瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室

依托于中煤科工集团重庆研究院有限公司，2010年1月获科技部批准建设，2015年通过验收。

实验室是煤矿安全特别是瓦斯、粉尘防治领域承担国家重大科研任务的主要力量，现有固定研究人员175人，主要有瓦斯灾害信息监测传输、瓦斯灾害预防与控制、瓦斯灾害预警及应急处置等三大研究方向。

“十三五”期间，主持国家重点研发计划、矿山事故与职业病危害分析鉴定实验室建设等重大项目8项，获批专项经费2.33亿元;获国家科技进步奖2项、中国发明专利优秀奖3项、省部级一等奖17项;授权发明专利164项、实用新型专利116项、软件著作权138项，制(修) 订国家标准4项、行业标准34项。

实验室建有世界一流水平的公共实验研究平台，拥有世界最大的瓦斯煤尘爆炸试验巷道，垂直加载3000吨、水平对称加载2000吨的煤与瓦斯突出模拟实验系统，矿用设备安全准入检测检验系列试验平台等“国之重器”。

实验室开发的瓦斯防治新技术、新产品广泛应用于煤炭企业，为我国瓦斯防治取得历史最好成绩做出了重要贡献。

轰!黑暗中，伴着瓦斯巨大的爆炸声，一朵火花瞬间放大，如同一条火龙将整个巷道照亮并吞没……

虽然隔着屏幕，仍能感受到爆炸带来的毁灭性威力。

别紧张，这只是模拟煤矿井下掘进工作面发生瓦斯煤尘爆炸的试验。我们所看到的也只是高速摄像机拍摄的瓦斯煤尘爆炸慢动作画面。

“真正的爆炸往往发生在毫秒之间。”瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室主任王克全介绍，煤炭是我国能源供给安全的兜底性保障，但在煤炭开采中，瓦斯是煤矿安全生产的第一杀手。“作为国家重点实验室，瞄准的正是瓦斯防治这块硬骨头。”

近日，重庆日报记者走进瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室清水溪试验基地、建桥检测试验基地，探秘实验室中的“国之重器”。

世界最大瓦斯煤尘爆炸试验巷道

火龙一秒吞没700多米长的巷道

清水溪试验基地的位置并不好找。4月6日，记者在上桥工程学院公交站下车后，沿清水溪路向山上走约1公里，才见到重点实验室的牌子，低调地隐藏在歌乐山脚下。

这里是做什么的?

“这个基地是我国煤与瓦斯突出，瓦斯、煤尘爆炸，工业粉尘爆炸等灾害预防与控制的技术研究和工程试验基地。”王克全将我们带到一个看似防空洞入口的地方，“里面有世界上最大的瓦斯煤尘爆炸试验巷道，和煤矿井下一模一样。”

王克全言语间十分自豪：试验巷道总长896米，用钢筋混凝土浇筑，可承受1.5MPa的爆炸压力。

戴上安全帽、拿着照明灯，我们进入巷道。

这是一个半圆拱形的巷道，很黑，全靠手上的灯照明，地上留有运输轨道。

▲工作人员在爆炸试验巷道内做实验前的准备工作。记者 崔力 摄

我们先走过一小段仅容一人通过的连接巷道，接着是一道双重防爆门，才进入主巷。巷道两边墙壁黢黑，和煤矿矿壁差不多。

“防爆门关闭后，巷道就形成一端封闭、另一端开放的状态。”王克全说，试验时，爆炸从封闭端起爆后沿巷道向开口端传播，火龙一秒可吞没700多米长的巷道，模拟煤矿井下掘进工作面发生瓦斯煤尘爆炸的实际状态。

头顶上，偶尔可见倒挂的铁钩。试验人员介绍，他们会在铁钩上放置一块铺有煤尘的木板，点火后，瓦斯爆炸冲击会裹带着煤尘一起爆炸，让模拟试验更真实。

▲工作人员在爆炸试验巷道内做实验前的准备工作。记者 崔力 摄 

在巷道壁内，每隔一段距离都有一个壁龛，壁龛内埋设有数据采集仪器。“你们看到的爆炸视频，就是通过壁龛内的高速图像采集系统采集和传输的。”王克全说。

我们看到的、感受到的，正是实验室的首个“国之重器”——大型瓦斯煤尘爆炸试验系统。

它由地下试验巷道、高速数据采集系统、高速图像采集系统等主要部分组成，可开展煤矿井下特定环境不同规模的瓦斯、煤尘爆炸试验分析。

让我们没想到的是，这个巷道已经“41岁”了。1976年，国家投资600余万元立项建设瓦斯煤尘爆炸试验巷道，于1980年建成，并通过鉴定验收。

▲瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，瓦斯煤尘爆炸试验巷道。记者 崔力 摄 

“那时，修建巷道全靠人工，为了承受住爆炸带来的压力，巷道壁厚超过1米，并进行了特殊加固。”王克全说，试验人员还想方设法开展了爆炸冲击波致伤和爆炸火焰烧伤等试验研究。

