《煤矿瓦斯重大灾害预警理论及应用》针对中国煤矿瓦斯事故发生频繁，但相关理论研究不足的现实，通过运用危机管理理论、层次分析法、可拓理论、粗糙集、属性数学、人工神经元网络和模糊数学等理论和方法，结合实证分析，对煤矿瓦斯重大灾害预警理论进行了深入而系统的研究，为煤矿实施瓦斯灾害预警系统提供理论基础和分析技术的支持。《煤矿瓦斯重大灾害预警理论及应用》主要内容有：煤矿瓦斯重大灾害预警的理论框架和预警机制、煤矿瓦斯灾害预警的指标体系、预警模型和运行保障机制、煤矿瓦斯重大灾害预警系统的应用实例。

第1章 煤矿瓦斯重大灾害预警概述/1

1.1 预警理论概述/1

1.2 国内外研究现状/5

1.2.1 预警机制的研究现状/5

1.2.2 预警指标体系的研究现状/5

1.2.3 预警模型的研究现状/6

1.2.4 运行保障机制的研究现状/8

1.2.5 瓦斯灾害预警系统的研究现状/8

1.3 当前研究中存在的问题/9

1.4 研究煤矿瓦斯重大灾害预警的意义/10

本章小结/14

参考文献/14

第2章 煤矿瓦斯重大灾害预警的基础理论/22

2.1 煤矿瓦斯重大灾害预警的理论基础/22

2.1.1 危机管理理论/22

2.1.2 瓦斯突出理论/28

2.1.3 系统非优理论/36

2.1.4 系统控制论/37

2.1.5 安全科学理论/38

2.2 煤矿瓦斯灾害预警系统的组成/40

2.2.1 煤矿瓦斯灾害预警的管理对象/40

2.2.2 煤矿瓦斯灾害预警的目标体系/41

2.2.3 煤矿瓦斯灾害预警的基本内容/41

2.3 煤矿瓦斯灾害预警机制及系统目标/45

2.3.1 煤矿瓦斯灾害预警的基本机制/45

2.3.2 煤矿瓦斯灾害预警系统的目标/46

2.4 煤矿瓦斯灾害预警管理体系/47

2.5 煤矿瓦斯灾害预警系统的要求/49

本章小结/52

参考文献/52

第3章 煤矿瓦斯重大灾害预警的指标体系/54

3.1 预警指标体系建立的原则/54

3.2 瓦斯爆炸灾害预警的指标体系/55

3.2.1 瓦斯爆炸的条件/55

3.2.2 影响瓦斯爆炸发生的因素/56

3.2.3 瓦斯爆炸灾害预警的指标体系/59

3.3 煤与瓦斯突出灾害预警的指标体系/59

3.3.1 煤与瓦斯突出区域预测/59

3.3.2 工作面突出危险性预测/62

3.3.3 突出预测敏感指标及其临界值确定方法/67

3.3.4 煤与瓦斯突出预警指标体系/68

本章小结/69

参考文献/69

第4章 煤矿瓦斯重大灾害预警模型/72

4.1 基于AHP一可拓理论的动态预警模型/72

4.1.1 利用AHP确定预警指标的权重/72

4.1.2 煤矿瓦斯重大灾害预警的可拓模型/77

4.2 基于粗糙集一属性数学的综合预警模型/82

4.2.1 利用粗糙集理论确定预警指标的客观权重/82

4.2.2 基于属性数学的综合预警模型/84

4.3 基于神经网络的综合预警模型/88

4.3.1 人工神经网络的基本原理/88

4.3.2 基于BP神经网络预警的基本步骤/91

4.4 基于模糊数学的综合预警模型/93

4.4.1 模糊数学的基础知识/94

4.4.2 模糊综合预警模型/95

本章小结/98

参考文献/99

第5章 煤矿瓦斯重大灾害预警的管理组织机制/101

5.1 煤矿瓦斯灾害预警管理系统的组织模型/101

5.1.1 预警管理系统的构建原则与目标/101

5.1.2 瓦斯灾害预警管理系统的功能/104

5.2 煤矿瓦斯灾害预警管理系统的功能体系重构/107

5.2.1 新功能体系的内容构成/107

5.2.2 煤矿企业安全管理机制重构的设计/112

5.2.3 新型煤矿企业安全生产机制的职能分析/114

5.2.4 预警系统同其他管理系统的组织关系/116

5.3 煤矿瓦斯灾害预警管理系统的运转模式和运行机制/119

5.3.1 煤矿瓦斯灾害预警管理系统的运转模式/119

5.3.2 煤矿瓦斯灾害预警管理系统的运行机制/120

5.4 煤矿瓦斯灾害预警管理系统的组织机构与组织方法/120

5.4.1 组织机构的模式及其构成/120

5.4.2 预警管理职能的分配，/121

5.4.3 煤矿瓦斯灾害预警管理系统的组织方法/122

5.5 煤矿瓦斯灾害预警管理系统的监控机制与管理制度体系/125

5.5.1 煤矿瓦斯灾害预警管理系统的监控机制/125

5.5.2 煤矿瓦斯灾害预警管理制度体系/127

本章小结/128

参考文献/129

第6章 煤矿瓦斯重大灾害的控制对策/130

6.1 矿井瓦斯涌出及治理/130

6.1.1 矿井瓦斯生成与赋存/130

6.1.2 矿井瓦斯涌出量/132

6.1.3 矿井瓦斯等级划分/134

6.1.4 矿井瓦斯涌出的治理/137

6.2 瓦斯喷出及其预防/141

6.2.1 瓦斯喷出的分类及其特点/141

6.2.2 瓦斯喷出的防治//142

