1 綜述

我院是我國(guó)最早從事瓦斯突出防治研究的專業(yè)研究院，研究領(lǐng)域涉及突出預(yù)測(cè)、防突出措施、措施效果檢驗(yàn)和人身防護(hù)安全措施、突出機(jī)理等各方面。在國(guó)內(nèi)首先開展了開采保護(hù)層、大、小直徑超前鉆孔、鉆孔水力沖刷、水力沖孔、深孔松動(dòng)爆破、石門金屬骨架等多種防突措施研究；率先在國(guó)內(nèi)開展了煤層與瓦斯突出區(qū)域性預(yù)測(cè)和工作面預(yù)測(cè)科研工作，提出了區(qū)域預(yù)測(cè)煤和瓦斯突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)P和K、煤層突出危險(xiǎn)性指標(biāo)△P、工作面預(yù)測(cè)鉆屑量指標(biāo)S、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)△h₂、C及鉆孔瓦斯涌出初速度指標(biāo)g；建立了區(qū)域預(yù)測(cè)綜合防突技術(shù)思想，并在現(xiàn)場(chǎng)投入應(yīng)用；率先開展了AE聲發(fā)射、瓦斯涌出特征非接觸連續(xù)預(yù)測(cè)突出研究，以及機(jī)掘面防突措施研究。

20世紀(jì)50年代，我院于1956——1960年首先在北票、紅衛(wèi)、漣邵、焦作、梅田、六盤水等礦井進(jìn)行瓦斯突出調(diào)查，建立了全國(guó)重點(diǎn)突出礦井卡片；1958年率先在北票煤田臺(tái)吉三井、冠山二井開采保護(hù)層，并獲得成功，為最初的防突提供了最為有效的技術(shù)手段；1959年繼續(xù)在天府磨心坡井推廣應(yīng)用開采保護(hù)層，并結(jié)合瓦斯抽放綜合防突。

20世紀(jì)60代初，我院即建立區(qū)域預(yù)測(cè)單項(xiàng)指標(biāo)△P、f值，1960年——1965年進(jìn)行了全國(guó)突出煤層△P、f值普查；1961年——1963年在紅衛(wèi)、蛇形山礦進(jìn)行開采保護(hù)層推廣；1964——1965年在紅衛(wèi)煤礦進(jìn)行300mm大直徑超前鉆孔和水平分層采煤法自我卸壓保護(hù)防突研究，并將大直徑超前鉆孔推廣到北票、梅田等局；1966——1968年在北票臺(tái)吉、冠山三寶進(jìn)行了13個(gè)煤層、14個(gè)石門的鉆孔水力沖刷試驗(yàn)研究，均安全揭開石門；1968年在北票三寶礦進(jìn)行煤巷道水力沖孔防止突出措施工藝研究；1968年國(guó)內(nèi)率先在北票臺(tái)吉礦進(jìn)行深孔松動(dòng)爆破防突措施研究；1965——1967年在北票開展震動(dòng)放炮揭開突出層，將震動(dòng)放炮用瞬發(fā)雷管發(fā)展到毫秒雷管；1967年我院在北票三寶一井、臺(tái)吉礦首次應(yīng)用煤的破壞類型、瓦斯放散初速度△P、煤的堅(jiān)固性f區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)、提出了煤的突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)K。

20世紀(jì)70年代，1974——1975年，我院應(yīng)用提出的綜合指標(biāo)K結(jié)合地質(zhì)條件，對(duì)北票三寶、臺(tái)吉兩個(gè)礦各煤層進(jìn)行區(qū)域突出危險(xiǎn)性分類；于1977年在北票礦務(wù)局試驗(yàn)研究超聲波測(cè)定煤層應(yīng)力，研制了超聲波應(yīng)力測(cè)定儀，并初步探索了地震指標(biāo)與煤和瓦斯突出的關(guān)系（水氡指標(biāo)及入射性元素放射性強(qiáng)度與突出關(guān)系）。

