全國勞動模範事蹟 教育
鄧軍一直從事煤火災害防治領域的基礎與應用研究,近五年,主要針對煤自然發火實質、煤自燃特徵信息識別以及煤火災害防控等科學問題,取得了一系列的成果。先後承擔或完成了國家自然科學基金重點項目、“973”前期研究專項、中澳國際科技合作、“十一五”國家科技支撐子課題等國家級項目10餘項,博士點基金、陝西省“13115”重大科技專項、陝西省國際合作等省部級項目10餘項,以及30多項橫向課題,取得了多項代表性創新成果。先後榮獲國家科技進步二等獎2項(2002年、2010年),國家教學成果二等獎1項(2009年),省部級科技進步一等獎7項,獲國家發明專利12項,出版專著3部,SCI、EI和ISTP收錄36篇。5項研究成果實現了轉化,50多個產品取得了煤安標誌,在全國20多個省(市、自治區)100多個煤礦以及孟加拉、俄羅斯和澳大利亞等國推廣應用,產生了顯著的經濟效益和社會效益。指導了國內50多個煤礦及孟加拉孟巴煤礦的井下滅火救災工作。在中國煤炭工業協會主持下,主筆編制了行業標準《安全高效現代化礦井技術規範》——防滅火部分(鑑定為國際先進),2014年被國家安全生產監督總局聘為《煤礦安全規程》修訂防滅火組副組長。
鄧軍是西安科技大學安全科學與工程國家重點學科帶頭人、“長江學者和創新團隊發展計劃”教育部創新團隊帶頭人、陝西省重點科技創新團隊帶頭人、兼任西部煤礦安全工程中心主任、煤炭工業技術委員會防滅火專家委員會委員、中國煤炭工業勞動保護科學技術學會火災防治專業委員會副主任委員和中國消防協會學術工作委員會委員。
取得主要科研成果如下:
1)從微觀上發展了煤氧複合綜合作用學説
首次實現了煤自然發火全過程的實驗模擬,發現了煤自燃特徵温度及其對應的氣體指標特徵,掌握了煤氧複合耗氧與放熱等宏觀特徵參數,解決了煤自燃特性定量表徵的難題;率先採用量子化學理論研究煤氧化自燃機理,揭示了煤表面活性基團氧化放熱微觀機制。
利用裝煤量1.5t和2.0t兩種大型煤自然發火實驗平台,對全國167個礦井煤樣自然發火全過程進行相似模擬實驗,確定出了不同煤樣的特徵温度(如:臨界温度、乾裂温度、活性温度、增速温度、着火點温度等),得出了各煤樣的耗氧速率、放熱強度和氣體產生量及產生速率等煤自燃特性參數,實現了煤自燃特徵參數的定量表徵。
基於“煤自燃的實質是煤氧複合綜合作用”的學術思想,在前人對煤分子結構模型研究的基礎上,率先採用量子化學分析方法和軟件研究煤氧化自燃微觀機理,通過構建易自燃煤的分子結構模型,優化煤分子氧化反應物、過渡態及產物的構型,模擬煤分子表面活性基團與氧分子動態反應過程,得出了煤分子表面活性基團的反應活性,揭示了煤分子氧化反應過程中的關鍵環節,為煤自燃化學阻化技術的研究奠定理論基礎,開創了採用量子化學理論研究煤自燃機理的先河。並通過對煤分子微觀結構特徵及其氧化過程中的變化規律的系統研究,得出了煤氧化自燃宏觀表徵參數的微觀解釋,將煤自然發火機理的研究從宏觀深入到了微觀,發展了煤氧複合綜合作用學説。
2)創建了煤火災害隱蔽火源動態識別理論與預警方法
建立了基於指標氣體的煤火災害危險程度判定準則,提出了基於危險區域判定的煤火災害隱蔽火源位置反演識別方法;發明了採空區氣體、温度等煤自燃預測指標檢測的新方法和新裝置,開發出了煤自然發火預警系統。解決了煤自然發火區域、條件和時間準確判定和實時動態預測的世界性難題。
根據煤自然發火實驗測試分析,建立了煤自燃特徵温度與氣體指標的內在對應關係;通過煤火災害現場指標氣體與實驗數據的對接,提出了基於指標氣體(CO、O2)的煤自燃特徵温度判定準則,實現了現場條件下煤火災害危險程度的直接判定,有效指導了工作面煤自然發火的預防、控制和封閉措施的實施,填補了國內外空白,在我國26個大型礦區300多個煤礦進行了推廣應用,提高了礦井防滅火的針對性和有效性。
