近日

陕西省教育厅公布了

2022年度陕西省高等学校

科学技术研究优秀成果

我校西部浅埋煤层风积沙似膏体窄条带充填开采；黄土高原小流域生态经济耦合机理与发展模式；水浸烟煤微观结构及其氧化动力学特征研究三项科研成果荣获一等奖。煤岩体采动失稳与卸压瓦斯分域运储耦合动力学机理及工程实践；矿山救援物联网灾后重构与关键信息实时感知技术装备研究两项科研成果荣获二等奖。

西部浅埋煤层风积沙

似膏体窄条带充填开采

项目简介

该成果以西部生态脆弱区典型冶金工业固体废弃物无害化处理、规模化消纳与浅埋煤层保水开采为目标，利用陕北地区粉煤灰、镁渣等大宗化工冶金固体废弃物，开发了新型煤-镁渣基胶凝材料，实现了典型煤-镁产业固体废弃物规模化消纳与资源化循环利用。

项目以风积沙似膏体窄条带充填技术为载体，围绕 “新型胶凝材料研发→充填材料水化机理→料浆管输与采场内流动行为→料浆输运可视化监测→充填体力学响应→成套工艺与技术”研究主线，探明了多场耦合作用下风积沙似膏体充填材料的水化作用机理，提出了一种适用于风积沙似膏体充填管道多相流检测的多源异构ERT/UCT双模态层析检测方法，揭示了浅埋薄基岩下煤矿窄条带充填体载荷传递规律与承压机理，形成了适于西部生态脆弱区浅埋煤层窄条带充填开采成套技术体系。

研究成果在陕北东风镁业等炼镁企业和上河、常兴等煤矿开采企业开展了广泛应用，具有很强的市场竞争力与极大的推广应用价值，对于促进西部矿区的可持续发展具有重要的理论和实践意义。

黄土高原小流域

生态经济耦合机理与发展模式

项目简介

《黄土高原小流域生态经济耦合机理与发展模式》项目属于生态和经济学科的交叉领域。

▲黄土高原生态经济体系概念框架

主要创新点：

①面向黄土高原生态经济发展的关键科技需求，以“要素演变-耦合机理-支撑技术-发展模式”为主线，基于要素演变和交互作用及其反馈过程，多视角多尺度揭示了黄土高原生态修复中的生态-经济耦合机理；

▲黄土高原生态经济系统功能关系调控图

②从产业结构优化和合理布局以及经济社会对生态生产性空间占用与资源环境利用几方面，明确了区域产业生态化和生态产业化关键调控路径；

▲黄土高原生态经济调控路径图

③综合供给侧与需求侧平衡关系，确定了水土资源约束下的流域生态经济承载力阈值，创新了4类小流域生态-经济协同发展模式。

▲延安安塞南沟田园综合体模式示意图

上述成果为黄土高原不同阶段、不同区域的生态-经济协同发展提供理论和技术支撑以及可复制的典型模式。该成果已经在黄土高原陕西延安、榆林和甘肃定西等地区得到成功应用，产生了显著的社会经济效果。

▲甘肃泾川田家沟生态旅游示范基地

▲马家沟坝地与沟阶地设施农业示范基地

水浸烟煤微观结构

及其氧化动力学特征研究

项目简介

根据我国西部烟煤特点，采空区遗煤受积水浸润后，更容易引发采空区水浸烟煤自燃火灾，严重威胁矿井安全生产。

▲水浸干燥烟煤孔隙及微晶结构表征

项目围绕含水层下老空区煤自燃难题，在现场实际需求的基础上，采用多种研究手段，揭示了水浸烟煤孔隙及微晶结构的演变机制、阐明了水浸干燥烟煤氧化自燃过程的关键活性官能团反应特征、掌握了水浸烟煤自然发火规律及氧化动力学特征，并成功研发出适用于水浸干燥煤自燃防治的新型高效环保阻化剂，解决了我国西部水浸干燥烟煤自燃灾害防控的难题。