20世紀(jì)80年代，我院的突出研究工作有了飛躍，1980——1981年，我院在調(diào)查分析了我國(guó)一系列突出礦井始突深度、煤層瓦斯壓力、煤的堅(jiān)固性性系數(shù)f，綜合考慮地應(yīng)力、瓦斯和煤質(zhì)這3項(xiàng)具有決定突出發(fā)生的主要因素，在北票、紅衛(wèi)經(jīng)大量考察研究，提出了標(biāo)志煤層突出危險(xiǎn)性的綜合指標(biāo)D，并建立了地勘、基建和生產(chǎn)礦井預(yù)測(cè)煤層和區(qū)域突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)法（D、K指標(biāo)），并在系統(tǒng)考察研究煤樣暴露時(shí)間、破壞類型、瓦斯壓力、煤樣精度諸因素與瓦斯解吸規(guī)律基礎(chǔ)上，在國(guó)內(nèi)首次提出了預(yù)測(cè)工作面突出危險(xiǎn)的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)△h₂、衰減系數(shù)C和鉆屑量指標(biāo)S。初步得出了標(biāo)志突出危險(xiǎn)性的鉆屑倍率指標(biāo)，研制了MD-1型井下瓦斯解吸儀，首次成功地利用△h₂、C、S預(yù)測(cè)石門揭煤工作面突出危險(xiǎn)性。以上預(yù)測(cè)方法和指標(biāo)的提出奠定了我國(guó)突出區(qū)域預(yù)測(cè)和工作面預(yù)測(cè)的理論和工藝技術(shù)基礎(chǔ)。

1986年開始國(guó)家“七五”攻關(guān)，我院就“北票綜合防突措施”、“焦作綜合防突措施”、“瓦斯突出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”進(jìn)行重點(diǎn)科技攻關(guān)。在北票試驗(yàn)成功了低透氣性煤層網(wǎng)格布孔大面積預(yù)抽區(qū)域防突措施和鉆孔卸壓煤配合金屬骨架防止石門揭煤突出新工藝，將石門揭煤時(shí)間由原來的3~6個(gè)月縮短到1~3個(gè)月；在煤巷突出預(yù)測(cè)攻關(guān)中，首次在突出礦進(jìn)行四位一體綜合防突，經(jīng)1800m巷道跟蹤多參數(shù)預(yù)測(cè)，提出綜合反映鉆屑量、鉆屑量解吸指標(biāo)的綜合指標(biāo)F，首次用預(yù)測(cè)突出率、預(yù)測(cè)突出準(zhǔn)確率、預(yù)測(cè)非突出準(zhǔn)確率來評(píng)價(jià)突出預(yù)測(cè)方法適用性指標(biāo)，并研制了MD-2型瓦斯解吸儀、ZCD-1型鉆孔多級(jí)流量計(jì)、JN-1型封孔器等，成套工作面突出預(yù)測(cè)儀表，在全國(guó)突出礦井得到了廣泛的應(yīng)用。在焦作試驗(yàn)成功工藝簡(jiǎn)單、裝備配套的深孔控制卸壓爆破局部防突措施，連續(xù)、安全掘進(jìn)300m，最高月掘進(jìn)速度達(dá)95.2m。在安陽龍山礦試驗(yàn)研究了AE聲發(fā)射非接觸連續(xù)預(yù)測(cè)突出新方法，研制成功IMSC-1型煤礦聲發(fā)射測(cè)定儀，被收入《中國(guó)技術(shù)成果大全》第八期（科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1994年）。在完成上述攻關(guān)任務(wù)的同時(shí)，1987年在營(yíng)城煤礦進(jìn)行巖石（煤）與二氧化碳突出預(yù)測(cè)與防治研究；1989年在北票、焦作率先開展利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)測(cè)突出及檢驗(yàn)防突措施效果和機(jī)掘面防突措施研究。

20世紀(jì)90年代，我院瓦斯突出承擔(dān)有“工作面預(yù)測(cè)敏感指標(biāo)及臨界值的確定”、“機(jī)掘面防突措施及配套裝備的研究”、“利用綜合參數(shù)連續(xù)預(yù)測(cè)突出方法及裝備”三項(xiàng)國(guó)家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，攻關(guān)地點(diǎn)在焦作礦務(wù)局九里山礦。在工作面敏感指標(biāo)課題中，利用模糊數(shù)學(xué)方法確定綜合模糊指標(biāo)，預(yù)測(cè)突出準(zhǔn)確率達(dá)61%，預(yù)測(cè)不突出準(zhǔn)確率達(dá)100%；機(jī)械防突措施中，研制了JX-2型開卸壓槽裝置，在國(guó)內(nèi)首次利用機(jī)械裝置開出連續(xù)的卸壓槽，在嚴(yán)重突出煤層平均月掘進(jìn)速度由27m提高到138m；在連續(xù)預(yù)測(cè)課題中，研制了MSZH-1型聲發(fā)射指標(biāo)轉(zhuǎn)換器及配套的聲發(fā)射傳感器，在國(guó)內(nèi)首次成功地將聲發(fā)射系統(tǒng)與礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，初步提出相鄰幫滑移平均小時(shí)事件相對(duì)變化率預(yù)測(cè)指標(biāo)NE；在動(dòng)態(tài)瓦斯涌出研究中，擴(kuò)展了礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能。此外，我院1996年還開發(fā)了煤與瓦斯突出專家系統(tǒng)，目前正在開發(fā)DSS煤礦工程師決策系統(tǒng)。

