1 綜述

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

20世紀50年代，我院于1956——1960年首先在北票、紅衛(wèi)、漣邵、焦作、梅田、六盤水等礦井進行瓦斯突出調(diào)查，建立了全國重點突出礦井卡片；1958年率先在北票煤田臺吉三井、冠山二井開采保護層，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用開采保護層，并結(jié)合瓦斯抽放綜合防突。

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

20世紀70年代，1974——1975年，我院應用提出的綜合指標K結(jié)合地質(zhì)條件，對北票三寶、臺吉兩個礦各煤層進行區(qū)域突出危險性分類；于1977年在北票礦務(wù)局試驗研究超聲波測定煤層應力，研制了超聲波應力測定儀，并初步探索了地震指標與煤和瓦斯突出的關(guān)系（水氡指標及入射性元素放射性強度與突出關(guān)系）。

20世紀80年代，我院的突出研究工作有了飛躍，1980——1981年，我院在調(diào)查分析了我國一系列突出礦井始突深度、煤層瓦斯壓力、煤的堅固性性系數(shù)f，綜合考慮地應力、瓦斯和煤質(zhì)這3項具有決定突出發(fā)生的主要因素，在北票、紅衛(wèi)經(jīng)大量考察研究，提出了標志煤層突出危險性的綜合指標D，并建立了地勘、基建和生產(chǎn)礦井預測煤層和區(qū)域突出危險性綜合指標法（D、K指標），并在系統(tǒng)考察研究煤樣暴露時間、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，在國內(nèi)首次提出了預測工作面突出危險的鉆屑瓦斯解吸指標△h₂、衰減系數(shù)C和鉆屑量指標S。初步得出了標志突出危險性的鉆屑倍率指標，研制了MD-1型井下瓦斯解吸儀，首次成功地利用△h₂、C、S預測石門揭煤工作面突出危險性。以上預測方法和指標的提出奠定了我國突出區(qū)域預測和工作面預測的理論和工藝技術(shù)基礎(chǔ)。

1986年開始國家“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)測系統(tǒng)”進行重點科技攻關(guān)。在北票試驗成功了低透氣性煤層網(wǎng)格布孔大面積預抽區(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，將石門揭煤時間由原來的3~6個月縮短到1~3個月；在煤巷突出預測攻關(guān)中，首次在突出礦進行四位一體綜合防突，經(jīng)1800m巷道跟蹤多參數(shù)預測，提出綜合反映鉆屑量、鉆屑量解吸指標的綜合指標F，首次用預測突出率、預測突出準確率、預測非突出準確率來評價突出預測方法適用性指標，并研制了MD-2型瓦斯解吸儀、ZCD-1型鉆孔多級流量計、JN-1型封孔器等，成套工作面突出預測儀表，在全國突出礦井得到了廣泛的應用。在焦作試驗成功工藝簡單、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300m，最高月掘進速度達95.2m。在安陽龍山礦試驗研究了AE聲發(fā)射非接觸連續(xù)預測突出新方法，研制成功IMSC-1型煤礦聲發(fā)射測定儀，被收入《中國技術(shù)成果大全》第八期（科學技術(shù)文獻出版社，1994年）。在完成上述攻關(guān)任務(wù)的同時，1987年在營城煤礦進行巖石（煤）與二氧化碳突出預測與防治研究；1989年在北票、焦作率先開展利用監(jiān)測系統(tǒng)預測突出及檢驗防突措施效果和機掘面防突措施研究。

20世紀90年代，我院瓦斯突出承擔有“工作面預測敏感指標及臨界值的確定”、“機掘面防突措施及配套裝備的研究”、“利用綜合參數(shù)連續(xù)預測突出方法及裝備”三項國家“八五”重點科技攻關(guān)項目，攻關(guān)地點在焦作礦務(wù)局九里山礦。在工作面敏感指標課題中，利用模糊數(shù)學方法確定綜合模糊指標，預測突出準確率達61%，預測不突出準確率達100%；機械防突措施中，研制了JX-2型開卸壓槽裝置，在國內(nèi)首次利用機械裝置開出連續(xù)的卸壓槽，在嚴重突出煤層平均月掘進速度由27m提高到138m；在連續(xù)預測課題中，研制了MSZH-1型聲發(fā)射指標轉(zhuǎn)換器及配套的聲發(fā)射傳感器，在國內(nèi)首次成功地將聲發(fā)射系統(tǒng)與礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，初步提出相鄰幫滑移平均小時事件相對變化率預測指標NE；在動態(tài)瓦斯涌出研究中，擴展了礦井環(huán)境監(jiān)測系統(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型系列化學氧自救器；1986~1988年進行了超氧化鉀藥片成型工藝的國家“七五”重點科技攻關(guān)，其成果迅速產(chǎn)品化，并遠銷德國；1993年又研制成功OSR系列化學氧自救器。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用。

