯抽采的增透措施

長(zhǎng)期以來，我國(guó)礦山安全科研人員以傳統(tǒng)鉆孔卸壓增透為基礎(chǔ)，開發(fā)引進(jìn)了一系列煤層增透新技術(shù)，其中主要包括：水力化系列措施、無水化措施以及深孔預(yù)裂爆破增透等技術(shù)。主要目的是降低煤層外在應(yīng)力和改變煤體自身力學(xué)特性，從而改善煤層透氣性，實(shí)現(xiàn)高效抽采。

..水力化增透關(guān)鍵技術(shù)

水力化增透技術(shù)通常分為2種形式，一種是向鉆孔內(nèi)注入高壓水壓裂鉆孔，隨著煤層原生裂隙的擴(kuò)大、延伸，為瓦斯的解吸流動(dòng)提供通道。另一種是通過高壓水射流割縫或沖孔將鉆孔內(nèi)部煤體排出，使孔壁周圍應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)移，孔洞裂隙的貫通會(huì)增加煤層的滲透性，提高瓦斯的抽采效果。其中以水力壓裂、水力割縫和水力沖孔為主的卸壓增透技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。

水力壓裂技術(shù)通過混有支撐劑的高壓水對(duì)鉆孔周圍的煤巖體進(jìn)行壓裂，形成沿著煤層層理和垂直于最小主應(yīng)力方向的延伸裂隙，來提高煤層滲透性。由于我國(guó)突出煤層普遍存在的松軟、低透特性，常規(guī)水力壓裂實(shí)際產(chǎn)生的裂隙較少且容易由于增透方向的不確定而導(dǎo)致應(yīng)力集中以及瓦斯抽采屏障區(qū)的出現(xiàn)。為了改善壓裂效果，部分學(xué)者嘗試在壓裂液中添加表面活性劑，這在一定程度上能夠降低煤體吸附瓦斯的能力，同時(shí)通過選擇性的溶解煤中礦物質(zhì)，提高煤體的裂隙通道尺度和滲透率；并先后提出了射孔、預(yù)置裂縫、定向孔等方式來控制裂縫的擴(kuò)展方向，解決了局部壓裂不均所引起的致裂效果不佳的難題。為了克服井下壓裂作業(yè)空間有限的難題，部分學(xué)者通過適當(dāng)降低水力壓裂壓力來減小裝備尺寸，同時(shí)結(jié)合脈動(dòng)水力壓裂技術(shù)避免裂隙的重新閉合。研究發(fā)現(xiàn)，高壓脈動(dòng)壓裂技術(shù)通過高壓水激發(fā)震蕩，不斷沖擊煤層，由峰值壓力與谷底壓力構(gòu)成周期性的脈動(dòng)波，使煤體裂隙孔隙產(chǎn)生“壓縮—膨脹—壓縮”的循環(huán)作用，進(jìn)而使煤層弱面的原生裂隙不斷貫穿、延伸成新裂隙。在實(shí)際應(yīng)用中，與傳統(tǒng)水力壓裂技術(shù)相比，起裂壓力更低，卸壓裝備尺寸更小，壓裂裂縫更多，因此實(shí)現(xiàn)了快速卸壓增透及抽采效果(圖11)。進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)變頻脈沖比單頻脈沖增透效果更好。另外，變排量壓裂、復(fù)合壓裂、重復(fù)壓裂、分段壓裂等多種方法也在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了良好增透效果。

圖11 煤層高壓脈動(dòng)水力壓裂技術(shù)原理及應(yīng)用效果[109]Fig.11 Theory and application of pulse hydraulic fracturing technology[109]

