煤与瓦斯突出是煤矿开采中最具破坏性和危害性的动力灾害之一，会造成井巷严重破坏和人员重大伤亡。煤矿现行的煤与瓦斯突出危险性预测方法主要有：钻屑瓦斯解吸指标法、钻孔瓦斯涌出初速度法、钻屑量法等，存在抽检性、单一性、不连续性、人为主观性等不足，难以精准反映煤岩应力变化特征及煤与瓦斯突出危险动态演化过程。为攻克煤与瓦斯突出危险性监测预警重大科学技术难题，贵州盘江煤电集团有限责任公司携手西安西科测控设备有限责任公司深耕煤与瓦斯突出危险性监测预警领域，研发了具有自主知识产权的煤与瓦斯突出危险性智能监测预警技术，对于提高煤矿瓦斯灾害智能判识、实时监测预警水平和实现矿井安全、高效生产具有重大意义和价值。

（一）主要技术内容

1.开展井下多噪音干扰环境实时跟踪采集地应力变化信息的微震传感器研究，解决多噪音条件下辨识和采集围岩破坏产生微震信号的难题，达到实时采集与监测工作面集中应力变化效果。

煤与瓦斯突出由地应力“激发”、瓦斯“驱动”，每一个矿井中的煤层都能找到起主要支撑作用的顶、底板岩层，随着集中应力的强度超过岩石的破坏强度，坚硬岩层就会破坏、同时会释放出强大能量的微震信号和对煤层产生强大的冲击力。要实现微震信号的实时监测，开发出性能优异的微震传感器至关重要。研究团队主要成员为利用微震信号特征反推煤岩的力学状态，前期开展大量的基础研究；并将煤层顶、底板岩石在实验室进行力学试验，测定岩石在加载至破坏过程中释放的微震信号规律及频谱特征。经过多年的技术攻关，研发出多噪音环境中实时跟踪采集煤岩破坏时产生微震信号的传感器—微震传感器，解决了井下工作面集中应力变化不能实时采集的难题。

2.开展自动寻找或校核煤与瓦斯突出危险性预警判据指标和临界值的技术方法研究，利用人工智能技术，解决不同矿井、不同煤层煤与瓦斯突出危险性判据指标及临界值差异性的难题。

预测煤与瓦斯突出危险性，重要的是确定预测突出危险的判据指标及其临界值，前人提出了钻屑瓦斯解吸指标K₁、钻屑量S等判据指标及临界值。大量的实践结果表明：确定一个能够适应各个突出矿井不同煤层的突出危险临界指标是完全不可能的，不同矿井、不同的煤层判据指标及临界值存在差异性。采用人工智能技术，将煤与瓦斯突出预警中采用的方法、思路和数学模型软件化，把要检测的信号采集传感器化，形成一套自动寻找或校核安装矿井预警煤与瓦斯突出危险判据指标和临界值的方法，解决不同矿井、不同煤层判据指标及临界值差异性的难题。

3.开展煤与瓦斯突出危险性的监测系统研究，利用同一时空地应力和瓦斯涌出量变化特征，结合人工智能、大数据技术，实现智能化实时监测预警。

通过人工智能技术、大数据统计、分析参数自动化采集、智能化监测预警技术等相结合的方法，分析同一时空上地应力与瓦斯涌出量两个突出参数的变化趋势，比较、分析、预判发生突出前的信号特征，实时监测、分析预警工作面煤与瓦斯突出的危险性，研发了KJ918(A)矿用煤与瓦斯突出预测参数监测系统，实现了对煤与瓦斯突出危险性的实时监测预警。

