“九五”“211工程”一期重点学科建设项目(安全技术及工程学科)---矿业灾害防治

作者:发布时间:2010-05-05浏览次数:1351

一、计划建设目标及实际完成情况

1、 计划建设目标
    1)整体目标:
矿业灾害防治项目的建设,以煤与瓦斯突出防治理论与技术、瓦斯煤尘爆炸防治理论与技术和矿井火灾防治理论与技术为重点,到本世纪末使本重点学科部分领域的理论研究水平达到国际先进水平,在瓦斯和火灾实验技术与装备上达到国际水平,以利于解决国家建设中的矿业灾害防治理论与技术问题,特别是重大恶性事故的防治和预测预报理论与技术问题。同时,为江苏省地方工矿企业培养人才,并为其灾害防治提供技术服务。
    2)具体目标:
  (1) 在煤与瓦斯突出防治理论与技术上达到国际先进水平,在瓦斯爆炸实验研究与装备上达到国际水平。
  (2) 在矿井火灾成灾机理及救灾决策理论研究方面达到国际先进水平,在矿井火灾模拟实验研究与装备上达到国际先进水平,在矿井火灾灾变时期风流控制技术及装备方面达到国际先进水平。
2、 实际完成情况
    按照计划建设目标,实际完成情况:
  (1)在煤与瓦斯突出机理和电磁辐射预测瓦斯突出理论、技术与装备上达到国际先进水平,在煤层瓦斯流动理论和脉动通风治理瓦斯积聚理论与技术及装备上达到国际先进水平,在瓦斯爆炸实验研究与装备上达到国际水平。
  (2)在矿井火灾成灾机理及救灾决策理论研究方面达到国际先进水平,在矿井火灾模拟实验研究与装备上达到国际先进水平,在矿井火灾灾变时期风流控制技术及装备方面达到国际先进水平。
 

二、计划建设内容与实际情况

1、 计划建设内容
   根据总体建设目标,分四个子项目进行建设,即:瓦斯煤尘爆炸实验系统研制、矿井火灾综合模拟实验系统研制、煤层瓦斯涌出与突出模拟实验系统、工作面采场通风与自然发火综合模拟控制系统。
2、实际建设内容
    1)建立了具有煤炭行业特色的矿业安全工程中心实验室;该实验室主要包括:
   (1)建立了具有复杂管网的瓦斯(煤尘)爆炸实验研究系统。该系统主要设备包括:瓦斯煤尘爆炸实验管网系统(该系统包括两套管网系统:8080mm,长34m和300mm,长54m)、CS20182-32动态数据采集分析系统、ICCD瞬态光谱分析仪、64—A纹影仪、20升标准爆炸试验容器及测试系统等。该系统主要用于研究瓦斯(煤尘)爆炸过程火焰和爆炸波传播规律、瞬态中间产物和特征参数(在遇到障碍物、风门和密闭墙时)及其抑爆、隔爆、泄爆技术,瓦斯(煤尘)爆炸过程气体成分测定分析及其惰化技术等。
   (2)建立了具有复杂管网的矿井火灾综合模拟实验系统。该系统主要设备包括:矿井火灾综合模拟实验管网系统、HP数据采集及控制系统、符合国际ISO/ASTM标准的阻燃、可燃材料热释放速率及其产物特性和毒性测试标准化仪器—自动校准燃烧分析系统(CONE2 AutoCal)和傅立叶红外气体分析仪等。该系统主要用于研究火灾时期火源的燃烧特性,风流紊乱机理及控制风流的理论与技术;提供建立地下工程火灾过程模型的实验基础和鉴定可燃及阻燃材料及其制品的燃烧特性、毒性及产物特性,建立其评价方法和标准。
   (3) 煤和瓦斯突出模拟实验系统。该系统主要设备包括:
    煤岩变形破坏电磁辐射监测系统:该系统主要用于实验室、现场测定和监测电磁辐射、声发射、压力、变形和温度等信号及参数,对电磁场在煤矿井下或地面上探测地质构造等异常区域和矿山安全等领域的应用进行开发和标定。
煤与瓦斯突出模拟系统及煤样的初始释放瓦斯膨胀能测定系统:该系统主要用于模拟煤与瓦斯突出现象,进行煤与瓦斯突出机理及防治技术研究;模拟现场实际钻取煤样过程并对突出现象进行预测。
    矿井瓦斯防治技术及仪表综合开发与校验检测系统:该系统用于测试含瓦斯煤岩体、瓦斯和大气压力等的电性参数、弱信号传感器与智能仪器的校验与开发,煤的瓦斯动态吸附实验和瓦斯抽放利用技术的开发。
   (4) 工作面采场通风与自然发火综合模拟控制系统。该系统主要设备包括:
   脉动通风机性能测试及模拟实验系统,该系统包括:一套液压脉动通风机实验台和一套采煤工作面瓦斯积聚综合治理模拟实验台,能够对液压通风机进行性能测定和进行采煤工作面瓦斯积聚综合治理模拟实验。
   火灾自动报警与自动灭火系统,该系统包括:火灾自动报警、灭火及联动控制系统、红外热像仪;煤自燃模拟实验测定装置。
   通风与空气调节多参数测试系统,该系统包括:空气调节多参数模拟试验台、制冷压缩机性能测定仪、制冷循环演示仪;粉尘产尘、测尘及除尘实验系统。

