2018年国家科学技术进步奖提名项目公示材料-科学技术研究院

2018年度国家科学技术进步奖提名项目公示材料项目名称煤矿冲击地压动静载探测预警与防治技术提名者中国煤炭工业协会提名单位意见冲击地压灾害是我国煤矿最严重的灾害之一。研发冲击地压探测预警与防治技术是国家重大科技需求。中国矿业大学，北京科技大学，华北科技学院等单位研发的“煤矿冲击地压动静载探测预警与防治技术”，包含的创新性成果有：冲击地压灾害的动静载叠加诱发机理；冲击地压危险动静载区域探测技术与装备；冲击地压危险递进聚焦预警技术；冲击地压动静载转移与煤岩体强度弱化的水力化防治技术。该成果是煤矿冲击地压灾害预防领域的重大原始技术创新，深刻揭示了冲击地压灾害的本质规律，对冲击地压灾害预防从理论、技术和方法上带来了观念上的突破，并首创了煤岩体应力场震动波CT探测技术装备和冲击危险递进聚焦监测预警技术体系，经鉴定达到国际领先水平。部分成果已纳入国家部门规章《煤矿安全规程》在煤矿企业施行。制定国家标准2项，获国家发明专利23项、软件著作权12项，出版专著11部，发表SCI/EI论文70篇，获省部级科学技术奖一等奖3项。项目成果已在国内50余座煤矿和孟加拉BARAPUKURIA煤矿、波兰KATOWICE煤矿推广应用。近3年，部分应用矿井同比新增安全煤量3962.25万吨，新增销售额160.68亿元，取得了显著的经济效益，并保障了矿井的安全生产，推动了煤炭工业灾害防治的科技进步。提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。项目简介煤炭是我国的主体能源，深部开采是我国煤炭资源开发的必然趋势。截至2017年，全国50余对矿井深度超过千米，最大已达1500米。随着开采深度快速增加，冲击地压灾害日趋严重。冲击地压灾害会摧毁井巷及设备，造成人员伤亡，还可能诱发煤与瓦斯突出、瓦斯煤尘爆炸等次生灾害，是我国煤矿最严重的灾害之一。冲击地压灾害预防是世界多国长期致力研究但未能突破的技术难题。研发冲击地压探测预警与防治技术，抢占该领域核心技术国际制高点，既是国家重大科技需求，也将为我国煤矿安全生产提供重要保障。该项目在科技部、煤炭企业的大力支持下，历经近10年攻关，提出了煤岩体动静载叠加诱冲机理，攻克了多项冲击地压探测预警与防治关键技术，取得了多项创新性成果，实现了大范围成功推广应用。主要创新成果如下：（1）提出了冲击地压灾害的动静载叠加诱发机理。研究揭示了煤矿采动过程动静载特征及其叠加效应规律，构建了动静载叠加诱冲理论模型和判别准则，得出了动静载作用下煤岩体能量积聚释放、应力演化与电震响应规律，实现了对冲击地压灾害发生机理的深刻揭示，为灾害探测预警与防治奠定了基础。（2）发明了冲击地压危险动静载区域探测技术与装备。研究得出了煤岩体震动波波速与载荷的耦合关系，研发了震动波CT探测区域应力场的技术、装备和方法，建立了基于应力场形态判识冲击地压危险的技术方法，实现了冲击地压危险区域的有效探测。（3）开发了冲击地压危险递进聚焦预警技术。研发了矿井→区域→局部递进式逐级聚焦冲击地压监测预警技术方法，构建了动静载作用下冲击危险多参量归一化综合预警模型，研发了冲击地压远程预警与诊断系统，实现了冲击危险的逐级筛查、无缝递进聚焦监测预警，显著提高了预警可靠性与预防效率。（4）研发了冲击地压动静载转移与煤岩体强度弱化的水力化防治技术。提出了弱化煤岩体强度、降低应力集中和转移动静载的强度弱化减冲原理，研发了高压水射流钻割煤体和定向水力致裂弱化坚硬岩体的动静载转移技术装备和方法，显著提高了冲击地压的防治效果。该成果是煤矿冲击地压灾害预防领域的重大原始技术创新，深刻揭示了冲击地压灾害的本质规律，对冲击地压灾害预防从理论、技术和方法上带来了观念上的突破，并首创了煤岩体应力场震动波CT探测技术装备和冲击危险递进聚焦监测预警技术体系，经鉴定达到国际领先水平。部分成果已纳入国家部门规章《煤矿安全规程》在煤矿企业施行。