受《煤炭科学技术》编辑部邀约，程远平教授在《煤炭科学技术》2021年第1期撰文“煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展”。
个人简介
程远平，博士，二级教授、博士生导师，国家安全生产专家组专家，庆祝中华人民共和国成立70周年纪念章获得者，享受国务院特殊津贴，江苏省杰出中青年专家，曾担多次担任国务院特别重大瓦斯突出事故调查专家组组长、国家煤矿安全技术专家会诊第二组副组长。
程远平教授从事煤与瓦斯突出灾害防治理论与工程技术研究36年，主持国家自然科学基金重点项目、国家重点基础研究发展计划项目（973计划）、国家“十五”重点科技攻关项目等任务16项和企业委托项目200余项。研究成果获国家科技进步二等奖2项、省部级科技进步一等奖9 项、二等奖8项，制定煤炭行业标准1部；获国家发明专利30余项，出版学术专著8部，发表SCI收录论文170余篇；指导博士研究生50余人、硕士研究生120余人。
程远平教授一直坚持科学研究服务于工程实际问题的理念，研发的保护层开采理论与卸压瓦斯抽采技术、构造煤卸荷损伤增流理论与造穴增透关键技术及装备、突出煤储层瓦斯吸附解吸运移特性与突出灾害防治技术及管理体系等在我国的主流煤矿区大规模推广应用。
摘 要
煤与瓦斯突出预测是突出煤层2个“ 四位一体” 综合防突措施的关键环节，对确定突出预测敏感指标及其临界值具有重要意义。以往突出预测敏感指标及临界值的确定，包括地应力指标和瓦斯指标，是通过现场反复测试、试验确定的;而现今的突出防治管理模式不支持这种方法，故只能采取实验室试验研究，主要是针对瓦斯相关指标的研究，结合部分现场验证来确定。
选取大隆矿12煤、芦岭8煤、祁南3煤、朱仙庄10煤、童亭7煤和新景3煤等6个煤样，煤种涉及中等变质程度的气肥煤到高等变质程度的无烟煤，试验研究了各煤样瓦斯压力P与瓦斯含量W，瓦斯压力P与钻屑瓦斯解吸指标K1和Δh2，以及钻屑瓦斯解吸指标K1与Δh2之间的关系规律。结果表明:突出预测的瓦斯指标之间具有单值对应关系，但各煤样的这种对应关系是变化的，国家相关标准给出的突出预测指标建议临界值之间并不对应，也不能完全反映煤层的实际突出危险性与突出严重程度，不同变质程度煤层很难存在统一的临界值;应用煤层瓦斯相关指标之间的对应关系，结合突出煤层的实际，如始突深度、突出动力现象、钻孔动力现象等，可间接确定突出预测敏感指标的临界值。同时，未来精细化的突出防治对突出预测敏感指标有更高的要求，进一步研究的方向应包含反映地应力状况、小构造影响下煤层赋存、预测煤层潜在突出强度的指标，以及适应突出灾害差异性的新突出预测方法及措施效果检验方法。
引言
突出危险性预测指标及其临界值是评价开采煤层突出危险性的依据，也是选择和采取防突措施的依据，更是评价防突工作效果和安全生产的依据。屠锡根等对工作面突出危险性敏感指标及其临界值的定义:应该是能最准确预测突出危险性，并最经济地采取防突措施的预测指标及界限值。国内外 学者对敏感指标及其临界值的确定方法进行了深入细致的研究。苏联主要采用现场统计分析、工程数学和可靠性评价指标来研究确定突出预测敏感指标及其临界值。我国“七五”、 “八五”期间进行了广泛的突出预测指标敏感性及其临界值研究。“七五” 期间煤炭科学研究总院抚顺分院应用“ 三率法”来确定突出预测的敏感指标及其临界值，其中，“ 三 率”为预测突出准确率、预测不突出准确率和预测突出率。“八五”期间煤炭科学研究总院重庆分院提出了预测指标适用条件—初步确定临界值—现场验证的理论体系，并在现场进行了推广应用。
大纲
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我国煤与瓦斯突出技术发展及危险性预测指标
1.1 我国煤与瓦斯突出技术发展
为有效防治煤与瓦斯突出，我国先后开展了大量的理论研究、实验室试验和现场科技攻关工作，目前已建立起煤与瓦斯突出危险性评价方法、防治技术、装备和严格的标准体系。
1.2 我国煤与瓦斯突出预测指标及其临界值