中煤科工集团重庆研究院有限公司党委书记、董事长周俊说，至今该巷道已进行瓦斯、煤尘爆炸传播试验5000多次，先后完成国家自然科学基金重点项目、国家重点基础研究发展计划、国家重点科技攻关项目、重大产业技术开发项目及省部级重点自然科学基金项目98项，与日本、法国、澳大利亚、英国、美国、俄罗斯等多个国家进行合作和技术交流。

煤与瓦斯突出模拟实验

还原千米深井煤与瓦斯突出事故发生、发展和致灾全过程

在试验基地另一侧，则藏着另一个“国之重器”：煤与瓦斯突出模拟实验系统，也是我国自主研发的首个大尺寸高刚度模拟实验系统。

这是一个超级大的家伙：有两条粗壮的“腿”，约有3层楼高，头顶上悬着一个圆柱体，左右两侧像长着两只有力的双手。

▲2021年4月6日，瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，技术人员正在煤与瓦斯突出模拟实验系统上工作。记者 崔力 摄

“它叫高刚度岩石力学试验机，实验时，装有煤层模型及充满瓦斯的红色实验箱体会置于中间，由试验机施加垂直3000吨、水平对称2000吨的压力，真实还原千米深井的地应力、瓦斯压力等条件，模拟煤与瓦斯突出的发生、发展和致灾全过程。”实验室研究员王波指着地下说，由于试验机加载压力太大，他们往地下又挖了18米，用混凝土对地基进行了加固。

▲技术人员正在煤与瓦斯突出模拟实验系统上工作。记者 崔力 摄 

那什么是煤与瓦斯突出?王克全说，煤与瓦斯突出是指在压力作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出的现象。十多年前，煤与瓦斯突出灾害一度成为我国煤矿安全生产的严重威胁。“因为煤与瓦斯突出会在极短时间内产生强大冲击力，瞬时摧毁巷道及设施，容易造成重大财产损失和人员伤亡。”

“煤与瓦斯突出机理研究成为灾害防控的前提和关键。” 周俊说，但井下现场测试太危险，也没法做探索性实验，所以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，它也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。

为攻克这一难题，实验室累计投入3000多万元，自主研发了大型煤与瓦斯突出模拟实验系统，该系统可测定并记录煤与瓦斯突出过程中煤体破碎过程、瓦斯吸附解吸过程等实验现象和实验数据，实现高瓦斯压力、高地应力条件下，煤与瓦斯突出发生、发展及致灾全过程模拟。

“你看这有4条模拟巷道，煤与瓦斯两相流就会从这些巷道‘跑’过，我们就观察和记录它们的变化规律。”王波说，模拟巷道总长50米、断面0.3米×0.3米。

这个大家伙的研发却不容易。“在此之前没有可借鉴的经验，只有自己钻研;这套系统对密封性要求极高，怎么密封?如何保护好传感器，这些细节只能一个个抠。”王克全说，这套系统从2012年开建，前后花了3年时间，共申请发明专利20余项，发表论文60余篇，为国家支撑体系实验室建设、国家重点研发计划、国家自然科学基金、重庆市自然科学基金等多个项目提供试验支撑。

周俊表示，大型瓦斯煤尘爆炸试验系统、大型煤与瓦斯突出模拟实验系统还在我国煤矿重大事故分析验证、标准制(修)订等方面发挥了重要关键性作用。

矿用设备安全准入检测检验系列试验平台

煤矿高压供用电设备下井要先过它这一关

除了清水溪试验基地，实验室还有哪些重器?4月22日，记者来到位于大渡口的建桥基地。

在2#实验厂房，两台巨大的深灰色发电机组占据了机房大厅的大部分空间，发电机尾端引出的宽厚铜排分别涂着红、黄、绿三种颜色，如同天线般从墙体穿出，接入隔壁的一个实验间。

▲瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，即将投入使用的煤矿高压供用电系统安全准入分析验证实验室正在进行最后调试。记者 崔力 摄

这里正是矿用设备安全准入检测检验系列试验平台，实验室陈钊博士为记者解惑：煤矿煤矿井下有风机、水泵、采煤机、输送机等用电设备，这些设备在下井前必须经过安全准入验证及性能测试，并取得国家强制性安全标志MA，测试正是由该平台“操刀”。 

“这也是保障煤矿安全生产的重要基础。”陈钊说，配电柜、无功补偿装置和机电设备中的电动机、变频器等煤矿高压供用电设备必须是安全可靠的，不然极易引起重大安全事故，一是高压电气设备本身产生的电气火花、高温或电弧烧穿防爆外壳，会引起瓦斯煤尘爆炸或火灾等事故;二是高压供用电系统及其组成设备如果不可靠，会导致电气性能弱化甚至功能缺失，引起煤矿井下无计划停电，通风、提升和排水等安全设备无法正常工作而造成安全事故。 

2014年4月，该平台获批建设，总投资2.11亿，总共183台套设备。

“我们已进入最后的联调联试阶段。”陈钊表示，这意味着我国煤炭行业即将具备矿用高压电气设备全套型式的自主试验能力，填补行业内缺乏矿用高压电器短路开断与关合试验、高压变频电传动设备负载特性试验和无功补偿装置连续运行试验等试验能力的空白。