6.3 煤与瓦斯突出灾害控制对策/144

6.3.1 防治突出措施/144

6.3.2 防治突出措施效果检验/149

6.3.3 安全防护措施/150

6.4 煤矿开采瓦斯爆炸危险预控/152

6.4.1 产生矿井瓦斯爆炸事故的原因分析/152

6.4.2 矿井瓦斯爆炸的预控/154

本章小结/158

参考文献/158

第7章 煤矿瓦斯重大灾害的应急救援体系/159

7.1 安全生产应急救援概述/159

7.1.1 事故应急救援的基本原则和任务/159

7.1.2 事故应急救援系统/160

7.1.3 应急救援系统的运作/162

7.2 应急救援的组织准备与基本程序/163

7.3 安全生产应急救援预案策划及编制/165

7.3.1 应急救援预案概述/165

7.3.2 应急救援预案的策划及编制/171

7.4 应急救援训练和演习/175

7.4.1 应急救援训练与演习的目的/175

第8章 煤矿瓦斯重大灾害预警的信息系统

第9章 煤矿瓦斯重大灾害预警系统的应用

附录1 作者简介

附录2 作者承担或参加的与本书内容相关的科研项目

附录3 本书作者公开发表的相关论文和出版著作

附录4 防治煤与瓦斯突出规定

针对煤矿瓦斯重大危险源，开展远程预警理论与技术基础研究：① 矿井风网实时分析与调控理论及方法；② 瓦斯流监测与瓦斯场分析的可视化理论及关键技术原理；③ 瓦斯监测数据与煤矿事故数据融合理论与方法。发表论文13篇，完成发明专利设计4项，软件设计1项，4次受邀在国内外会议上做特邀报告。 1.研究了煤矿井下通风巷道风流与风压的合理监测点，验证了巷道断面凤速分布与传感器的布置可靠性。在风压监测中发现了大气压力对监测风压的周期性影响，在矿井的反风过程中，成功监测并记录了反风前后的风速变化曲线。以图论和矿井通风可视化仿真系统( VentGIS) 为基础，建立了角联分支数、网络结构熵快速估算模型。用VB语言开发的矿井风网可视化与实时解算系统，为实际生产中矿井通风管理提供了科学便捷的方法。 2.系统总结了矿井瓦斯时间序列自身所具的趋势性、相关性、周期性及异常性4 种特性，展望了K 线理论的应用前景。采用Fluent 软件建立并开发了高瓦斯综采工作面立体抽采瓦斯的CFD 模型，编制自定义函数，模拟瓦斯抽采与控制方式。CFD软件模拟瓦斯危险源的失控状态，结合瓦斯危险源辨识和事故案例，对瓦斯爆炸危险性进行定量风险评价。为瓦斯重大危险源的防控提供理论与计算案例及工具。 3.建立了煤岩体变形和瓦斯流动方程的关系,运用COMSOL Multiphysics 数值模拟软件模拟了某矿上保护层开采后下方的被保护层应力分布和瓦斯运移规律。借助FLAC3D软件研究三维岩石拉伸断裂瞬间破坏和煤岩瓦斯动力灾害瞬间断裂破坏机理。 4.项目研究以安徽淮南矿区和陕西旬邑青岗坪矿业公司为实验基地，将理论研究成果直接与生产需要相结合，解决了煤层瓦斯重大风险源状态测试关键技术----煤储层含气量与瓦斯压力测定及评价方法，并将提升为行业标准，具有重大的理论意义和经济价值。 5.给出了安全科学的科学定义和定位与防灾减灾的作用。 2100433B

瓦斯爆炸是可以预防的，瓦斯突出（gas outburst）也是可以预测的，如经常测量巷道空气中的瓦斯含量，测量瓦斯涌出量，并采取有效通风、严禁烟火、预先抽放、开采保护层、人工突出等措施，可以保障煤矿生产的安全。重要的是应该研究解决煤矿瓦斯的综合利用问题，变害为利，专门抽放集中瓦斯用作气体燃料和制造炭黑等。根据1昼夜内每开采l吨煤涌出的平均瓦斯量和瓦斯涌出形式，分为：低瓦斯矿井，10立方米及其以下；高瓦斯矿井，10立方米以上；煤与瓦斯突出矿井，地质勘查部门应为矿井设计和建井提供资料。在采煤之前先开采煤层气能有效地减少煤矿瓦斯。

矿井瓦斯喷出是指从煤体或岩体裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯异常涌出的现象。在20 m巷道范围内，涌出瓦斯量大于或等于1．0m3/min，且持续时间在8h以上时，该采掘区域即定为瓦斯喷出危险区域 。

瓦斯喷出的预兆：矿压活动显现激烈，煤壁片帮严重、底板突然鼓起、支架承载力加大甚至破坏，煤层变软、潮湿等 。

另外，还存在煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出，即在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤(岩)和瓦斯(二氧化碳)由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。煤(岩) 与瓦斯(二氧化碳)突出具有突发性、极大破坏性和瞬间携带大量瓦斯(二氧化碳)和煤(岩)冲出等特点，能摧毁井巷设施、破坏通风系统、造成人员窒息，甚至引起瓦斯爆炸和火灾事故，是煤矿最严重的灾害之一。突出发生前通常有地层微破坏、瓦斯涌出变化、煤层层理紊乱、钻孔卡钻夹钻、煤壁温度降低、散发煤油气味、煤层产状发生变化等预兆