项目名称煤火隐蔽致灾信息动态感知及防控关键技术二

12017年度国家科技进步奖推荐项目一、项目名称煤火隐蔽致灾信息动态感知及防控关键技术二、推荐单位意见煤火隐蔽灾害探测与防控是公共安全和环保领域内的世界性难题。该项目针对煤火隐蔽致灾信息动态感知及防控需要解决的关键科学问题，在973计划前期研究专项、科技部重大国际合作专项、国家“十一五”科技支撑计划、国家自然科学基金重点项目等的支持下，开创了煤自燃危险程度判定新理论及隐蔽火源位置反演识别的新方法；建立了煤自燃隐蔽火源特征信息动态监测与隐患预判技术体系；研制了粉煤灰膨胀充填堵漏降风、液态二氧化碳惰化窒息和膏体降温灭火的系列新技术及装备。部分研究成果达到了国际领先水平，实现了煤火灾害从被动防治向科学监测与主动防控的根本转变，产生了显著的社会经济和环境效益，为我国煤火隐蔽灾害探测与防控技术发展和产业化做出了重大贡献。该项目选题准确，技术创新突出，兼顾前沿性和实用性，提高了矿井对煤火灾害的预防预控和应急处置能力，对实现煤火灾害的早期预测、预警、火区环境安全性判定与科学救灾决策及确保救灾安全具有重要的指导意义，应用前景广阔。项目符合国家科技进步奖推荐条件。推荐该项目申报国家科学技术进步奖一等奖。2三、项目简介煤自燃条件决定了火源位置隐蔽、监测难度大，防治困难，煤自燃隐蔽火源识别、特征信息提取及热能消除一直是亟待解决的三大技术难题。针对传统煤自燃监测技术不能准确识别隐蔽火源位置与程度、常规灌浆和注惰气等防灭火技术缺乏高效性与长效性等问题，开展了煤火隐蔽致灾信息动态感知及防控关键技术的研究与应用，首次提出了隐蔽火源温度判定及反演识别方法，攻克了煤自燃特征信息动态感知、堵漏控风、隔氧降温等关键技术，实现了煤火灾害由被动治理向主动防控的根本转变。主要科技创新内容包括：（1）针对煤火灾害防控危险程度和高温区域判定的难题，提出了煤自燃危险程度判定及隐蔽火源位置反演识别方法。发现了煤温与CO等指标气体的对应关系，提出了表征煤自燃温度的气体指数q计算方法，该计算方法通过与现场数据的对接，确定了基于指标气体的煤自燃危险程度判定方法和危险区域判定准则，实现了现场条件下煤自燃危险程度和区域的直接判定；建立了“热-固-流-化”煤自燃反演计算模型，实现了隐蔽火源位置的准确识别。（2）针对煤火灾害早期隐患辨识和防控决策信息量不足的问题，研发了煤火隐蔽致灾信息动态监测与隐患预判技术。建立了煤火灾害隐患辨识预警动态模型，开发出集煤自燃危险区域特征信息无线监测技术、采空区温度场分布式光纤监测技术、煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测技术3于一体的煤自燃高密度网络化动态感知与隐患辨识预判系统，突破了煤火隐蔽致灾信息多元感知、异构网络融合、特征信息精准提取、火源精确定位等方面的多项核心关键技术，实现了煤自燃隐蔽火源发展趋势动态感知、态势评估、精确定位和预测预警。（3）针对灌浆注氮等常规防灭火技术缺乏高效性与长效性的问题，研制了以隔氧降温为主的煤自燃火灾防控技术及装备。研发了矿用无机固化膨胀充填堵漏防灭火材料及配套装备，实现了充填材料的远距离大流量输送和动压快速充填膨胀堵漏控风；研制了矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置，实现了快速、高效降氧防火；研发了具有固水性好、胶凝时间可控、堵漏隔氧和吸热降温性能的膏体防灭火材料及配套装备，攻克了采空区隐蔽火区热源分散、易复燃的难题。项目授权发明专利16项，实用新型专利23项，软件著作权7项；论文86篇，其中SCI收录16篇、EI收录21篇；出版专著4部；相关产品获煤安认证20件；3项成果获省部级科技进步一等奖。主要成果已在全国20多个省600多个煤矿以及孟加拉、俄罗斯和越南等国内外推广应用，项目成果转化产品实现了规模化生产，销售近8亿元，创汇1500万美元，具有显著的社会经济和环境效益，有力地推动了煤火隐蔽灾害探测与防控技术的发展。