    2)在“211工程”和国家“九五”科技攻关项目及国家自然科学基金项目等的支持下,在瓦斯和火灾防治理论、技术与装备方面主要研究工 作有:
    研究了煤与瓦斯突出机理,提出了煤与瓦斯突出的流变作用假说和球壳失稳作用假说。
研制成功了煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象智能化预测预报的电磁辐射监测系统及预测预报新技术。
    研制成功了矿用液压脉动通风机及其治理瓦斯积聚技术,解决了煤矿回采工作面上隅角瓦斯积聚的重大安全难题。
   建立了矿井火灾过程的理论模型,开发了煤矿火灾救灾决策软件,研制出采用矿井安全监测系统或井下电话线传输控制信号的两种类型的远程控制风流系统和装备。

 

三、项目启动后取得的建设效益

1、 对学科拓宽及提高水平的作用
    本项目的建设对安全技术及工程学科拓宽、高层次人才培养、重点实验室建设、学术水平的提高和国内外学术交流起了重要的推动作用。研究的领域由过去矿井火灾向受限空间火灾及建筑火灾发展,由过去的矿井瓦斯防治向地面可燃气体及粉尘防治拓宽,由过去的矿井瓦斯突出预测向岩体、建筑工程损伤预测发展。为筹建防灾、减灾工程及防护工程与供热、供燃气、通风及空调工程两个硕士和两个博士学位点奠定了基础,在矿山通风与安全本科专业的基础上建立了安全工程本科专业和安全技术管理专业、目前又新增了消防工程本科专业。
   国外与英国诺丁汉大学、伦敦大学帝国理工学院,德国波鸿技术学院,越南河内大学,俄罗斯莫斯科矿业大学;国内与中国科学院力学研究所、中国科技大学、上海交通大学、北京航空航天大学、东南大学、西安交通大学、南京化工大学、煤科总院重庆分院、抚顺分院等进行了300多人次学术交流,举办矿井瓦斯防治、矿井通风和高新技术在煤矿中的应用等四次全国性高级学术研讨会。
    与枣庄矿业集团公司科技中心签定了共建“实验室”的协议,为学校与企业之间的密切合作创造了条件。
   通过这些交流活动,扩大了本学科在国内外的影响,加强了同国内外相关单位的联系;1999年本学科被批准为国家长江学者特聘教授设岗学科和国家煤炭工业安全工程实验室。
2、高层次人才培养与学科梯队建设
   通过本项目的建设,培养研究生45人、其中17人获博士学位、28人获硕士学位。在培养的研究生中,有3人晋升为教授,7人进入博士后流动站,5年来这些研究生发表高水平学术论文100多篇,被"EI"等检索20多篇。
通过本项目的建设,学科梯队建设成效显著,本学科获得江苏省普通高校优秀学科梯队等先进集体称号6项,有1人获得中国工程院院士,1人获国家杰出青年科学基金,5人晋升为教授,6人晋升为副教授,5人获得博士学位,8人次获省部级以上人才工程基金和荣誉称号。
3、引进科研项目名称、经费及研究期限;
    通过本项目的建设,引进国家“九五”科技攻关项目、国家自然科学基金项目(面上项目、|重点项目)、国家杰出青年基金项目等国家级项目15项,学科引进科研经费总计751万元。
4、发表的论文、专著与教材
   通过本项目的建设,本学科在国内外有关杂志和会议上发表学术论文200多篇,其中在一级刊物上发表的论文100多篇,被“EI”和“ISTP”收录30多篇,在一级刊物上发表的主要论文如表4所示,出版的专著及教材15部,其中获中国图书奖1部,省部级奖2部。

