本書針對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理、預(yù)測及防治理論和技術(shù)，圍繞煤與瓦斯突出過程力學(xué)作用機(jī)制及能量演化特征，以理論、技術(shù)、應(yīng)用為一體，系統(tǒng)闡述了煤與瓦斯突出主控機(jī)制及瓦斯能量動(dòng)力學(xué)特性，主要內(nèi)容涵蓋現(xiàn)階段煤與瓦斯突出災(zāi)害分布特點(diǎn)、突出機(jī)理及預(yù)測技術(shù)研究現(xiàn)狀；同時(shí)從突出主控因素出發(fā)，剖析主控因素影響機(jī)制；以煤體損傷特征為切入點(diǎn)，明晰采動(dòng)誘發(fā)多變力學(xué)響應(yīng)下煤體損傷失穩(wěn)機(jī)制；基于瓦斯能量視角，揭示突出煤體瓦斯能量釋放量化機(jī)制與動(dòng)力學(xué)特性；結(jié)合技術(shù)瓶頸問題，提出了突出預(yù)測、防治等技術(shù)體系。

煤炭資源的持久性開采已然導(dǎo)致煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害反復(fù)性、長期性頻發(fā)。隨著深部開采的常態(tài)化，其孕育、發(fā)動(dòng)、發(fā)展過程因受多源、多場耦合疊加效應(yīng)的影響，至今仍有眾多難題未得到解決。煤與瓦斯突出(簡稱“突出”)作為井工煤礦最嚴(yán)重的煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害之一，經(jīng)過近200年的研究，基本明晰了突出發(fā)生的主控因素、力學(xué)過程、能量特性，并在理論認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，提出了一系列突出預(yù)測、防治及風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)與方法，尤其近年來災(zāi)害多元?jiǎng)討B(tài)信息的集成監(jiān)測、動(dòng)態(tài)預(yù)警及分源防控技術(shù)工程示范。然而，目前因突出事故導(dǎo)致的傷亡人數(shù)仍在煤礦事故中占比較高。面對(duì)煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的嚴(yán)峻形勢，在動(dòng)力災(zāi)害“孕災(zāi)—發(fā)災(zāi)—致災(zāi)”過程的認(rèn)識(shí)亟須有質(zhì)的提升。

煤與瓦斯突出作為一種物理現(xiàn)象，既是能量積聚、轉(zhuǎn)移及異常釋放的動(dòng)力學(xué)演化過程，亦是力在介質(zhì)上疊加，引發(fā)結(jié)構(gòu)體損傷失穩(wěn)的力學(xué)作用過程。當(dāng)前，突出事故仍不間斷發(fā)生，其背后的核心問題，是由于地層產(chǎn)狀、構(gòu)造條件、采掘工藝、煤巖結(jié)構(gòu)、人員管理等因素影響，在有限時(shí)間內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)災(zāi)害的精細(xì)、精準(zhǔn)、精確防控，其中，制約這一難題的關(guān)鍵是突出發(fā)生的微宏觀機(jī)制尚有待進(jìn)一步揭示。孕突過程各主控因素間的量化作用，尤其是煤巖賦存特性下，主控因素量化貢獻(xiàn)的演變機(jī)理仍不明確，已成為業(yè)內(nèi)的共識(shí)。如突出孕育過程中地應(yīng)力與瓦斯壓力互饋下的關(guān)鍵作用點(diǎn)及量化關(guān)聯(lián)；煤體力學(xué)強(qiáng)度作為阻擋力，其阻擋能力與地應(yīng)力及瓦斯壓力間的響應(yīng)機(jī)制等科學(xué)問題尚有待回答。同時(shí)，對(duì)煤巖瓦斯出現(xiàn)的壓出動(dòng)力現(xiàn)象(其在煤壁面留下的孔洞為口大腔小，區(qū)別于口小腔大的典型煤與瓦斯突出孔洞)，是否屬于煤與瓦斯突出的一種，現(xiàn)仍存在爭議。此外，突出過程是否存在地應(yīng)力主導(dǎo)或者瓦斯壓力主導(dǎo)類型、為何出現(xiàn)低瓦斯突出現(xiàn)象等疑問尚未得到明晰。同時(shí)在“四位一體”防突措施中，采掘工作面防突措施效果檢驗(yàn)，即治理后煤體的突出危險(xiǎn)性預(yù)測是極其重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采取合理的預(yù)測指標(biāo)，確定科學(xué)的預(yù)測鉆孔布局方案，準(zhǔn)確辨識(shí)突出預(yù)測鉆孔瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象與突出危險(xiǎn)性間的直觀聯(lián)系，也是必須解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。

