煤炭資源與安全開采國家重點實驗室是在中國礦業(yè)大學整合原煤炭資源教育部重點實驗室、礦山開采與安全教育部重點實驗室和巖石混凝土破壞力學北京市重點實驗室等3個部省級重點實驗室及相關優(yōu)質資源基礎上成立,是依托采礦工程、安全技術及工程和礦產(chǎn)普查與勘探3個國家級重點學科共建的一個國內領先、高度開放的科研平臺。實驗室于2006年7月,經(jīng)科技部批準建設,并于2009年9月和2010年4月先后通過科技部組織的驗收與評估。
實驗室根據(jù)國家能源重大戰(zhàn)略需求和為煤炭工業(yè)“保障資源、安全開采、潔凈利用”提供重要科技支撐為目標,努力將實驗室建設成為國家煤炭資源與安全開采科技的研發(fā)基地,解決國家礦山開采與安全工程重大技術問題高層次人才的培養(yǎng)基地,和學校創(chuàng)辦高水平、研究型大學開展對外科技合作及學術交流的中心。
在多年的發(fā)展中,實驗室圍繞總體目標,設置了5個研究方向,分別是煤炭資源勘查評價與資源特性、煤炭開采的地質保障理論與技術、深部煤炭開采中地應力場變化規(guī)律與巖質控制理論、環(huán)境協(xié)調的綠色開采理論與技術、煤礦重大災害防治的關鍵理論與技術。在中國礦業(yè)大學申報“深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室”獲批準建設之后,根據(jù)科技部專家組的審查意見,經(jīng)教育部和科技部批準,實驗室將第三個研究方向“深部煤炭開采中地應力場變化規(guī)律與巖質控制理論”調整到深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室中,同時將繆協(xié)興、周國慶和何滿潮等從事深部巖體力學研究的骨干也調整過去。因此,從2008年7月開始,實驗室針對煤炭資源與安全開采中的關鍵科學問題,重新設置了4個研究方向:
在該研究方向上,實驗室深入研究煤中有害物質的賦存狀態(tài)、分布規(guī)律與地質控制機理,闡明煤炭資源開發(fā)、加工和利用過程中煤中有害元素的遷移行為;深入開展煤炭資源賦存規(guī)律研究,建立典型成煤模式,揭示了不同構造背景煤炭資源的聚集和賦存規(guī)律;研究了復雜地質條件下煤層氣生成的動力學過程,探討了煤層氣儲集機理及成藏響應,建立了我國煤層氣經(jīng)濟開采的基礎理論。實驗室希望通過這些研究,闡明我國煤中有害物質賦存狀態(tài)和富集機理,揭示煤盆地形成演化及其對煤炭資源賦存的影響,并建立中國復雜條件下煤層氣成藏的地質理論。
在該方向上,實驗室開展了煤礦采區(qū)高分辨三維地震勘探和三維三分量地震勘探技術與方法的研究,查清了≥3米斷層和裂隙帶、煤層頂?shù)装鍘r性和煤層厚度、瓦斯賦存特征及含水層和礦井突水通道,建立了從地面探測地下1000米深精細地質構造和地質災害源的探測技術體系。此外,實驗室還研制開發(fā)了地質雷達、地震和電法為主的礦井地質構造探測裝備與相關技術;研究和建立了礦井突水災害的防治理論與相關技術。通過研究煤礦復雜地質構造和災害源精細探測理論與技術、礦井水綜合防治理論與方法,實驗室以期建立煤礦安全高效開采地質保障系統(tǒng)。
在環(huán)境協(xié)調的綠色開采理論與技術方向上,實驗室主要研究了煤炭資源的合理、經(jīng)濟、高效與環(huán)境友好的綠色開采方法及深部煤炭資源可持續(xù)開采關鍵技術基礎理論,開發(fā)了減少地表移動變形值的煤層開采技術,研究了采動覆巖移動規(guī)律、深部采場與巷道應力場的時空關系、采場圍巖及巷道圍巖穩(wěn)定性控制關鍵理論與技術,包括傳統(tǒng)開采方法的地表沉陷破壞機理及其在城鎮(zhèn)村莊、鐵路橋梁等大型建筑物和水體下開采的充填開采、保水開采、煤與瓦斯共采、深部與復雜條件下煤炭資源高效開采等理論與技術等。實驗室希望以此來揭示煤炭資源開采過程中巖體結構和應力場演化規(guī)律;建立煤炭資源安全、高效與環(huán)境友好的綠色開采方法。
在該方向中,實驗室針對煤炭資源開采,特別是深部資源開采中重大災害的成因、預測預報理論以及防治對策等關鍵問題,深入研究煤與瓦斯突出和爆炸、礦井火災、頂板冒落與沖擊地壓等突發(fā)性動力災害成災機理,礦山重大災害應急救援與事故分析理論與技術,為深部資源開發(fā)中重大災害事故的預測、預報和防治提供可靠的理論基礎和技術支持。在該研究方向中,實驗室希望闡明煤體中瓦斯的吸附、解吸動力學過程,揭示瓦斯爆炸的動力學演化及多相耦合效應,開發(fā)煤與瓦斯災害綜合防治關鍵技術。
