《“三軟”煤層瓦斯災害預警理論及應用》針對我國煤礦瓦斯事故發生頻繁，相關理論研究不足的現實，通過引入危機管理理論、可拓理論、粗糙集、屬性數學、神經網絡和模糊數學等理論和方法，結合實證分析，對“三軟”煤層條件下煤礦瓦斯災害預警理論進行深入而系統的研究，為煤礦實施瓦斯災害預警系統提供理論基礎和分析技術的支持。《“三軟”煤層瓦斯災害預警理論及應用》主要內容包括“三軟”煤層條件下瓦斯參數的變化規律、瓦斯災害的預警機制、瓦斯突出的事故樹分析、瓦斯災害預警的指標體系和預警模型、瓦斯災害預警系統的運行保障機制、瓦斯搶險救災預警系統的設計與開發，以及瓦斯災害預警實例分析。
《“三軟”煤層瓦斯災害預警理論及應用》可作為安全科學與工程專業研究生教材和安全工程專業本科生參考書，也可作為采礦工程專業、安全管理人員、生產技術人員和研究人員的參考書。
煤炭是我國的基礎能源，也是國家能源安全的基石，是關系國家經濟命脈的重要基礎產業。《國務院關于促進煤炭工業健康發展的若干意見》中進一步強調了煤炭工業在國民經濟中的重要戰略地位，而煤炭工業的可持續發展必須以保障煤礦安全生產為前提。同時我國煤礦地質條件復雜，是世界上災害嚴重、事故多的國家。我國煤礦絕大多數為井工煤礦，隨著時間的推移，開采深度日益增加，深部煤層瓦斯含量越來越大，瓦斯已成為制約我國大型煤炭企業安全生產和提高經濟效益的首要因素。2016年1月28日，煤礦瓦斯防治部際協調領導小組第十三次會議在北京召開，會議指出，雖然近幾年煤礦瓦斯事故逐年大幅度下降，但瓦斯事故總量依然較大，重大瓦斯事故沒有得到有效遏制，非法違規生產礦井瓦斯事故多發，煤礦瓦斯防治形勢依然嚴峻。據國家煤礦安全監察局統計，自2001年以來的煤礦重、特大事故中，瓦斯事故始終占據第一位，已經成為我國煤礦生產中首要的重大災害。河南西部礦區“三軟”煤層普遍存在，“三軟”煤層由于受滑動構造的影響，煤層流變現象非常明顯，煤層強度很低；煤層厚度變化較大，瓦斯賦存狀態不均衡；煤層的瓦斯吸附能力強，瓦斯放散速度快。“三軟”煤層的這些特性使得發生突出的臨界條件均低于《防治煤與瓦斯突出規定》中規定值。近年來，隨著采深的增加，礦井生產規模提高，需要煤巷掘進速度加快，造成“三軟”煤層開采時易于發生瓦斯事故。
現有的礦山瓦斯監測監控系統雖然在一定程度上起到了減少事故發生的作用，但總的來說還存在很多不成熟、不完善的地方，特別是現有礦山安全保障系統的預警功能不強，基本上停留在報警而不是預警的水平上，到目前為止還沒有形成成熟的技術，沒有成為一個完整預警系統的一部分。因此，如何將現在被動的事故后處理的安全管理方式轉變為事前控制的管理方式是改變目前瓦斯事故多發局面，實現本質安全的根本出路所在。而瓦斯災害預警系統則可以在事故萌芽階段即發出警報，提示決策人員采取預控對策，以消除事故隱患，實現系統安全。所以對“三軟”煤層瓦斯災害預警理論及應用進行深入研究就具有重要的理論意義和重大的現實意義。
本書針對我國煤礦瓦斯事故發生頻繁，但相關預警理論研究不足的現實，通過引入危機管理理論等，結合實例分析，對“三軟”煤層瓦斯災害（爆炸、突出）預警理論進行深入而系統的研究，為開采“三軟”煤層的礦井實施瓦斯災害預警系統提供理論基礎和分析技術。本書主要研究“三軟”煤層條件下瓦斯參數的變化規律、瓦斯災害的預警機制、瓦斯突出的事故樹分析、瓦斯災害預警的指標體系和預警模型、瓦斯災害預警系統的運行保障機制、瓦斯搶險救災預警系統的設計與開發，以及瓦斯災害預警實例分析。
本書由河南理工大學的楊玉中教授和吳立云副教授共同撰寫，得到了國家自然科學基金項目（51104056、51274089）的資助，在撰寫的過程中，博士研究生王飛也做了一定的工作，作者在此一并表示衷心的感謝。
由于作者水平所限，書中難免有不妥之處，敬請讀者批評指正。