水力割縫技術(shù)利用高壓水射流沿著鉆孔徑向切割煤體，形成縫槽，伴隨著暴露面積的增大，不僅為煤體提供了變形空間也導(dǎo)致煤體發(fā)生損傷而形成裂隙，為煤層的內(nèi)部卸壓及瓦斯流動(dòng)提供了良好的條件。林柏泉等從突出機(jī)理出發(fā)，提出了整體卸壓理念，開發(fā)了高壓水射流割縫網(wǎng)格化增透技術(shù)及“鉆-割-抽”一體化裝備，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的煤層卸壓消突效果。盧義玉等針對(duì)近距離多突出煤層的石門揭煤防突技術(shù)難題，提出了自激振蕩脈沖水射流割縫技術(shù)，從而縮短了石門揭煤時(shí)間，通過研究供水壓力、流量等因素與切槽深度、寬度的關(guān)系，優(yōu)化了自激振蕩噴嘴結(jié)構(gòu)及高壓脈沖水射流的水力參數(shù)，并針對(duì)深部煤層地應(yīng)力高的特點(diǎn)，探討了地面定向井+水力割縫卸壓方法，通過切割造縫利用地應(yīng)力變化增加煤層孔隙和滲透性(圖12)。陸庭侃等提出了順層鉆孔割縫技術(shù)，通過分析割縫深度和割縫間距對(duì)煤體卸荷增透效果的影響，最終采用高壓(40～60 MPa)水射流割縫在寧夏地區(qū)煤礦進(jìn)行應(yīng)用，使瓦斯抽采效率提高了3～6倍。上述研究大幅拓展了近些年水力割縫技術(shù)的應(yīng)用前景。

圖12 地面定向井+水力割縫卸壓開發(fā)煤層氣方法[122]Fig.12 CBM exploitation method combining ground directional well with hydraulic slotting[122]

水力沖孔以煤巖柱為安全屏障向煤層施工穿層鉆孔，利用鉆具噴嘴噴射的高壓水射流作為動(dòng)力，沖擊破壞周圍煤體，從而在煤層中形成大直徑孔洞。該技術(shù)與水力割縫技術(shù)較為類似，但也存在明顯不同。水力割縫的目的是在四周煤體內(nèi)產(chǎn)生人工裂隙，因此出煤量較少；而水力沖孔的目的在于構(gòu)建大尺寸的孔洞，因此出煤量較大。王兆豐等在羅卜安礦的測(cè)試結(jié)果表明：水力沖孔鉆孔等效直徑達(dá)到0.87 m，抽采孔有效影響半徑提高2～3倍，抽采體積分?jǐn)?shù)提高4～5倍，抽采衰減周期提高3倍以上。王凱等根據(jù)鉆孔周圍的瓦斯參數(shù)確定了現(xiàn)場(chǎng)鉆孔的有效卸壓范圍，并通過RFPA-Flow對(duì)水力沖孔鉆孔周圍煤體應(yīng)力及透氣性變化規(guī)律進(jìn)行了研究。石必明等進(jìn)行了水力沖孔后的瓦斯壓力考察試驗(yàn)，將水力沖孔后的孔洞區(qū)域劃分為瓦斯充分排放區(qū)、瓦斯排放區(qū)、瓦斯壓力過渡區(qū)和原始瓦斯壓力區(qū)，并模擬分析了沖孔后煤層裂隙發(fā)育的過程及地應(yīng)力、瓦斯壓力的分布規(guī)律。劉明舉等基于高壓水射流的破煤理論，結(jié)合在淮南礦區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐情況，將水射流的最佳破煤壓力確定為煤層堅(jiān)固性系數(shù)的12～20倍。程遠(yuǎn)平等提出了新型順層鉆孔水力沖孔的瓦斯抽采技術(shù)，并在陽泉礦區(qū)進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)果表明該技術(shù)是實(shí)現(xiàn)軟、低滲煤層掘進(jìn)工作面瓦斯高效抽采和快速掘進(jìn)的有效方法。同時(shí)將水力沖孔技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用于厚復(fù)合構(gòu)造煤層中，表明在軟分層中進(jìn)行水力沖孔同樣可以對(duì)硬分層進(jìn)行卸荷增透。曹佐勇等針對(duì)低滲高突煤層群的特殊條件，開展了水力沖孔破煤增透多場(chǎng)耦合效應(yīng)研究，模擬分析了水力沖孔下瓦斯壓力與孔徑之間的時(shí)空演化規(guī)律。王恩元等針對(duì)薛湖煤礦煤層瓦斯含量高、吸附性強(qiáng)、透氣性低的特點(diǎn)，提出了煤層順層水力沖孔卸壓增透技術(shù)并對(duì)沖孔參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，順層水力沖孔后，卸壓煤體體積增大6.9倍，瓦斯體積分?jǐn)?shù)提高2.2倍，煤層增透效果顯著。同時(shí)，基于目前水力沖孔周圍煤體多場(chǎng)分布演化規(guī)律不清的問題，研究了沖孔孔洞周圍煤體應(yīng)力場(chǎng)與瓦斯場(chǎng)的時(shí)空分布及演化規(guī)律，如圖13所示。