我国煤与瓦斯突出危险性预测指标包括3个部分，第1部分为煤层突出危险性鉴定指标，第 2 部分是区域性突出危险性预测指标，第3部分是局部突出危险性预测指标。表1—表3为《 防突细则》不同版本中我国煤与瓦斯突出危险性预测指标及临界值的发展变化过程。
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突出危险性预测指标临界值确定方法
2.1 突出预测指标测定方法
预测煤层的突出危险性指标，除了钻屑量指标S外，都有明确的技术标准支撑。钻屑量指标 S虽没有测定标准，但《防突细则》有明确的测定要求。
《防突细则》2019 版第八十五条规定，突出矿井应当针对各煤层的特点和条件，试验确定工作面预测的敏感指标和临界值，并作为判定工作面突出危险性的主要依据。
2.2 原局部突出预测指标敏感性及其临界值测定 方法
原突出预测指标，包含区域预测指标和局部预测。原突出预测指标的临界值基本思路是以《防突细则》规定的突出临界值为基准，在现场进行试验:如果在规定的突出临界值以下发生了突出或动力现象，则降低指标值进行试验;如果又发生了突出或动力现象，则再次降低指标值进行试验;如此循环，直至不发生突出或动力现象为止。相反，如果在规定的突出临界值未发生突出或动力现象，则提高指标值进行试验;如果还未发生突出或动力现象，则再次提高指标值进行试验;如此循环，直至发生突出或动力现象为止。可见，原突出敏感指标及其临界值的研究是与突出发生与否直接相关的，主要依据试验过程中实际发生的突出及动力现象，考虑一定的安全系数，综合判断。
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突出危险性预测指标之间的关系及测定 存在的问题
3.1 地应力相关指标的关系
煤与瓦斯突出与地应力、瓦斯和煤的力学性质密切相关。区域预测指标主要为反映瓦斯赋存的瓦斯压力P和瓦斯含量W，坚固性系数f能一定程度上反映煤的性质，总体上缺乏与地应力相对应的区 域指标。局部预测指标一般为钻屑量S、钻屑瓦斯解吸指标K1和Δh2、钻孔瓦斯涌出初速度q和复合指标R值指标。这些突出预测指标中，钻屑量S主要反映地应力因素，钻孔瓦斯涌出初速度q反映地应力和瓦斯赋存因素，复合指标 R 通过钻屑量S和钻孔瓦斯涌出初速度q计算获得，也反映地应力和瓦斯赋存因素。
3.2 瓦斯相关指标的关系
3.3 突出预测指标敏感性及其临界值测定中存在的问题
4
突出危险性预测指标及其临界值研究展望
煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯、煤的自身属性等因素综合作用的结果。目前，随着开采深度的增加，我国煤矿突出煤层开采时的地应力和瓦斯压力不断增大，在突出灾害日益严重的新形势下，原有的突出预测指标及其临界值的适应性变差，需要从以下4个方面开展深入研究。
4.1 反映地应力的区域预测指标
4.2 煤厚异常变化指标
4.3 突出灾害的潜在强度指标
4.4 新突出预测方法及措施效果检验方法
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结论
1)区域预测指标反映煤层瓦斯赋存，局部预测指标中的瓦斯相关指标反映煤层瓦斯解吸，这些指标间通过瓦斯联系起来，具有单值对应关系，但这些对应关系是变化的。《防突细则》给出了突出预测指标的建议临界值，但这些临界值之间并不对应，同时这些建议临界值也不能完全反映煤层的实际突出危险性，不同煤层很难存在统一的临界值。
2) 突出预测敏感指标主要为地应力指标和瓦斯指标，地应力指标不可或缺，选择钻屑量 S 作为敏感指标，临界值取6kg/m;瓦斯相关指标集中在瓦斯压力、瓦斯含量和钻屑瓦斯解吸指标，目前可依据瓦斯压力与瓦斯含量的关系、瓦斯压力与钻屑瓦斯解吸指 标的关系以及钻屑解吸指标之间的关系，结合突出煤 层的实际，间接确定突出预测敏感指标的临界值。
3)突出危险性指标及其临界值的深入研究方 向应是，反映地应力状况的区域预测指标，反映小构造影响的煤层赋存变化指标，预测煤层潜在突出强度的指标，适应突出灾害差异性的新突出预测方法及措施效果检验方法。
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