袁亮

1.安徽理工大學(xué)，安徽淮南 232000；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)共伴生能源精準(zhǔn)開采北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083

煤與瓦斯突出、沖擊地壓是典型的煤礦動(dòng)力災(zāi)害，會(huì)造成井巷嚴(yán)重破壞和人員重大傷亡。近年來，隨著煤炭資源開采深度和開采強(qiáng)度的增加，動(dòng)力災(zāi)害已成為國內(nèi)外煤炭開采領(lǐng)域面臨的主要災(zāi)害之一[1]。國際上，2007年美國Utah州Crandall Canyon礦發(fā)生嚴(yán)重沖擊動(dòng)力災(zāi)害，造成9人死亡；2014年澳大利亞首個(gè)使用長壁綜放采煤方法的Austar礦發(fā)生沖擊動(dòng)力災(zāi)害，15 m長的煤壁突然沖出，造成2人死亡[2]。在國內(nèi)，煤與瓦斯突出、沖擊地壓的發(fā)生次數(shù)和破壞程度也呈增大趨勢。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1985年我國發(fā)生沖擊地壓的煤礦有32個(gè)，2015年底該類礦井達(dá)到177個(gè)。在2004—2015年期間，平頂山、新汶、華亭、義馬等多個(gè)礦區(qū)先后發(fā)生沖擊地壓重大災(zāi)害多達(dá)35次，造成300余人死亡，上千人受傷。2001—2015年，我國共發(fā)生煤與瓦斯突出死亡事故472起，造成3 303人死亡[3]。

與美國、澳大利亞、波蘭等產(chǎn)煤國相比，我國煤田地質(zhì)條件更為復(fù)雜，因此我國煤礦動(dòng)力災(zāi)害問題尤為突出。行業(yè)管理部門和學(xué)術(shù)界對煤礦動(dòng)力災(zāi)害的機(jī)理和防治問題一直非常重視。21世紀(jì)初，我國相繼啟動(dòng)了一些相關(guān)研究項(xiàng)目，如科技部973項(xiàng)目“煤炭深部開采中的動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理與防治基礎(chǔ)研究”“預(yù)防煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的基礎(chǔ)研究”“深部煤炭開發(fā)中煤與瓦斯共采理論”等，推動(dòng)了我國煤礦動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理和防治的基礎(chǔ)理論研究。但總體而言，現(xiàn)有煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害理論對于高應(yīng)力場、復(fù)雜裂隙場、高滲流場等多相多物理場耦合條件下的災(zāi)害形成過程及演化機(jī)制的研究，仍有待深入[4-10]；同時(shí)，災(zāi)害前兆信息采集傳感、傳輸技術(shù)、挖掘辨識(shí)技術(shù)的落后，亦導(dǎo)致了動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警的盲目性和不確定性[11-16]。

美國、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家均已建立了礦山災(zāi)害預(yù)測、評價(jià)、管理系統(tǒng)，對提高礦井安全管理技術(shù)水平起到了積極作用，但其功能很少涉及煤與瓦斯突出、沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，應(yīng)針對我國煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生特點(diǎn)，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的災(zāi)害前兆信息采集傳感與多網(wǎng)融合傳輸技術(shù)及方法[17-20]；研制安全、靈敏、可靠的新型采集傳感裝備，形成基于大數(shù)據(jù)的多元信息提取與挖掘方法[21-22]；研發(fā)更為科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與預(yù)警模型，進(jìn)行煤礦動(dòng)力災(zāi)害全方位預(yù)警[23]，最終實(shí)現(xiàn)煤礦重大災(zāi)害災(zāi)變隱患在線監(jiān)測、智能判識(shí)、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確預(yù)警。

