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12019年度国家科学技术进步奖提名项目公示材料一、项目名称：西部煤矿一氧化碳溯源定量分析及分源治理关键技术与装备二、提名单位及提名意见提名者：中国煤炭工业协会晋、陕、蒙、宁等西部地区是我国主要的能源基地，煤炭产量达全国的70%。西部煤田属于浅埋深厚煤层群、开采后地表塌陷严重，矿井大范围多通道漏风引发的煤炭自燃严重威胁矿井安全生产。矿井一氧化碳是煤层自燃主要标志性气体，准确监测监控矿井CO来源和生成规律是预防煤层自燃及引发矿井采空区瓦斯重要技术途径。该项目经过十余年的联合科技攻关，开发了矿井CO溯源定量分析及分源治理的关键理论、技术、材料与装备，形成成套技术体系。以溯源定量分析明确区分自燃和非自燃因素生成CO，提高自燃预警正确性；基于CO分源控制理念，研发多点风压调节技术、智能注氮惰化工艺装备、漏风隔离和控制材料实现煤自燃有效治理和CO浓度超限控制。研究成果提高了我国西部煤田自燃、瓦斯爆炸灾害防治和一氧化碳超限治理技术水平，具有重大科学意义和实用价值。有关专家评价认为，项目核心技术成果达到国际领先水平。该项目获3项国家自然科学基金重点和面上项目等支持，曾获中国煤炭工业科学技术奖一等奖4项，发表论文102篇，SCI收录32篇、EI收录30篇，出版著作3部，授权发明专利20项，实用新型6项，软件著作权3项，负责制定《矿井煤自燃标志气体及临界值技术规范》、《煤矿防灭火技术规范》等标准3项。该项目已在开滦集团内蒙分公司、神华集团（新疆、内蒙乌海公司）、冀中能源、陕西华彬煤业等全国多个大型煤炭企业20余个矿井推广应用，有效遏制了井下一氧化碳超限、煤自燃和采空区爆炸，实现了易自燃煤层群的安全高效开采，已创直接经济效益5.3亿元，经济和社会效益显著。提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。三、项目简介晋、陕、蒙、宁等西北地区是我国超过70%煤炭产量的最主要能源基地，西部煤矿绝大多数瓦斯含量低，但其安全开采存在以下亟待解决的难题：1）由于西部煤田大多为浅埋深厚煤层，开采后地表塌陷严重、形成大范围多通道漏风，引发的煤炭自燃成为西部煤田开采最严重的安全威胁；2）近年来，煤矿井巷瓦斯爆炸事故已得到基本控制，但由于采空区，包括低瓦斯煤层采空区均容易积聚爆炸性瓦斯，采空区自燃引起的瓦斯爆炸已占重特大瓦斯爆炸事故的大多数，因此，防自燃就可以防治大多数重特大瓦斯爆炸事故的发生；3）煤层自燃生成的大量一氧化碳（以下2简称CO），叠加西部煤田非自燃因素如煤常温氧化、煤层所含原生残余CO等非自燃因素生成CO，造成采煤工作面及其上隅角易出现CO浓度超限，而难以解决；4）作为煤自燃预报主要标志性气体，来自不同产生源的CO的叠加干扰造成煤自燃误报，该问题一直困扰非自燃因素生成CO量较大的西部煤田的煤自燃预警实践。因而，解决上述自燃预警、治理、采空区瓦斯爆炸和工作面CO浓度超限防治等问题已成为西北煤田安全开采的重点和难点，成为我国煤炭行业亟需攻克的重大课题。经过十余年的联合科技攻关，开发了矿井CO溯源定量分析及分源治理的关键理论、技术、材料与装备，形成成套技术体系。以溯源定量分析明确区分自燃和非自燃因素生成CO，提高自燃预警正确性；基于CO分源控制理念，研发多点风压调节技术、智能注氮惰化工艺装备、漏风隔离和控制材料实现煤自燃有效治理和CO浓度超限控制。本项目的重要性创新成果如下：（1）首次系统提出了不同源CO的溯源计算方法，形成非自燃生成CO对自燃正确预警干扰的排除技术；揭示了煤自燃阶段跃迁机理理论，构建了煤自燃“五阶段”分级预警指标体系，实现及时有效煤自燃预警。首次采用全过程隔氧封闭方法现场测试到原生CO，首次提出了自燃与非自燃不同源产生CO的溯源计算方法；提出了非自燃生成CO对自燃正确预警干扰的剔除技术。