煤与瓦斯突出(简称突出)是煤矿生产中最严重的自然灾害之一，它严重地威胁着煤矿的生产安全。自1834年法国依萨克矿井发生世界上第一次有记载的突出以来，世界各主要产煤国家都发生过不同程度的突出，我国也是突出灾害最严重的国家之一。随着新井建设和现有矿井开采水平深度的加大，矿井地质条件的复杂化，发生煤与瓦斯动力现象的矿井将愈来愈多。 国内外大量突出煤层的开采实践表明，突出的发生具有区域性分布或带状分布的特点，在同一煤田(或井田)中，有些煤层属于突出危险煤层，另一些煤层为非突出煤层；在属于突出危险煤层中，有一些区域属于突出危险区，另一些区域为突出威胁区和无突出危险区：在属于突出危险煤层中有潜在突出危险的区域仅占10％～30％。如果在突出危险煤层开采过程中，大面积地实行防治突出措施，势必要投入大量的人力、物力，相应地增加防止突出工程量，不但严重影响采掘效率，也会给矿井带来沉重的经济负担和不必要的经济浪费。显然，通过区域煤层突出危险性，把突出危险区域、突出威胁区域和无突出危险区划分出来，采取不同的技术措施，这不仅有利于在突出防治中更加有的放矢，有效防灾，而且能带来更大的经济效益。因此，对煤与瓦斯突出进行有效预测，建立完善的突出预测仿真系统对于煤矿安全生产有着非常重要的意义。 虚拟仿真技术是近十几年来迅速发展起来的高新技术，被称为二十一世纪对人类有巨大影响的十大高新技术之一。自诞生以来，就在军事、航空航天、建筑、机械制造以及其他行业中发挥着不可替代的作用。把虚拟现实技术应用到煤矿中，用虚拟场景来模拟复杂多变的煤矿地质环境、顶板垮落、巷道布置、瓦斯突出、工作面生产状况等情形，使用户通过视觉、触觉、声音等临场感输入输出设备，获得视觉、听觉、触觉等感官效果，可使用户体验真实的煤矿环境，以及供煤矿生产者或研究工作者提出和解决某些难题。 本文根据已有的煤与瓦斯突出理论研究，把先进的虚拟现实技术应用到煤与瓦斯突出预测中，为实现此目的，作了以下研究： (1)研究影响煤与瓦斯突出的主要因素，确定突出的指标及其临界值； (2)建立煤与瓦斯涌出/突出模型； (3)对煤与瓦斯突出的预测技术进行研究，建立煤与瓦斯突出预测专家系统： (4)根据系统需求分析，对系统功能及模块进行设计； (5)应用虚拟仿真技术，对系统进行虚拟场景建模及开发； (6)对煤与瓦斯突出进行区域预测，得出预测结果。 根据目前的研究，普遍认为煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯、煤体结构等诸因素综合作用的结果，且地质构造起到主导控制作用。事实上地应力是突出的主要动力来源，高压瓦斯及破碎的煤体结构是突出的物质基础，而工程采掘活动则为突出提供了适宜的边界条件。 预测专家系统采用了确定性理论处理煤与瓦斯突出预测中不确定性推理问题，运用产生式规则的方式，由领域专家凭经验确定可信度因子CF，建立预测专家知识库，创建出煤矿瓦斯突出预测专家系统，并在实际预测中根据实际情况修正可信度因子，调节预测系统的预测准确性。 矿山虚拟场景建模采用了虚拟现实技术，它以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体变化与互相作用的三维世界，并通过辅助传感设备，提供用户一个观测与该虚拟世界交互的三维界面，使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化。利用虚拟现实技术进行矿井瓦斯突出模拟是一种新的尝试，这一技术有可能继计算机三维动画之后，成为矿井瓦斯突出模拟和救灾决策分析的有力工具。 在仿真的建模过程中，采用面向对象的方法和分层模块化结构进行设计，结合虚拟现实技术，对煤与瓦斯突出场景进行虚拟现实仿真。建立人与监控系统的实时交互与控制，使操作者、管理决策者可以身临其境地观察到和感受到仿真系统运行中的动态变化，并可随用户的意愿进入掘进过程中的任意地点监测瓦斯涌出情况。在仿真系统的支持下，实时地对人的行为和控制决策进行仿真和评估，最终实现煤与瓦斯突出预测的实时预警监控功能。 通过对系统的需求分析，设计开发了Window环境下煤与瓦斯突出预测仿真系统。该系统可以通过实时监测矿井瓦斯数据，划分煤与瓦斯突出的危险区域、威胁区域及安全区域，同时结合煤与瓦斯突出预测专家系统，为决策者提供参考，提高矿井灾变处理能力，将事故损失降到最低程度，为煤矿的安全生产提供保障。