1科學(xué)問(wèn)題的提出為認(rèn)識(shí)煤礦熱動(dòng)力重特大事故的發(fā)生規(guī)律,王德明教授對(duì)我國(guó)2000—2019年一次死亡10人及以上的509起煤礦重特大事故、1949—2019年一次死亡30人及以上的302起煤礦特大事故和24起一次死亡百人以上事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析,結(jié)果表明熱動(dòng)力災(zāi)害在煤礦重特大事故中占比最高、致災(zāi)最嚴(yán)重。

我國(guó)煤礦重特大事故類型統(tǒng)計(jì)王德明教授通過(guò)對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的煤礦熱動(dòng)力災(zāi)害重特大事故的總結(jié)分析、特別結(jié)合親身參與的多起事故救援與處理經(jīng)歷,對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了剖析,認(rèn)為過(guò)去未能遏制熱動(dòng)力重特大事故發(fā)生的主要原因是對(duì)以下3個(gè)科學(xué)問(wèn)題認(rèn)識(shí)不足,導(dǎo)致在防治和救援工作中缺少針對(duì)性和有效性：

(1)對(duì)采場(chǎng)中氣、固相可燃物(瓦斯與煤)復(fù)合燃燒及點(diǎn)火特性認(rèn)識(shí)不足。

(2)對(duì)熱動(dòng)力災(zāi)害致災(zāi)因素與通風(fēng)系統(tǒng)耦合的致災(zāi)作用認(rèn)識(shí)不足。

(3)對(duì)熱動(dòng)力災(zāi)害救援的不確定性風(fēng)險(xiǎn)特性認(rèn)識(shí)不足。

2科學(xué)問(wèn)題的研究現(xiàn)狀與分析

1采場(chǎng)中氣、固相可燃物( 瓦斯與煤) 復(fù)合燃燒及點(diǎn)火特性

現(xiàn)有研究大多認(rèn)為煤與瓦斯復(fù)合災(zāi)害發(fā)生在開(kāi)采自燃(易自燃)和高瓦斯煤層的礦井,只認(rèn)識(shí)到煤自燃是瓦斯燃燒爆炸事故的點(diǎn)火源,這是一種對(duì)煤與瓦斯復(fù)合災(zāi)害認(rèn)識(shí)的誤區(qū),許多實(shí)際案例表明,開(kāi)采高瓦斯、不易自燃煤層的礦井更易發(fā)生煤與瓦斯復(fù)合災(zāi)害,這是由于瓦斯的點(diǎn)火能量低、易點(diǎn)燃,瓦斯燃燒后引燃煤炭、燃燒時(shí)間持久、還可再引燃(爆)瓦斯的緣故。目前,對(duì)瓦斯與煤作為氣固復(fù)合可燃物的最初點(diǎn)火原因和燃燒特性還缺少深入研究,防治措施也缺乏針對(duì)性。

針對(duì)瓦斯與煤復(fù)合可燃物的特點(diǎn),需進(jìn)一步：

（1）研究采場(chǎng)中瓦斯與漏風(fēng)形成可燃混合氣體的時(shí)空特性。

（2）研究采空區(qū)中可能存在的點(diǎn)火源及其點(diǎn)火特性,包括煤自燃、各類堅(jiān)硬物體摩擦撞擊產(chǎn)生的熱點(diǎn)火條件及特性,含石英砂巖頂板應(yīng)力變化造成的壓電效應(yīng)和頂板受壓破裂壓電放電的電點(diǎn)火及特性。

（3）研究煤與瓦斯復(fù)合燃燒形成的連續(xù)爆炸原因、條件和規(guī)律。通過(guò)這些研究,有針對(duì)性地加強(qiáng)和完善瓦斯抽采與頂板控制技術(shù),預(yù)防含瓦斯混合空氣的形成,弱化和控制礦井頂板初次及周期來(lái)壓造成的壓電效應(yīng),消除點(diǎn)燃瓦斯的最初點(diǎn)火源,提高礦井的防災(zāi)能力。

2熱動(dòng)力災(zāi)害致災(zāi)因素與通風(fēng)系統(tǒng)耦合的致災(zāi)作用

礦井火災(zāi)實(shí)驗(yàn)和仿真模擬已有較成熟的成果,可基本實(shí)現(xiàn)火災(zāi)時(shí)期的煙流動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模擬;但對(duì)爆炸沖擊波在井下的傳播及致災(zāi)作用還認(rèn)識(shí)不足,缺少在礦井原型尺度通風(fēng)系統(tǒng)中的沖擊波傳播及致災(zāi)特性研究,更缺少?zèng)_擊波與煙流的復(fù)合致災(zāi)作用的研究,導(dǎo)致對(duì)構(gòu)建和評(píng)價(jià)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的抗災(zāi)能力缺少方法與標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)現(xiàn)有研究的不足和實(shí)際需求,應(yīng)當(dāng)開(kāi)展2個(gè)方面的研究：

（1）沖擊波與火災(zāi)煙流的復(fù)合致災(zāi)作用,包括沖擊波在復(fù)雜風(fēng)網(wǎng)中的傳播特性及對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的破壞、對(duì)人員傷害的致災(zāi)范圍及致災(zāi)程度,通風(fēng)系統(tǒng)遭破壞后的災(zāi)變煙流擴(kuò)散范圍及致災(zāi)程度等,為礦井避險(xiǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、礦井救援和人員逃生等提供計(jì)算模型和依據(jù)

