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2024年煤矿煤岩动力灾害监测预警技术进展

我国煤岩动力灾害世界第一

煤岩动力灾害，主要包括煤与瓦斯突出和冲击矿压。突出是采掘

工作面周围煤岩向采掘空间高速喷出的一种动力灾害过程，高地应力

和高压瓦斯是能量的主要来源。我国最大的突出灾害发生在四川三汇

坝一井，在几钟内突出煤岩12780吨，喷出瓦斯气体140万立方米。

冲击矿压灾害是在高应力作用下，采掘空间周围的煤岩体失稳破坏并

向采掘空间高速运动的动力灾害过程，高地应力是主要能量来源。我

国最大的冲击矿压发生在抚顺老虎台矿，震级达到里氏4.3级。

煤岩动力灾害除造成人员伤亡外，还严重摧毁巷道等采掘空间、

破坏保障安全的通风系统。灾害过程伴随矿井瓦斯涌出异常，常诱发

重特大瓦斯爆炸事故，造成群死群伤。xx年郑州大平矿死亡148人的

瓦斯突出—瓦斯爆炸事故;xx年辽宁阜新孙家湾矿死亡214人的冲击—

瓦斯爆炸事故;xx年黑龙江鹤岗新兴煤矿死亡108人的瓦斯突出—瓦斯

爆炸事故。这类灾害严重威胁矿井安全，是煤矿重大工程灾害。

我国是世界上煤岩动力灾害最严重的国家。截至xx年，我国已备

案的煤岩动力灾害矿井达1420多个。由于种种原因，还有超过一倍数

量的这类矿井没有备案。据不完全统计，我国已累计发生31000多次

动力灾害，平均每年死亡近300人。目前，除海南、广东、福建、浙

江、西藏等少数省区外，我国主要采煤省区不同程度地受动力灾害的

威胁，著名的平顶山、淮南矿区的主力矿井全部为突出矿井，兖州矿

区主力矿井受冲击灾害威胁严重。

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随着煤矿开采深度的不断增大，灾害更为严重，预防的难度也在

不断加大。我国煤矿国有重点矿平均采深700米，最深达1365米，煤

层最大瓦斯压力达10兆帕。来自权威部门的统计表明，“十一五”期

间，我国煤矿重、特大瓦斯突出事故的起数和死亡人数分别占40%和

28.5%;xx年发生的11起重特大瓦斯事故中，煤与瓦斯突出事故6起，

死亡150人，分别占54.5%和68.2%。从煤矿重特大事故看，煤与瓦斯

突出事故的比例逐年上升，遏制煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害事故是

今后减少煤矿重特大事故的重中之重。

煤岩动力灾害预防是世界性难题

煤矿煤岩动力灾害的本质是含有高压瓦斯的煤岩体在内部能量和

损伤积累到一定条件下快速失去稳定性，坍塌并释放巨大能量的动力

灾害过程，是一个极其复杂的非线性力学现象。受地质条件、采掘布

局、开采技术条件和煤岩性质等多种因素的综合影响，其预防是世界

性难题。世界主要采煤大国，不论是发达国家还是发展中国家，均深

受其害。由于预防难度大，无法避免灾害造成人员伤亡，世界动力灾

害严重的国家如美国、加拿大、英国、法国、德国、日本和苏联基本

关闭了具有动力灾害，特别是瓦斯突出灾害的矿井。

我国主要产煤区均受动力灾害威胁。煤炭是我国主要能源，xx年

以来，煤炭产量以每年超过GDP的速度增加，引领国民经济发展。为

满足经济快速发展的需要，受动力灾害威胁煤矿仍需长期开采，如平

顶山、淮南等。因此，有效预防煤矿煤岩动力灾害是我国煤矿必须面

对的问题。

在我国，煤系地层受多次构造运动作用，地质条件复杂多变，动

力灾害的预防难度极大、危险高。煤矿瓦斯突出灾害预防难度大的另

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外一个原因是机理不清。长期以来，世界突出预防一直以苏联学者霍

多特提出的综合作用定性假说为指导，它表明了突出主要受应力、煤

层瓦斯和煤层物理力学性质等三个主要因素影响，但并未揭示这些因

素如何耦合并影响灾害动态演化过程。机理不清，使得预测准确率

低，防治措施针对性不强，导致事故经常发生，严重恶化煤矿安全环

境。

煤岩动力灾害是突发性的动力灾害，其发生具有很强的时间、空

间随机性和不确定性。现场实测突出危险参数、预测煤层突出危险性

和实施放突措施不仅困难，而且非常危险。我国湖南、江西、贵州、

四川、重庆、河南等严重突出矿区在预测预报和执行放突措施过程中

经常发生突出事故。笔者在研究突出时，也常遇到这样的情况。在焦

作中马村矿井下实验时遇到一次突出，当时在工作面前方实施突出危

险钻孔时喷出近一吨煤粉，眼前什么也看不见，想跑都没法跑，后来

喷孔停止了，才躲过一劫。在煤矿井下开展突出和冲击矿压研