“三软”煤层瓦斯灾害预警理论及应用_杨玉中，吴立云_9787030511713

“三软”煤层瓦斯灾害预警理论及应用

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　　《“三软”煤层瓦斯灾害预警理论及应用》针对我国煤矿瓦斯事故发生频繁，相关理论研究不足的现实，通过引入危机管理理论、可拓理论、粗糙集、属性数学、神经网络和模糊数学等理论和方法，结合实证分析，对“三软”煤层条件下煤矿瓦斯灾害预警理论进行深入而系统的研究，为煤矿实施瓦斯灾害预警系统提供理论基础和分析技术的支持。《“三软”煤层瓦斯灾害预警理论及应用》主要内容包括“三软”煤层条件下瓦斯参数的变化规律、瓦斯灾害的预警机制、瓦斯突出的事故树分析、瓦斯灾害预警的指标体系和预警模型、瓦斯灾害预警系统的运行保障机制、瓦斯抢险救灾预警系统的设计与开发，以及瓦斯灾害预警实例分析。
　　《“三软”煤层瓦斯灾害预警理论及应用》可作为安全科学与工程专业研究生教材和安全工程专业本科生参考书，也可作为采矿工程专业、安全管理人员、生产技术人员和研究人员的参考书。

　　煤炭是我国的基础能源，也是国家能源安全的基石，是关系国家经济命脉的重要基础产业。《国务院关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》中进一步强调了煤炭工业在国民经济中的重要战略地位，而煤炭工业的可持续发展必须以保障煤矿安全生产为前提。同时我国煤矿地质条件复杂，是世界上灾害严重、事故多的国家。我国煤矿绝大多数为井工煤矿，随着时间的推移，开采深度日益增加，深部煤层瓦斯含量越来越大，瓦斯已成为制约我国大型煤炭企业安全生产和提高经济效益的首要因素。2016年1月28日，煤矿瓦斯防治部际协调领导小组第十三次会议在北京召开，会议指出，虽然近几年煤矿瓦斯事故逐年大幅度下降，但瓦斯事故总量依然较大，重大瓦斯事故没有得到有效遏制，非法违规生产矿井瓦斯事故多发，煤矿瓦斯防治形势依然严峻。据国家煤矿安全监察局统计，自2001年以来的煤矿重、特大事故中，瓦斯事故始终占据第一位，已经成为我国煤矿生产中首要的重大灾害。河南西部矿区“三软”煤层普遍存在，“三软”煤层由于受滑动构造的影响，煤层流变现象非常明显，煤层强度很低；煤层厚度变化较大，瓦斯赋存状态不均衡；煤层的瓦斯吸附能力强，瓦斯放散速度快。“三软”煤层的这些特性使得发生突出的临界条件均低于《防治煤与瓦斯突出规定》中规定值。近年来，随着采深的增加，矿井生产规模提高，需要煤巷掘进速度加快，造成“三软”煤层开采时易于发生瓦斯事故。
　　现有的矿山瓦斯监测监控系统虽然在一定程度上起到了减少事故发生的作用，但总的来说还存在很多不成熟、不完善的地方，特别是现有矿山安全保障系统的预警功能不强，基本上停留在报警而不是预警的水平上，到目前为止还没有形成成熟的技术，没有成为一个完整预警系统的一部分。因此，如何将现在被动的事故后处理的安全管理方式转变为事前控制的管理方式是改变目前瓦斯事故多发局面，实现本质安全的根本出路所在。而瓦斯灾害预警系统则可以在事故萌芽阶段即发出警报，提示决策人员采取预控对策，以消除事故隐患，实现系统安全。所以对“三软”煤层瓦斯灾害预警理论及应用进行深入研究就具有重要的理论意义和重大的现实意义。
　　本书针对我国煤矿瓦斯事故发生频繁，但相关预警理论研究不足的现实，通过引入危机管理理论等，结合实例分析，对“三软”煤层瓦斯灾害（爆炸、突出）预警理论进行深入而系统的研究，为开采“三软”煤层的矿井实施瓦斯灾害预警系统提供理论基础和分析技术。本书主要研究“三软”煤层条件下瓦斯参数的变化规律、瓦斯灾害的预警机制、瓦斯突出的事故树分析、瓦斯灾害预警的指标体系和预警模型、瓦斯灾害预警系统的运行保障机制、瓦斯抢险救灾预警系统的设计与开发，以及瓦斯灾害预警实例分析。
　　本书由河南理工大学的杨玉中教授和吴立云副教授共同撰写，得到了国家自然科学基金项目（51104056、51274089）的资助，在撰写的过程中，博士研究生王飞也做了一定的工作，作者在此一并表示衷心的感谢。
　　由于作者水平所限，书中难免有不妥之处，敬请读者批评指正。