圖13 水力沖孔孔洞周圍煤體地應(yīng)力和瓦斯演化[133]Fig.13 Evolution of geostress and gas field around hydraulic punching borehole in coal seam[133]

..無水化致裂增透技術(shù)

無水化致裂增透采用非水物質(zhì)作為煤層致裂增透介質(zhì)，具有避免水資源污染和煤儲(chǔ)層傷害、不會(huì)導(dǎo)致含黏性礦物質(zhì)煤層吸水膨脹堵塞瓦斯運(yùn)移通道等優(yōu)點(diǎn)，目前主要涉及液氮致裂和二氧化碳致裂等技術(shù)手段。液氮致裂技術(shù)早在1971年就被提出，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。近年來，衍生了一系列增產(chǎn)工藝及結(jié)合其他增透技術(shù)的雙重增產(chǎn)工藝，如液氮和蒸汽致裂煤層的瓦斯抽采方法，通過增強(qiáng)水-冰相變凍脹作用，提高液氮增透效果；液氮循環(huán)致裂增透方法，采用液氮循環(huán)注入方式實(shí)現(xiàn)持續(xù)充填不斷擴(kuò)展的裂隙空間，由于冰的不流動(dòng)性和水冰相變的膨脹性，與其他流體相比有著更高的致裂效率(圖14)，在瓦斯抽采中具有很好的應(yīng)用前景。部分學(xué)者還建立了微波、紅外熱輻射等輔助液氮增透技術(shù)，不僅可加熱煤體，形成溫度梯度。還可以提供能量促進(jìn)煤體解吸吸附瓦斯。

圖14 液氮循環(huán)致裂煤體作用機(jī)制[139]Fig.14 Action mechanism for cyclic fracturing coal seams by liquid nitrogen[139]

液態(tài)二氧化碳相變致裂技術(shù)不僅能對(duì)煤層結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，同時(shí)其較強(qiáng)的吸附性對(duì)瓦斯具有驅(qū)替作用，有效提高了瓦斯的抽采效果，起到防突目的。王兆豐等基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究了高瓦斯低透氣性煤層中的液態(tài)CO增透機(jī)理和消突效果以及布孔方式的影響。張東明等提出了低滲煤層液態(tài)CO相變定向射孔致裂增透方法，可有效改善煤體內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)及滲流能力，提高瓦斯抽采純流量9～12倍，降低抽采流量衰減系數(shù)92%。而針對(duì)單一注入形式或儲(chǔ)液管瞬時(shí)加熱爆破形式，可能引起流體隨裂隙擴(kuò)展運(yùn)移所導(dǎo)致的起裂壓力不足等問題。翟成團(tuán)隊(duì)開展了液態(tài)CO循環(huán)致裂研究，發(fā)現(xiàn)利用循環(huán)機(jī)制能夠促進(jìn)煤基質(zhì)內(nèi)多尺度孔裂隙結(jié)構(gòu)的擴(kuò)容及延伸，裂隙間的貫通率和滲透性大幅提升，基于現(xiàn)場(chǎng)工況液態(tài)CO循環(huán)沖擊致裂應(yīng)用表明，液態(tài)CO介質(zhì)的循環(huán)熱應(yīng)力、相變高壓及疲勞劣化耦合機(jī)制可實(shí)現(xiàn)煤層的高效致裂。

..深孔預(yù)裂爆破技術(shù)