2016年科技部專門設(shè)立了國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)“公共安全風(fēng)險(xiǎn)防控與技術(shù)裝備”，并將“煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)及監(jiān)控預(yù)警技術(shù)研究”作為該專項(xiàng)指南方向之一，重點(diǎn)開展煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)及監(jiān)控預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究及裝備研發(fā)，從而降低我國煤炭資源開采中的動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，全面提升我國煤礦動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)及監(jiān)控預(yù)警能力。

1 “十三五”期間重大研究進(jìn)展

1.1 動(dòng)力災(zāi)害災(zāi)變機(jī)理

針對沖擊地壓災(zāi)變機(jī)理，建立了以觸探法為基礎(chǔ)的煤巖沖擊傾向性鑒定方法，用X射線成像技術(shù)分析煤巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)與煤巖動(dòng)力失穩(wěn)特征相關(guān)性，模擬獲得了煤樣失穩(wěn)破壞過程中的宏細(xì)觀轉(zhuǎn)化機(jī)制。通過不同尺度煤巖試驗(yàn)，得到了煤巖沖擊失穩(wěn)宏觀破壞的微結(jié)構(gòu)演化前兆與機(jī)理，得出了加載速度和節(jié)理角度對沖擊傾向性煤動(dòng)態(tài)斷裂韌度的影響因素，獲得了煤裂紋擴(kuò)展形態(tài)、沖擊荷載速率及層理間的相關(guān)規(guī)律，為沖擊地壓前兆特征提取和災(zāi)變點(diǎn)識(shí)別提供了基礎(chǔ)。針對煤巖沖擊力學(xué)試驗(yàn)，分析了不同沖擊傾向性、不同層理傾角、不同動(dòng)靜載組合作用下煤巖能量入射能、吸收能、斷裂能和殘余動(dòng)能演化特性，建立了構(gòu)造應(yīng)力場與采動(dòng)應(yīng)力場耦合時(shí)孤島工作面采場動(dòng)力失穩(wěn)的能量激增非線性動(dòng)力學(xué)模型。

通過研究沖擊地壓孕育和發(fā)生過程中的應(yīng)力場-能量場-震動(dòng)場耦合誘沖機(jī)理(圖1)，構(gòu)建了“能量釋放率-應(yīng)力梯度”耦合模型，建立了沖擊地壓臨界判據(jù)，為建立沖擊地壓預(yù)警準(zhǔn)則提供了支撐。研究發(fā)現(xiàn)煤巖變形破壞的應(yīng)變、能量與微震、聲發(fā)射、電磁輻射的特征值成正比，通過引入動(dòng)態(tài)權(quán)重法和多參量歸一化無量綱準(zhǔn)則，建立了沖擊地壓多參量時(shí)空強(qiáng)預(yù)警模型。

圖1 沖擊地壓發(fā)生機(jī)理Fig.1 Mechanism of rock burst

針對目前煤與瓦斯突出物理模擬定性不定量的問題，采用煤與瓦斯突出能量模型結(jié)合經(jīng)典煤與瓦斯突出氣固耦合方程推導(dǎo)出了相似準(zhǔn)則，研發(fā)了大尺度、真三軸突出物理模擬試驗(yàn)裝置(圖2)，進(jìn)行了煤與瓦斯突出動(dòng)力效應(yīng)模擬驗(yàn)證試驗(yàn)，為突出機(jī)理研究提供了實(shí)驗(yàn)支撐。原位實(shí)測與數(shù)值模擬分析了構(gòu)造區(qū)域地應(yīng)力與采動(dòng)應(yīng)力分布特征，建立了“應(yīng)力場-擴(kuò)散場-滲流場”多場耦合模型，揭示了煤與瓦斯突出多場耦合孕育機(jī)制，并提出了煤與瓦斯突出的臨界判據(jù)。