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　　《“三软”煤层瓦斯灾害预警理论及应用》：
　　2.3 系统非优理论
　　系统非优理论（System Non-Optimum Theory，SNOT）是1985年提出来的系统科学理论，认为一切系统的实际状态都是由“优”和“非优”两种状态组合而成的。系统非优具有客观性、特异性和多样性。“优”范畴包括最优和优，即成功的过程和结果；“非优”范畴包括失败和可以接受的不好过程的结果。系统非优理论指出，人类的认识和实践不仅表现在“优”范畴内探索和追求，而且大部分领域内始终在“非优”范畴内徘徊，即人类在现实中所面临的急迫问题，并不总是寻求最优模式或实现最优化目标，而更多的是面临如何有效地摆脱大量严重非优事件的困扰和对系统非优因素的控制能力的问题。
　　非优概念的意义极为广泛。从系统的存在角度，意味着不可行、不合理；从系统的行为角度，意味着不理想、不好；从系统的功能角度，意味着失效和不正常；从系统的变化角度，意味着阻碍、干扰和影响。从系统的存在到系统的变化都对应着一系列非优问题，从而形成了一定的非优范畴。对于各种系统工程问题来说，既有独立的非优范畴，又有共同的非优范畴，所谓独立的非优范畴，是由系统的特征所决定的，而共同的非优范畴是一种客观存在。
　　系统非优理论认为，系统非优分析理论和追求最优化模式是对立统一的，是相互联系、相互贯通的。前者表现为从非优范畴的挣脱，后者表现为在优范畴内对最优化模式或过程的探索。就两大研究范畴的依存关系而言，非优范畴的形成及非优约束的确立是优范畴建立的基础，即只有当人们的研究真正跳出非优范畴之后，才有可能在实践中进入对最优化模式或过程的追求。
　　任何一个系统都存在于非优范畴之中，由于系统的需要，形成了一些基本确定的系统行为和功能，这些行为和功能都是伴随着非优范畴而确定的。现实系统的行为给出了系统所具有的非优现象。一般来说，这些非优现象含于非优征兆群之中，但有时却不是这样。如果系统在原先基础上有较大的发展，并且系统的现实行为远不同于过去行为，这样，现实系统的非优现象大部分将不含于非优征兆群中，但和非优征兆群有一定的关联。
　　由于系统的复杂性，所以系统在任何条件下都具有一些不分明属性。所谓不分明属性就是系统具有一些未知的东西，系统未知的多少取决于系统的复杂程度。例如，煤与瓦斯突出的机理问题。正是这种不分明的属性，使得系统具有潜在的非优因素。
　　系统非优分析研究的关键是如何建立系统的非优征兆群。首先找出系统过去的非优范畴是前提。在过去的不同阶段，非优范畴的大小可能是不同的，但非优范畴并不是非优征兆群。所以，在非优范畴中，找出那种使系统行为发生变化的非优因素，并且这些非优因素具有稳定域。这样，由这些非优因素就构成了系统非优征兆群。系统在形成非优征兆群的过程中，有两个值得注意的问题，一是过程非优，二是结果非优。系统非优减小的数量实际上就是系统功能提高的数量，同时也就说明了系统不分明属性也在减少，所以，系统不分明属性的减少则是反映了系统的可控性和可观察性。从系统自身的特点来看，非优现象的最小化是创造系统功能最大化的条件。从系统的环境来看，不分明属性的减少决定了系统行为变化的方向性。另外，如果系统非优在增加，这种增加的原因有两方面，一是系统功能减少，二是系统不分明度增加，从而使系统可观察性和可控性减弱。系统非优变化的不确定性现象是对不稳定系统来说的，换句话说，如果系统的非优变化是确定的，那么这样的系统是稳定系统。
　　系统非优理论给瓦斯灾害预警提供了理论思想基础，系统非优思想表明，系统是由“优”和“非优”组成的，由于系统总是会受到外界环境的影响，总是在不断的运动之中，也就是说系统会在“优”和“非优”之间运动，而瓦斯灾害预警的功能在于，从系统“非优”的角度出发，在获得系统“非优”的成因、表现形式以及发展规律的基础上，制定反映系统“非优”的评价指标体系，然后通过预警管理手段，使系统“非优”状态回复到“优”状态，尽量使系统处于“非优”状态缩短，减少事故发生概率。
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