深孔預(yù)裂爆破是通過遠(yuǎn)距離爆破所發(fā)生的沖擊在煤層中產(chǎn)生徑向和切向裂隙的損傷破壞，從而造成煤層卸壓增透的技術(shù)。近年來，在應(yīng)用過程中，研究學(xué)者主要針對(duì)爆破孔間距、爆破致裂效果等問題進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。石必明等分析了突出煤層實(shí)行松動(dòng)爆破時(shí)的煤與瓦斯耦合裂隙衍生機(jī)理，開展了控制松動(dòng)爆破的相關(guān)理論研究，分析了爆破過程中含瓦斯煤的致裂機(jī)理，確定了貫穿裂隙的生成條件以及控制孔和爆破孔間距的制定依據(jù)。劉澤功等基于煤層爆破損傷模型，利用數(shù)值分析再現(xiàn)了動(dòng)壓沖擊震裂、應(yīng)力波傳播、疊加和氣體驅(qū)動(dòng)裂紋擴(kuò)展機(jī)制，通過研究控制孔與爆破孔對(duì)卸壓增透效果的影響，提出了深孔預(yù)裂爆破的合理間距在5～6 m。而基于常規(guī)深孔松動(dòng)爆破粉碎圈范圍大但斷裂帶半徑小的缺陷，郭德勇等提出了深孔聚能爆破方法，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)從理論機(jī)理到布置改進(jìn)進(jìn)行了深入研究，分析了多孔及微差聚能爆破的裂隙貫通機(jī)制及增透效果(圖15)，對(duì)有效致裂范圍進(jìn)行了探討，按照裂隙類型及數(shù)量將炮孔周圍分為裂隙密集區(qū)和主裂隙擴(kuò)展區(qū)，結(jié)果表明深孔預(yù)裂爆破針對(duì)突出危險(xiǎn)性較小的工作面以及堅(jiān)固性系數(shù)較大的煤體卸壓增透效果顯著。

綜上所述，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)煤層瓦斯抽采技術(shù)、煤層卸壓增透技術(shù)的系列研究促進(jìn)了其在突出礦井的廣泛應(yīng)用，解決了眾多瓦斯災(zāi)害防治難題。但面對(duì)煤層及瓦斯賦存的顯著非均勻性、深部突出災(zāi)害的復(fù)雜性等，復(fù)雜多變煤層瓦斯條件的均勻消突措施、不同卸壓增透技術(shù)的有效邊界確定、定向長(zhǎng)鉆孔測(cè)試反演及抽采達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化、不同措施消突效果的考察判定方法等難題，還有待深入研究解決。今后還需要結(jié)合我國(guó)深部高瓦斯礦井的開采特點(diǎn)，特別是智化開采的需求，形成更具科學(xué)性及針對(duì)性的深部煤層瓦斯高效協(xié)同治理理論及技術(shù)方法，并進(jìn)一步發(fā)展煤層突出危險(xiǎn)性遠(yuǎn)程、區(qū)域性、智能防控技術(shù)與體系。

圖15 煤層深孔聚能爆破增透試驗(yàn)鉆孔及各個(gè)觀察孔的平均瓦斯體積分?jǐn)?shù)對(duì)比[151]Fig 15 Layout of boreholes for deep-hole cumulative basting test in a coal seam and comparison of average gas volume fractions[151]