制定国家标准2项，获国家发明专利21项、软件著作权12项，出版专著11部，发表SCI/EI论文70篇，获省部级科技进步一等奖3项。项目成果已在山东、陕西、甘肃、河南等省区50余座煤矿和孟加拉BARAPUKURIA煤矿、波兰KATOWICE煤矿推广应用。近3年，部分应用矿井同比新增安全煤量3962.25万吨，新增销售额160.68亿元，取得了显著的经济效益，保障了矿井安全生产，推动了煤炭工业灾害防治的科技进步。客观评价（一）法规标准采纳（附件35、36、37、38）创新成果3第1条和第2条被纳入2016版《煤矿安全规程》的第三编第五章“冲击地压防治”的第二节“冲击危险性预测”；创新成果3第2条和创新成果4第2条分别被纳入国家标准《冲击地压测定、监测与防治方法》（GB/T25217）第4部分“微震监测方法”和第14部分“顶板定向水压致裂防治方法”；创新成果2和3被多个应用矿井纳入企业内部的《冲击地压防治技术规范》，作为企业法规使用。（二）成果鉴定结论（附件39、40、41）（1）项目成果“煤矿冲击矿压震动波CT预测原理与技术”通过了中国煤炭工业协会组织的会议鉴定。鉴定委员会认为：研究成果达到国际领先水平。研究了波速与应力的关系，构建了波速和应力间的幂函数关系模型，利用矿震震动波信号，采用震动波CT原理进行波速求解，获得分析区域应力分布特征，并用于冲击危险区域的预测；提出了波速异常、波速梯度变化VG值和应力集中系数三个预测预报冲击危险指标；建立了基于微震监测系统的震动波CT求解模型；构建了求解最优通道个数的选择原则和异向波速模型，提高了震动波CT输入数据精度。研究成果在山东济三、鲍店、星村、山西忻州窑、河南义马跃进、徐州赵小楼等煤矿应用，效果良好。（2）项目成果“冲击矿压（岩爆）分区分级监测预警与解危技术研究”通过了国家安全生产监督管理总局组织的会议鉴定。鉴定委员会认为：研究成果达到国际先进水平。研究分析了地质条件、地质动力因素和开采技术工艺等对冲击矿压（岩爆）的影响，揭示了煤岩体破坏特征与声发射、微震、电磁辐射等前兆信息的耦合规律，提出了煤岩体冲击破坏前兆信息辨识准则与监测原理；研究了冲击矿压的分级分区监测预警技术，实现了按无、弱、中、强四级分级监测预警，并提出针对性防治对策；提出了强度弱化减冲理论，针对不同冲击矿压危险等级区域，通过采取卸压措施，实现冲击矿压强度弱化解危。研究成果在平顶山十一矿、华亭煤矿、三河尖煤矿等进行了现场应用，取得了良好的社会经济效益。（3）项目成果“兖州矿区矿震活动规律研究及应用”通过了中国煤炭工业协会组织的会议鉴定。鉴定委员会认为：研究成果总体上达到国际先进水平。研究了煤岩破裂尺度与能量释放、应力降、主频等震源参数之间的相关性，探讨了不同煤岩震动的震动机理；系统研究了兖州矿区典型矿井微震活动的时-空-强分布与演化规律，发现矿震与区域构造和采动应力场有密切关系；研究了采场覆岩破裂运动与矿震强度的相关性，尤其是厚层关键层运动对大能级强矿震发生的作用；研究了矿震传播衰减规律，分析了能量的衰减变化随传播距离的增大呈乘幂关系；提出了兖州矿区开采范围内强矿震动力灾害的震动波CT成像预测技术与灰色系统预测模型，建立了波速异常、波速梯度变化VG值和应力集中系数三个预测预报危险指标，并应用在现场实践中。研究成果在示范矿井得到有效应用，取得了良好的社会效益和经济效益。（三）项目验收意见（附件42、43、44）（1）973课题“深部煤岩动力灾害的前兆信息特征与监测预警理论”验收专家组认为：针对深部煤岩动力灾害的前兆信息特征，提出了动静载诱冲理论，得到了动静载作用下煤岩破裂的地球、应力等多参量响应特征，建立了煤岩冲击危险的动静载多参量归一化监测预警模型，形成了多参量监测预警理论体系。验收委员会一致同意通过验收。（2）国家“十二五”科技支撑计划项目“矿山典型灾害预测控制关键技术装备及示范工程”通过了科技部组织的验收，验收委员会认为：形成了地震波CT层析成像预警技术、震源定位技术等一批关键技术方法，研发了煤岩动力灾害声电同步监测仪等适用于矿山动力灾害防治系列装备以及交互式远程矿震监测在线分析系统等装备软件。