（2）開(kāi)展礦井抗災(zāi)能力研究,包括井下消防系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),人員集中區(qū)域的局部反風(fēng)系統(tǒng)、煙流短路控風(fēng)系統(tǒng)、人員避險(xiǎn)設(shè)施,通風(fēng)系統(tǒng)抵御沖擊波的方法與設(shè)施等。通過(guò)這些研究,掌握沖擊波與煙流在通風(fēng)系統(tǒng)中的傳播范圍及致災(zāi)程度的規(guī)律,建立沖擊波與煙流在通風(fēng)系統(tǒng)中的傳播范圍及致災(zāi)程度的正反演模型,構(gòu)建可靠通風(fēng)系統(tǒng)和有效避險(xiǎn)系統(tǒng),為災(zāi)變預(yù)防、發(fā)展預(yù)測(cè)和救援處理提供理論和技術(shù)基礎(chǔ),提高礦井的抗災(zāi)與減災(zāi)能力。

3熱動(dòng)力災(zāi)害救援的不確定性風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)對(duì)

煤礦救援主要針對(duì)確定性問(wèn)題或風(fēng)險(xiǎn),對(duì)不確定性風(fēng)險(xiǎn)特性、發(fā)現(xiàn)和處理不確定風(fēng)險(xiǎn)的方法與技術(shù)缺少研究,當(dāng)前缺乏基于大數(shù)據(jù)和人工智能的災(zāi)變分析與決策、災(zāi)區(qū)復(fù)雜環(huán)境多信息探測(cè)、適應(yīng)災(zāi)變條件使用的滅火降溫等應(yīng)對(duì)不確定性風(fēng)險(xiǎn)的方法與技術(shù)。為突破該瓶頸,王德明教授提出將不確定性風(fēng)險(xiǎn)救援分為發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)和處理風(fēng)險(xiǎn)2 個(gè)環(huán)節(jié)。發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)是重點(diǎn),需研究三維激光雷達(dá)、紅外熱成像儀、氣體傳感器綜合應(yīng)用的探測(cè)不確定狀態(tài)災(zāi)區(qū)環(huán)境的探測(cè)技術(shù),并采用大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的模型與方法,開(kāi)發(fā)應(yīng)對(duì)救援不確定性風(fēng)險(xiǎn)的輔助救災(zāi)決策系統(tǒng)。

同時(shí),為處理風(fēng)險(xiǎn),針對(duì)目前缺乏適合救護(hù)隊(duì)員應(yīng)用的簡(jiǎn)便高效滅火降溫裝備及處理隱蔽火源的方法與技術(shù)的現(xiàn)狀,筆者提出開(kāi)發(fā)適合救援人員使用的自吸氣泡沫和細(xì)水霧降溫滅火裝備。通過(guò)這些研究,構(gòu)建發(fā)現(xiàn)和處理熱動(dòng)力災(zāi)害不確定性風(fēng)險(xiǎn)的方法與技術(shù)體系,提升熱動(dòng)力災(zāi)害的救援與處理能力。

作者簡(jiǎn)介

王德明（1956.8~），貴州省遵義市人，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、“安全科學(xué)與工程”學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人，享受國(guó)務(wù)院特殊津貼，獲得全國(guó)優(yōu)秀教師、國(guó)家“百千萬(wàn)人才工程”煤炭行業(yè)專業(yè)技術(shù)拔尖人才、江蘇省有突出貢獻(xiàn)的中青年專家等榮譽(yù)稱號(hào)，兼任煤炭工業(yè)技術(shù)委員會(huì)防火滅火專家委員會(huì)副主任、國(guó)家安全生產(chǎn)專家組煤礦粉塵與職業(yè)健康組組長(zhǎng)、中國(guó)煤炭工業(yè)安全科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)礦井通風(fēng)專業(yè)委員會(huì)主任、中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤礦安全專業(yè)委員會(huì)副主任等職務(wù)。1982年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)學(xué)院地下開(kāi)采專業(yè)并于同年留校任教，1985年赴波蘭克拉科夫礦冶大學(xué)留學(xué)，并于1987年獲得采礦工程碩士學(xué)位回國(guó)，1993年在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)獲安全技術(shù)及工程博士學(xué)位。曾任中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源與安全工程學(xué)院院長(zhǎng)、煤炭資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院院長(zhǎng)、煤礦瓦斯與火災(zāi)防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，還曾任國(guó)家煤礦安全技術(shù)專家會(huì)診第三組組長(zhǎng)。主持了數(shù)十個(gè)煤礦高瓦斯特大火區(qū)滅火抑爆、礦井及煤田火災(zāi)治理防治工程，研究成果獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)二等獎(jiǎng)以上獎(jiǎng)勵(lì)10余項(xiàng)，獲授權(quán)發(fā)明專利40余項(xiàng)。出版了《礦井火災(zāi)學(xué)》、《礦塵學(xué)》、《煤氧化動(dòng)力學(xué)理論及應(yīng)用》和《煤礦熱動(dòng)力災(zāi)害學(xué)》等學(xué)術(shù)專著，主編了《礦井通風(fēng)與安全》國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。