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摘要：在适宜的外界条件下，煤体中的吸附瓦斯迅速解析为游离瓦斯后可释放出巨大的能量，从而产生强烈的气体动力效应。为了使煤与瓦斯突出灾害预防措施更加有效，需深入研究煤与瓦斯突出与地质因素的关系，以地质因素定量化为手段，对煤与瓦斯突出灾害的危险性进行预测。文章主要对煤与瓦斯突出的预测及地质因素进行了分析研究。
关键词：煤与瓦斯突出：预测；地质因素
煤是一种复杂的多孔介质，是天然的吸附体，煤中的瓦斯主要以吸附狀态存在。吸附状态的瓦斯具有极大的潜能，但其不能产生瓦斯压力，因此也不能对外做功而成为突出的动力。只有当吸附状态的瓦斯转变为游离态后，才能释放出破碎与抛掷煤体的能量。因此，煤中瓦斯的解吸特征指标是反映瓦斯气体在煤与瓦斯突出过程中作用大小的重要指标。
1煤与瓦斯突出预测方法
1.1简单指标方法
目前国内所采用的工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法主要有综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法、复合指标法和R值指标法等静态方法。这类方法由于便于现场操作，得到了煤矿的普遍使用，但需要消耗较大的人力和物力，不利于煤炭的安全高效开采。而动态方法可解决这些问题，也逐渐受到煤矿管理人员的认可，主要包括煤层涌出氦体积和氡浓度法、V30、V60及KV指标、瓦斯涌出动态特征法、红外辐射监测法、声发射监测法、电磁辐射监测法、脉冲超声波监测法、无线电波透视法、地质雷达法、槽波地震法和微震法等非接触式预测方法和指标，其中电磁辐射监测技术、声发射监测技术和微震技术得到较为深入的实验及理论研究，并在现场得到一定的应用。另外采用瓦斯含量、瓦斯膨胀能和瓦斯涌出量等指标预测煤与瓦斯突出灾害危险性的方法也有一定的研究。
1.2多指标数学方法
近些年来，一些前沿数学方法在煤与瓦斯突出预测领域得到研究和应用，这不仅提高了预测的效率，也提高了预测的准确性，概括起来主要是煤与瓦斯突出主控因素优选和危险程度预测两个方面。一方面虽然煤与瓦斯突出的影响因素较多，但在一定的地质条件和开采条件下，一般来说有1个或几个因素起着决定性的作用，目前研究人员主要采用专家打分法、事故树分析法、层次分析法和灰色关联分析法等方法进行确定；影响煤与瓦斯突出的诸多因素问具有不确定的耦合关系，这也加大了煤与瓦斯突出准确预测的难度，现阶段研究人员试图将机器学习、数据融合和人工智能等技术手段运用到煤与瓦斯突出的危险性预测中，在现场得到了初步应用。这方面的研究主要集中在模糊数学、神经网络和模式识别等数学方法建立的多指标法。同时，灰靶决策、GIS系统平台、信息融合和属性综合评价也有一定程度的研究，并应用于矿井煤与瓦斯突出预测。
1.3煤与瓦斯突出预测敏感指标及临界值确定
敏感指标选取及临界值的确定是煤与瓦斯突出预测研究的重要一环。不同的地质背景，煤与瓦斯突出预测的敏感指标也不相同，如何确定该研究区域的预测敏感指标，近几十年来在我国讨论的比较多，比较有代表性的是煤科总院抚顺分院提出的“三率法”，以及煤科总院重庆分院提出的包括适用指标情况，初选阈值、现场调校和验证的一整套方法步骤。之后孙东玲认为“喷孔率”可以间接表征煤与瓦斯突出的危险性程度，在此认识基础上利用数理统计方法确定预测指标的敏感性，并根据各指标的离散化程度，对敏感指标的阈值进行初步确定；赵旭生论述了采用历史资料统计，实验室实验和现场试验相结合的手段确定煤与瓦斯突出预测敏感指标及其阈值的合理性和正确性。近年来随着各种基础学科的发展和交叉学科的产生及应用，模式识别、灰色关联和模糊数学等方法也被用来确定瓦斯突出预测指标的敏感性和临界值。
