•   安全科學與工程學院科研概況

      學院在科學研究方面具有較高的科研水平和實力。安全技術及工程為河南省一類重點學科,安全技術及工程、供熱供燃氣通風及空調工程、減災防災工程及防護工程均為河南省二級重點學科;學院建有河南省“瓦斯地質與瓦斯治理”重點實驗室——省部共建國家重點實驗室培育基地、教育部“煤礦災害預防與搶險救災工程研究中心”、教育部煤礦災害防治省部共建重點實驗室、“瓦斯地質與瓦斯治理”河南省高校國家重點實驗室培育基地、河南省煤礦瓦斯與火災防治重點實驗室、國家安全生產監督管理總局“煤礦瓦斯地質與瓦斯災害防治”安全生產重點實驗室、國家煤礦安全監察局“煤礦安全工程技術研究中心”、河南省安全技術及工程重點學科開放實驗室、河南省院士工作站等9個高水平科研平臺;擁有河南省第一家教育部“長江學者和創新團隊發展計劃”創新團隊。中國煤炭學會瓦斯地質專委會、河南省煤炭學會通風安全、河南省煤炭學會防治瓦斯突出專業委員會均掛靠學院;同時學院還是全國僅有的四家煤與瓦斯突出礦井鑒定授權單位之一。

      學院目前承擔國家科技重大專項、國家973項目、國家863課題、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金項目、國家科技攻關項目等多項國家級科研課題,同時承擔有教育部博士學科點科研專項基金、教育部留學基金、河南省科研創新人才基金、河南省杰出青年科學基金、河南省高等學校創新人才基金、河南省高校杰出科研人才創新工程、河南省重大科技攻關、大型企業委托等科研項目400余項,年均科研總經費超過8000萬元。近幾年發表論文1200余篇,出版著作、教材20余部,獲國家科技進步二等獎2項,省(部)級科技進步獎20余項。

      安全科學與工程學院具有5個特色鮮明的學科方向,在“瓦斯地質及瓦斯預測”、“瓦斯災害防治與瓦斯(煤層氣)抽采”、“通風理論與技術”、“火災防治理論與技術”等學科方向達到國際先進水平。學院擁有科學研究場地5600m2,擁有一批高性能的先進設備,實驗設備總值6250萬元,擁有圖書80余萬冊,期刊120多種,近年來,學院在煤礦安全與技術方面開展了大量的基礎研究和科技攻關,為安全科學與工程學科發展及煤礦安全生產提供了強大的智力支持和技術保障,為保障國家安全生產做出了重要貢獻。

      方向一:瓦斯地質與瓦斯預測

      1962年,我校楊力生教授等率先開展瓦斯地質研究,并提出了以地質觀點為主的瓦斯突出預測方法,形成了瓦斯地質區劃論。1990年出版了第一部專著《瓦斯地質概論》,奠定了瓦斯地質理論的基礎;提出了突出煤體結構的概念和分類方案,被《防治煤與瓦斯突出細則》采用,成為預測煤與瓦斯突出的基礎;出版了第一幅《1∶200萬中國煤層瓦斯地質圖》,成為指導煤礦安全生產的重要基礎,得到江澤民同志和原煤炭部領導的贊賞;查明了我國煤層瓦斯資源量為31.4萬億m3,為我國煤層瓦斯資源利用和瓦斯災害防治戰略性規劃提供了依據,并被中聯煤層氣公司、美國環境保護署(EPA)和多家國際組織引用。

      基于板塊構造、區域地質演化理論,提出了瓦斯賦存構造逐級控制理論,即區域構造控制礦區構造,礦區構造控制礦井構造,礦井構造控制采區、采面。確立了瓦斯的賦存和分布,是煤層經歷多次構造運動演化作用的結果。據此提出的瓦斯地質法,作為一種重要的預測煤與瓦斯突出方法列入了《防治煤與瓦斯突出規定》,提出的瓦斯地質編圖方法還寫入《煤礦安全規程》,有力地指導了我國煤礦瓦斯災害防治工作。

      方向二:瓦斯災害防治與瓦斯(煤層氣)抽采

      結合我國煤層采掘條件,提出了礦井瓦斯涌出量分源預測法,成為煤炭工業行業標準,成果先后獲能源部科技進步一等獎、國家科技進步三等獎、國家科技重大成果獎。

      建立了掘進巷道煤層瓦斯流動的數學模型,得到掘進工作面瓦斯動態涌出規律;提出了移動掘進工作面在不同掘進速度下瓦斯涌出量的預測計算方法。

      建立了以煤層瓦斯含量、構造煤厚度為主要判據的煤與瓦斯突出區域預測瓦斯地質方法及指標,提出的瓦斯含量為8m3/t的突出預測臨界指標列入《防治煤與瓦斯突出規定》;提出的煤巖動力災害的電磁輻射預警準則及方法,成為煤與瓦斯突出預測的新方法,并獲得國家科技進步二等獎(2006年)。