项目的实施对矿山典型灾害预测与防治发挥了重要科技支撑作用。验收委员会一致同意通过验收。（3）国家“十一五”科技支撑计划课题“采动动力灾害监测、预警与控制关键技术研究”通过了国家安全生产监督管理总局组织的验收，验收委员会认为：建立了岩爆危险性评价的分级技术体系，开发了岩爆危险性的联合监测技术，提出了冲击性灾害风险评价指标体系和方法，集成了微震监测预警系统，提出了岩爆冲击灾害的预警方法和应用技术。课题研究成果经示范工程检验表明，具有广泛的应用前景和推广价值，并取得良好的经济效益和社会效益，验收委员会一致同意通过验收。（四）重要科技奖励（附件45、46、47、48、49）项目成果曾获得省部级科学技术奖一等奖3项、二等奖2项，见下表1。表1该项成果曾获科技奖励情况获奖项目名称年度获奖类别获奖等级授奖部门（单位）主要获奖人煤岩动力灾害危险综合预测与监测预警技术研究2013科学技术奖一等中国职业安全健康协会何学秋，窦林名，王云海，牟宗龙，梅国栋，巩思园等兖州矿区矿震活动规律研究及应用2011科学技术奖一等山东省人民政府黄福昌，倪兴华，窦林名，王富奇等兖州矿区地质动力区划与矿震活动规律研究及应用2011科学技术奖一等中国煤炭工业协会中国煤炭学会黄福昌，倪兴华，窦林名，王富奇等冲击矿压分区分级监测预警与解危技术研究2012科学技术奖二等中国煤炭工业协会中国煤炭学会何学秋，窦林名，王云海，巩思园，梅国栋，何江等特厚坚硬煤层分层放顶煤开采冲击机理及防治技术2016科学技术奖二等中国煤炭工业协会中国煤炭学会窦林名，李厚志，李孝波，原德胜等推广应用情况项目成果已在国内山东、山西、陕西、甘肃、河南、黑龙江等省区的50余座煤矿和孟加拉BARAPUKURIA煤矿、波兰KATOWICE煤矿推广应用。近3年，部分应用矿井同比新增安全煤量3962.25万吨，新增销售额160.68亿元，取得了显著的经济社会效益，并保障了矿井的安全生产，推动了煤炭工业灾害防治的科技进步。详细情况说明及应用证明见附件4至18。主要知识产权证明目录（不超过10件）知识产权类别知识产权具体名称国家(地区)授权号授权日期证书编号权利人发明人专利有效状态发明专利煤岩动力灾害监测分站中国ZL200910089294.92013年06月26日1223772中国矿业大学(北京)何学秋、李成武有效专利计算机软件著作权矿山震动波CT层析成像技术-后处理分析软件[简称：MINESOSTOMO-Analysis]V1.0中国2013SR0871762013年08月20日0592938中国矿业大学、徐州弘毅科技发展有限公司窦林名、蔡武、巩思园、刘震其它有效的知识产权发明专利一种预测煤矿井下冲击矿压危险的评估方法中国ZL201310159400.22015年10月21日1819285中国矿业大学窦林名、牟宗龙、贺虎、温颖远、易恩兵有效专利计算机软件著作权冲击矿压危险可控震动波反演预警软件[简称：CMAT]V1.0中国2017SR2207402017年06月01日1806024中国矿业大学、徐州弘毅科技发展有限公司巩思园、窦林名、夏双其它有效的知识产权发明专利井下煤层工作面冲击危险区域震动波CT探测用自补偿式可控震源和震源产生方法中国ZL201410422929.32016年11月16日2294031中国矿业大学王桂峰、窦林名、巩思园、李振雷、何江、贺虎有效专利发明专利煤矿井下冲击矿压分区分级预测方法中国ZL201310157614.62015年07月29日1739710中国矿业大学牟宗龙、窦林名、巩思园、王浩、刘振江有效专利计算机软件著作权煤矿冲击矿压远程综合监测预警分析软件[简称：RMA]V1.0中国2017SR1823132017年05月16日1767597中国矿业大学蔡武、窦林名、巩思园、李小林其它有效的知识产权发明专利一种煤矿瓦斯灾害多参量多测点监测装置中国ZL201410781626.02016年11月23日2298367华北科技学院刘金海、何学