本書針對煤與瓦斯突出機理、預測及防治理論和技術，圍繞煤與瓦斯突出過程力學作用機制及能量演化特征，以理論、技術、應用為一體，系統闡述了煤與瓦斯突出主控機制及瓦斯能量動力學特性，主要內容涵蓋現階段煤與瓦斯突出災害分布特點、突出機理及預測技術研究現狀；同時從突出主控因素出發，剖析主控因素影響機制；以煤體損傷特征為切入點，明晰采動誘發多變力學響應下煤體損傷失穩機制；基于瓦斯能量視角，揭示突出煤體瓦斯能量釋放量化機制與動力學特性；結合技術瓶頸問題，提出了突出預測、防治等技術體系。

煤炭資源的持久性開采已然導致煤巖瓦斯動力災害反復性、長期性頻發。隨著深部開采的常態化，其孕育、發動、發展過程因受多源、多場耦合疊加效應的影響，至今仍有眾多難題未得到解決。煤與瓦斯突出(簡稱“突出”)作為井工煤礦最嚴重的煤巖瓦斯動力災害之一，經過近200年的研究，基本明晰了突出發生的主控因素、力學過程、能量特性，并在理論認識的基礎上，提出了一系列突出預測、防治及風險監控的關鍵技術與方法，尤其近年來災害多元動態信息的集成監測、動態預警及分源防控技術工程示范。然而，目前因突出事故導致的傷亡人數仍在煤礦事故中占比較高。面對煤巖瓦斯動力災害的嚴峻形勢，在動力災害“孕災—發災—致災”過程的認識亟須有質的提升。

煤與瓦斯突出作為一種物理現象，既是能量積聚、轉移及異常釋放的動力學演化過程，亦是力在介質上疊加，引發結構體損傷失穩的力學作用過程。當前，突出事故仍不間斷發生，其背后的核心問題，是由于地層產狀、構造條件、采掘工藝、煤巖結構、人員管理等因素影響，在有限時間內難以實現災害的精細、精準、精確防控，其中，制約這一難題的關鍵是突出發生的微宏觀機制尚有待進一步揭示。孕突過程各主控因素間的量化作用，尤其是煤巖賦存特性下，主控因素量化貢獻的演變機理仍不明確，已成為業內的共識。如突出孕育過程中地應力與瓦斯壓力互饋下的關鍵作用點及量化關聯；煤體力學強度作為阻擋力，其阻擋能力與地應力及瓦斯壓力間的響應機制等科學問題尚有待回答。同時，對煤巖瓦斯出現的壓出動力現象(其在煤壁面留下的孔洞為口大腔小，區別于口小腔大的典型煤與瓦斯突出孔洞)，是否屬于煤與瓦斯突出的一種，現仍存在爭議。此外，突出過程是否存在地應力主導或者瓦斯壓力主導類型、為何出現低瓦斯突出現象等疑問尚未得到明晰。同時在“四位一體”防突措施中，采掘工作面防突措施效果檢驗，即治理后煤體的突出危險性預測是極其重要的關鍵環節。采取合理的預測指標，確定科學的預測鉆孔布局方案，準確辨識突出預測鉆孔瓦斯動力現象與突出危險性間的直觀聯系，也是必須解決的關鍵科學問題。

基于以上科學問題，本書圍繞煤與瓦斯突出過程力學作用機制及能量演化特征，以理論、技術、應用為一體，通過明確煤與瓦斯突出主控因素及控因間關聯，闡明多變力學行為下煤體損傷動態響應機制，豐富煤與瓦斯突出力學過程主控作用機制。以煤體釋放瓦斯能量為著眼點，揭示突出煤體瓦斯能量釋放規律及量化特征，進而明晰孕突過程損傷煤體瓦斯能量動力學特性。在以上研究成果基礎上，遵循“四位一體”防突策略，以突出災害精準防治需求為牽引，面對分源、分強度及分時空精準防治技術瓶頸，開展突出災害的精準監測、精確預警、精細防控技術研究。

煤與瓦斯突出災害演化過程

含瓦斯煤體初始破壞力學作用過程

含瓦斯構造煤樣的真三軸應力加卸載方案

應力路徑①下不同卸載速率煤樣細觀損傷漸進圖

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本書主要內容

第1章

緒論：概述煤與瓦斯突出事故的分布特征、趨勢及我國煤炭生產形勢，探討煤與瓦斯突出機理和預測技術的發展現狀。

第2章

煤與瓦斯突出主控因素及關聯：分析工作面突出規律及影響因素間的關系，通過實驗研究煤與瓦斯突出強度及其演化過程。

第3章

多變力學行為下煤體損傷動態響應機制：研究多重應力路徑下煤體損傷演化及能量變化特性，探討不同條件下煤體失穩特征。

第4章

突出煤體瓦斯能量釋放規律及量化特征：探究含瓦斯煤體初始解吸規律及其能量演化機制，量化瓦斯膨脹能釋放特征與突出主控因素間的關系。

第5章

孕突過程損傷煤體瓦斯能量動力學特性：考察損傷煤體解吸動力學參數特性及解吸過程中瓦斯膨脹能演變規律，分析溫控作用下的瓦斯能量釋放特征。

第6章

煤與瓦斯突出防治技術展望：討論突出強度量化評估模型、防突措施建議及突出危險性預測模型，并提出針對局部異常帶的防治策略。

作 者 簡 介

王超杰，博士（后），中國石油大學（華東）副教授，碩士生導師，全國煤炭青年科技獎獲得者，山東省高等學校青年創新團隊帶頭人。主要從事礦井瓦斯災害防治、煤層氣高效開發、非常規油氣開發工藝風險防控等方面的教學與科研工作。主持國家自然科學基金、山東省高等學校青創科技支持計劃、中國博士后優秀學術專著出版基金、中國博士后基金面上項目、教育部產學合作協同育人項目、青島市博士后應用型項目等縱向課題15項，企業科技攻關等橫向課題10余項。以第一或通訊作者在

International Journal of Mining Science and Technology

Fuel

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Process Safety and Environmental Protection

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Rock Mechanics and Rock Engineering

Fuel

本書可作為高等院校礦山安全工程專業、采礦工程專業本科生或研究生的參考書，同時亦可供相關專業的高等院校教師、科研院所及企業工程技術人員使用。

本文摘編自《煤與瓦斯突出主控機制及瓦斯能量動力學特性》（王超杰 著. 北京：科學出版社，2025.3）一書“前言”，有刪減修改，標題為編者所加。

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