基于流變本構方程和突出現(xiàn)象，提出了煤與瓦斯突出的流變—突變機理。該機理說明，突出現(xiàn)象的本質是含瓦斯煤體在應力、瓦斯、煤層物理力學性質和時間四大要素作用下的流變—突變破壞過程。含瓦斯煤體流變破壞速度和能量分布是否異常，是突出能否發(fā)生的關鍵。煤與瓦斯突出災害在時間上，具有突出的孕育準備、發(fā)動、發(fā)展和結束四個階段。

　　突出的流變—突變機理告訴我們，煤與瓦斯突出是含瓦斯煤巖體流變破壞動態(tài)演化后發(fā)生突變的結果，這是有效預測和防治突出的最根本基礎。要準確預測突出，給出早期預警，必須找到監(jiān)測流變破壞過程的工具?！靶稇?、抽瓦斯、控流變、防突變”是流變—突變理論昭示的防治突出災害的基本原則，已被突出礦井防突工程普遍采用，效果顯著，并被《煤礦防治煤與瓦斯突出規(guī)定》采納。例如，沈煤集團紅菱礦12號煤層突出嚴重，按照卸應力、抽瓦斯、控流變、防突變的原則，開采與之相距16米、厚度僅40厘米的11號煤層，同時采一米厚巖石，采后消除了12號煤層的突出危險，確保了安全高效開采。

　　該理論的重要理論意義在于，它解釋了以前無法解釋的延期突出、硬煤突出、突出過程瓦斯噴出量遠大于拋出煤瓦斯含量等突出現(xiàn)象。延期突出是含瓦斯煤流變發(fā)展到突變的結果;只要條件具備，硬煤也會發(fā)生突出;突出過程中，整個流變區(qū)域瓦斯是噴出瓦斯的重要補給源。這對于準確評價煤層突出危險性、準確預測突出危險區(qū)域具有重要意義。大量現(xiàn)場實際突出現(xiàn)象驗證了流變—突變機理。如寺河礦2008年“5·20”突出事故等，驗證了硬煤突出的結論;應用該理論查明了大平礦“10·20”特大瓦斯事故原因是延期突出。

　　電磁輻射監(jiān)測預警技術裝備與方法

　　煤巖動力災害的本質是煤巖體經(jīng)過流變破裂演化過程而發(fā)生的瞬間突變行為。實現(xiàn)含瓦斯煤巖流變破壞過程及狀態(tài)的實時監(jiān)測，及時掌握采掘空間含瓦斯煤巖體發(fā)生動力災害的危險，是突出災害預防工程、技術及研究人員的夢想，但一直沒有得到很好的解決。

　　筆者在含瓦斯煤巖流變突變破壞實驗過程中發(fā)現(xiàn)，流變破壞過程伴隨產(chǎn)生電磁輻射現(xiàn)象，并從1992年起開始專注于這一方向的研究。通過大量的實驗室實驗和煤礦井下工程實測，發(fā)現(xiàn)電磁輻射是煤巖流變—突變破壞過程中的一種能量輻射形式，它與應力、瓦斯壓力密切相關。應力和瓦斯壓力越高，煤巖體變形破裂越強烈，電磁輻射越強。因此，可以用電磁輻射監(jiān)測煤巖體流變—突變形成災害的過程，實現(xiàn)動力災害的早期預警。

　　研究結果表明，煤巖電磁輻射信號是頻譜范圍寬、強度弱的脈沖信號。如何在煤礦井下實測到這些非常微弱的信號，面臨著很多難題。一是缺乏專用的工程監(jiān)測儀表;二是地面的監(jiān)測儀表無法直接下井，需要解決儀器防水、防塵和防爆的問題;三是煤礦井下采掘空間也有很多機電設備，其工作時產(chǎn)生的電磁干擾信號很強。通過多年的努力，筆者與科研團隊成功發(fā)明了具有完全知識產(chǎn)權的、主要由高靈敏度寬頻帶定向接收天線和智能監(jiān)測主機組成的系列化煤巖流變破壞電磁輻射監(jiān)測裝備，為煤巖流變破壞過程監(jiān)測和煤巖動力災害監(jiān)測預警提供了基礎工具和應用裝備。該裝備成功解決了抗干擾、防爆、防塵、防水等難題，與軟件配套解決了復雜信號濾波、多源信息自動處理、生產(chǎn)工藝干擾信號和有效信號等自動監(jiān)測辨識問題。該裝備通過了國家相關機構的檢測檢驗和認證。