四、客观评价该项目在理论、方法、工艺、技术、装备等方面取得了4多项重大成果，与之相应的3个主要研究成果分别通过了陕西省科学技术厅、国家安全生产监督管理总局和中国煤炭工业协会组织相关院士及行业专家鉴定，研究成果达到国际领先水平。相关产品通过煤安认证20件，煤火灾害防控材料满足环保要求。核心创新技术被编制进了行业标准《安全高效现代化矿井技术规范》（2012）和《煤矿灌浆防灭火技术规范》（2013）；研发的矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置被国家安监总局指定为全国矿山救护大队必备救灾装备（2011）；项目的技术应用解决了国内外300多次煤火灾害，得到了国内外同行的认可。1、国际通风大会学术委员会主席、美国密苏里科技大学采矿系StewartGillies教授认为：“煤自燃特征温度和危险区域判定准则，解决了煤自燃程度判定的世界性难题”。加拿大蒙特利尔麦吉尔大学SamSpearing等教授认为“煤自燃指标体系的建立，定量表征了煤自燃危险程度，为煤自燃识别奠定了基础”。2、研究成果“矿井火灾多源信息融合预警及控制技术”经国家安全生产监督管理总局规划科技司组织的专家鉴定，认为“科技成果达到国际领先水平”（2013）。“煤自燃危险区域无线监测预警技术”通过在兖矿集团、新矿集团等现场的推广应用，现场的通防专家一直认为“该技术能实时动态感知煤自燃危险区域多组分指标气体及微差压信息，解决了大面积采空区煤火隐蔽致灾信息高密度网络化动态感知的技术5难题，提高了采空区煤火灾害预报的及时性和可靠性，具有重要的推广价值”（2015）。3、“矿用无机固化膨胀充填材料及装备”通过在神华神东煤炭集团有限责任公司、大同煤矿集团有限责任公司等现场的工业性试验与推广应用，证明了研制的无机固化膨胀充填材料，浆液固化时间短，堵漏效果好，成本低、工艺简单、使用方便，提高了井下封堵效率和效果，意义重大（2013-2015）。2010年9月，经山东省科技厅组织专家对“煤炭自燃液态二氧化碳防灭火技术”鉴定，认为“液态CO2灭火工艺及配套装备实现了液态CO2灭火的远距离输送、灌注工艺合理、运行可靠，灭火过程安全，在煤层自燃液态二氧化碳直接灌注灭火方面达到国际领先水平”。4、系列产品报送国家质检局和煤矿产品检验中心检测，性能满足国家标准与行业标准，获准应用。膏体、无机固化膨胀充填等系列防灭火材料具有无污染、灭火性能好，经国家化学品检测中心检测各项指标满足环保要求。液态二氧碳灭火装置满足国家压力容器要求，矿用移动式注浆系列装置、矿用多参数无线监测装置等20个产品通过了煤安认证，达到了煤矿安全产品的使用要求。5、成果在全国20多个省（市、自治区）600多个煤矿中应用。山东省人民政府向研发团队颁发了感谢状：“促进一大批技术创新成果向山东转移并实现产业化、特别是煤层火灾隐患识别与控制技术，实现了产学研合作创新的新突破”。6新疆建设兵团颁发了科技合作奖“为新疆煤田火灾控制，保护资源，减少环境污染做出了重要贡献”；陕西日报报道：“项目关键技术成功解决了煤火位置模糊、距离远、爆炸危险性大等问题”。6、成果推广应用到俄罗斯、孟加拉、越南等国。在孟加拉国应用期间，从BARAPUKURIA煤矿成功地撤出了总价值达1100万美元的综采设备，解放煤量140余万吨，经济效益达1.41亿美元，受到当地政府和媒体一致好评，孟加拉国能源部部长Mr.SelimUddin评价“来自中国的防灭火技术团队，以高超的技术水平、有效的工作扑灭了BARAPUKURIA煤矿火灾”、“为孟加拉国煤炭经济发展做出了重要贡献”，首次实现了国内煤火灾害监测与防治成套技术及装备出口。在中国首套放顶成套设备与技术出口俄罗斯过程中，获得中国煤矿机械装备有限公司所授予的特别贡献奖和Ольжерасская-Новая煤矿的感谢信。“Мечел股份有限公司认为“中国的矿山灭火技术，对Ольжерасская-Новая煤矿安全生产起到了重要作用”、“希望继续深化与中国在矿山安全与防灭火方面的合作”。7、该项目第一完成人发表的学术论文“煤最短自然发火期实验及数值分析”被评为《煤炭学报》创刊五十周年百篇最具影响力学术论文（2014）。