煤炭是我国最主要的一次性主导能源，而瓦斯作为煤炭开采中的伴生产物，随着煤炭开采力度加大，开采深度的逐年增加，瓦斯治理的难度不断加大，煤与瓦斯共采成为了深部煤炭资源开采的必然途径。目前，我国煤与瓦斯共采技术体系相对成熟，但目前为止还未形成更加有效、科学、系统的与煤与瓦斯共采技术相适应的基础理论体系。煤炭开采和瓦斯抽采作为煤与瓦斯共采中两大子系统，相互促进又相互制约，二者之间的作用机制复杂无序。本书分析煤炭开采与瓦斯抽采的相互作用关系，探讨煤与瓦斯协同共采优化理论，补充构建完整的煤与瓦斯共采体系，对完善我国煤与瓦斯共采基础理论体系具有重要的意义。

第1章 绪论
1.1 煤与瓦斯共采研究的意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 煤与瓦斯共采理论研究现状
1.2.2 煤与瓦斯共采技术研究现状
1.2.3 采动煤岩裂隙演化特征研究现状
1.2.4 煤岩渗透特性研究现状
1.2.5 煤与瓦斯流固耦合理论研究现状
1.2.6 卸压瓦斯抽采方法研究现状
1.2.7 煤与瓦斯共采优化研究现状
1.2.8 协同学理论在相关领域的应用研究现状
1.2.9 多目标优化方法在相关领域的应用研究现状
第2章 煤与瓦斯共采协同机制研究
2.1 采动对覆岩移动、瓦斯流动影响规律的研究
2.1.1 采动对覆岩卸压、瓦斯流动影响规律实验研究
2.1.2 瓦斯抽采随工作面推进距离变化研究
2.2 采动覆岩裂隙演化规律试验研究
2.2.1 试验方案
2.2.2 覆岩采动应力变化特征研究
2.2.3 采动覆岩移动变形特征研究
2.2.4 采动覆岩裂隙演化特征研究
2.3 采空区覆岩变形与瓦斯涌出规律研究
2.3.1 覆岩裂隙场几何建模
2.3.2 煤岩渗透率演化模型
2.3.3 煤岩变形场方程
2.3.4 煤岩变形控制方程
2.3.5 瓦斯渗流场方程
2.3.6 覆岩变形与瓦斯涌出规律研究
2.4 瓦斯抽采对煤炭回采的影响规律研究
2.4.1 瓦斯涌出量与回采速度关系
2.4.2 瓦斯涌出量、抽采量和风排量与回采速度关系
2.5 煤炭开采与瓦斯抽采之间的关系
2.6 煤与瓦斯共采时空协同机制内涵
2.7 本章小结
第3章 煤与瓦斯共采协同优化理论
3.1 多目标协同优化理论
3.1.1 多目标优化基本理论
3.1.2 协同学基本理论
3.2 共采协同优化模型的提出
3.3 共采协同优化模型的建立
3.3.1 煤与瓦斯共采优化变量
3.3.2 煤与瓦斯共采优化目标函数
3.3.3 煤与瓦斯共采优化约束条件
3.4 共采协同优化模型求解
3.5 瓦斯抽采参数优化
3.5.1 优化抽采参数的选取
3.5.2 瓦斯抽采数学模型
3.6 本章小结
第4章 煤与瓦斯共采成本计算方法
4.1 煤与瓦斯共采技术优化模型辅助参数确定方法——作业成本法
4.1.1 作业成本法的基本含义
4.1.2 作业成本法的基本要素
4.1.3 作业成本法在煤炭企业中应用的必要性和可行性
4.2 煤与瓦斯共采技术优化模型辅助参数确定方法——作业成本预算
4.2.1 作业成本预算的基本原理
4.2.2 作业成本预算的先进性分析
4.2.3 作业成本预算在煤炭企业中应用的可行性分析
4.3 基于作业成本法的煤与瓦斯共采技术优化模型辅助参数研究
4.3.1 生产资源耗费的归集
4.3.2 作业流程分析及作业中心划分
4.3.3 确认资源动因和作业动因
4.3.4 作业成本库的确定和成本的归集
4.3.5 产品成本预算
4.4 本章小结
第5章 近距离煤层群煤与瓦斯共采优化
5.1 典型工作面煤与瓦斯共采协同优化
5.1.1 优化所需的基础参数
5.1.2 工作面共采约束条件
5.1.3 工作面共采优化求解
5.2 工作面钻孔间距优化
5.2.1 实际的钻孔间距抽采模拟
5.2.2 不同钻孔间距抽采模拟
5.3 本章小结
第6章 单一煤层煤与瓦斯共采优化
6.1 2601工作面采掘方案与瓦斯治理方法
6.1.1 2601工作面采掘方案
6.1.2 2601采掘工作面瓦斯治理方法
6.2 2601工作面煤与瓦斯共采成本分析
6.2.1 资源耗费的确认与归集
6.2.2 煤与瓦斯共采作业中心资源成本分配
6.2.3 煤与瓦斯共采成本库成本分配
6.2.4 煤与瓦斯共采产品的生产成本核算
6.3 2601工作面煤与瓦斯共采优化模型及求解
6.3.1 2601工作面煤与瓦斯共采技术优化目标函数
6.3.2 2601工作面煤与瓦斯共采技术优化约束条件
6.4 260l工作面煤与瓦斯共采优化现场应用
6.4.1 2601工作面煤与瓦斯共采技术优化结果
6.4.2 现场应用效果分析