　　在進行電磁輻射監(jiān)測預警煤巖動力災害工程驗證及工業(yè)性試驗的過程中發(fā)現(xiàn)，同傳統(tǒng)鉆孔檢測技術一樣，存在著預警臨界值難以確定和臨界值法預警準確率低等問題。通過與鉆孔指標、動力顯現(xiàn)和實際發(fā)生的動力現(xiàn)象進行對比和統(tǒng)計確定預警臨界值是非常困難的，而且周期很長。因此，需要從理論上解決監(jiān)測預警的指標、方法和臨界值確定等問題。

　　我們基于電磁輻射實驗規(guī)律和損傷力學理論，建立了煤巖流變破壞力—電耦合理論模型。它建立起電磁輻射與應力、破裂間的理論對應關系;基于煤巖動力災害流變—突變規(guī)律和煤巖力—電耦合模型建立了煤巖動力災害電磁輻射監(jiān)測預警準則，確定了臨界值與動態(tài)趨勢相結合的預警方法，并得出煤巖動力災害危險臨界條件的無量綱值域，實現(xiàn)了對煤巖動力災害無危險、危險和強危險的三級預警，解決了預警臨界值難以確定的問題，改變了過去只依靠臨界值法預警而準確率低的歷史，顯著提高了預警準確率。

　　電磁輻射監(jiān)測裝備實現(xiàn)了非接觸式、定向、實時監(jiān)測與預警，實現(xiàn)了煤巖動力災害全過程及全空間的實時監(jiān)測，監(jiān)測信息量和準確率顯著提高，操作非常簡便。該項技術成果被列入《國家科技成果重點推廣計劃》和國家《安全生產(chǎn)重點推廣技術目錄》，在全國近百家礦山獲得應用，在全國7所高校用于煤巖電磁輻射實驗及應用研究。已經(jīng)在50%以上的國有重點突出煤礦區(qū)進行了應用，在我國90%以上有沖擊礦壓危險煤礦進行了工程應用，成為沖擊礦壓的主要監(jiān)測預警手段，有效預防了煤礦沖擊礦壓傷亡事故。如在徐州三河尖煤礦，近60%可采煤層區(qū)域受沖擊礦壓威脅，有些采區(qū)因為沖擊礦壓災害嚴重，又沒有可靠的檢測預警手段，礦工不敢下井而被迫停止開采。電磁輻射預警技術應用到該礦，實現(xiàn)了可靠預警，對有沖擊礦壓危險區(qū)域采用卸壓措施，消除了沖擊礦壓危險，保證了安全回采。在該礦沖擊礦壓災害最嚴重的7204工作面回采過程中，電磁輻射監(jiān)測預警系統(tǒng)成功預警到了38次沖擊礦壓危險并被驗證。

　　此外，該技術裝備還被用于隧道穩(wěn)定性評估。重慶朝天門隧道頂部建有兩座36層大樓，1999年發(fā)現(xiàn)隧道有滲水、開裂等不穩(wěn)定性征兆，采用電磁輻射等技術實測評估圍巖確實在發(fā)生動態(tài)破壞，并確定了危險位置，后期實施了加固工程。電磁輻射監(jiān)測預警系統(tǒng)在沖擊礦壓比較嚴重的波蘭ZOFIOWKA煤礦進行了成功的應用。在巖爆嚴重的加拿大IAMGOLD金礦也進行了成功的應用。

　　電磁輻射監(jiān)測預警技術及裝備，為研究煤巖破壞規(guī)律提供了一種新的有效監(jiān)測和辨識方法，實現(xiàn)了對煤巖流變破壞過程的非接觸連續(xù)監(jiān)測，對實現(xiàn)煤礦煤巖動力災害監(jiān)測預警信息化、智能化，提高預警的可靠性具有重要促進作用。在礦山和地下工程方面也有廣闊的應用前景。

　　煤巖動力災害非常復雜，隨著采深加大、地質環(huán)境和采礦活動的變化，其監(jiān)測預警難度更大。筆者只是在這一領域做了一些初步的開創(chuàng)性工作，煤巖動力災害的準確監(jiān)測預警和有效防治任重道遠，還需要更艱苦的研究探索。
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