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第1章 煤礦瓦斯災害預警概述
1．1 研究背景和意義
1．2 預警理論概述
1．3 國內外研究現狀
1．3．1 頇警機制
1．3．2 預警指標體系
1．3．3 預警模型
1．3．4 運行保障機制
1．3．5 瓦斯參數變化規律
1．3．6 煤礦瓦斯災害預警
1．4 瓦斯災害預警研究中存在的問題
1．5 本書的主要內容
1．6 本章小結
參考文獻
第2章 煤礦瓦斯災害預警的理論基礎
2．1 危機管理理論
2．2 瓦斯災害理論
2．2．1 礦井瓦斯來源
2．2．2 瓦斯爆炸
2．2．3 煤與瓦斯突出
2．3 系統非優理論
2．4 系統控制論
2．5 安全科學理論
2．5．1 事故致因理論
2．5．2 系統安全性分析
2．5．3 系統安全性評價
2．5．4 系統安全性預測
2．5．5 系統危險控制技術
2．6 本章小結
參考文獻
第3章 “三軟”煤層基礎參數測定
3．1 GC礦井概況
3．1．1 礦井位置和交通
3．1．2 井田范圍
3．1．3 地形地貌
3．1．4 老窯
3．2 GC礦地質構造特征
3．2．1 礦井地質條件
3．2．2 煤層和煤質
3．2．3 開拓開采及工程地質
3．2．4 水文地質
3．2．5 礦井瓦斯、煤塵爆炸及自燃指標測定
3．3 采樣地點概述
3．4 煤巖物理力學性質測定
3．5 煤層瓦斯基礎參數測定
3．5．1 煤的破壞類型
3．5．2 煤體堅固性系數
3．5．3 瓦斯放散初速度
3．5．4 煤層瓦斯含量
3．5．5 煤層瓦斯壓力
3．5．6 煤層瓦斯有效抽放半徑
3．5．7 煤層透氣性系數及百米鉆孔瓦斯流量衰減系數
3．6 本章小結
參考文獻
第4章 煤礦瓦斯災害的預警機制
4．1 煤礦瓦斯災害預警系統的組成
4．1．1 煤礦瓦斯災害預警的管理對象
4．1．2 煤礦瓦斯災害預警的目標體系
4．1．3 煤礦瓦斯災害預警的基本內容
4．2 煤礦瓦斯災害預警機制及系統目標
4．2．1 煤礦瓦斯災害預警的基本機制
4．2．2 煤礦瓦斯災害預警系統的目標
4．3 煤礦瓦斯災害預警管理體系
4．3．1 預警監測系統
4．3．2 預警管理系統
4．3．3 預警信息系統
4．4 煤礦瓦斯災害預警系統的要求
4．5 本章小結
參考文獻
第5章 “三軟”煤層瓦斯參數變化規律分析
5．1 煤層瓦斯壓力場方程分析
5．1．1 徑向不穩定流
5．1．2 球向穩定流
5．1．3 球向不穩定流
5．1．4 瓦斯壓力場方程小結
5．2 煤層瓦斯參數變化規律的量化分析
5．2．1 采煤工作面前方支承壓力方程
5．2．2 采煤工作面前方瓦斯壓力方程
5．2．3 GC煤礦煤層瓦斯參數的實際應用
5．2．4 煤層瓦斯參數變化規律小結
5．3 煤層瓦斯流動方程分析
5．3．1 瓦斯流動的橢圓形模型
5．3．2 FLAC3D模擬
5．3．3 橢球體分析
5．3．4 煤層瓦斯流動方程
5．3．5 煤層瓦斯流動方程的應用
5．4 本章小結
參考文獻
第6章 “三軟”煤層瓦斯災害預警的指標體系
6．1 預警指標體系建立的原則
6．2 “三軟”煤層瓦斯災害的事故樹分析
6．2．1 事故樹分析方法
6．2．2 煤與瓦斯突出事故樹分析
6．3 瓦斯爆炸災害預警的指標體系
6．3．1 瓦斯爆炸的條件
6．3．2 影響瓦斯爆炸發生的因素
6．3．3 瓦斯爆炸災害預警的指標體系
6．4 煤與瓦斯突出災害預警的指標體系
6．4．1 煤與瓦斯突出區域預測
6．4．2 工作面突出危險性預測
6．4．3 突出預測敏感指標及其l臨界值確定方法
6．4．4 煤與瓦斯突出預警指標體系
6．5 本章小結
參考文獻
第7章 煤礦瓦斯災害預警模型
7．1 基于綜合權系數一可拓理論的動態預警模型
7．1．1 利用AHP確定預警指標的權重