▲即将投入使用的煤矿高压供用电系统安全准入分析验证实验室正在进行最后调试。记者 崔力 摄

建成后，其综合技术能力将在国内同类实验室中位居前列，兼具非煤行业的测试能力，为应急管理部的监管监察和其它工业领域提供更加全面、专业的技术服务。

瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室主任王克全：

开展创新性研究 解决煤炭行业瓦斯事故防治“卡脖子”问题

提到瓦斯，对公众来说，往往与煤矿事故联系在一起，但煤炭在相当长的时期内仍然是我国能源供给安全的兜底性保障。如何进一步保障煤矿安全生产，4月22日，瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室主任王克全接受了记者专访。 

重庆日报：重庆的煤炭开采量一直都不大，去年重庆还关停了所有煤矿，那重点实验室为何会落在重庆?

王克全：这要从建国初期说起。那时，煤炭占据着我国能源的绝对主导地位，是支撑国家工业恢复和发展最重要的战略资源。由于当时煤炭开采技术落后，历史上曾发生过数起百人以上的伤亡事故，为国家经济、人民生命健康造成重大损失。

1964年，原煤炭工业部从部属煤炭科学研究院驻抚顺、唐山、上海及在京各研究所抽调部分科研人员组成工作组，在重庆中梁山煤矿、永荣矿务局开展“瓦斯歼灭战”。在此基础上，于1965年建起煤炭科学研究院重庆研究所(现中煤科工集团重庆研究院有限公司，以下简称“重庆研究院”)。

经过几代人的艰苦奋斗和不懈努力，重庆研究院已发展成为专门从事煤矿及工业安全领域的技术研究、生产经营和科技服务的高新技术企业，是我国最重要的煤矿安全技术创新和成果转化基地，这些都是国重实验室落户重庆的底气。

重庆日报：实验室建设过程中，您觉得最重要的是什么?

王克全：关键在于激发创新动能，我们在体制机制创新方面做了大量工作。

在人才队伍建设方面，率先建立了科研人员职业发展通道，基于科研成果、在研项目、科技奖励、产业贡献、论文专著、行业影响、人才培养等7类指标量化积分，分七级选聘首席专家、首席科学家，并给予对应级别行政领导相同或更高的薪酬待遇，每年按积分变化进行动态考核、动态调整。

除积极争取国家、地方的纵向科研项目外，我们逐年加大自主研发投入力度，2020年实验室自主研发预算近4000万元。并加强科技成果转化的支持力度，2020年斥资200余万元对成果转化效益显著的6个创新团队进行了奖励。

重庆日报：科技部、财政部下发的《关于加强国家重点实验室建设发展的若干意见》中，提出要促进产学研深度融合，瓦斯实验室在这方面做得如何?

王克全：自成立以来，实验室不断创新产学研合作机制体制，服务企业安全生产，相关技术、装备辐射到全国95%的国有煤矿和部分地方煤矿。只要有煤矿的地方，就有实验室科技人员的身影。

可以说，我们为我国瓦斯灾害防治取得历史最好成绩做出了突出贡献。有一组数据可以说明：2005年，全国煤矿发生瓦斯事故414起、死亡2171人，其中百人以上的特别重大瓦斯事故3起、死亡471人。2020年，全国首次实现全年未发生一次死亡10人以上的重大煤矿瓦斯事故，全国24个产煤省(区、市)有18个实现瓦斯“零事故”，全国煤矿瓦斯事故起数、死亡人数比2005年分别下降98.3%、98.6%。

重庆日报：目前新能源很热，会取代煤炭吗?

王克全：按照《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》提出的能源资源安全战略，煤炭在相当长的时期内仍然是我国能源供给安全的兜底性保障。以2020年为例，我国煤炭消费量占能源消费总量的56.8%，比2019年下降0.9个百分点，但消费量同比增长0.6%。未来，对我国富煤、贫油、少气的资源禀赋而言，如何解决煤炭的清洁安全高效利用问题，是我们无法回避的。当然，可再生新能源的发展也将会逐步成为我国能源安全的另一个重要支撑。

重庆日报：实验室下一步如何发展?

王克全：按照习近平总书记提出的“推动能源消费、供给、技术和体制四大革命和全方位加强国际合作”的能源发展战略要求，以及国家发改委等八部委提出了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，到2035年我国各类煤矿基本实现智能化的新形势，我们要坚持“面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康”的发展大方向，敢于担当、善于担当。围绕煤炭行业发展的热点和难点问题，创造性地开展科技难题攻关。面对煤矿开采的复杂灾害防控问题，要运用大数据、物联网、云计算、人工智能等现代科技，尽快为建成“人—机—环”为一体的智能感知、智能预警、智能防控、智能分析与决策的煤矿安全智能化保障体系。为此，我们组建了互联网+创新团队，成立了智能化创新中心等专门机构，与灾害防治研究工艺技术专家团队紧密合作，着重智慧矿山、机器人等共性关键技术研发，引导和激励广大科技人员开展创新性、突破性研究，实现产学研一体化发展，重点解决煤炭行业及相关安全领域的“卡脖子”问题。

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