2地质因素预测煤与瓦斯突出
2.1地质因素和煤与瓦斯突出关系
国内外学者统计了世界范围内大量煤与瓦斯突出，并分析了煤与瓦斯突出和地质构造的关系，表明煤与瓦斯突出多发生在地质构造带、煤厚变化带、构造煤发育部位和岩浆岩侵入带。研究了张性构造、压性构造、张扭构造和压扭构造的成因和力学性质，以及各部位地应力和瓦斯压力的分布规律，梳理了矿井地质构造成因及力学性质和煤与瓦斯突出的关系。并进一步探讨了褶皱翼部、断层盘位、向斜构造、环形构造、构造凹地、重力滑动构造和隔档式褶皱等地质构造不同部位和不同构造型式发生煤与瓦斯突出灾害的危险性程度。
2.2地质因素预测煤与瓦斯突出危险性
控制煤与瓦斯突出发生和分布的地质因素主要是地质构造、煤体结构和煤厚及其变化。其中地质构造的控制作用尤为显著，现阶段研究人员对地质构造和煤与瓦斯突出关系的研究，也都认为地质构造是反映煤与瓦斯突出危险性程度的关键指标。通过分析矿井地质构造和煤与瓦斯突出分布的关系，并创造性地将矿井地质构造分为突出构造和非突出构造及突出构造的突出段和非突出段。在影响煤与瓦斯突出危险性的诸多地质因素中，尤其需要重视构造煤厚度和煤厚变化这两种因素，近年来研究人员进行了相关研究，主要是煤变质程度、煤厚变化和构造煤厚度等的研究。在地质构造预测煤与瓦斯突出的研究中，研究人员提出了煤与瓦斯突出区段划分的构造分维指标、煤层底板构造曲率和地形曲率等方法。然而影响煤与瓦斯突出的因素复杂且多变，因此研究人员开始研究将煤的物理化学参数用于判断不同地质条件煤与瓦斯突出的危险性，构造煤的波速、孔隙度和渗透率，煤的比表面积，煤的微观结构，煤的自由基浓度和氯仿萃取率等也运用到煤与瓦斯突出预测，取得了一定进展。
3结束语
在深入研究煤与瓦斯突出灾害地质条件的基础上，探讨地质条件控制煤与瓦斯突出机理，并将煤与瓦斯突出预测的地质指标数据信息进行挖掘和融合，从而推进煤与瓦斯突出地点、规模和危险性等级的全方位预测，给煤与瓦斯突出灾害的预防提供技术支撑，实现煤炭安全高效开采。
关键词：煤与瓦斯突出：预测；地质因素
煤是一种复杂的多孔介质，是天然的吸附体，煤中的瓦斯主要以吸附狀态存在。吸附状态的瓦斯具有极大的潜能，但其不能产生瓦斯压力，因此也不能对外做功而成为突出的动力。只有当吸附状态的瓦斯转变为游离态后，才能释放出破碎与抛掷煤体的能量。因此，煤中瓦斯的解吸特征指标是反映瓦斯气体在煤与瓦斯突出过程中作用大小的重要指标。
1煤与瓦斯突出预测方法
1.1简单指标方法
目前国内所采用的工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法主要有综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法、复合指标法和R值指标法等静态方法。这类方法由于便于现场操作，得到了煤矿的普遍使用，但需要消耗较大的人力和物力，不利于煤炭的安全高效开采。而动态方法可解决这些问题，也逐渐受到煤矿管理人员的认可，主要包括煤层涌出氦体积和氡浓度法、V30、V60及KV指标、瓦斯涌出动态特征法、红外辐射监测法、声发射监测法、电磁辐射监测法、脉冲超声波监测法、无线电波透视法、地质雷达法、槽波地震法和微震法等非接触式预测方法和指标，其中电磁辐射监测技术、声发射监测技术和微震技术得到较为深入的实验及理论研究，并在现场得到一定的应用。另外采用瓦斯含量、瓦斯膨胀能和瓦斯涌出量等指标预测煤与瓦斯突出灾害危险性的方法也有一定的研究。
1.2多指标数学方法