4.开展井下、地面调度室、远程预警服务中心三级预警分析机制研究，建立三级联动系统，实现远程实时智能化分析预警。

井下为第一级，安装微震传感器、甲烷传感器、风速及分站，分站上设计有人工智能分析软件，对工作面迎头不小于300m半径的一个空间区域内实现连续跟踪预警，发生突出事故的前兆特征时，实现就地报警、撤人提示、断电控制任务。地面调度室为第二级，服务器上安装着KJ918(A)系统实时分析软件，可以完成数据的处理、归纳、分析、判断、建立专家数据库、输出各种报表、发出各种报警及提示功能等。当发现分析结果异常时，向远程专家分析中心发出求助和提示，要求远程预警中心专业人员进行辅助分析。远程预警服务中心为第三级，通过互联网从煤矿地面监控中心服务器获得实时数据，由防突的专业研究人员在一、二级分析系统的基础上做一些辅助分析、处理。及时修正并对现场分析、处理、预警提供技术支持，对工作面的突出危险性，实现24小时不间断、连续跟踪预警和技术服务。

（二）授权专利情况

1.发明专利

1）一种实时跟踪预警矿井煤与瓦斯突出危险性的装备（授权号：ZL 2009 1 0024209.0，授权日期：2013年5月22日，证书编号：第11983631号） 

2）一种实时预测矿井煤与瓦斯突出危险性的系统及其方法（授权号：ZL 2009 1 0254614.1，授权日期：2013年05月22日，证书编号：第1199547号）

3）一种实时监测矿井顶板岩层或混凝土结构稳定性的装置（授权号：ZL 2008 0018171.1，授权日期：2013年2月20日，证书编号：第1139952号）

2.实用新型专利

1）一种在多噪音干扰环境下实时监测矿井围岩破坏的装置（授权号：ZL 2009 2 0031814.6，授权日期：2010年2月24日，证书编号：第1368005号） 

2）一种应用人工智能技术实时预测矿井顶板大面积冒顶事故的分析装备（授权号：ZL 2009 2 0031816.3，授权日期：2010年3月3日，证书编号：第1372426号）

3）一种实时跟踪采集矿井集中应力变化的微震传感器（授权号：ZL 2020 2 0441692.4，授权日期：2020年3月30日，证书编号：第11563771号）

（三）软件著作权情况

1. KJ918（A）煤与瓦斯突出预测参数监测系统（授权号：2020SR1781736，授权日期：2019年5月13日，证书编号：软著登字第6584738号）

2. KJ918（A）煤与瓦斯突出联网预警系统V1.0（授权号：2020SR1781886，授权日期： 2019年7月16日，证书编号：软著登字第6584888号）

（四）技术经济指标

1.技术指标

1）多噪音环境中实时跟踪采集煤岩破坏时产生微震信号的微震传感器1套；

2）自动寻找或校核安装矿井预警煤与瓦斯突出危险判据指标和临界值的方法1套；

3）实时监测矿井顶板岩层稳定性的装置1套；

4）煤与瓦斯突出预测参数监测系统及软件1套；

5）煤与瓦斯突出联网预警系统软件1套；

6）煤与瓦斯突出危险性智能检测预警技术综合准确率达75%以上。

2.经济指标

1）巷道掘进工作面掘进效率/进尺量提高50%以上；

2）矿井回采工作面进尺量提高50%以上；

3）煤矿采掘有效接替率达80%以上。

（五）应用推广及效益情况

在贵州水矿控股集团有限责任公司的汪家寨煤矿、那罗煤矿、中岭煤矿、大河边煤矿、文家坝一矿、大湾煤矿、玉舍中井等7个煤矿进行现场应用，实现了煤与瓦斯突出危险性智能化实时监测，达到了实时跟踪预警煤与瓦斯突出危险性的目的，煤矿巷道安全、高效、快速掘进，改善采掘失调方面取得极佳效果。

以汪家寨煤矿为例，2015年，当工作面开始回采时，运输巷道尚未掘通，只能通过临时巷道进行运输，一年内有半年缺少回采工作面，严重制约煤矿生产。汪家寨煤矿2015年1月至2020年10月利用煤与瓦斯突出危险性智能检测预警技术（含2套KJ918（A）突出预警系统），极大的加快了巷道掘进和回采工作面进尺速度，安全掘进或回采进尺共11737m（详见表2），解决了多年来煤矿严重的采掘失调问题。2021年共有3个工作面进行回采，1-9月份，原煤产量超过了120万吨，产量创历史新高。