4 瓦斯-突出災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控研究現(xiàn)狀

我國(guó)針對(duì)煤礦瓦斯突出災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控的研究起步相對(duì)較晚，《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》第四十四條已明確指出鼓勵(lì)突出礦井進(jìn)行防突信息系統(tǒng)的建立，實(shí)施完善信息化管理。然而，由于煤礦井下環(huán)境惡劣、監(jiān)測(cè)信號(hào)非常復(fù)雜，導(dǎo)致瓦斯相關(guān)的信息數(shù)據(jù)有時(shí)是不準(zhǔn)確的，甚至是錯(cuò)誤的；同時(shí)瓦斯相關(guān)信息數(shù)據(jù)量是巨大的，瓦斯相關(guān)各種信息與瓦斯安全狀況之間呈非線性關(guān)系，這將給煤礦瓦斯-突出災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控增加難度。采用數(shù)據(jù)挖掘、深度學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等進(jìn)行煤礦瓦斯-突出災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患智能識(shí)別，可以有效提升工作質(zhì)量和效率，提高對(duì)異常信息及風(fēng)險(xiǎn)隱患識(shí)別的準(zhǔn)確率。高曉旭等采用熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)了煤礦風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，借助FP-Growth算法挖掘了隱患數(shù)據(jù)在多個(gè)維度間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，優(yōu)化了煤礦風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控流程和隱患閉環(huán)管理流程。文光才等研究了突出預(yù)警指標(biāo)體系及技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程，開發(fā)了包括預(yù)警綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、地質(zhì)測(cè)量管理、瓦斯地質(zhì)動(dòng)態(tài)分析、動(dòng)態(tài)防突管理分析、采掘生產(chǎn)進(jìn)度管理、瓦斯涌出動(dòng)態(tài)分析、突出預(yù)警管理等多個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了突出危險(xiǎn)性的智能實(shí)時(shí)預(yù)警。冀少軍基于多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，在具體分析煤礦瓦斯賦存狀態(tài)基礎(chǔ)上，將多傳感器數(shù)據(jù)融合理論及算法與礦井瓦斯賦存狀況相結(jié)合，建立了瓦斯風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警管控機(jī)制。張慶華等為進(jìn)一步提高煤礦瓦斯災(zāi)害區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控能力，研究了瓦斯災(zāi)害區(qū)域安全態(tài)勢(shì)預(yù)警管控技術(shù)。根據(jù)我國(guó)煤礦監(jiān)察行政管理模式，將預(yù)警區(qū)域劃分成全國(guó)區(qū)域、省市區(qū)域、煤監(jiān)分局管轄區(qū)域、地級(jí)行政區(qū)域4個(gè)層級(jí)，并制定了不同風(fēng)險(xiǎn)程度分級(jí)。設(shè)計(jì)開發(fā)的瓦斯災(zāi)害區(qū)域安全態(tài)勢(shì)預(yù)警軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集與存儲(chǔ)、綜合分析和實(shí)時(shí)預(yù)警。王恩元團(tuán)隊(duì)針對(duì)影響瓦斯災(zāi)害的各類風(fēng)險(xiǎn)隱患自動(dòng)識(shí)別難題，以煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)和瓦斯抽采系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用大數(shù)據(jù)分析方法研發(fā)了煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控預(yù)警分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)隱患的自動(dòng)識(shí)別、分級(jí)預(yù)警以及分級(jí)推送。平臺(tái)已在某市139個(gè)煤礦進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，并多次對(duì)瓦斯災(zāi)害現(xiàn)象有提前響應(yīng)，有效避免了災(zāi)害事故發(fā)生，保障了煤礦安全生產(chǎn)。

目前，我國(guó)全面實(shí)施了煤礦風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控和隱患排查治理工作，但在突出礦井的實(shí)施效果與實(shí)際需求還有一定差距。針對(duì)瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及精準(zhǔn)管控研究工作還處于不斷發(fā)展階段。高瓦斯及突出礦井依據(jù)自身地質(zhì)采礦特征所涉及的模糊因素相對(duì)難以確定，瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)隱患管理系統(tǒng)平臺(tái)的集成化程度普遍較低，單一平臺(tái)的功能仍然存在一些缺陷，風(fēng)險(xiǎn)管控效率較低，多數(shù)系統(tǒng)僅局限于單指標(biāo)臨界預(yù)警，存在信息化與專業(yè)性結(jié)合不夠的問題。瓦斯突出災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患實(shí)時(shí)全方位監(jiān)測(cè)、識(shí)別與預(yù)警技術(shù)及其在安全管理、安全監(jiān)管和安全監(jiān)察中的作用還未充分發(fā)揮。針對(duì)實(shí)際礦井現(xiàn)場(chǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜的耦合影響因素、突出災(zāi)害動(dòng)態(tài)演化過程及不同礦區(qū)的差異性，風(fēng)險(xiǎn)隱患的共性與差異化特征、風(fēng)險(xiǎn)隱患智能識(shí)別技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)隱患精準(zhǔn)管控技術(shù)及體系等難題仍需深入研究解決。