近些年来，一些前沿数学方法在煤与瓦斯突出预测领域得到研究和应用，这不仅提高了预测的效率，也提高了预测的准确性，概括起来主要是煤与瓦斯突出主控因素优选和危险程度预测两个方面。一方面虽然煤与瓦斯突出的影响因素较多，但在一定的地质条件和开采条件下，一般来说有1个或几个因素起着决定性的作用，目前研究人员主要采用专家打分法、事故树分析法、层次分析法和灰色关联分析法等方法进行确定；影响煤与瓦斯突出的诸多因素问具有不确定的耦合关系，这也加大了煤与瓦斯突出准确预测的难度，现阶段研究人员试图将机器学习、数据融合和人工智能等技术手段运用到煤与瓦斯突出的危险性预测中，在现场得到了初步应用。这方面的研究主要集中在模糊数学、神经网络和模式识别等数学方法建立的多指标法。同时，灰靶决策、GIS系统平台、信息融合和属性综合评价也有一定程度的研究，并应用于矿井煤与瓦斯突出预测。
1.3煤与瓦斯突出预测敏感指标及临界值确定
敏感指标选取及临界值的确定是煤与瓦斯突出预测研究的重要一环。不同的地质背景，煤与瓦斯突出预测的敏感指标也不相同，如何确定该研究区域的预测敏感指标，近几十年来在我国讨论的比较多，比较有代表性的是煤科总院抚顺分院提出的“三率法”，以及煤科总院重庆分院提出的包括适用指标情况，初选阈值、现场调校和验证的一整套方法步骤。之后孙东玲认为“喷孔率”可以间接表征煤与瓦斯突出的危险性程度，在此认识基础上利用数理统计方法确定预测指标的敏感性，并根据各指标的离散化程度，对敏感指标的阈值进行初步确定；赵旭生论述了采用历史资料统计，实验室实验和现场试验相结合的手段确定煤与瓦斯突出预测敏感指标及其阈值的合理性和正确性。近年来随着各种基础学科的发展和交叉学科的产生及应用，模式识别、灰色关联和模糊数学等方法也被用来确定瓦斯突出预测指标的敏感性和临界值。
2地质因素预测煤与瓦斯突出
2.1地质因素和煤与瓦斯突出关系
国内外学者统计了世界范围内大量煤与瓦斯突出，并分析了煤与瓦斯突出和地质构造的关系，表明煤与瓦斯突出多发生在地质构造带、煤厚变化带、构造煤发育部位和岩浆岩侵入带。研究了张性构造、压性构造、张扭构造和压扭构造的成因和力学性质，以及各部位地应力和瓦斯压力的分布规律，梳理了矿井地质构造成因及力学性质和煤与瓦斯突出的关系。并进一步探讨了褶皱翼部、断层盘位、向斜构造、环形构造、构造凹地、重力滑动构造和隔档式褶皱等地质构造不同部位和不同构造型式发生煤与瓦斯突出灾害的危险性程度。
2.2地质因素预测煤与瓦斯突出危险性
控制煤与瓦斯突出发生和分布的地质因素主要是地质构造、煤体结构和煤厚及其变化。其中地质构造的控制作用尤为显著，现阶段研究人员对地质构造和煤与瓦斯突出关系的研究，也都认为地质构造是反映煤与瓦斯突出危险性程度的关键指标。通过分析矿井地质构造和煤与瓦斯突出分布的关系，并创造性地将矿井地质构造分为突出构造和非突出构造及突出构造的突出段和非突出段。在影响煤与瓦斯突出危险性的诸多地质因素中，尤其需要重视构造煤厚度和煤厚变化这两种因素，近年来研究人员进行了相关研究，主要是煤变质程度、煤厚变化和构造煤厚度等的研究。在地质构造预测煤与瓦斯突出的研究中，研究人员提出了煤与瓦斯突出区段划分的构造分维指标、煤层底板构造曲率和地形曲率等方法。然而影响煤与瓦斯突出的因素复杂且多变，因此研究人员开始研究将煤的物理化学参数用于判断不同地质条件煤与瓦斯突出的危险性，构造煤的波速、孔隙度和渗透率，煤的比表面积，煤的微观结构，煤的自由基浓度和氯仿萃取率等也运用到煤与瓦斯突出预测，取得了一定进展。
3结束语
在深入研究煤与瓦斯突出灾害地质条件的基础上，探讨地质条件控制煤与瓦斯突出机理，并将煤与瓦斯突出预测的地质指标数据信息进行挖掘和融合，从而推进煤与瓦斯突出地点、规模和危险性等级的全方位预测，给煤与瓦斯突出灾害的预防提供技术支撑，实现煤炭安全高效开采。