圖2 煤與瓦斯突出物理模擬模型Fig.2 Physical simulation model of coal and gas outburst

同時(shí)開展了煤與瓦斯突出煤粉-瓦斯氣固兩相流動(dòng)力衰減試驗(yàn)，模擬與實(shí)測了突出煤粉-瓦斯兩相流沖擊超壓及傳播速度分布特征，揭示了煤與瓦斯突出發(fā)展演化與衰減規(guī)律(圖3)。通過采動(dòng)煤巖體力學(xué)與滲流實(shí)驗(yàn)，得到了構(gòu)造軟煤、堅(jiān)硬頂板及煤巖組合體的力學(xué)與滲流行為特征，揭示了采動(dòng)煤巖體失穩(wěn)破壞與滲流演化規(guī)律以及厚硬巖組對下伏煤體應(yīng)力-裂隙演化和卸壓特征的影響規(guī)律；提出了煤巖瓦斯復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害分類方法及判別準(zhǔn)則，探索了沖擊誘導(dǎo)煤與瓦斯突出復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理。

圖3 煤與突出動(dòng)力現(xiàn)象與過程Fig.3 Dynamic phenomenon and process of coal and gas outburst

1.2 關(guān)鍵信息采集傳感技術(shù)

基于礦山開采圍巖震動(dòng)以及人工激發(fā)震源機(jī)理，開發(fā)了雙震源一體化在線式彈性波CT反演系統(tǒng)(圖4)，可實(shí)現(xiàn)礦山震動(dòng)智能識(shí)別、人工震源在線激發(fā)、彈性波CT反演在線智能分析，實(shí)現(xiàn)區(qū)域應(yīng)力場高精度快速、在線、智能反演。

圖4 CT信息采集器Fig.4 CT information collector

針對微震檢測頻率范圍窄、精度低等問題，開展了光纖光柵傳感技術(shù)研究，結(jié)合對稱微結(jié)構(gòu)加速度傳感技術(shù)和PGC高靈敏度解調(diào)方法，研發(fā)了光纖微震監(jiān)測裝置，進(jìn)行了性能自測和第三方的校準(zhǔn)測試，測量范圍為0～300 Hz，靈敏度達(dá)到0.1mg @ 30 Hz，實(shí)現(xiàn)了微震信號(hào)的高質(zhì)量高靈敏度監(jiān)測。光纖微震監(jiān)測樣機(jī)如圖5所示。

圖5 光纖微震監(jiān)測樣機(jī)Fig.5 Optical fiber micro seismic monitoring prototype

針對應(yīng)力檢測維度單一、真實(shí)性較差等問題，在現(xiàn)有單軸應(yīng)力檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，開展三軸應(yīng)力檢測技術(shù)研究，研發(fā)了光纖光柵式三軸應(yīng)力傳感器，量程0～35 MPa，實(shí)現(xiàn)了多維度應(yīng)力信息的高精度檢測。

針對瓦斯?jié)舛葯z測存在精度低、調(diào)校周期短等問題，開展了激光吸收光譜技術(shù)研究，研發(fā)了分布式多點(diǎn)激光甲烷監(jiān)測裝置(圖6)，可滿足8路氣室同步測量，測量誤差在±3%左右，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵區(qū)域瓦斯動(dòng)態(tài)涌出濃度分布的高精度、可靠檢測。

圖6 分布式多點(diǎn)激光甲烷監(jiān)測裝置Fig.6 Distributed multi-point laser methane monitoring device

“十三五”期間，還研發(fā)了分布式聲電瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對煤體聲電瓦斯信息多點(diǎn)、區(qū)域化、協(xié)同監(jiān)測及傳輸。設(shè)計(jì)了基于瓦斯涌出特征的突出預(yù)警儀硬件結(jié)構(gòu)，編制了瓦斯涌出特征指標(biāo)自動(dòng)計(jì)算程序，并取得了安全標(biāo)志證書。研發(fā)了功耗低、體積小的無線鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)和無線鉆孔瓦斯涌出初速度測量裝置，解決了人工檢定參數(shù)采用地面人工錄入方式、信息獲得滯后、時(shí)效性較差的問題，實(shí)現(xiàn)了瓦斯突出預(yù)警相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)及時(shí)交互共享。

