中梁山南矿煤与瓦斯突出规律及主控因素研究

统计分析了鹤壁三矿在勘探和开采过程中瓦斯涌出量的变化情况，探讨了影响瓦斯赋存的地质因素，并研究了瓦斯赋存和运移的地质条件。研究结果揭示了影响瓦斯分布的地质规律，对矿井通风设计和采掘布置具有指导意义，有助于采取针对性的瓦斯防治措施。

煤与瓦斯突出的物理相似模拟实验是深入研究其机理的重要手段。目前，针对大尺寸实验装置的力学加载要求，研究者普遍采用多组液压缸分布加载或提高加载系统刚度及液压缸能力等方式进行优化。此外，利用COMSOL模拟软件的固体力学模块分析了不同压板结构对煤体应力变形的影响，结果显示，梯形结构压板能够提高加载系统施加应力的均匀性。

从潘一矿13-1煤层煤与瓦斯突出特征出发，探讨了突出机理，认为该煤层的突出是构造应力主导的倾出和压出类型。针对这种类型的煤与瓦斯突出，从突出的各种控制因素和预测方法的工程可行性角度进行了讨论。指出煤和顶底板岩石物理力学性质的异常是构造应力主导的倾出和压出型突出危险区的基本特征和共性，并提出了侧重分析煤物理力学性质和瓦斯信息，对勘探和测井资料进行充分的数据挖掘。结合支持向量机等先进的分类算法，提出了基于多因素模式识别的区域预测方法，既有理论基础，又具有工程实用性和操作性。

煤与瓦斯突出预测敏感指标的确定对安全开采至关重要。分析了传统确定方法的局限性，并提出了基于统计分析的新方法，以确定不同地质条件下的预测指标适用性。在开滦矿区的实际应用中发现，钻孔瓦斯涌出初速度指标适用于典型突出煤层，瓦斯解吸指标适用于主要瓦斯型突出煤层，钻屑量指标适用于主要应力型突出煤层。研究表明，高应力是开滦矿区控制突出的主要因素，其次是高压瓦斯，关键预测指标为钻屑量和瓦斯解吸指标。

针对煤矿矿震分类缺乏定量化指标、矿震传播规律不明确、危险性矿震难以识别等问题，综合运用数值模拟、理论分析及现场实测方法，对煤矿矿震进行了分类。通过UDEC数值模拟模拟了震动波在节理岩体中的传播过程，并结合微震监测数据，统计分析了矿震震动波传播过程中质点峰值速度和震动波能量的衰减规律，初步探讨了危险性矿震的判别方法。研究结果显示：煤矿矿震可分为采动破裂型、巨厚覆岩型和高能矿震型3种，其中高能矿震型可进一步分为煤体内爆型、顶板失稳型和断层活化型。根据矿震对井下人员或设备造成的影响，可将矿震分为正常矿震和危险性矿震两大类。矿震震动波传播受多种因素影响，特别是在煤岩体中，不连续面对震动波传播起着显著作用。研究揭示了不连续面对震动波应力传递的阻断机制：当震动波传递的应力超过不连续面强度时，不连续面发生破坏，介质的不连续性阻断了震动波应力的传播。质点峰值速度与震动波能量在传播距离上呈负指数关系，这在实测中得到了验证：某矿区实体煤区域和采空区域的质点震动速度吸收系数分别为0.00375和0.0076，震动波能量吸收系数分别为0.0075和0.015。

通过对活动构造、最大主应力、瓦斯压力和瓦斯含量等关键因素进行统计分析，建立了煤与瓦斯突出预测的模式识别准则和模型。利用模式识别方法，实现了煤层突出危险性的分单元概率预测，并据此划分出突出危险区、威胁区和安全区。这种方法有效克服了单一指标预测结果的不确定性，实现了多指标定量化预测，从而提高了预测结果的可靠性。

为了识别导致煤与瓦斯突出的因素，并制定预防措施以降低事故率，本研究基于“2-4”模型建立了煤矿瓦斯突出事故的成因分类框架。分析了93起重大煤矿瓦斯突出事故的直接原因、间接原因、根本原因和根源原因，揭示了各类事故原因的具体表现和主要因素，并提出了相应的控制措施。研究结果显示，事故原因可分为13类因素，包括不安全的操作行为、物态条件、间接因素和根本因素，其中违章放炮、突出前兆、安全意识不足、培训管理不完善和安全意识低等因素是事故发生的主要原因。

基于新元煤矿，建立多元数据可视化系统，融合物探、钻探等基础数据。采用两级预测方法，深度挖掘数据关联性。构建基于WebGIS的综合可视化平台，直观展示预测结果和数据，显著提高突出预测的准确性和实时性。

分析了2010年至2019年间我国低瓦斯煤矿发生的瓦斯爆炸事件。从所有权、事故地点、事故原因、煤矿产能、发生时间、事故诱因和事故类型等多个角度探讨了其发生规律。研究表明，年产量30万吨以下的煤矿更容易发生瓦斯爆炸事件，主要诱因是通风不畅。相对而言，低瓦斯煤矿更易发生重大事故，因此需加强技术和管理措施，有效消除安全隐患。