7．1．2 基于臨界重要度的權系數
7．1．3 綜合權系數
7．1．4 煤礦瓦斯災害預警的可拓模型
7．2 基于粗糙集一屬性數學的綜合預警模型
7．2．1 利用粗糙集理論確定預警指標的客觀權重
7．2．2 基于屬性數學的綜合預警模型
7．3 基于神經網絡的綜合預警模型
7．3．1 人工神經網絡的基本原理
7．3．2 基于BP神經網絡預警的基本步驟
7．4 基于模糊數學的綜合預警模型
7．4．1 模糊數學的基礎知識
7．4．2 模糊綜合預警模型
7．5 改進的灰色關聯預警模型
7．5．1 灰色系統理論概述
7．5．2 改進的灰色關聯模型
7．6 TOPSIS預警模型
7．6．1 TOPSIS方法概述
7．6．2 TOPSIS預警模型
7．7 本章小結
參考文獻
第8章 煤礦瓦斯災害預警的管理組織機制
8．1 煤礦瓦斯災害預警管理系統的組織模型
8．1．1 預警管理系統的構建原則與目標
8．1．2 瓦斯災害預警管理系統的功能
8．2 煤礦瓦斯災害預警管理系統的功能體系重構
8．2．1 新功能體系的內容構成
8．2．2 煤礦企業安全管理機制重構的設計
8．2．3 新型煤礦企業安全生產機制的職能分析
8．2．4 預警系統同其他管理系統的組織關系
8．3 煤礦瓦斯災害預警管理系統的運轉模式和運行機制
8．3．1 煤礦瓦斯災害預警管理系統的運轉模式
8．3．2 煤礦瓦斯災害預警管理系統的運行機制
8．4 煤礦瓦斯災害預警管理系統的組織機構與組織方法
8．4．1 組織機構的模式及其構成
8．4．2 預警管理職能的分配
8．4．3 煤礦瓦斯災害預警管理系統的組織方法
8．5 煤礦瓦斯災害預警管理系統的監控機制與管理制度體系
8．5．1 煤礦瓦斯災害預警管理系統的監控機制
8．5．2 煤礦瓦斯災害預警管理制度體系
8．6 本章小結
參考文獻
第9章 煤礦瓦斯災害的預控對策
9．1 礦井瓦斯涌出及治理
9．1．1 礦井瓦斯生成與賦存
9．1．2 礦井瓦斯涌出量
9．1．3 礦井瓦斯等級劃分
9．1．4 礦井瓦斯涌出的治理
9．2 瓦斯噴出及其預防
9．2．1 瓦斯噴出的分類及其特點
9．2．2 瓦斯噴出的預防
9．3 煤與瓦斯突出災害控制對策
9．3．1 防治突出措施
9．3．2 防治突出措施效果檢驗
9．3．3 安全防護措施
9．4 礦井瓦斯爆炸災害預控
9．4．1 礦井瓦斯爆炸事故的原因分析
9．4．2 礦井瓦斯爆炸的預控對策
9．5 本章小結
參考文獻
第10章 瓦斯事故搶險救災預警系統設計與開發
10．1 系統結構
10．1．1 平臺架構
10．1．2 管理層次
10．2 系統應用環境及特點
10．2．1 硬件環境
10．2．2 軟件環境
10．2．3 系統的特點
10．3 瓦斯事故搶險救災預警系統的功能
10．3．1 機構管理
10．3．2 隱患信息管理
10．3．3 統計分析
10．3．4 應急預案
10．3．5 事故管理
10．3．6 系統管理
10．4 本章小結
參考文獻
第11章 “三軟”煤層煤與瓦斯突出預警實例分析
11．1 GC煤礦“三軟”煤層煤與瓦斯突出預警分析
11．1．1 煤與瓦斯突出預警指標的權系數
11．1．2 基于綜合權系數——可拓理論的預警分析
11．1．3 預控對策
11．2 應急救援
11．2．1 事故報告程序
11．2．2 瓦斯事故應急救援預案
11．2．3 煤與瓦斯突出事故應急救援預案
11．3 本章小結
參考文獻
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精彩書摘
《“三軟”煤層瓦斯災害預警理論及應用》：
2.3 系統非優理論