▲水系阻化剂处理后煤体微观结构变化规律及阻化剂降温效果

依托该课题，已公开发表学术论文30余篇，授权发明专利5项，实用新型专利16项，软件著作权1项，培养博士研究生1名，硕士研究生3名。

▲水系阻化剂采空区喷洒系统与工艺示意图

在成果转化方面，本研究提出的新型环保型水系阻化剂成功应用，保证了1200多万吨煤的安全开采，间接经济效益达到1.4亿元，应用效果显著，取得了丰硕的理论研究与实际应用成果。该成果对促进我国西部大开发、保证国家能源供给的迫切需要具有重大的意义。

煤岩体采动失稳

与卸压瓦斯分域运储

耦合动力学机理及工程实践

项目简介

项目通过理论分析、实验室测试实验、物理模拟、数值计算、现场工业性实验等相结合的研究手段，对煤层开采过程中，工作面前方应力动态变化时，煤岩组合体表面宏观裂隙在不同条件（煤层厚度、煤层倾角、煤岩体强度等）下，演化形态（起裂时间、初始裂隙长度、裂隙演化速率、裂隙演化角度等）特征开展研究，获得煤岩组合体动载破裂裂隙演化规律。

▲类煤岩材料研制及加载破裂形态与裂隙演化规律

通过开展不同推进速度、不同煤层倾角、不同回采高度、不同回采率、不同关键层层位条件下，煤层采动覆岩裂隙演化规律的物理相似模拟及数值模拟研究，得到采动覆岩裂隙场动态演化特征，确定裂隙场中卸压瓦斯亚运储区的周期性构建的指标参数，提出采动覆岩裂隙分域准则及判定方法。

▲采动覆岩裂隙演化分域规律及判定准则

通过对工作面不同推进过程中，卸压瓦斯亚储集区边界参数、指标参数、演化规律的探索，构建采动覆岩卸压瓦斯运储区空间形态量化表征模型，结合渗流、升浮、扩散相关理论，揭示采动覆岩卸压瓦斯分域运储机理。创新了以卸压瓦斯初期运储区管道抽采、中期运储区“钻孔+管道”联合抽采、后期运储区“钻孔+管道+巷道”抽采为核心的卸压瓦斯联合抽采关键技术，实现了采动卸压瓦斯分域协同抽采，提高了卸压瓦斯抽采效率。

▲采动卸压瓦斯运储与裂隙演化耦合控制机理

研究成果已在陕西、山西、新疆等多个矿区推广应用，取得了显著经济及社会效益。

▲卸压瓦斯分域精准抽采技术

矿山救援物联网

灾后重构与关键信息

实时感知技术装备研究

项目简介

项目团队研发了矿山救援物联网灾后重构与关键信息实时感知技术装备。该系统由矿山救援可视化指挥系统与钻孔救援多源信息探测系统组成，可面向水平救援或钻孔救援选用不同的技术装备，实现灾后物联网重构和关键信息的实时感知。具体研究内容：

1.开发了灾区异质传感器数据实时感知与传输技术，解决了长距离有限空间内关键信息（视音频、环境参数、雷达信号）融合与可靠传输的难题。

▲灾区异质传感器融合模型

2.研发了隐蔽空间生命信息快速感知技术，采用超宽带雷达实现了障碍物、坍塌体等隐蔽空间中生命信息、距离位置的探测。

▲超宽带雷达生命探测器

3.揭示了灾后物联网重构时无线Mesh组网信号的衰减机理，并研发基于Mesh组网的矿山救援可视化指挥系统。

▲超宽带雷达软件终端

4.研发了矿山灾后物联网重构与关键信息实时感知系列装备，开发了集成可视/非可视、穿透探测等功能于一体、适用于多灾害场景的钻孔救援多源信息探测系统。

▲矿山救援灾无线多媒体装置

目前研究成果在新疆、陕西等全国20余个地区的矿区和救护队中推广应用，并参与多次现场救援。