在人身防護(hù)安全措施研究領(lǐng)域，我院早于1958年就研制成功了過濾式自救器，并得到普遍應(yīng)用；1976研制成功AZN-60型4h氧氣呼吸儀；1986年~1991年陸續(xù)研制成功AZH-40、AZH-15、AZH-20、AZH-60型系列化學(xué)氧自救器；1986~1988年進(jìn)行了超氧化鉀藥片成型工藝的國(guó)家“七五”重點(diǎn)科技攻關(guān)，其成果迅速產(chǎn)品化，并遠(yuǎn)銷德國(guó)；1993年又研制成功OSR系列化學(xué)氧自救器。所有上述產(chǎn)品均已商品化、產(chǎn)業(yè)化，在煤礦得到廣泛的應(yīng)用。

在煤礦瓦斯突出理論研究方面，我院在20世紀(jì)50年代就開始突出煤層煤質(zhì)結(jié)構(gòu)、瓦斯放散特性與煤瓦斯突出關(guān)系的研究。1959年我院首次應(yīng)用壓汞法研究突出煤、非突出煤孔隙、比表面積；1961年率先進(jìn)行煤的吸附變形測(cè)定研究，首次提出煤吸附變形定量關(guān)系。20世紀(jì)70年代我院系統(tǒng)研究煤層瓦斯重?zé)N組合對(duì)突出的影響，1972年提出煤與瓦斯突出最小瓦斯壓力理論及數(shù)學(xué)模型，1978年提出瓦斯重?zé)N組合成份和煤與瓦斯突出的關(guān)系。20世紀(jì)80年代我院開始煤與瓦斯突出發(fā)生條件的研究，在實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)模擬（物理模擬）了煤的破壞類型、應(yīng)力、瓦斯壓力、含量等因素和煤與瓦斯突出的關(guān)系，系統(tǒng)地進(jìn)行了突出煤、非突出煤沖擊破碎率試驗(yàn)研究，在國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用沉降分析技術(shù)對(duì)突出粉煤顆粒組份進(jìn)行了突出、非突出煤碘吸附試驗(yàn)，系統(tǒng)地進(jìn)行了等壓、非等壓解吸規(guī)律的研究。20世紀(jì)90年代，我院系統(tǒng)開展了煤吸附瓦斯變形及變形力的研究，得出了吸附變形時(shí)變形力與瓦斯壓力的數(shù)學(xué)關(guān)系；首次開展了煤的分形孔隙與瓦斯突出的關(guān)系研究。

2“四位一體”綜合防突措施

煤與瓦斯突出是極其復(fù)雜的礦井瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，是煤礦井下最為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害之一。

原煤炭工業(yè)部于1988年頒發(fā)了《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》把我國(guó)防突技術(shù)工作納入了四位一體綜合防突措施和軌道，使防突措施更加有的放矢，提高了措施的防突效果，提高了經(jīng)濟(jì)效益，取得了良好的效果，使我國(guó)的防突工作達(dá)到了一個(gè)新的階段，形成了我國(guó)在煤礦生產(chǎn)中自己的綜合防突措施體系。

3煤與瓦斯突出國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目成果簡(jiǎn)介

煤科總院撫順分院在國(guó)家“七五”、“八五”、“九五”及煤炭行業(yè)的科技攻關(guān)中，取得的重要科研成果有如下幾個(gè)方面：

3．1 煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性工作面預(yù)測(cè)技術(shù)研究

由撫順分院完成的國(guó)家“七五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“北票綜合防突措施研究”在我國(guó)首次提出了在全國(guó)普遍適用的工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)方法，提出了包括利用鉆屑量、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)、鉆孔瓦斯涌出量等新時(shí)期單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo)進(jìn)行工作面預(yù)測(cè)較為詳盡的實(shí)施方案。該預(yù)測(cè)方法在《煤礦安全規(guī)程》中被確定為工作面突出預(yù)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法之一，在全國(guó)得到推廣應(yīng)用。該成果榮獲煤炭部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，提高了我國(guó)煤礦防治與瓦斯突出的能力，使我國(guó)的年突出次數(shù)大為降低。