在人機(jī)環(huán)參數(shù)全面采集及共網(wǎng)傳輸方面，已成功研制非接觸式供電、取電調(diào)制裝置、區(qū)域協(xié)同控制器、透明傳輸網(wǎng)關(guān)、無線節(jié)點(diǎn)及基站等新產(chǎn)品樣機(jī)；研制了無線自組網(wǎng)基站、動(dòng)力電與信號(hào)電混合成纜、通信芯片協(xié)議棧、高精度無線定位技術(shù)等關(guān)鍵區(qū)域無線自組網(wǎng)及分布式總線傳輸技術(shù)與裝備(圖7)。同時(shí)，完成了煤礦井下有限空間多系統(tǒng)近址共建的電磁兼容評價(jià)、典型設(shè)備近址共建的優(yōu)化距離及布置、煤礦設(shè)備專用的抗電磁干擾、煤礦井下電磁干擾源及耦合途徑建模等方法和技術(shù)的研究。

圖7 無線自組網(wǎng)基站實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)Fig.7 Laboratory prototype and test of wireless Ad hoc network base station

1.3 動(dòng)力災(zāi)害多元信息挖掘及預(yù)警技術(shù)

提出了礦山動(dòng)力災(zāi)害的全息模態(tài)化預(yù)警方法及系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了煤礦動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域快速辨識(shí)、動(dòng)態(tài)圈定及智能評價(jià)。針對沖擊地壓災(zāi)變實(shí)時(shí)預(yù)警困難等問題，開展了沖擊災(zāi)變過程中的特征漂移研究，結(jié)合微震監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)展了沖擊地壓災(zāi)變特征挖掘方法，為沖擊災(zāi)變預(yù)警提供了技術(shù)基礎(chǔ)。針對海量微震數(shù)據(jù)難于存儲(chǔ)的問題，開展了基于字典學(xué)習(xí)的微震數(shù)據(jù)壓縮方法研究，結(jié)合微震數(shù)據(jù)的稀疏特征，設(shè)計(jì)了采樣矩陣及稀疏表示方法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的壓縮存儲(chǔ)，為沖擊災(zāi)變特征數(shù)據(jù)挖掘提供了基礎(chǔ)。針對海量、多源、異構(gòu)的煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害數(shù)據(jù)的融合問題，開展了災(zāi)害數(shù)據(jù)融合與管理的研究，提出了煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害知識(shí)庫自動(dòng)構(gòu)建方法，為煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害的區(qū)域遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警提供了基礎(chǔ)。針對災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)主觀性較強(qiáng)的問題，構(gòu)建了煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，提取了災(zāi)害特征指標(biāo)，提出了區(qū)域性煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)技術(shù)。

“十三五”期間，還研究分析了加卸荷條件下不同組合煤巖試樣沖擊傾向性與聲電、微震的演化規(guī)律和動(dòng)載作用下煤巖力學(xué)與聲發(fā)射特性，研制了用以監(jiān)測煤巖破壞前兆信息的電荷感應(yīng)儀。對全礦井沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行分區(qū)分級，確定重點(diǎn)區(qū)域；對重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測預(yù)警和檢驗(yàn)，確定局部危險(xiǎn)范圍；對局部危險(xiǎn)范圍，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警和檢驗(yàn)。從工作面風(fēng)險(xiǎn)、采掘區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)和生產(chǎn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)三個(gè)方面分析煤與瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)因素，提出了數(shù)據(jù)監(jiān)測與采集-數(shù)據(jù)挖掘分析-預(yù)警等級確定-預(yù)警結(jié)果發(fā)布一體化的煤與瓦斯突出預(yù)警方法，預(yù)警方法模型如圖8所示，初步建立了關(guān)聯(lián)規(guī)則和證據(jù)理論兩種算法相結(jié)合的多源信息融合預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)了多指標(biāo)自動(dòng)融合分析與決策、預(yù)警模型的自修正，預(yù)警原因可追溯，預(yù)警的智能化水平得到了顯著提高。

