中國(guó)礦業(yè)大學(xué)蔣靜宇教授團(tuán)隊(duì)：能量單元切割理論與煤礦瓦斯防治工程示范

蔣靜宇，教授，博導(dǎo)，副院長(zhǎng)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)“高層次人才計(jì)劃”講席教授，中青年學(xué)術(shù)帶頭人，江蘇省高校優(yōu)秀青年骨干教師，全國(guó)煤炭青年科技獎(jiǎng)獲得者。現(xiàn)任中國(guó)礦業(yè)大學(xué)貴州研究院副院長(zhǎng)，人工智能學(xué)院煤礦災(zāi)害智能預(yù)警與防控裝備研究中心主任。近年來(lái)主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目子課題1項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)，江蘇省青年基金1項(xiàng)，中國(guó)博士后基金2項(xiàng)。發(fā)表論文50余篇，在

Fuel

International Journal of Coal Geology

煤礦瓦斯災(zāi)害防治是煤炭工業(yè)長(zhǎng)期面臨的巨大安全挑戰(zhàn)，隨著開(kāi)采深度的不斷增加，地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，高地應(yīng)力、高瓦斯壓力的環(huán)境使得傳統(tǒng)瓦斯防治技術(shù)面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量豐富，但開(kāi)采條件復(fù)雜多樣，高瓦斯和突出礦井在生產(chǎn)礦井中占有相當(dāng)比例，災(zāi)害治理難度顯著增大。近年來(lái)，雖然瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)在不斷進(jìn)步，但對(duì)于以斷層、褶曲、煤層變厚帶等為代表的煤礦地質(zhì)異常區(qū)，均一化的瓦斯治理措施常面臨“局部高能殘余”的瓶頸，導(dǎo)致瓦斯突出事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅礦井生產(chǎn)安全。這些新問(wèn)題、新挑戰(zhàn)迫切要求我們創(chuàng)新發(fā)展瓦斯災(zāi)害防治理論和技術(shù)方法，以科技創(chuàng)新保障煤礦安全生產(chǎn)，推動(dòng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

能量單元切割理論

能量單元切割理論的定義為：以煤層地質(zhì)單元?jiǎng)澐趾屯怀鲋聻?zāi)能量閾值為依據(jù)，將煤層劃分為高能區(qū)和低能區(qū)等若干個(gè)能量單元，利用物理、化學(xué)等技術(shù)手段將煤層物理切割，以介質(zhì)切割控制能量切割，構(gòu)建突出能量傳遞的阻斷空間，將煤層改造為離散化能量單元，單元邊界處的自由空間(裂隙/孔洞)形成能量勢(shì)壘，削弱煤體變形能和瓦斯膨脹能的跨單元遷移，約束單一能量單元的最大儲(chǔ)能值，大幅降低突出能量密度，更好地實(shí)現(xiàn)“邊界處切割，內(nèi)部分區(qū)治理”的煤層瓦斯防治理念。

在此背景下，蔣靜宇教授帶領(lǐng)的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)針對(duì)行業(yè)區(qū)域瓦斯治理難題開(kāi)展了系統(tǒng)性探索，首次提出了能量單元切割理論及技術(shù)體系，為礦井瓦斯防治領(lǐng)域的發(fā)展注入了新的活力。這項(xiàng)歷時(shí)多年的工作基于大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，從能量動(dòng)態(tài)演化視角重新審視煤與瓦斯突出機(jī)理，形成了一條理論創(chuàng)新與工程應(yīng)用相結(jié)合的研究路徑。研究工作涵蓋了理論構(gòu)建、方法創(chuàng)新和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證等多個(gè)層面，體現(xiàn)了多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)，不僅豐富了煤礦災(zāi)害防治理論，也為工程實(shí)踐提供了重要參考。該書(shū)（《 能量單元切割理論與煤礦瓦斯防治工程示范》. 蔣靜宇, 魏民濤, 王成浩著. 北京: 科學(xué)出版社, 2025. 12） 對(duì)推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有重要意義，特別是在煤礦地質(zhì)異常區(qū)的瓦斯治理方面提供了新的思路和方法。

地質(zhì)異常區(qū)能量單元切割理論布孔及防突設(shè)計(jì)示意圖

能量單元切割理論將煤層視為由多個(gè)能量單元組成的復(fù)雜系統(tǒng)，利用物理、化學(xué)等技術(shù)手段將煤層物理切割，通過(guò)分析各地質(zhì)單元在采動(dòng)影響下的能量?jī)?chǔ)存、釋放和轉(zhuǎn)化規(guī)律，建立了更完善的突出防治理論。該書(shū)采用了實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和工程示范相結(jié)合的技術(shù)路線。這種綜合性的研究策略增強(qiáng)了成果的可靠性，也展現(xiàn)了科研工作的嚴(yán)謹(jǐn)性。值得一提的是，該學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)提出了沖孔爆破協(xié)同增透強(qiáng)化瓦斯抽采技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)和操作流程，在提高煤層透氣性的同時(shí)保障了作業(yè)安全；同時(shí)，建立了完善的數(shù)據(jù)采集和分析體系，為成果的驗(yàn)證和推廣提供了有力支持。

沖爆協(xié)同增透技術(shù)機(jī)理

在工程應(yīng)用方面，該書(shū)中的研究成果展現(xiàn)了重要的實(shí)踐價(jià)值。通過(guò)在多個(gè)礦區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)不斷優(yōu)化技術(shù)方案，顯著改善了瓦斯抽采效果。在技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，該書(shū)注重安全性評(píng)估和適應(yīng)性調(diào)整，確保在不同地質(zhì)條件下的可靠性。在地質(zhì)異常區(qū)，書(shū)中提出的瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，該學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)客觀指出了所提技術(shù)的適用范圍和局限性，這種實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度值得肯定。此外，研究過(guò)程中配套的技術(shù)指南 和操作規(guī)程也為現(xiàn)場(chǎng)人員提供了詳細(xì)指導(dǎo)，體現(xiàn)了研究成果的實(shí)用性和可操作性，這些工作為技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。