自成立以來,實驗室重視人才隊伍建設。目前,實驗室已建設成了一支人才結構合理的科研隊伍。為使實驗室更快走入行業(yè)領先、國際一流行列,實驗室依托中國礦業(yè)大學培養(yǎng)了4個創(chuàng)新團隊:
礦井通風防滅火創(chuàng)新團隊是江蘇省教育廳2009年8月批準建設的江蘇高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊之一。團隊帶頭人為國家安全生產(chǎn)專家、江蘇省有突出貢獻的中青年專家王德明教授。
礦井通風防滅火是我國煤礦安全的傳統(tǒng)學科方向,是保障煤礦安全高效生產(chǎn)的基礎及關鍵研究方向。創(chuàng)新團隊重點開發(fā)了煤自燃傾向性測試新方法及裝備、礦井火災防治新材料、煤礦采空區(qū)的煤自燃火源特性、煤自燃隱蔽火源探測方法及其裝備和泡沫除塵技術與裝備等方面的基礎理論與關鍵技術。目前,經(jīng)過近10年的發(fā)展,創(chuàng)新團隊在平臺建設、人才培養(yǎng)等方面將取得較大的突破,在科學研究中也取得了一批具有高展示度的原始性創(chuàng)新成果。
20世紀50年代以來,中國礦業(yè)大學在周世寧、俞啟香等老一輩科學家的帶領下組建了煤礦瓦斯研究團隊,在煤層瓦斯流動、煤巖動力災害、瓦斯(煤塵)爆炸等方面形成了穩(wěn)定的研究方向,促進了我國煤礦瓦斯災害預防科技發(fā)展。礦井瓦斯防治創(chuàng)新團隊繼承和發(fā)揚了老一輩科學家的研究方向,在煤礦煤巖瓦斯動力災害預防方面形成了煤層瓦斯流動理論、煤巖動力災害及預防和瓦斯爆炸及預防3個穩(wěn)定的研究方向,并取得了重大的創(chuàng)新成果,推動了我國煤礦安全科學與技術的發(fā)展。近年來,研究團隊堅持基礎理論與應用研究相結合,針對當前影響我國煤礦安全生產(chǎn)的重大瓦斯災害防治問題,開展了大量的研究工作,提出了保護層開采卸壓瓦斯抽放的瓦斯綜合治理模式,制定了保護層開采及卸壓瓦斯治理抽放的技術規(guī)范;發(fā)明了煤巖瓦斯動力災害電磁輻射實時監(jiān)測預警技術與裝備、鉆割一體化消突和卸壓強化瓦斯抽放的技術與裝備;開發(fā)了煤礦瓦斯爆炸危險性評價技術及軟件、煤礦安全生產(chǎn)風險管理技術及軟件等。這些成果在煤礦進行了廣泛的應用,取得了顯著的社會和經(jīng)濟效益。
煤礦重大災害防治創(chuàng)新團隊是中國礦業(yè)大學2005年1月首批獲準建設的創(chuàng)新團隊之一。該創(chuàng)新團隊依托中國礦業(yè)大學安全技術及工程國家重點學科和煤炭資源與安全開采國家重點實驗室、煤礦瓦斯治理國家工程研究中心等平臺進行建設。針對煤礦瓦斯爆炸、火災等重大災害防治領域急需解決的關鍵技術問題,創(chuàng)新團隊主要在煤礦瓦斯災害防治、煤炭自燃機理及防治、礦井通風與防塵、煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控等領域進行了基礎與應用基礎研究。
綠色采礦創(chuàng)新團隊是中國礦業(yè)大學2005年首批獲準建設的創(chuàng)新團隊之一,依托中國礦業(yè)大學煤炭資源與安全開采國家重點實驗室進行建設。該團隊立足煤炭科技的前沿問題,服務于學科的建設發(fā)展,圍繞煤炭資源的高效與綠色開采系統(tǒng),構建了煤炭資源綠色開采的理論與技術框架,建設了綠色開采的實驗研究平臺。為綠色采礦提供了科學支撐。
煤炭資源與安全開采國家重點實驗室始終秉承“開放、流動、聯(lián)合、競爭”的宗旨、“包容、民主、規(guī)范”的管理理念和人本思想,銳意開拓創(chuàng)新,不斷推進實驗室的科研和文化建設。實驗室現(xiàn)擁有固定資產(chǎn)3100萬元,大型儀器設備33臺/件。裝備有多功能巖層控制試驗臺、粗(細)粒料漿充填實驗系統(tǒng)、20MN高溫高壓伺服控制巖體三軸試驗機、采礦數(shù)值模擬實驗中心、煤層鉆割卸壓增透實驗系統(tǒng)等大型先進儀器設備,為研究工作的開展奠定了堅實基礎;同時,實驗室還積極開展對外科技合作,與美國、英國、俄羅斯、德國、澳大利亞、波蘭、加拿大等國家多個高校和科研機構的學者、專家有著密切的學術交流活動,并多次成功舉辦了國內、國際學術會議,這為打開實驗室國際視野提供了窗口。在未來發(fā)展中,實驗室將進一步攻向領域痛難點,為解決領域難題貢獻智慧。