6.5 本章小结
第7章 瓦斯抽采方法研究
7.1 卸压瓦斯抽采方法及几何建模
7.1.1 顶板定向长钻孔抽采瓦斯
7.1.2 高位裂隙孔抽采瓦斯
7.2 顶板定向长钻孔抽采效果研究
7.2.1 煤岩应力变化特征
7.2.2 渗流场瓦斯压力变化特征
7.2.3 煤层瓦斯含量变化特征
7.2.4 抽采负压对抽采效果的影响
7.3 高位裂隙孔抽采效果研究
7.3.1 煤岩应力变化特征
7.3.2 渗流场瓦斯压力变化特征
7.3.3 煤层瓦斯含量变化特征
7.3.4 抽采负压对抽采效果的影响
7.4 本章小结
参考文献

目前，煤炭是我国最重
要的能源，而瓦斯作为煤炭
的伴生产物，不仅是煤炭开
采中的重大危险源和很严重
的环境污染源，还是一种宝
贵的不可再生的绿色能源。
我国瓦斯资源量非常大，其
总量与我国的天然气资源总
量相当，而且随着煤炭开采
力度加大，开采深度增加，
进入深部煤层开采阶段，瓦
斯含量随着埋深呈逐渐增加
趋势，导致瓦斯治理问题的
难度增大。国家“十三五”（
2016—2020年）规划纲要
第三十章明确提出要“深入
推进能源革命，着力推动能
源生产利用方式变革，优化
能源供给结构，提高能源利
用效率，建设清洁低碳、安
全高效的现代能源体系，维
护国家能源安全”，“优化建
设国家综合能源基地，大力
推进煤炭清洁高效利用”，“
推进大型煤炭基地绿色化开
采和改造，鼓励采用新技术
发展煤电”。
煤炭行业也已初步提出
了与“煤炭资源绿色开采”相
关的明确概念及技术体系与
基础理论。煤炭绿色开采的
技术体系主要包括：与水资
源相关的保水开采与煤水共
采技术、采动后的岩层移动
与采动导致的地表沉陷控制
技术及采矿区周围地面土地
资源保护技术、煤与瓦斯共
采技术、采矿后产生的矸石
再次充填利用技术等。同时
，国家陆陆续续出台与能源
相关的新的利好政策，使人
们尤其是能源开采领域的工
作者和学者逐渐认识到国家
对煤层气能源的重视。煤层
气是重要的绿色能源，其合
理利用能造福人类。煤与瓦
斯共采技术是现今提倡的绿
色开采技术之一，实现煤与
瓦斯共采，是深部煤炭资源
开采的必然途径。
本书主要内容来源于国
家重点基础研究发展计划（
973计划）“深部煤炭开发中
煤与瓦斯共采理论”项目课
题六“煤层群煤与瓦斯共采
时空协同机制及技术优化方
法”（2011CB201206）和国
家自然科学基金面上项目“
煤与瓦斯共采协同优化模型
及安全开采控制机制研究”
（51874166），重点研究
了煤与瓦斯共采的协同优化
理论，建立煤与瓦斯共采协
同机制。旨在有序指导煤矿
科学合理地安排煤层开采作
业和瓦斯抽采作业时间，实
现保证安全的前提下生产效
益最大化。
全书共7章。第1章综述
了与煤与瓦斯共采研究相关
的理论，共采技术、流固耦
合等方面的研究现状。第2
章利用自主研发的煤与瓦斯
共采试验台，研究含瓦斯煤
岩体采动过程中裂隙发育、
渗透率演化规律，以及采动
影响下的瓦斯涌出规律；采
用现场数据分析瓦斯抽采对
煤炭回采的影响；提出煤炭
开采与瓦斯抽采之间的共采
时空协同机制。第3章建立
以经济效益最大化、抽采率
最大化为目标函数，以煤炭
回采量和瓦斯抽采量为约束
变量，以煤炭开采量和瓦斯
抽采量与时间、空间关系为
约束条件的煤与瓦斯共采时
空协同优化模型。第4章提
出基于作业成本法的煤炭和
瓦斯生产成本预算新方法，
将瓦斯抽采成本从煤炭生产
成本中剥离出来，为共采技
术优化模型提供准确的煤炭
和瓦斯生产成本信息。第5
章、第6章分别选取近距离
煤层群代表矿井沙曲矿
24207工作面和单一煤层代
表矿井漳村矿260l工作面进
行煤与瓦斯共采优化，计算
得到该工作面最优采煤量和
瓦斯抽采量，以及共采时间
。第7章采用数值模拟研究
手段，模拟对比三种覆岩裂
隙带瓦斯抽采方法。
作者所在的研究团队的
全体成员为本书的撰写倾注
了大量心血。感谢袁欣鹏博
士、石占山博士、韩玉明博
士为本书撰写所做的辛勤工
作；感谢国家重点基础研究
发展计划（973计划）
（2011CB201206）第六课
题组煤炭科学技术研究院有
限公司齐庆新研究员、李宏
艳研究员，山东科技大学潘
立友教授，煤科集团沈阳研
究院有限公司秦玉金研究员
提出的宝贵意见；感谢沙曲
矿、漳村矿工作人员提供的
大量有益的现场数据。
应该指出，煤层群煤与
瓦斯共采优化理论研究涉及
多学科的理论与方法，是一
个长期的研究过程，今后还
需要更多更深入的研究来充
实和完善煤与瓦斯共采相关
理论，以更好地服务于生产
实践。由于作者水平有限，
书中难免存在不足之处，敬
请批评指正。
孙维吉
2020年4月
于辽宁工程技术大学