圖8 煤與瓦斯突出預(yù)警模型Fig.8 Schematic diagram of seismic wave CT detection

針對預(yù)警系統(tǒng)自動(dòng)化水平及跨平臺(tái)能力不足的問題，初步開發(fā)了基于B/S結(jié)構(gòu)和支持跨平臺(tái)的礦井突出智能預(yù)警系統(tǒng)(圖9)，實(shí)現(xiàn)了通過不同操作系統(tǒng)電腦、手機(jī)進(jìn)行預(yù)警信息的發(fā)布與訪問。針對煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的問題，提出了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)優(yōu)化策略，設(shè)計(jì)了全國煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警云平臺(tái)架構(gòu)和存儲(chǔ)模式。研發(fā)了區(qū)域性動(dòng)力災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煤礦沖擊地壓、煤與瓦斯突出典型動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警信息遠(yuǎn)程發(fā)布、監(jiān)管與運(yùn)維。結(jié)合全國安全生產(chǎn)信息化頂層設(shè)計(jì)、煤礦風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和防控系統(tǒng)，構(gòu)建了區(qū)域監(jiān)控預(yù)警云平臺(tái)；基于煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害知識(shí)庫，構(gòu)建了區(qū)域性煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)模型。

圖9 煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警架構(gòu)體系Fig.9 Coal mine dynamic disaster monitoring and early warning framework system

2 示范工程應(yīng)用

煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)綜合平臺(tái)是“煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)及監(jiān)控預(yù)警技術(shù)研究”項(xiàng)目研究成果的集成，“十三五”期間完成遠(yuǎn)程集成監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用示范多項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯突出、沖擊地壓等典型動(dòng)力災(zāi)害隱患遠(yuǎn)程在線監(jiān)測、智能判識(shí)、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確預(yù)警。

針對山東能源集團(tuán)高采深、高地壓引起的沖擊地壓難題，開展了主控因素與風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)研究，建立了沖擊地壓多源集成監(jiān)測系統(tǒng)，形成了沖擊地壓集成監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)。通過運(yùn)用新研發(fā)的沖擊地壓多參量監(jiān)測預(yù)警方法與技術(shù)指標(biāo)體系，成功對現(xiàn)場沖擊地壓災(zāi)害進(jìn)行了預(yù)警和解危。

針對我國西南地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜造成的煤與瓦斯突出問題，在貴州盤江礦區(qū)金佳礦開展了煤與瓦斯突出主控因素與風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)研究(圖10)，安裝了項(xiàng)目新研發(fā)的采掘工作面分布式聲電瓦斯突出預(yù)警系統(tǒng)，形成了突出危險(xiǎn)多參量集成監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯突出動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測預(yù)警，提高了煤與瓦斯突出預(yù)警的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性，成功對多次突出動(dòng)力事件進(jìn)行了提前預(yù)警。

圖10 金佳礦聲電瓦斯多參量集成在線監(jiān)測系統(tǒng)Fig.10 Multi-parameter integrated online monitoring system of Jinjia mine acoustic and electric gas

針對陽泉礦區(qū)新景礦煤與瓦斯突出嚴(yán)重的問題，開展了礦井突出主控因素判識(shí)研究，安裝了項(xiàng)目新開發(fā)的地質(zhì)動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)、防突動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)、突出監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)等預(yù)警軟件系統(tǒng)與硬件裝備，形成了礦井突出多參量集成預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)(圖11)，實(shí)現(xiàn)了突出危險(xiǎn)的智能分析與評估。

圖11 新景礦煤與瓦斯突出預(yù)警平臺(tái)Fig.11 Xinjing coal and gas outburst early warning platform