在煤礦瓦斯突出理論研究方面，我院在20世紀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年我院首次應用壓汞法研究突出煤、非突出煤孔隙、比表面積；1961年率先進行煤的吸附變形測定研究，首次提出煤吸附變形定量關(guān)系。20世紀70年代我院系統(tǒng)研究煤層瓦斯重烴組合對突出的影響，1972年提出煤與瓦斯突出最小瓦斯壓力理論及數(shù)學模型，1978年提出瓦斯重烴組合成份和煤與瓦斯突出的關(guān)系。20世紀80年代我院開始煤與瓦斯突出發(fā)生條件的研究，在實驗室系統(tǒng)模擬（物理模擬）了煤的破壞類型、應力、瓦斯壓力、含量等因素和煤與瓦斯突出的關(guān)系，系統(tǒng)地進行了突出煤、非突出煤沖擊破碎率試驗研究，在國內(nèi)首次應用沉降分析技術(shù)對突出粉煤顆粒組份進行了突出、非突出煤碘吸附試驗，系統(tǒng)地進行了等壓、非等壓解吸規(guī)律的研究。20世紀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，得出了吸附變形時變形力與瓦斯壓力的數(shù)學關(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雜的礦井瓦斯動力現(xiàn)象，是煤礦井下最為嚴重的地質(zhì)災害之一。

原煤炭工業(yè)部于1988年頒發(fā)了《防治煤與瓦斯突出細則》把我國防突技術(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)濟效益，取得了良好的效果，使我國的防突工作達到了一個新的階段，形成了我國在煤礦生產(chǎn)中自己的綜合防突措施體系。

3煤與瓦斯突出國家攻關(guān)項目成果簡介

煤科總院撫順分院在國家“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方面：

3．1 煤與瓦斯突出危險性工作面預測技術(shù)研究

由撫順分院完成的國家“七五”科技攻關(guān)項目“北票綜合防突措施研究”在我國首次提出了在全國普遍適用的工作面突出危險性預測方法，提出了包括利用鉆屑量、鉆屑瓦斯解吸指標、鉆孔瓦斯涌出量等新時期單項指標和綜合指標進行工作面預測較為詳盡的實施方案。該預測方法在《煤礦安全規(guī)程》中被確定為工作面突出預測的標準方法之一，在全國得到推廣應用。該成果榮獲煤炭部科技進步三等獎。該項技術(shù)的推廣應用，提高了我國煤礦防治與瓦斯突出的能力，使我國的年突出次數(shù)大為降低。

自煤炭部頒發(fā)《防治煤與瓦斯突出細則》以后，“四位一體”的綜合防突措施在全國大部分突出礦井得到了較廣泛的應用。在執(zhí)行綜合防突措施中，工作面突出危險性預測成為防治突出首要的一環(huán)。突出預測的正確與否既關(guān)系著突出危險煤層開采的作業(yè)安全，也涉及到防突措施的實施范圍，與煤礦的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益密切相關(guān)。國家“七五”攻關(guān)中，撫順分院為全國的突出礦井提供了一套廣為適用的預測方法和配套的參數(shù)測試儀表。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)的敏感指標和臨界值。為此，撫順分院在國家“八五”科技攻關(guān)項目“工作面突出敏感指標及臨界值的確定研究”中，在我國首次提出了煤與瓦斯突出敏感指標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)學處理方法，確定突出敏感指標及臨界值，使預測不突出準確率達到100%，預測突出的準確率達到60~70%。該成果在北票、焦作、撫順得到了應用。獲得了煤炭部科技進步二等獎。

3．2 煤與瓦斯突出動態(tài)預測技術(shù)研究

傳統(tǒng)的接觸式突出預測技術(shù)一般需要施工鉆孔，占用大量的作業(yè)時間，增加了防突費用和噸煤成本，而且是間斷性的點預測方式，經(jīng)常在非預測時段發(fā)生突出，往往會導致人員傷亡事故，所以煤與瓦斯突出連續(xù)預測成為近年來的主要研究方向。撫順分院在國家“八五”、“九五”科技攻關(guān)中提出了“利用綜合參數(shù)連續(xù)預測突出方法及裝備”、“聲發(fā)射實時跟蹤連續(xù)預測突出危險性技術(shù)研究”兩項科研課題。利用AE（Acoustic Emssion）聲發(fā)射技術(shù)和瓦斯動態(tài)涌出特征對煤與瓦斯突出危險性進行連續(xù)預測取得了較好的效果。研制了能夠與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的聲發(fā)射突出危險監(jiān)測系統(tǒng)。提出了聲發(fā)射突出危險預測指示及瓦斯動態(tài)涌出指標和臨界值，為煤礦的生產(chǎn)應用提供了一整套完整的技術(shù)方法。該成果達到國際先進水平。

3．3 煤與瓦斯突出強度預測技術(shù)研究

國家“九五”科技攻關(guān)中，撫順分院完成了“煤與瓦期突出強度預測技術(shù)的研究”，在全國首次提出了突出危險強度預測理論和方法，提出了利用相似的理論，在實驗室對煤與瓦斯突出進行三維模擬實驗，通過改變縱向應力、橫向應力、瓦斯壓力、煤體強度等參數(shù)，建立了突出強度數(shù)學模型，作出了突出強度預測從定性預測到定量預測的一個嘗試，取得了較大的科研價值。該項成果達到了國際領(lǐng)先水平。

3．4 煤與瓦斯突出預測預報專家系統(tǒng)的研究

該項課題對我國的主要突出礦井的預測參數(shù)值大小、指標、臨界值和瓦斯突出方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行整理、歸類、組成突出預測專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，利用計算機輔助決策技術(shù)對突出進行預測，形成煤與瓦斯突出預測預報專家系統(tǒng)。該項課題填補了我國在這一領(lǐng)域的空白，使我國的突出預測技術(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