5、教学科研获奖情况:
   通过本项目的建设,获国家级教学成果奖一等奖1项,获国家自然科学二等奖1项(初评通过),省部级教学、科研奖18项。

四、项目建设取得的标志性成果
 

1 标志性成果名称
   煤矿瓦斯、火灾防治理论、实验系统与应用技术
2 标志性成果摘要
   通过本项目的建设和研究工作,建立了瓦斯与火灾防治理论体系及具有国际先进水平的瓦斯(煤尘)爆炸、矿井火灾和瓦斯突出实验研究系统,开发了煤与瓦斯突出预测、治理瓦斯积聚、矿井火灾时期风流控制及救灾决策系统等应用技术及装备。
3 标志性成果内容
    1)应用背景与重要意义
   煤矿瓦斯和火灾是煤矿生产过程中的两种重大灾害,这些灾害的防治对我国煤矿安全生产具有十分重要的意义。由于这些灾害发生机理的复杂性、危险性、破坏性和不可在现场再现性,必须在实验室建立起一套先进的、模拟煤矿井下巷道特色的能够多参数全面研究灾害发生、发展过程的实验研究系统,通过实验室实验研究揭示灾害发生过程的内在规律,研究有效的灾害防治措施。
    2)理论成果
   通过“煤(岩)和瓦斯突出规律、机理及防治原理”的研究,总结出我国煤(岩)和瓦斯突出规律、以及突出预测参数与煤层突出危险性的关系,阐明了远距离保护层开采及低透气性突出危险煤层预抽瓦斯等技术的防突原理,建立起煤和瓦斯突出防治方法、采空区瓦斯治理技术和煤层瓦斯流动理论体系,创立了关于突出机理的球壳失稳和流变理论。
建立了较完整的矿井火灾过程理论框架并构造了矿井火灾救灾决策支持系统。研究得出的矿井火灾烟流动力特性的分区计算模型、烟流放热系数公式、井巷内烟流运动的二维模型及求解算法、上行风流火灾旁侧支路风流逆转判别条件、水平巷道火灾烟流滚退发生的条件、矿井火灾的线火源特性、矿井火灾时期井巷可通行性判别及通行难易度的计算、选择最佳救灾与避灾路线的方法及求解k条最佳救灾与避灾路线算法等具有创新性,是矿井火灾过程理论的新发展,为矿井火灾救灾决策科学化奠定了重要基础。
    3)实验系统
   (1) 建立具有管网形式的动态、非稳定瓦斯(煤尘)爆炸实验研究系统,该系统除可进行常规参数的测定外,还可测定瓦斯爆炸过程中的动态、非稳定温度、火焰和电磁辐射变化特性,瞬态光谱变化特性,外加场的影响及作用;其创新之处在于实验系统为复杂管网、测试和分析手段先进、物理和化学参数齐全,利用这些手段可研究瓦斯(煤尘)爆炸过程中的瞬态中间产物和特征参数变化规律及其抑爆、隔爆、泄爆技术,瓦斯(煤尘)爆炸过程中气体成分测定分析及其惰化技术,提出新的惰化阻隔爆炸传播的原理和技术。
建立了脉动风流治理回采工作面瓦斯积聚的模拟实验台,该实验台可用于研究瓦斯浓度场分布及传质机理、脉动风流治理回采工作面瓦斯积聚技术。
   (2) 矿井火灾综合模拟实验系统,其创新之处在于实验系统为复杂管网、测试和分析手段先进、物理和化学参数齐全,利用这些手段可研究矿井网络火灾过程的火源特性、烟流流动规律、风流紊乱现象及风流控制技术。
   (3) 建立煤与瓦斯突出模拟实验系统,能进行不同类型的煤与瓦斯突出过程模拟及其防治新技术实验,可实现突出过程中应力、孔隙压力、电磁辐射及高速动态抛出特性等参数的监测。
    4) 应用技术
    1) 脉动通风与采空区瓦斯抽放技术
   研制成功脉动通风治理回采工作面瓦斯积聚技术及装备并获得国家专利,结合采空区瓦斯抽放技术,并分别在平顶山煤业集团十矿、淮南矿业集团潘一矿、潘三矿井下进行了工业性试验,应用结果表明,这一综合新技术有望解决工作面瓦斯积聚这一长期以来被人们认为重大安全隐患的难题,适应了煤矿安全生产的急需,有广阔地推广应用前景。


    2) 电磁辐射法预测突出危险性技术及便携式装备
    研制成功非接触式瓦斯突出预测的电磁辐射监测仪并获得国家专利,在平顶山煤业集团、徐州矿业集团、重庆隧道工程等现场进行了应用,取得了良好的效果。
    3) 矿井灾变时期风流控制技术及救灾辅助决策系统
   研制成功YKFM-1本安型压气自动风门远程控制系统和YKFM-2型隔爆兼本安型电动风门远程控制系统(该两种装置均获得国家专利),以及矿井火灾时期救灾辅助决策系统。这些成果已在平顶山煤业集团一矿、枣庄矿务局柴里矿、充州矿业集团南屯矿、大屯煤电公司姚桥矿等获得了应用。

 

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