自煤炭部頒發(fā)《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》以后，“四位一體”的綜合防突措施在全國(guó)大部分突出礦井得到了較廣泛的應(yīng)用。在執(zhí)行綜合防突措施中，工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)成為防治突出首要的一環(huán)。突出預(yù)測(cè)的正確與否既關(guān)系著突出危險(xiǎn)煤層開采的作業(yè)安全，也涉及到防突措施的實(shí)施范圍，與煤礦的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。國(guó)家“七五”攻關(guān)中，撫順分院為全國(guó)的突出礦井提供了一套廣為適用的預(yù)測(cè)方法和配套的參數(shù)測(cè)試儀表。但要求各礦井根據(jù)自己的使用情況，采用適合于本礦區(qū)的敏感指標(biāo)和臨界值。為此，撫順分院在國(guó)家“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“工作面突出敏感指標(biāo)及臨界值的確定研究”中，在我國(guó)首次提出了煤與瓦斯突出敏感指標(biāo)及臨界值的確定方法。提出了利用聚類分析技術(shù)、模糊數(shù)學(xué)處理方法，確定突出敏感指標(biāo)及臨界值，使預(yù)測(cè)不突出準(zhǔn)確率達(dá)到100%，預(yù)測(cè)突出的準(zhǔn)確率達(dá)到60~70%。該成果在北票、焦作、撫順得到了應(yīng)用。獲得了煤炭部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

3．2 煤與瓦斯突出動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)技術(shù)研究

傳統(tǒng)的接觸式突出預(yù)測(cè)技術(shù)一般需要施工鉆孔，占用大量的作業(yè)時(shí)間，增加了防突費(fèi)用和噸煤成本，而且是間斷性的點(diǎn)預(yù)測(cè)方式，經(jīng)常在非預(yù)測(cè)時(shí)段發(fā)生突出，往往會(huì)導(dǎo)致人員傷亡事故，所以煤與瓦斯突出連續(xù)預(yù)測(cè)成為近年來的主要研究方向。撫順分院在國(guó)家“八五”、“九五”科技攻關(guān)中提出了“利用綜合參數(shù)連續(xù)預(yù)測(cè)突出方法及裝備”、“聲發(fā)射實(shí)時(shí)跟蹤連續(xù)預(yù)測(cè)突出危險(xiǎn)性技術(shù)研究”兩項(xiàng)科研課題。利用AE（Acoustic Emssion）聲發(fā)射技術(shù)和瓦斯動(dòng)態(tài)涌出特征對(duì)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性進(jìn)行連續(xù)預(yù)測(cè)取得了較好的效果。研制了能夠與環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的聲發(fā)射突出危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。提出了聲發(fā)射突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)指示及瓦斯動(dòng)態(tài)涌出指標(biāo)和臨界值，為煤礦的生產(chǎn)應(yīng)用提供了一整套完整的技術(shù)方法。該成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

3．3 煤與瓦斯突出強(qiáng)度預(yù)測(cè)技術(shù)研究

國(guó)家“九五”科技攻關(guān)中，撫順分院完成了“煤與瓦期突出強(qiáng)度預(yù)測(cè)技術(shù)的研究”，在全國(guó)首次提出了突出危險(xiǎn)強(qiáng)度預(yù)測(cè)理論和方法，提出了利用相似的理論，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)煤與瓦斯突出進(jìn)行三維模擬實(shí)驗(yàn)，通過改變縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力、瓦斯壓力、煤體強(qiáng)度等參數(shù)，建立了突出強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型，作出了突出強(qiáng)度預(yù)測(cè)從定性預(yù)測(cè)到定量預(yù)測(cè)的一個(gè)嘗試，取得了較大的科研價(jià)值。該項(xiàng)成果達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

3．4 煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)的研究

該項(xiàng)課題對(duì)我國(guó)的主要突出礦井的預(yù)測(cè)參數(shù)值大小、指標(biāo)、臨界值和瓦斯突出方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸類、組成突出預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，利用計(jì)算機(jī)輔助決策技術(shù)對(duì)突出進(jìn)行預(yù)測(cè)，形成煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)。該項(xiàng)課題填補(bǔ)了我國(guó)在這一領(lǐng)域的空白，使我國(guó)的突出預(yù)測(cè)技術(shù)從人工化走向智能化。

3．5 煤與瓦斯突出防治措施研究

3．5．1 水力壓裂防突

撫順分院在全國(guó)首次提出了水力壓裂防突技術(shù)，并與山西陽泉、湖南紅衛(wèi)、撫順、焦作煤礦合