5 煤與瓦斯突出防治發(fā)展趨勢(shì)和研究展望

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理、危險(xiǎn)性鑒定、預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)、防治和防護(hù)等理論與技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，取得了很多創(chuàng)新性成果，解決了大量理論和技術(shù)難題，成效較為顯著。然而，時(shí)有發(fā)生的突出災(zāi)害事故也表明，突出防控理論與技術(shù)仍有很大的發(fā)展需求。我國(guó)各產(chǎn)煤區(qū)域的地層條件、地質(zhì)構(gòu)造及瓦斯賦存差異很大，甚至同一區(qū)域不同礦井、不同采區(qū)的條件也差異較大；煤炭資源的賦存特性和逐漸深入的開采方式?jīng)Q定了向深部要資源是必然趨勢(shì)，但隨著開采深度和開采范圍的增大，應(yīng)力、溫度和瓦斯也在不斷增大，煤與瓦斯耦合致災(zāi)危險(xiǎn)性也越來越高；隨著礦井智能化工作的推進(jìn)，對(duì)煤礦瓦斯治理和突出預(yù)防也提出了智能化的要求；隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和安全水平的不斷提高，國(guó)家對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的要求也越來越高，超前進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控成為必然；隨著多場(chǎng)耦合理論研究的進(jìn)展及信息化、定向鉆進(jìn)等技術(shù)的發(fā)展，煤與瓦斯突出防治理論與技術(shù)突破成為可能?；诿号c瓦斯突出防治現(xiàn)狀和需求，提出發(fā)展趨勢(shì)、建議和展望。

(1)煤與瓦斯突出耦合演化機(jī)理研究。近年來煤厚變化、小構(gòu)造及采動(dòng)應(yīng)力疊加引發(fā)突出及復(fù)合煤巖動(dòng)力災(zāi)害占較大比例，今后應(yīng)致力于深部復(fù)雜多變的地層條件、地質(zhì)構(gòu)造、煤層物理力學(xué)性質(zhì)、瓦斯、采動(dòng)影響瓦斯卸壓抽采措施及效果等多因素耦合、時(shí)空演化過程的研究分析，開發(fā)基于不同地質(zhì)、開采、結(jié)構(gòu)面及邊界條件下的突出耦合演化模擬分析方法與軟件系統(tǒng)，建立多因素耦合演化災(zāi)變模型，探討突出啟動(dòng)發(fā)生的定量化機(jī)制，為提高對(duì)突出的認(rèn)識(shí)和防控效果奠定理論基礎(chǔ)。

(2)煤層突出危險(xiǎn)性適應(yīng)性鑒定技術(shù)研究。近年來低參數(shù)突出時(shí)有發(fā)生、應(yīng)力主導(dǎo)型壓出性突出越來越多已經(jīng)表明，目前的煤層突出危險(xiǎn)性鑒定技術(shù)已經(jīng)不能滿足實(shí)踐需求，堅(jiān)固性系數(shù)>0.5、破壞類型<Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ的非破碎煤也能發(fā)生突出，兩淮、重慶和平頂山地區(qū)部分高突煤層的瓦斯放散初速度Δ<10。煤層突出危險(xiǎn)性鑒定指標(biāo)及主要臨界參數(shù)已近30 a沒有變化，但期間煤炭平均采深增加了300～400 m，地應(yīng)力隨采深增加而增大，煤層滲透性也降低。構(gòu)造區(qū)是突出的高發(fā)區(qū)，但鑒定要求所有測(cè)點(diǎn)要避開構(gòu)造影響區(qū)。分析及實(shí)踐表明，透氣性系數(shù)對(duì)煤層突出危險(xiǎn)性影響也很大。我國(guó)不同地區(qū)的煤層瓦斯賦存及突出瓦斯特征差異很大。事實(shí)上，目前深部礦井鑒定時(shí)，瓦斯壓力處于臨界值下附近的，鑒定機(jī)構(gòu)很難判定其突出危險(xiǎn)性。因此，我國(guó)應(yīng)綜合考慮煤層瓦斯賦存主要特征參數(shù)、煤體強(qiáng)度及破壞類型、構(gòu)造及采動(dòng)影響等，科學(xué)研究并制定判定標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施分區(qū)(不同地區(qū))、分類(有危險(xiǎn)、有威脅和無危險(xiǎn))進(jìn)行突出危險(xiǎn)性科學(xué)鑒定非常必要。