五、推广应用情况项目研究成果在新疆、山东、山西、内蒙、陕西、宁夏7等全国20多个省（市、自治区）600多个煤矿以及孟加拉、俄罗斯和越南等国推广应用，熄灭火区16万m2，控制火区150万m2，解放煤量3亿多吨，新增产值上百亿元。项目成果转化产品实现了规模化生产，销售近8亿元，创汇1500万美元，取得了显著的经济和社会效益，有力地推动了煤自燃防控理论与技术的发展。主要应用单位情况表应用单位名称应用技术应用起止时间联系人/电话陕西煤业化工集团有限责任公司矿井火灾监测预警与防治2010.06～2013.12吴满院13772002863神华神东煤炭集团有限责任公司整体技术2011.01～2013.12白凤桐15924582888中煤平朔煤业有限责任公司整体技术2009.05～2013.12吴强13593489826山东兖矿集团公司矿井火灾隐患识别与控制2009.12～2015.12左金忠13563797050淮南矿业（集团）有限责任公司矿井火灾防治2008.08～2015.12李平13705543237神华宁夏煤业集团有限责任公司矿井火灾防治2009.01～2015.12朱海渔13995370851神华乌海能源有限责任公司矿井火灾监测预警与防治2008.01～2014.12李祥13309563678中铝宁夏王洼煤业有限公司矿井火灾监测防治2009.02～2015.12连建军13995349928四川省煤炭产业集团有限责任公司煤田火灾监测预警与防治2010.06～2015.12陈曦13880516784大同煤矿集团有限责任公司粉煤灰无机固化充填技术2010.04～2014.12赵军13834267739西安森兰科贸有限责任公司整体技术转化2007.01～2016.12张戈186915733238六、主要知识产权证明目录知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明专利煤矿井下CO来源机理和消失机理研究用实验方法中国ZL201510332744.82016.8.312217872西安科技大学文虎；邓军；刘文永；翟小伟；许延辉有效发明专利冲击地压模拟环境下煤自燃特性测试用实验装置中国ZL201510368299.02016.9.142234514西安科技大学翟小伟；文虎；金永飞；许延辉；王亚超；王伟峰；费金彪；刘文永有效发明专利煤自燃高温程序升温装置及利用该装置的测试方法中国ZL201310638108.92015.4.291647696西安科技大学邓军；文虎；金永飞；刘文永；翟小伟；费金彪；岳宁芳；程方明；王伟峰；郭军；徐培耕有效发明专利采空区温度场高密度网络化无线监测装置及方法中国ZL201310314547.42015.10.281831408西安科技大学邓军；王伟峰；马砺；陈晓坤；程方明有效发明专利煤矿回采采空区的气体检测方法及其装置中国ZL200910021274.82012.7.251015046西安科技大学；西安森兰科贸有限责任公司吴建斌；文虎；邓军；郑学召；马砺；许延辉；徐林生；何毅；万雷有效发明专利一种煤炭自燃指标气体多组分实时在线远程监测装置及方法中国ZL201410545356.32016.9.72225759中国科学院合肥物质科学研究院夏滑；吴边；张志荣；庞涛；孙鹏帅；韩荦；崔小娟；董凤忠有效发明专利用于煤矿防灭火的地面制浆系统中国ZL200910304321.X2011.7.27814307西安森兰科贸有限责任公司文虎；邓军；马砺；张荣；应奋；吴建斌有效发明专利用于矿井火灾防治的发泡膨胀充填剂中国ZL200810236488.22012.3.21923473西安森兰科贸有限责任公司文虎；邓军；刘鑫；翟小伟；张荣；马砺；韦亚洲；顾雪峰；费金彪有效9实用新型矿井巷道围岩调热圈温度场监测装置中国201520284488.52015.12.234883140西安科技大学易欣；李珍宝；马砺；王伟峰；王秋红有效软件著作权登记证书煤炭自燃指标气体在线监