1科學(xué)問題的提出為認識煤礦熱動力重特大事故的發(fā)生規(guī)律,王德明教授對我國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行了統(tǒng)計與分析,結(jié)果表明熱動力災(zāi)害在煤礦重特大事故中占比最高、致災(zāi)最嚴重。
我國煤礦重特大事故類型統(tǒng)計王德明教授通過對近年來國內(nèi)外的煤礦熱動力災(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,對這些問題進行了剖析,認為過去未能遏制熱動力重特大事故發(fā)生的主要原因是對以下3個科學(xué)問題認識不足,導(dǎo)致在防治和救援工作中缺少針對性和有效性：
(1)對采場中氣、固相可燃物(瓦斯與煤)復(fù)合燃燒及點火特性認識不足。
(2)對熱動力災(zāi)害致災(zāi)因素與通風系統(tǒng)耦合的致災(zāi)作用認識不足。
(3)對熱動力災(zāi)害救援的不確定性風險特性認識不足。
2科學(xué)問題的研究現(xiàn)狀與分析
1采場中氣、固相可燃物( 瓦斯與煤) 復(fù)合燃燒及點火特性
現(xiàn)有研究大多認為煤與瓦斯復(fù)合災(zāi)害發(fā)生在開采自燃(易自燃)和高瓦斯煤層的礦井,只認識到煤自燃是瓦斯燃燒爆炸事故的點火源,這是一種對煤與瓦斯復(fù)合災(zāi)害認識的誤區(qū),許多實際案例表明,開采高瓦斯、不易自燃煤層的礦井更易發(fā)生煤與瓦斯復(fù)合災(zāi)害,這是由于瓦斯的點火能量低、易點燃,瓦斯燃燒后引燃煤炭、燃燒時間持久、還可再引燃(爆)瓦斯的緣故。目前,對瓦斯與煤作為氣固復(fù)合可燃物的最初點火原因和燃燒特性還缺少深入研究,防治措施也缺乏針對性。
針對瓦斯與煤復(fù)合可燃物的特點,需進一步：
（1）研究采場中瓦斯與漏風形成可燃混合氣體的時空特性。
（2）研究采空區(qū)中可能存在的點火源及其點火特性,包括煤自燃、各類堅硬物體摩擦撞擊產(chǎn)生的熱點火條件及特性,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。通過這些研究,有針對性地加強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壓造成的壓電效應(yīng),消除點燃瓦斯的最初點火源,提高礦井的防災(zāi)能力。
2熱動力災(zāi)害致災(zāi)因素與通風系統(tǒng)耦合的致災(zāi)作用
礦井火災(zāi)實驗和仿真模擬已有較成熟的成果,可基本實現(xiàn)火災(zāi)時期的煙流動態(tài)預(yù)測模擬;但對爆炸沖擊波在井下的傳播及致災(zāi)作用還認識不足,缺少在礦井原型尺度通風系統(tǒng)中的沖擊波傳播及致災(zāi)特性研究,更缺少沖擊波與煙流的復(fù)合致災(zāi)作用的研究,導(dǎo)致對構(gòu)建和評價礦井通風系統(tǒng)的抗災(zāi)能力缺少方法與標準。針對現(xiàn)有研究的不足和實際需求,應(yīng)當開展2個方面的研究：
（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)雜風網(wǎng)中的傳播特性及對通風系統(tǒng)的破壞、對人員傷害的致災(zāi)范圍及致災(zāi)程度,通風系統(tǒng)遭破壞后的災(zāi)變煙流擴散范圍及致災(zāi)程度等,為礦井避險系統(tǒng)設(shè)計、礦井救援和人員逃生等提供計算模型和依據(jù)
（2）開展礦井抗災(zāi)能力研究,包括井下消防系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計,人員集中區(qū)域的局部反風系統(tǒng)、煙流短路控風系統(tǒng)、人員避險設(shè)施,通風系統(tǒng)抵御沖擊波的方法與設(shè)施等。通過這些研究,掌握沖擊波與煙流在通風系統(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)建可靠通風系統(tǒng)和有效避險系統(tǒng),為災(zāi)變預(yù)防、發(fā)展預(yù)測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熱動力災(zāi)害救援的不確定性風險與應(yīng)對
煤礦救援主要針對確定性問題或風險,對不確定性風險特性、發(fā)現(xiàn)和處理不確定風險的方法與技術(shù)缺少研究,當前缺乏基于大數(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、適應(yīng)災(zāi)變條件使用的滅火降溫等應(yīng)對不確定性風險的方法與技術(shù)。為突破該瓶頸,王德明教授提出將不確定性風險救援分為發(fā)現(xiàn)風險和處理風險2 個環(huán)節(jié)。發(fā)現(xiàn)風險是重點,需研究三維激光雷達、紅外熱成像儀、氣體傳感器綜合應(yīng)用的探測不確定狀態(tài)災(zāi)區(qū)環(huán)境的探測技術(shù),并采用大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)構(gòu)建風險識別的模型與方法,開發(fā)應(yīng)對救援不確定性風險的輔助救災(zāi)決策系統(tǒng)。
同時,為處理風險,針對目前缺乏適合救護隊員應(yīng)用的簡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,筆者提出開發(fā)適合救援人員使用的自吸氣泡沫和細水霧降溫滅火裝備。通過這些研究,構(gòu)建發(fā)現(xiàn)和處理熱動力災(zāi)害不確定性風險的方法與技術(shù)體系,提升熱動力災(zāi)害的救援與處理能力。
作者簡介
王德明（1956.8~），貴州省遵義市人，中國礦業(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，享受國務(wù)院特殊津貼，獲得全國優(yōu)秀教師、國家“百千萬人才工程”煤炭行業(yè)專業(yè)技術(shù)拔尖人才、江蘇省有突出貢獻的中青年專家等榮譽稱號，兼任煤炭工業(yè)技術(shù)委員會防火滅火專家委員會副主任、國家安全生產(chǎn)專家組煤礦粉塵與職業(yè)健康組組長、中國煤炭工業(yè)安全科學(xué)技術(shù)學(xué)會礦井通風專業(yè)委員會主任、中國煤炭學(xué)會煤礦安全專業(yè)委員會副主任等職務(wù)。1982年畢業(yè)于中國礦業(yè)學(xué)院地下開采專業(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，1993年在中國礦業(yè)大學(xué)獲安全技術(shù)及工程博士學(xué)位。曾任中國礦業(yè)大學(xué)能源與安全工程學(xué)院院長、煤炭資源與安全開采國家重點實驗室主任、中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院院長、煤礦瓦斯與火災(zāi)防治教育部重點實驗室主任，還曾任國家煤礦安全技術(shù)專家會診第三組組長。主持了數(shù)十個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，研究成果獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項、國家科技進步二等獎1項、省部級二等獎以上獎勵10余項，獲授權(quán)發(fā)明專利40余項。出版了《礦井火災(zāi)學(xué)》、《礦塵學(xué)》、《煤氧化動力學(xué)理論及應(yīng)用》和《煤礦熱動力災(zāi)害學(xué)》等學(xué)術(shù)專著，主編了《礦井通風與安全》國家級規(guī)劃教材。
