1科學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)果表明熱動力災害在煤礦重特大事故中占比最高、致災最嚴重。
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個科學問題認識不足,導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)復合燃燒及點火特性認識不足。
(2)對熱動力災害致災因素與通風系統(tǒng)耦合的致災作用認識不足。
(3)對熱動力災害救援的不確定性風險特性認識不足。
2科學問題的研究現(xiàn)狀與分析
1采場中氣、固相可燃物( 瓦斯與煤) 復合燃燒及點火特性
現(xiàn)有研究大多認為煤與瓦斯復合災害發(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合災害認識的誤區(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)生煤與瓦斯復合災害,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,含石英砂巖頂板應力變化造成的壓電效應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,預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,消除點燃瓦斯的最初點火源,提高礦井的防災能力。
2熱動力災害致災因素與通風系統(tǒng)耦合的致災作用
礦井火災實驗和仿真模擬已有較成熟的成果,可基本實現(xiàn)火災時期的煙流動態(tài)預測模擬;但對爆炸沖擊波在井下的傳播及致災作用還認識不足,缺少在礦井原型尺度通風系統(tǒng)中的沖擊波傳播及致災特性研究,更缺少沖擊波與煙流的復合致災作用的研究,導致對構建和評價礦井通風系統(tǒng)的抗災能力缺少方法與標準。針對現(xiàn)有研究的不足和實際需求,應當開展2個方面的研究：
（1）沖擊波與火災煙流的復合致災作用,包括沖擊波在復雜風網(wǎng)中的傳播特性及對通風系統(tǒng)的破壞、對人員傷害的致災范圍及致災程度,通風系統(tǒng)遭破壞后的災變煙流擴散范圍及致災程度等,為礦井避險系統(tǒng)設計、礦井救援和人員逃生等提供計算模型和依據(jù)
（2）開展礦井抗災能力研究,包括井下消防系統(tǒng)的優(yōu)化設計,人員集中區(qū)域的局部反風系統(tǒng)、煙流短路控風系統(tǒng)、人員避險設施,通風系統(tǒng)抵御沖擊波的方法與設施等。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程度的正反演模型,構建可靠通風系統(tǒng)和有效避險系統(tǒng),為災變預防、發(fā)展預測和救援處理提供理論和技術基礎,提高礦井的抗災與減災能力。
3熱動力災害救援的不確定性風險與應對
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缺少研究,當前缺乏基于大數(shù)據(jù)和人工智能的災變分析與決策、災區(qū)復雜環(huán)境多信息探測、適應災變條件使用的滅火降溫等應對不確定性風險的方法與技術。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、氣體傳感器綜合應用的探測不確定狀態(tài)災區(qū)環(huán)境的探測技術,并采用大數(shù)據(jù)與人工智能技術構建風險識別的模型與方法,開發(fā)應對救援不確定性風險的輔助救災決策系統(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,構建發(fā)現(xiàn)和處理熱動力災害不確定性風險的方法與技術體系,提升熱動力災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)大學安全工程學院教授、博士生導師、“安全科學與工程”學科學術帶頭人，享受國務院特殊津貼，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)安全科學技術學會礦井通風專業(yè)委員會主任、中國煤炭學會煤礦安全專業(yè)委員會副主任等職務。1982年畢業(yè)于中國礦業(yè)學院地下開采專業(yè)并于同年留校任教，1985年赴波蘭克拉科夫礦冶大學留學，并于1987年獲得采礦工程碩士學位回國，1993年在中國礦業(yè)大學獲安全技術及工程博士學位。曾任中國礦業(yè)大學能源與安全工程學院院長、煤炭資源與安全開采國家重點實驗室主任、中國礦業(yè)大學安全工程學院院長、煤礦瓦斯與火災防治教育部重點實驗室主任，還曾任國家煤礦安全技術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、礦井及煤田火災治理防治工程，研究成果獲國家技術發(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，獲授權發(fā)明專利40余項。出版了《礦井火災學》、《礦塵學》、《煤氧化動力學理論及應用》和《煤礦熱動力災害學》等學術專著，主編了《礦井通風與安全》國家級規(guī)劃教材。