应用自主研发的全程煤程序升温与绝热氧化实验系统，揭示了煤自燃潜伏、储热、蒸发、活跃及乏氧五个阶段临界点跃迁表征特征参数变化规律和跃迁机理；首次提出了煤自燃“五阶段”预警指标体系，提高了自燃预警的及时性和防治措施的有效性。（2）创新研发了适用于抑制井下巷道低温氧化的新型粘结性防灭火材料及其工艺，研发了一种矿用环保型堵漏风复合泡沫及应用工艺，抑制煤层低温氧化CO生成。研发了适用于大范围多源漏风条件下、能与煤岩体有效黏合，形成适应煤岩体动态变形环境的堵漏、阻燃隔离层的廉价粘结性防灭火材料。研发了一种矿用堵漏风复合泡沫及应用工艺，攻克了发泡反应放热量大的难题。（3）创新研发了智能控制连续注氮技术、适用于CO流向控制的自动控制正压通风系统等多种针对不同源CO的治理装备。创新性提出了“边旋转边拖动”的连续注氮牵引方式，得到了牵引动力、牵引距离等技术参数并首次研制出智能控制连续注氮装备与工艺。集成创新研发了适用于容易自燃煤层开采的多通道、大区域漏风条件下多点风压自动调节技术，能有效控制CO流向采煤工作面。四、客观评价1鉴定结论31）“容易自燃复杂采空区下工作面的防火技术与实践”项目鉴定结论：2013年12月24日，中国煤炭工业协会对该项目进行了科技成果鉴定，鉴定委员会由张铁岗院士为组长的专家组，对中国矿业大学（北京）等单位共同完成的“容易自燃复杂采空区下工作面的防火技术与实践”项目进行成果鉴定。鉴定委员会一致认为“„„物化成果丰富，同意通过成果鉴定，成果总体达到国际先进水平，在基于煤自燃阶段跃迁机理的“五阶段”自燃危险性预报决策体系和连续拖管注氮技术和装备方面达到国际领先水平。”该项目获2014年中国煤炭工业科学技术一等奖（证书编号为：2014-121-D01，项目组成员为第1、2、6、7获奖人)。2）“矿井重大动态隐患应急处置控制技术及应用”项目鉴定结论：2012年12月27日，中国煤炭工业协会在北京组织以卢鉴章为组长的鉴定委员会，对中国矿业大学（北京）等完成的“矿井重大动态隐患应急处置控制技术及应用”项目进行成果鉴定。鉴定认为项目成果总体达到国际先进水平，在自燃灾害预警、灾害应急处置等技术方面达到国际领先水平。该项目获中国煤炭工业科学技术一等奖（证书编号为：2013-129-R02，项目组成员为第2获奖人)。3）“矿井一氧化碳溯源定量分析及分源治理关键技术与装备”项目鉴定结论：2018年3月24日，中国煤炭工业协会在北京组织以卢鉴章为组长的鉴定委员会，对中国矿业大学（北京）等完成的“矿井一氧化碳溯源定量分析及分源治理关键技术与装备”项目进行成果鉴定。鉴定认为项目成果总体达到国际先进水平，在矿井CO溯源定量分析等研究方面达到国际领先水平。该项目获中国煤炭工业科学技术一等奖（项目组成员为第1、2、3、4、5、7、15获奖人)。4）“矿用绿色高分子灭火材料的研究与应用”项目鉴定结论：2017年12月30日，中国煤炭工业协会在北京组织以王德明为组长的鉴定委员会，对山东科技大学等完成的“矿用绿色高分子灭火材料的研究与应用”项目进行成果鉴定。鉴定认为项目成果总体达到国际领先水平。该项目获中国煤炭工业科学技术一等奖（项目组成员为第1获奖人)。2社会评价基于项目研究成果，制定了《矿井煤自燃标志气体及临界值技术规范》（GB）、《煤矿防灭火技术规范》等3项国家、行业标准。3主要科技奖励获奖项目名称获奖时间等级授奖单位容易自燃复杂采空区下工作面的防火技术与实践2014年一等中国煤炭工业协会矿井重大动态隐患应急处置控制技术及应用2013年一等中国煤炭工业协会4煤矿深部开采若干问题的应用技术研究2005年一等教育部提名国家科学技术进步奖矿井一氧化碳溯源定量分析及分源治理关键技术与装备2018年一等中国煤炭工业协会防治煤炭自燃的绿色高效防灭火材料的研发与工程应用2018年一等中国煤炭工业协会五、应用情况本项目组直接联系的推广应用企业有：开滦集团内蒙分公司、神华集团（新疆、内蒙乌海公司）、冀中能源、陕西华彬煤业等全国多个大型煤炭企业20余个矿井。项目成果总体推广应用情况见下表。