工程示范

薛湖煤礦沖爆協(xié)同增透技術(shù)示范及應(yīng)用效果

29040 工作面巷道布置與區(qū)域劃分情況

沖爆協(xié)同增透技術(shù)鉆孔布置示意圖

可控定向聚能爆破過(guò)程中爆炸應(yīng)力波傳播過(guò)程

雙根聚能管爆破前后瓦斯抽采純量變化對(duì)比

沖爆協(xié)同增透技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中瓦斯含量變化情況

從學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)來(lái)看，該書(shū)的研究工作推動(dòng)了多學(xué)科知識(shí)的深度融合，將基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合。能量單元切割理論不僅為煤礦災(zāi)害研究提供了新范式，其研究方法論對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展也具有啟發(fā)意義。該研究成果的系統(tǒng)性和完整性值得稱道，形成了從理論構(gòu)建到工程應(yīng)用的完整體系，這種既注重理論創(chuàng)新又關(guān)注實(shí)踐應(yīng)用的研究取向，對(duì)研究領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。該書(shū)還探討了技術(shù)推廣的可行性和適應(yīng)性問(wèn)題，建立了完善的技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，為開(kāi)展后續(xù)工作指明了方向。

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能量單元切割理論與煤礦瓦斯防治工程示范

蔣靜宇, 魏民濤, 王成浩著

北京: 科學(xué)出版社, 2025. 12

ISBN 978-7-03-083946-6

該書(shū)是蔣靜宇教授學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)多年來(lái)在區(qū)域瓦斯治理技術(shù)方面科研工作的總結(jié)。全書(shū)知識(shí)結(jié)構(gòu)合理、內(nèi)容新穎，提出了能量單元切割理論，該理論在煤礦瓦斯防治技術(shù)方面取得了較大進(jìn)展，對(duì)指導(dǎo)我國(guó)煤礦瓦斯災(zāi)害治理工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。值此《能量單元切割理論與煤礦瓦斯防治工程示范》專著出版之際，我首先向蔣靜宇教授表示祝賀，祝賀他的這部新作對(duì)提升煤礦瓦斯防治科技水平做出了突出貢獻(xiàn)；同時(shí)，也很高興地向從事煤礦安全研究的相關(guān)高校與科研單位的研究人員、煤礦企業(yè)的工程技術(shù)和管理人員推薦這本書(shū)。該書(shū)對(duì)了解煤礦瓦斯防治研究的前沿進(jìn)展和掌握新的災(zāi)害防治技術(shù)與方法有很大幫助，值得一讀。最后，祝愿蔣靜宇教授領(lǐng)導(dǎo)的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)在今后的研究中繼續(xù)深入探索，不斷取得新的突破性成果，為提升我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的科技水平做出更大的貢獻(xiàn)！

中國(guó)工程院院士

2025 年 12 月

本書(shū)得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2024YFC3013900)和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(52174217)的資助。本書(shū)的出版得益于團(tuán)隊(duì)多年理論分析、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的深度融合，書(shū)中凝聚了合作礦山企業(yè)管理技術(shù)人員的創(chuàng)新思維和智慧。期望書(shū)中提出的理論方法和技術(shù)成果能為煤礦瓦斯災(zāi)害防治提供新思路，推動(dòng)行業(yè)區(qū)域瓦斯治理技術(shù)從“均一化治理”向“分區(qū)精準(zhǔn)治理”轉(zhuǎn)型，助力我國(guó)煤炭工業(yè)安全、綠色、高質(zhì)量發(fā)展。

本文摘編自《能量單元切割理論與煤礦瓦斯防治工程示范》（ 蔣靜宇, 魏民濤, 王成浩著. 北京: 科學(xué)出版社, 2025. 12）一書(shū)“序”“前言”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

ISBN 978-7-03-083946-6

責(zé)任編輯：李涪汁 沈 旭 李佳琴

煤與瓦斯突出是采動(dòng)影響后煤層中應(yīng)變能與瓦斯?jié)撃芡蝗皇Х€(wěn)釋放的結(jié)果。盡管我國(guó)采取了極為嚴(yán)格的兩級(jí)“四位一體”綜合防突措施，但突出事故仍時(shí)有發(fā)生，且大多數(shù)突出與構(gòu)造煤有關(guān)。以斷層、褶曲、煤層變厚帶等為代表的煤礦地質(zhì)異常區(qū)，控制著瓦斯的賦存和運(yùn)移。本書(shū)聚焦煤礦地質(zhì)異常區(qū)含瓦斯構(gòu)造煤能量特性和煤力學(xué)特性，結(jié)合礦井生產(chǎn)實(shí)踐，從能量釋放和地應(yīng)力角度出發(fā)，圍繞含瓦斯構(gòu)造煤的彈性能及瓦斯膨脹能，形成煤礦地質(zhì)異常區(qū)能量單元切割理論和相應(yīng)的瓦斯防治技術(shù)，力求有效解決煤礦地質(zhì)異常區(qū)的突出災(zāi)害治理難題，實(shí)現(xiàn)分區(qū)精準(zhǔn)治理，顯著降低煤與瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)。

本書(shū)可作為從事煤炭開(kāi)采、安全工程、瓦斯防治、煤田勘探等工程技術(shù)人員的閱讀資料，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)本科生、研究生的參考用書(shū)。

（本文編輯：劉四旦）

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