大尺度真三维煤与瓦斯突出物理模拟试验取得成功

5月16日，中国工程院院士袁亮研究团队发布重大消息，由该团队开展的大尺度真三维煤与瓦斯突出物理模拟试验在安徽淮南取得成功，这是全球首次在加载充气保压条件下，进行的一次巷道掘进揭煤诱发煤与瓦斯突出模拟试验，该实验将为促进煤与瓦斯突出发生机理与规律研究、提升煤矿瓦斯灾害防控水平起到巨大的推动作用。

我国煤矿地质条件复杂，煤与瓦斯突出灾害严重，特别是随着我国煤矿普遍进入深部开采，煤与瓦斯突出已经成为煤矿安全生产的最大威胁。煤与瓦斯突出在极短时间内，由煤体向巷道或采场突出大量煤炭，涌出大量瓦斯，产生强大冲击力，瞬时摧毁巷道设施，造成重大财产损失和人员伤亡。

煤与瓦斯突出机理研究是灾害防控的前提和关键，鉴于突出事故的巨大破坏性，长期以来，对煤与瓦斯突出机理研究仅停留于对事故资料的收集整理上，已经成为世界采矿界亟待突破的重大科学问题和工程技术难题。

针对这些难题，袁亮院士研究团队创新性提出采用全过程相似的物理模拟试验，对煤与瓦斯突出机理进行研究，并提出研发科学有效的突出模拟试验仪器，用以解决突出物理模拟的技术与仪器瓶颈，为揭示突出灾害发生机理及规律提供公共试验平台。该研究得到了国家自然基金委资助，并于2014年8月获批国家重大科研仪器研制项目。该项目由中国矿业大学、山东大学、淮南矿业集团共同承担。

项目研究以综合假说和基础理论为科学指导，综合考虑地应力、瓦斯压力、煤岩体特性和开挖施工过程等关键因素，形成了与煤矿现场高度相似的“六套基础试验仪器+多尺度模拟试验系统”系统性科学试验平台。基于该平台，研究团队以煤矿典型突出事故为原型，开展了相似比尺为1:30的模拟试验。历时四年研究，2019年1月30日22时左右，世界上首次加载充气保压条件下大尺度真三维全过程巷道掘进揭煤诱发煤与瓦斯突出模拟试验在安徽淮南获得成功。

项目研究推导建立了煤与瓦斯突出相似模拟准则，突破了突出定量模拟难题；研发了煤岩瓦斯相似材料，提出了煤层高压气体“三层密封”方法，实现了煤层瓦斯赋存的真实模拟；提出了模块化设计思想和独创性仪器功能指标，研发了模型掘进及信息获取一体化测控系统，形成了功能新颖、测控精准的系统性科学试验平台；创建模式化试验模型制作方法与工艺，实现了试验模型的高效、精准制作。

该研究成果填补了吸附瓦斯煤岩特性试验与突出全过程真实模拟的技术空白，为深入研究煤与瓦斯突出发生条件、掌握突出前兆信息规律、建立基于敏感指标的突出预测预警系统奠定了坚实基础，对于推动煤炭安全开采具有深远的意义。

项目研究过程中，已发表各类学术论文41篇，申请专利43项，其中发明专利31项，已授权26项，计算机软件著作权1项。

根据计划，项目将于今年年底结题，研究团队将继续开展一系列后续试验，进一步完善仪器系统功能参数，最终建成研究煤与瓦斯突出机理与规律的公共试验平台，为深入研究揭示煤与瓦斯突出发生条件、掌握突出前兆信息规律、建立基于敏感指标的突出预测预警系统提供科学仪器。