基于以上科學(xué)問題，本書圍繞煤與瓦斯突出過程力學(xué)作用機(jī)制及能量演化特征，以理論、技術(shù)、應(yīng)用為一體，通過明確煤與瓦斯突出主控因素及控因間關(guān)聯(lián)，闡明多變力學(xué)行為下煤體損傷動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)制，豐富煤與瓦斯突出力學(xué)過程主控作用機(jī)制。以煤體釋放瓦斯能量為著眼點(diǎn)，揭示突出煤體瓦斯能量釋放規(guī)律及量化特征，進(jìn)而明晰孕突過程損傷煤體瓦斯能量動(dòng)力學(xué)特性。在以上研究成果基礎(chǔ)上，遵循“四位一體”防突策略，以突出災(zāi)害精準(zhǔn)防治需求為牽引，面對(duì)分源、分強(qiáng)度及分時(shí)空精準(zhǔn)防治技術(shù)瓶頸，開展突出災(zāi)害的精準(zhǔn)監(jiān)測、精確預(yù)警、精細(xì)防控技術(shù)研究。

煤與瓦斯突出災(zāi)害演化過程

含瓦斯煤體初始破壞力學(xué)作用過程

含瓦斯構(gòu)造煤樣的真三軸應(yīng)力加卸載方案

應(yīng)力路徑①下不同卸載速率煤樣細(xì)觀損傷漸進(jìn)圖

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本書主要內(nèi)容

第1章

緒論：概述煤與瓦斯突出事故的分布特征、趨勢及我國煤炭生產(chǎn)形勢，探討煤與瓦斯突出機(jī)理和預(yù)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

第2章

煤與瓦斯突出主控因素及關(guān)聯(lián)：分析工作面突出規(guī)律及影響因素間的關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)研究煤與瓦斯突出強(qiáng)度及其演化過程。

第3章

多變力學(xué)行為下煤體損傷動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)制：研究多重應(yīng)力路徑下煤體損傷演化及能量變化特性，探討不同條件下煤體失穩(wěn)特征。

第4章

突出煤體瓦斯能量釋放規(guī)律及量化特征：探究含瓦斯煤體初始解吸規(guī)律及其能量演化機(jī)制，量化瓦斯膨脹能釋放特征與突出主控因素間的關(guān)系。

第5章

孕突過程損傷煤體瓦斯能量動(dòng)力學(xué)特性：考察損傷煤體解吸動(dòng)力學(xué)參數(shù)特性及解吸過程中瓦斯膨脹能演變規(guī)律，分析溫控作用下的瓦斯能量釋放特征。

第6章

煤與瓦斯突出防治技術(shù)展望：討論突出強(qiáng)度量化評(píng)估模型、防突措施建議及突出危險(xiǎn)性預(yù)測模型，并提出針對(duì)局部異常帶的防治策略。

作 者 簡 介

王超杰，博士（后），中國石油大學(xué)（華東）副教授，碩士生導(dǎo)師，全國煤炭青年科技獎(jiǎng)獲得者，山東省高等學(xué)校青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人。主要從事礦井瓦斯災(zāi)害防治、煤層氣高效開發(fā)、非常規(guī)油氣開發(fā)工藝風(fēng)險(xiǎn)防控等方面的教學(xué)與科研工作。主持國家自然科學(xué)基金、山東省高等學(xué)校青創(chuàng)科技支持計(jì)劃、中國博士后優(yōu)秀學(xué)術(shù)專著出版基金、中國博士后基金面上項(xiàng)目、教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目、青島市博士后應(yīng)用型項(xiàng)目等縱向課題15項(xiàng)，企業(yè)科技攻關(guān)等橫向課題10余項(xiàng)。以第一或通訊作者在

International Journal of Mining Science and Technology

Fuel

Journal of Petroleum Science and Engineering

Process Safety and Environmental Protection

International Journal of Mining Science and Technology

Rock Mechanics and Rock Engineering

Fuel

本書可作為高等院校礦山安全工程專業(yè)、采礦工程專業(yè)本科生或研究生的參考書，同時(shí)亦可供相關(guān)專業(yè)的高等院校教師、科研院所及企業(yè)工程技術(shù)人員使用。

本文摘編自《煤與瓦斯突出主控機(jī)制及瓦斯能量動(dòng)力學(xué)特性》（王超杰 著. 北京：科學(xué)出版社，2025.3）一書“前言”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

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