      深化了低透氣性突出煤層水力擠出、水力掏槽、水力壓裂等水力化措施的增透、卸壓防突機理,優化了工藝參數,實現了突出煤層的快速掘進,研究成果達到國際領先水平,已在全國主要突出礦井推廣應用。

      建立了煤層氣成藏演化過程理論,為煤層氣富集區預測提供理論支撐;提出了煤儲層滲透性預測的巖體力學和分形幾何學方法,研制了瓦斯(煤層氣)地面、井下抽采的工藝與設備,成果在沁水盆地與河南省煤層氣開發中得到成功應用。

      方向三:通風理論與技術

      本方向在煤礦下行通風技術研究方面,揭示了下行通風技術不僅在降塵、降溫和防止上隅角瓦斯積聚方面具有明顯的效果,而且對采空區煤炭自然發火也有明顯的抑制作用,改寫了《煤礦安全規程》。

      80年代開始對可控循環通風技術進行研究,將非穩定流理論和通風網絡理論相結合,基于紊流傳質理論推導出了瓦斯濃度縱向彌散模型,得出非穩態下循環通風系統內風量和瓦斯的顯現和變化規律,并提出了保障可控循環通風系統安全運行的控制措施。

      建立了突出后非穩態通風網絡中瓦斯濃度耦合模型,提出煤與瓦斯突出后瓦斯量和沖擊波在巷道超壓計算方法,發現了復雜通風網絡下突出后風流和瓦斯濃度分布規律。

      在通風系統改造和優化研究中,建立了基于評價指標體系和網絡仿真技術的礦井通風系統可靠性評價理論體系,開發了智能化、可視化通風系統可靠性評價和決策支持系統軟件。從通風技術測定、計算機解網分析到系統優化,形成一套應用技術,居國內領先水平。

      在礦井熱環境預測方面,首次提出了計算局部通風工作面壁面換熱系數及其分布的方法,解決了局部通風掘進工作面熱濕交換的計算問題,提出了較完善的預測局部通風掘進工作面熱環境的方法。

      方向四:火災防治理論與技術

      本方向首次提出了回采工作面下行通風時采空區的“自熱點自消”原理,即采空區自熱點處漏風供氧由于熱負壓作用會逐步降低到使氧化自熱終止的程度來實現采空區自燃點逐漸消失的基本原理。

      提出了以開區均壓治理采空區漏風,以“三帶”模擬和觀測確定最低推進度,以新型阻化劑防止停采線處自燃一套系統的綜合防火技術,成果達國際先進水平,并在義馬礦區應用,為我國易自燃煤層綜放開采防火技術做出了重要貢獻。

      基于煤氧復合作用原理,建立了煤與氧反應的動力學數學模型及其求解方法,揭示煤自燃的機理,提出了煤自燃的預測預報與火災探測方法,研制了具有自主知識產權的系列化新型阻化劑、防滅火材料與發生、輸送設備,在陽泉、晉城等5個礦區推廣應用。

      針對民用建筑、變電站、化學危險品存儲區等場所,研究了不同場所火災發生機理、煙氣蔓延及控制技術;研究了鐵基材料與細水霧的滅火機理,研發了新型滅火添加劑和高效滅火技術,開發了含添加劑的細水霧滅火系統;開研究了瓦斯燃燒和瓦斯爆炸階段演化規律、動力學特征和轉化機制;研究了瓦斯爆炸條件參數的耦合作用機制及抑制瓦斯爆炸的理論和方法,發了低濃度瓦斯輸送系統,該系統已在國內10余個礦區推廣使用。

      方向五:安全系統工程與管理

      研究了煤礦事故致因人、機、環 境之間的關系,提出了瓦斯爆炸以及井下火災的人因和管理因素的量化致災概率,確立了人的S-O-R過程 的灰色傳遞函數和環境狀況的灰色聚類分析方法,成果獲河南省科技進步三等獎。

      提出了礦山系統安全的灰色關聯分析方法,解決了系統安全分析中數據難以量化的“灰問題”,建立了煤礦安全目標值的GM(1,1)灰色預測包絡模型,提高了預測的準確性;提出了采掘工作面安全評價“三角形”模糊分析的理論體系,使評價結果更為客觀、可靠,便于采取針對性措施;建立了適合我國煤礦特色的安全管理信息系統,研究成果在十余個局(礦)推廣,研究成果曾獲煤炭工業現代化管理部級優秀成果一等獎。


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