(3)煤層瓦斯參數(shù)精細(xì)化測(cè)試技術(shù)研究。我國(guó)多數(shù)煤層瓦斯賦存極不均勻，有時(shí)候差異很大，煤層突出危險(xiǎn)性也呈現(xiàn)很強(qiáng)的分區(qū)特征。少量、散點(diǎn)式取樣測(cè)試不能完全滿足煤層瓦斯資源量精準(zhǔn)計(jì)算、瓦斯精準(zhǔn)抽采、科學(xué)防突和抽采達(dá)標(biāo)精準(zhǔn)評(píng)判的要求。進(jìn)一步發(fā)展煤層瓦斯參數(shù)精細(xì)化探測(cè)和隨鉆精準(zhǔn)測(cè)試反演技術(shù)、準(zhǔn)確劃定突出危險(xiǎn)區(qū)域并制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是非常必要的。

(4)工作面突出危險(xiǎn)性精準(zhǔn)探測(cè)/預(yù)測(cè)/監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究與應(yīng)用。深部開采情況下小構(gòu)造、煤厚變化及采動(dòng)應(yīng)力疊加區(qū)易多發(fā)突出，但缺乏相應(yīng)的探測(cè)/預(yù)測(cè)/監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)。智能化采掘工作面對(duì)此也有更高的要求。因此，有必要進(jìn)一步研究工作面前方煤層及瓦斯賦存異常精細(xì)化、自動(dòng)探測(cè)與智能識(shí)別技術(shù)，發(fā)展基于常規(guī)預(yù)測(cè)指標(biāo)的趨勢(shì)法預(yù)測(cè)技術(shù)，發(fā)展各類工作面突出危險(xiǎn)性綜合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警技術(shù)，研究基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析和人工智能識(shí)別技術(shù)，結(jié)合煤巖層賦存、地質(zhì)構(gòu)造和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)的突出危險(xiǎn)性智能識(shí)別與預(yù)警技術(shù)，進(jìn)一步驗(yàn)證并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

(5)發(fā)展煤層突出危險(xiǎn)性遠(yuǎn)程、區(qū)域性、智能防控技術(shù)。我國(guó)防突工作堅(jiān)持“區(qū)域綜合防突措施先行、局部綜合防突措施補(bǔ)充”的原則。不同煤巖層定向鉆進(jìn)技術(shù)、智能鉆進(jìn)技術(shù)的突破和煤層瓦斯參數(shù)隨鉆測(cè)試反演技術(shù)的發(fā)展，為進(jìn)一步發(fā)展煤層突出危險(xiǎn)性遠(yuǎn)程區(qū)域性精準(zhǔn)防控技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。需要發(fā)展煤層突出危險(xiǎn)性遠(yuǎn)程區(qū)域防控智能設(shè)計(jì)技術(shù)、智能遠(yuǎn)程鉆進(jìn)技術(shù)，研究不同煤巖層條件的遠(yuǎn)程高效卸壓增透技術(shù)，卸壓增透效果、瓦斯抽采達(dá)標(biāo)、消突效果遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)或評(píng)判技術(shù)等突出危險(xiǎn)性遠(yuǎn)程區(qū)域性精準(zhǔn)防控技術(shù)。

(6)進(jìn)一步發(fā)展并推廣瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患大數(shù)據(jù)分析與預(yù)警平臺(tái)。安全大數(shù)據(jù)分析在安全管理、安全監(jiān)管、安全監(jiān)察和應(yīng)急救援等方面能夠發(fā)揮更大的作用。應(yīng)基于多網(wǎng)融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)、云技術(shù)，完善瓦斯災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)隱患管控技術(shù)，建立分別適應(yīng)于安全管理、安全監(jiān)管、安全監(jiān)察和應(yīng)急管理的平臺(tái)，智能識(shí)別瓦斯災(zāi)害危險(xiǎn)性和各類風(fēng)險(xiǎn)、隱患，進(jìn)行分級(jí)預(yù)警，并針對(duì)性提出管控措施，分類、分級(jí)別推送相關(guān)技術(shù)和管理人員，提高我國(guó)瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患管控能力和瓦斯治理水平。

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