安全科学与工程学院科研概况

  学院在科学研究方面具有较高的科研水平和实力。安全技术及工程为河南省一类重点学科,安全技术及工程、供热供燃气通风及空调工程、减灾防灾工程及防护工程均为河南省二级重点学科;学院建有河南省“瓦斯地质与瓦斯治理”重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地、教育部“煤矿灾害预防与抢险救灾工程研究中心”、教育部煤矿灾害防治省部共建重点实验室、“瓦斯地质与瓦斯治理”河南省高校国家重点实验室培育基地、河南省煤矿瓦斯与火灾防治重点实验室、国家安全生产监督管理总局“煤矿瓦斯地质与瓦斯灾害防治”安全生产重点实验室、国家煤矿安全监察局“煤矿安全工程技术研究中心”、河南省安全技术及工程重点学科开放实验室、河南省院士工作站等9个高水平科研平台;拥有河南省第一家教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队。中国煤炭学会瓦斯地质专委会、河南省煤炭学会通风安全、河南省煤炭学会防治瓦斯突出专业委员会均挂靠学院;同时学院还是全国仅有的四家煤与瓦斯突出矿井鉴定授权单位之一。

  学院目前承担国家科技重大专项、国家973项目、国家863课题、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金项目、国家科技攻关项目等多项国家级科研课题,同时承担有教育部博士学科点科研专项基金、教育部留学基金、河南省科研创新人才基金、河南省杰出青年科学基金、河南省高等学校创新人才基金、河南省高校杰出科研人才创新工程、河南省重大科技攻关、大型企业委托等科研项目400余项,年均科研总经费超过8000万元。近几年发表论文1200余篇,出版著作、教材20余部,获国家科技进步二等奖2项,省(部)级科技进步奖20余项。

  安全科学与工程学院具有5个特色鲜明的学科方向,在“瓦斯地质及瓦斯预测”、“瓦斯灾害防治与瓦斯(煤层气)抽采”、“通风理论与技术”、“火灾防治理论与技术”等学科方向达到国际先进水平。学院拥有科学研究场地5600m2,拥有一批高性能的先进设备,实验设备总值6250万元,拥有图书80余万册,期刊120多种,近年来,学院在煤矿安全与技术方面开展了大量的基础研究和科技攻关,为安全科学与工程学科发展及煤矿安全生产提供了强大的智力支持和技术保障,为保障国家安全生产做出了重要贡献。

  方向一:瓦斯地质与瓦斯预测

  1962年,我校杨力生教授等率先开展瓦斯地质研究,并提出了以地质观点为主的瓦斯突出预测方法,形成了瓦斯地质区划论。1990年出版了第一部专著《瓦斯地质概论》,奠定了瓦斯地质理论的基础;提出了突出煤体结构的概念和分类方案,被《防治煤与瓦斯突出细则》采用,成为预测煤与瓦斯突出的基础;出版了第一幅《1∶200万中国煤层瓦斯地质图》,成为指导煤矿安全生产的重要基础,得到江泽民同志和原煤炭部领导的赞赏;查明了我国煤层瓦斯资源量为31.4万亿m3,为我国煤层瓦斯资源利用和瓦斯灾害防治战略性规划提供了依据,并被中联煤层气公司、美国环境保护署(EPA)和多家国际组织引用。

  基于板块构造、区域地质演化理论,提出了瓦斯赋存构造逐级控制理论,即区域构造控制矿区构造,矿区构造控制矿井构造,矿井构造控制采区、采面。确立了瓦斯的赋存和分布,是煤层经历多次构造运动演化作用的结果。据此提出的瓦斯地质法,作为一种重要的预测煤与瓦斯突出方法列入了《防治煤与瓦斯突出规定》,提出的瓦斯地质编图方法还写入《煤矿安全规程》,有力地指导了我国煤矿瓦斯灾害防治工作。

  方向二:瓦斯灾害防治与瓦斯(煤层气)抽采

  结合我国煤层采掘条件,提出了矿井瓦斯涌出量分源预测法,成为煤炭工业行业标准,成果先后获能源部科技进步一等奖、国家科技进步三等奖、国家科技重大成果奖。

  建立了掘进巷道煤层瓦斯流动的数学模型,得到掘进工作面瓦斯动态涌出规律;提出了移动掘进工作面在不同掘进速度下瓦斯涌出量的预测计算方法。

  建立了以煤层瓦斯含量、构造煤厚度为主要判据的煤与瓦斯突出区域预测瓦斯地质方法及指标,提出的瓦斯含量为8m3/t的突出预测临界指标列入《防治煤与瓦斯突出规定》;提出的煤岩动力灾害的电磁辐射预警准则及方法,成为煤与瓦斯突出预测的新方法,并获得国家科技进步二等奖(2006年)。

