1科学问题的提出为认识煤矿热动力重特大事故的发生规律,王德明教授对我国2000—2019年一次死亡10人及以上的509起煤矿重特大事故、1949—2019年一次死亡30人及以上的302起煤矿特大事故和24起一次死亡百人以上事故进行了统计与分析,结果表明热动力灾害在煤矿重特大事故中占比最高、致灾最严重。

我国煤矿重特大事故类型统计王德明教授通过对近年来国内外的煤矿热动力灾害重特大事故的总结分析、特别结合亲身参与的多起事故救援与处理经历,对这些问题进行了剖析,认为过去未能遏制热动力重特大事故发生的主要原因是对以下3个科学问题认识不足,导致在防治和救援工作中缺少针对性和有效性：

(1)对采场中气、固相可燃物(瓦斯与煤)复合燃烧及点火特性认识不足。

(2)对热动力灾害致灾因素与通风系统耦合的致灾作用认识不足。

(3)对热动力灾害救援的不确定性风险特性认识不足。

2科学问题的研究现状与分析

1采场中气、固相可燃物( 瓦斯与煤) 复合燃烧及点火特性

现有研究大多认为煤与瓦斯复合灾害发生在开采自燃(易自燃)和高瓦斯煤层的矿井,只认识到煤自燃是瓦斯燃烧爆炸事故的点火源,这是一种对煤与瓦斯复合灾害认识的误区,许多实际案例表明,开采高瓦斯、不易自燃煤层的矿井更易发生煤与瓦斯复合灾害,这是由于瓦斯的点火能量低、易点燃,瓦斯燃烧后引燃煤炭、燃烧时间持久、还可再引燃(爆)瓦斯的缘故。目前,对瓦斯与煤作为气固复合可燃物的最初点火原因和燃烧特性还缺少深入研究,防治措施也缺乏针对性。

针对瓦斯与煤复合可燃物的特点,需进一步：

（1）研究采场中瓦斯与漏风形成可燃混合气体的时空特性。

（2）研究采空区中可能存在的点火源及其点火特性,包括煤自燃、各类坚硬物体摩擦撞击产生的热点火条件及特性,含石英砂岩顶板应力变化造成的压电效应和顶板受压破裂压电放电的电点火及特性。

（3）研究煤与瓦斯复合燃烧形成的连续爆炸原因、条件和规律。通过这些研究,有针对性地加强和完善瓦斯抽采与顶板控制技术,预防含瓦斯混合空气的形成,弱化和控制矿井顶板初次及周期来压造成的压电效应,消除点燃瓦斯的最初点火源,提高矿井的防灾能力。

2热动力灾害致灾因素与通风系统耦合的致灾作用

矿井火灾实验和仿真模拟已有较成熟的成果,可基本实现火灾时期的烟流动态预测模拟;但对爆炸冲击波在井下的传播及致灾作用还认识不足,缺少在矿井原型尺度通风系统中的冲击波传播及致灾特性研究,更缺少冲击波与烟流的复合致灾作用的研究,导致对构建和评价矿井通风系统的抗灾能力缺少方法与标准。针对现有研究的不足和实际需求,应当开展2个方面的研究：

（1）冲击波与火灾烟流的复合致灾作用,包括冲击波在复杂风网中的传播特性及对通风系统的破坏、对人员伤害的致灾范围及致灾程度,通风系统遭破坏后的灾变烟流扩散范围及致灾程度等,为矿井避险系统设计、矿井救援和人员逃生等提供计算模型和依据

（2）开展矿井抗灾能力研究,包括井下消防系统的优化设计,人员集中区域的局部反风系统、烟流短路控风系统、人员避险设施,通风系统抵御冲击波的方法与设施等。通过这些研究,掌握冲击波与烟流在通风系统中的传播范围及致灾程度的规律,建立冲击波与烟流在通风系统中的传播范围及致灾程度的正反演模型,构建可靠通风系统和有效避险系统,为灾变预防、发展预测和救援处理提供理论和技术基础,提高矿井的抗灾与减灾能力。

3热动力灾害救援的不确定性风险与应对

煤矿救援主要针对确定性问题或风险,对不确定性风险特性、发现和处理不确定风险的方法与技术缺少研究,当前缺乏基于大数据和人工智能的灾变分析与决策、灾区复杂环境多信息探测、适应灾变条件使用的灭火降温等应对不确定性风险的方法与技术。为突破该瓶颈,王德明教授提出将不确定性风险救援分为发现风险和处理风险2 个环节。发现风险是重点,需研究三维激光雷达、红外热成像仪、气体传感器综合应用的探测不确定状态灾区环境的探测技术,并采用大数据与人工智能技术构建风险识别的模型与方法,开发应对救援不确定性风险的辅助救灾决策系统。

同时,为处理风险,针对目前缺乏适合救护队员应用的简便高效灭火降温装备及处理隐蔽火源的方法与技术的现状,笔者提出开发适合救援人员使用的自吸气泡沫和细水雾降温灭火装备。通过这些研究,构建发现和处理热动力灾害不确定性风险的方法与技术体系,提升热动力灾害的救援与处理能力。

作者简介

王德明（1956.8~），贵州省遵义市人，中国矿业大学安全工程学院教授、博士生导师、“安全科学与工程”学科学术带头人，享受国务院特殊津贴，获得全国优秀教师、国家“百千万人才工程”煤炭行业专业技术拔尖人才、江苏省有突出贡献的中青年专家等荣誉称号，兼任煤炭工业技术委员会防火灭火专家委员会副主任、国家安全生产专家组煤矿粉尘与职业健康组组长、中国煤炭工业安全科学技术学会矿井通风专业委员会主任、中国煤炭学会煤矿安全专业委员会副主任等职务。1982年毕业于中国矿业学院地下开采专业并于同年留校任教，1985年赴波兰克拉科夫矿冶大学留学，并于1987年获得采矿工程硕士学位回国，1993年在中国矿业大学获安全技术及工程博士学位。曾任中国矿业大学能源与安全工程学院院长、煤炭资源与安全开采国家重点实验室主任、中国矿业大学安全工程学院院长、煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室主任，还曾任国家煤矿安全技术专家会诊第三组组长。主持了数十个煤矿高瓦斯特大火区灭火抑爆、矿井及煤田火灾治理防治工程，研究成果获国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖1项、省部级二等奖以上奖励10余项，获授权发明专利40余项。出版了《矿井火灾学》、《矿尘学》、《煤氧化动力学理论及应用》和《煤矿热动力灾害学》等学术专著，主编了《矿井通风与安全》国家级规划教材。