根據煤火災害形成環境特徵與發火條件,提出了引起煤自然發火的最小氧濃度、最小浮煤厚度和最大漏風強度計算方法,建立了煤自燃危險區域判定準則,開發出煤自燃危險區域判定可視化軟件系統,實現了煤田火區自燃危險區域的靜態判定,以及煤礦採空區自燃危險區域的動態判定。通過對煤巖體在熱力作用下裂隙生成擴展規律與滲流特性的研究,發現了煤巖體熱破壞及其滲流規律,掌握了煤火災害形成演化、熄滅及復燃過程的放熱強度、耗氧速率、自然發火期等特性參數,提出了煤火災害形成演化的自循環吸氧非控燃燒理論,建立了“熱-固-流-化”煤火災害形成演化耦合作用模型,揭示了煤自燃過程中能量與氣體輸運的時空變化規律,實現了煤自燃危險區域温度場的實時預測;基於煤火災害形成演化“熱-固-流-化”耦合作用機制,提出了隱蔽火源位置反演計算模型,以現場實際煤自燃環境為場景,結合氣體、温度等監測數據,確定模型邊界條件和參數,實現了煤火災害隱蔽火源位置的準確識別。發明了煤礦回採採空區的氣體檢測方法及其裝置(發明專利:ZL200910021274.8) 和採空區温度場高密度網絡化無線監測裝置及方法(發明專利:ZL201310314547.4),實現了煤自然發火危險性的快速檢測、超前預警和異常區的準確定位。
3)形成了煤火災害防控理論與技術體系
建立了煤火災害動力演化與防控理論,發明了以降氧為主的煤火災害防控技術——礦用無機固化膨脹充填堵漏技術,實現了對礦井冒落空洞的大流量、遠距離快速動壓充填堵漏;發明了以降温為主的煤火災害防控技術——系列膠體防滅火技術,實現了傳統制漿灌漿防滅火系統模式的根本轉變。
通過對煤火災害形成演化動力學過程的研究,得出了煤火災害形成演化、熄滅及復燃過程相關特性參數,結合煤火災害形成環境條件,掌握了煤巖體熱破壞及其滲流規律,提出了煤火災害形成演化的.自循環吸氧非控燃燒理論,闡明瞭煤氧複合過程中,氣體與能量非線性釋放是煤火災害形成演化的關鍵,揭示了煤火災害演化發展、及非控燃燒過程中能量和氣體輸運的空間定向特徵;在此基礎上,根據“防—控—滅”的技術思想,提出了“以降氧為主的火區控制理論”和“以降温為主的滅火理論”,形成了煤火災害動態演化與防控理論。
根據降氧火區控制理論,漏風供氧是引起煤自燃的重要原因,充填堵漏是控制煤火災害的主要手段。研究發明了適用於煤礦堵漏控風的新型無機發泡膨脹充填材料,發泡倍數可達10倍以上,強度大於3MPa,材料膠凝過程反應熱是傳統有機材料的1/10,温升小於5℃,耐温高達800℃,凝固時間可控(初凝時間2~60min),開發出了配套系統裝備,實現了遠距離大流量輸送和動壓快速充填堵漏,解決了礦井採空區上下隅角、巷道冒頂空洞和聯絡巷充填材料用量大、施工強度高,充填困難、漿液易流失、堵漏效果差的問題。
熱量聚集環境是煤火災害形成與發展的關鍵因素,降温是煤火災害治理的主要方法。在“凝膠”防滅技術研究基礎上,建立了膠體防滅火理論,發明了具有固水性好、膠凝時間可控、堵漏隔氧和吸熱降温性能的複合膠體和稠化膠體等系列防滅火膠體材料。開發出地面固定式、地面移動式和井下移動式灌漿注膠防滅火工藝及系統裝備,解決了大流量、高濃度的定量製漿問題,提高了製漿質量和灌漿注膠效率,實現了傳統灌漿系統(水力或攪拌製漿)向智能灌漿注膠系統(自動化定量製漿)的根本轉變,已成為一類煤礦防滅火專門化系統和裝備,列入了《煤礦灌漿防滅火技術規範》(2013),在寧煤、神東、平朔、淮南等礦區建立了示範工程,推動了煤層自燃火災防治技術的發展。在神華、兗礦、中煤、陝煤、大同、淮南等全國多個礦區100多個煤礦中推廣應用,建立了多個示範工程,並在印度、孟加拉、澳大利亞和俄羅斯等國成功應用,為煤礦企業創造了60多億的經濟效益。
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