針對大同礦區(qū)忻州窯礦受頂、底板及煤層“三硬條件”造成的強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)問題，開展了強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)與主控因素研究，運(yùn)用項(xiàng)目新開發(fā)的沖擊地壓前兆多參量監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，構(gòu)建了強(qiáng)礦壓動(dòng)力災(zāi)害多參量集成監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了多源海量動(dòng)態(tài)信息在線傳輸、存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)預(yù)警功能。

彬長礦區(qū)是陜西省最早發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害的礦區(qū)，其中胡家河礦被確定為綜合平臺(tái)應(yīng)用示范單位。該礦安裝了新研發(fā)的沖擊地壓應(yīng)力雙震源CT反演系統(tǒng)及配套裝備(圖12)，裝備了礦井尺度的微震監(jiān)測、區(qū)域地音監(jiān)測和支架阻力礦壓監(jiān)測等在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，形成了沖擊地壓監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)與平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了沖擊地壓“災(zāi)源”遠(yuǎn)程定位與識(shí)別。

圖12 沖擊地壓雙震源反演裝備及實(shí)施效果Fig.12 Equipment and implementation effect of dual seismic source inversion for rock burst

3 創(chuàng)新成果總結(jié)

“十三五”期間，通過開展煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)及監(jiān)控預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究及裝備研發(fā)，取得了如下重要?jiǎng)?chuàng)新成果：

(1) 提出了沖擊地壓孕育和發(fā)生過程中的應(yīng)力場-能量場-震動(dòng)場耦合誘沖機(jī)理，構(gòu)建了“能量釋放率-應(yīng)力梯度”耦合模型，揭示了應(yīng)力場-能量場-震動(dòng)場耦合條件下沖擊地壓孕災(zāi)機(jī)理。

(2) 構(gòu)建了“應(yīng)力場-擴(kuò)散場-滲流場”多場耦合模型，揭示了煤與瓦斯突出多場耦合孕育機(jī)制；開展了煤與瓦斯突出煤粉-瓦斯固氣兩相流動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，揭示了煤與瓦斯突出發(fā)展演化與衰減規(guī)律。

(3) 自主研發(fā)了煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警裝置/裝備8套(包含樣機(jī))、雙震源一體化探測預(yù)警裝備、光纖微震監(jiān)測裝備和三軸應(yīng)力傳感裝備、分布式多點(diǎn)激光甲烷監(jiān)測裝置、非接觸式供電-取電調(diào)制裝備和具有數(shù)據(jù)融合與智能管理功能的區(qū)域協(xié)同控制器，改進(jìn)了無線鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)測量裝置和無線鉆孔瓦斯涌出初速度測量裝置。

(4) 設(shè)計(jì)了全國煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警云平臺(tái)架構(gòu)和存儲(chǔ)模式，建立了沖擊地壓臨界判據(jù)和沖擊危險(xiǎn)的多參量歸一化無量綱監(jiān)測預(yù)警模型及準(zhǔn)則；引入動(dòng)態(tài)權(quán)重法，建立了動(dòng)力災(zāi)害多參量時(shí)空強(qiáng)預(yù)警模型及指標(biāo)體系；研發(fā)了沖擊地壓監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)與平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了沖擊地壓“災(zāi)源”遠(yuǎn)程定位與識(shí)別。

(5) 構(gòu)建了煤與瓦斯突出遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)云平臺(tái)，設(shè)計(jì)了跨平臺(tái)遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、礦端預(yù)警信息采集接口、預(yù)警分析服務(wù)、遠(yuǎn)程展示及運(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯突出災(zāi)害的遠(yuǎn)程監(jiān)測預(yù)警。

(6) 通過研究成果的集成，在山東能源集團(tuán)有限公司、貴州盤江精煤股份有限公司、陽泉煤業(yè)集團(tuán)、山西大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司、陜西煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司等企業(yè)建立了遠(yuǎn)程集成監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)并成功進(jìn)行了示范應(yīng)用。