系統非優理論（System Non-Optimum Theory，SNOT）是1985年提出來的系統科學理論，認為一切系統的實際狀態都是由“優”和“非優”兩種狀態組合而成的。系統非優具有客觀性、特異性和多樣性。“優”范疇包括最優和優，即成功的過程和結果；“非優”范疇包括失敗和可以接受的不好過程的結果。系統非優理論指出，人類的認識和實踐不僅表現在“優”范疇內探索和追求，而且大部分領域內始終在“非優”范疇內徘徊，即人類在現實中所面臨的急迫問題，并不總是尋求最優模式或實現最優化目標，而更多的是面臨如何有效地擺脫大量嚴重非優事件的困擾和對系統非優因素的控制能力的問題。
非優概念的意義極為廣泛。從系統的存在角度，意味著不可行、不合理；從系統的行為角度，意味著不理想、不好；從系統的功能角度，意味著失效和不正常；從系統的變化角度，意味著阻礙、干擾和影響。從系統的存在到系統的變化都對應著一系列非優問題，從而形成了一定的非優范疇。對于各種系統工程問題來說，既有獨立的非優范疇，又有共同的非優范疇，所謂獨立的非優范疇，是由系統的特征所決定的，而共同的非優范疇是一種客觀存在。
系統非優理論認為，系統非優分析理論和追求最優化模式是對立統一的，是相互聯系、相互貫通的。前者表現為從非優范疇的掙脫，后者表現為在優范疇內對最優化模式或過程的探索。就兩大研究范疇的依存關系而言，非優范疇的形成及非優約束的確立是優范疇建立的基礎，即只有當人們的研究真正跳出非優范疇之后，才有可能在實踐中進入對最優化模式或過程的追求。
任何一個系統都存在于非優范疇之中，由于系統的需要，形成了一些基本確定的系統行為和功能，這些行為和功能都是伴隨著非優范疇而確定的。現實系統的行為給出了系統所具有的非優現象。一般來說，這些非優現象含于非優征兆群之中，但有時卻不是這樣。如果系統在原先基礎上有較大的發展，并且系統的現實行為遠不同于過去行為，這樣，現實系統的非優現象大部分將不含于非優征兆群中，但和非優征兆群有一定的關聯。
由于系統的復雜性，所以系統在任何條件下都具有一些不分明屬性。所謂不分明屬性就是系統具有一些未知的東西，系統未知的多少取決于系統的復雜程度。例如，煤與瓦斯突出的機理問題。正是這種不分明的屬性，使得系統具有潛在的非優因素。
系統非優分析研究的關鍵是如何建立系統的非優征兆群。首先找出系統過去的非優范疇是前提。在過去的不同階段，非優范疇的大小可能是不同的，但非優范疇并不是非優征兆群。所以，在非優范疇中，找出那種使系統行為發生變化的非優因素，并且這些非優因素具有穩定域。這樣，由這些非優因素就構成了系統非優征兆群。系統在形成非優征兆群的過程中，有兩個值得注意的問題，一是過程非優，二是結果非優。系統非優減小的數量實際上就是系統功能提高的數量，同時也就說明了系統不分明屬性也在減少，所以，系統不分明屬性的減少則是反映了系統的可控性和可觀察性。從系統自身的特點來看，非優現象的最小化是創造系統功能最大化的條件。從系統的環境來看，不分明屬性的減少決定了系統行為變化的方向性。另外，如果系統非優在增加，這種增加的原因有兩方面，一是系統功能減少，二是系統不分明度增加，從而使系統可觀察性和可控性減弱。系統非優變化的不確定性現象是對不穩定系統來說的，換句話說，如果系統的非優變化是確定的，那么這樣的系統是穩定系統。
系統非優理論給瓦斯災害預警提供了理論思想基礎，系統非優思想表明，系統是由“優”和“非優”組成的，由于系統總是會受到外界環境的影響，總是在不斷的運動之中，也就是說系統會在“優”和“非優”之間運動，而瓦斯災害預警的功能在于，從系統“非優”的角度出發，在獲得系統“非優”的成因、表現形式以及發展規律的基礎上，制定反映系統“非優”的評價指標體系，然后通過預警管理手段，使系統“非優”狀態回復到“優”狀態，盡量使系統處于“非優”狀態縮短，減少事故發生概率。
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