主要应用单位情况表序号单位名称应用的技术应用对象及规模应用起止时间单位联系人1开滦（集团）有限责任公司整体技术年8座煤矿2005年-2018年武建国2神华乌海能源有限责任公司整体技术3座煤矿2010年-2018年周勇3陕西华彬煤业股份有限公司整体技术5座煤矿2010年-2018年周贤六、主要知识产权和标准规范等目录知识产权类别知识产权具体名称国家专利号授权公告日证书编号专利权人发明人专利的有效状态发明专利一种矿用堵漏风酚脲醛发泡树脂、复合泡沫及其制备方法中国ZL201410058748.72016.08.172185730胡相明胡相明，等有效发明专利一种注氮防灭火智能控制装置中国ZL201711247328.32018.11.23131120中国矿业大学（北京）朱红青，李峰有效发明专利大区域自动控制均压防灭火系统中国ZL201310156831.32016.06.271935764中国矿业大学（北京）朱红青，谭波，李峰，等有效发明专利全阶段煤自燃实验系统中国ZL201310400658.72015.08.261768947中国矿业大学（北京）王海燕，等有效发明专利一种注氮装置及其实现注氮的方法中国ZL201310156212.42016.06.292132103中国矿业大学（北京）朱红青，李峰，谭波，等有效5发明专利一种用于煤层火灾治理的稠化胶体中国ZL201110038864.92013.02.061134031中国矿业大学（北京）朱红青，等有效发明专利防治煤炭自燃的粉煤灰-水泥泡沫材料及其制备方法中国ZL201410174835.92016.09.142239429胡相明胡相明，等有效发明专利一种防治煤炭自燃的智能凝胶材料中国ZL201410113510.X2016.08.172188274胡相明胡相明，等有效发明专利一种用于煤层火灾治理的凝胶泡沫中国ZL201410025728.X2016.08.172175348山东科技大学王刚，等有效发明专利矿井井下火灾及有毒有害气体正压束管监测系统中国ZL201410217688.92014.11.262095603山东科技大学陆伟，等有效七、主要完成人情况姓名排名行政职务技术职称完成单位项目中贡献朱红青1学院院长教授中国矿业大学（北京）项目负责人，全面负责项目研究，对创新点1、2、3有突出贡献。构建了煤自燃“五阶段”分级预警指标体系；研发了粘结性防灭火材料、智能控制连续注氮技术、自动控制正压通风系统等多种针对不同源CO的治理装备。郑庆学2总工程师高工开滦（集团）有限责任公司项目主要完成人，对创新点1、2有突出贡献。提出了“取样-密封-储存-破碎-测试”全过程注N2隔氧测试方法与“边旋转边拖动”拖管牵引方式。王翰锋3书记研究员煤炭科学研究院有限公司项目主要完成人，对创新点1、3有突出贡献。提出了“基于恒温解吸曲线积分”计算CO及修正方法；得到了调压冗余度允许范围计算公式，确定了最优调压范围为0~50Pa。陆伟4教授山东科技大学项目主要完成人，对创新点1、3有突出贡献。得到CO、C2H4、C2H2等与煤温变化关系，分析了不同煤质煤样各阶段煤自燃特征；设计了系统的自动控制风门。周勇5副总经理教授级高工神华乌海能源有限责任公司项目主要完成人，对创新点1、2有突出贡献。提出了自燃与非自燃不同源产生CO的溯源计算方法，得出煤层中原生CO不是超限主要原因；提出了主动式阻燃隔离层设计方案。胡相明6系副主任副教授山东科技大学项目主要完成人，对创新点2有突出贡献。创新性地合成了酚脲醛树脂，具有发泡温度低、阻燃性好、力学性能高等特点，其成本仅为聚氨酯泡沫的一半，比酚醛泡沫便宜25%。谭波7系副主任副教授中国矿业大学（北京）项目主要完成人，对创新点1、2有突出贡献。得到松散煤低温耗氧速率与温度、氧浓度及煤样粒径的关系、柴油动力矿用防爆车井下运行中在半封闭受限空间尾气CO与井下爆破CO浓度随时间变化关系。王海燕8系副主任教授中国矿业大学（北京）项目主要完成人，对创新点1、2有突出贡献。研发了煤程序升温与绝热氧化实验装置，揭示了煤自燃潜伏、储热、蒸发、活跃及乏氧阶段临界点跃迁表征特征。李峰9副教授