  深化了低透气性突出煤层水力挤出、水力掏槽、水力压裂等水力化措施的增透、卸压防突机理,优化了工艺参数,实现了突出煤层的快速掘进,研究成果达到国际领先水平,已在全国主要突出矿井推广应用。

  建立了煤层气成藏演化过程理论,为煤层气富集区预测提供理论支撑;提出了煤储层渗透性预测的岩体力学和分形几何学方法,研制了瓦斯(煤层气)地面、井下抽采的工艺与设备,成果在沁水盆地与河南省煤层气开发中得到成功应用。

  方向三:通风理论与技术

  本方向在煤矿下行通风技术研究方面,揭示了下行通风技术不仅在降尘、降温和防止上隅角瓦斯积聚方面具有明显的效果,而且对采空区煤炭自然发火也有明显的抑制作用,改写了《煤矿安全规程》。

  80年代开始对可控循环通风技术进行研究,将非稳定流理论和通风网络理论相结合,基于紊流传质理论推导出了瓦斯浓度纵向弥散模型,得出非稳态下循环通风系统内风量和瓦斯的显现和变化规律,并提出了保障可控循环通风系统安全运行的控制措施。

  建立了突出后非稳态通风网络中瓦斯浓度耦合模型,提出煤与瓦斯突出后瓦斯量和冲击波在巷道超压计算方法,发现了复杂通风网络下突出后风流和瓦斯浓度分布规律。

  在通风系统改造和优化研究中,建立了基于评价指标体系和网络仿真技术的矿井通风系统可靠性评价理论体系,开发了智能化、可视化通风系统可靠性评价和决策支持系统软件。从通风技术测定、计算机解网分析到系统优化,形成一套应用技术,居国内领先水平。

  在矿井热环境预测方面,首次提出了计算局部通风工作面壁面换热系数及其分布的方法,解决了局部通风掘进工作面热湿交换的计算问题,提出了较完善的预测局部通风掘进工作面热环境的方法。

  方向四:火灾防治理论与技术

  本方向首次提出了回采工作面下行通风时采空区的“自热点自消”原理,即采空区自热点处漏风供氧由于热负压作用会逐步降低到使氧化自热终止的程度来实现采空区自燃点逐渐消失的基本原理。

  提出了以开区均压治理采空区漏风,以“三带”模拟和观测确定最低推进度,以新型阻化剂防止停采线处自燃一套系统的综合防火技术,成果达国际先进水平,并在义马矿区应用,为我国易自燃煤层综放开采防火技术做出了重要贡献。

  基于煤氧复合作用原理,建立了煤与氧反应的动力学数学模型及其求解方法,揭示煤自燃的机理,提出了煤自燃的预测预报与火灾探测方法,研制了具有自主知识产权的系列化新型阻化剂、防灭火材料与发生、输送设备,在阳泉、晋城等5个矿区推广应用。

  针对民用建筑、变电站、化学危险品存储区等场所,研究了不同场所火灾发生机理、烟气蔓延及控制技术;研究了铁基材料与细水雾的灭火机理,研发了新型灭火添加剂和高效灭火技术,开发了含添加剂的细水雾灭火系统;开研究了瓦斯燃烧和瓦斯爆炸阶段演化规律、动力学特征和转化机制;研究了瓦斯爆炸条件参数的耦合作用机制及抑制瓦斯爆炸的理论和方法,发了低浓度瓦斯输送系统,该系统已在国内10余个矿区推广使用。

  方向五:安全系统工程与管理

  研究了煤矿事故致因人、机、环 境之间的关系,提出了瓦斯爆炸以及井下火灾的人因和管理因素的量化致灾概率,确立了人的S-O-R过程 的灰色传递函数和环境状况的灰色聚类分析方法,成果获河南省科技进步三等奖。

  提出了矿山系统安全的灰色关联分析方法,解决了系统安全分析中数据难以量化的“灰问题”,建立了煤矿安全目标值的GM(1,1)灰色预测包络模型,提高了预测的准确性;提出了采掘工作面安全评价“三角形”模糊分析的理论体系,使评价结果更为客观、可靠,便于采取针对性措施;建立了适合我国煤矿特色的安全管理信息系统,研究成果在十余个局(矿)推广,研究成果曾获煤炭工业现代化管理部级优秀成果一等奖。