23项775万！煤矿灾害防控全国重点实验室2024开放基金课题发布

煤矿灾害防控全国重点实验室

为加强煤矿灾害防控全国重点实验室（以下简称“实验室”）学术交流与合作，吸引国内外优秀学者利用实验室平台开展基础性、前沿性和创新性研究，促进煤矿灾害防控领域基础理论创新和关键技术突破。依据有关规定，现发布2024年度实验室开放基金申请指南，欢迎广大科技工作者积极申报。

01

支持方向 

1. 封孔裂隙修复矿化微生物培育及调控方法

研究内容：针对煤矿井下硅酸盐水泥基封孔材料易开裂破坏导致漏气的问题，培育裂隙修复专用的矿化微生物，研究微生物的生长繁殖特征，探究微生物的矿化作用机制，揭示矿化产物的生成规律，构建封孔裂隙修复的微生物矿化功能调控方法。

预期成果及考核指标：获得适应封孔裂隙环境的矿化微生物1种；提交矿化微生物高效增殖的培养基组分配方，48h矿化微生物生长量OD600≥1.5；构建封孔裂隙修复微生物矿化调控方法，实验室模拟环境下，矿化效率≥1000mg/g，矿化产物体积膨胀率在1~2倍范围内可控；发表SCI或EI收录论文2篇，申请发明专利2项。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

2. 煤矿瓦斯治理微生物菌群筛选及生理特征研究

研究内容：针对提高煤层透气性、促进瓦斯抽采的瓦斯防治需求，开展煤有机质降解功能的微生物菌群筛选及鉴定试验，培育出适应煤层内部环境条件的高功效微生物菌株，并确定其菌属及亲缘关系；针对获得的煤有机质降解菌，开展菌株培养试验研究，分析培养基和环境因素对其生长繁殖速度、代谢产物、目标功能、耐受性等的影响规律，掌握菌株的生理特性。

预期成果及考核指标：获得煤有机质降解菌不少于1株，并明确营养组分、浓度、温度、水分、PH值、氧气浓度等因素对其生长代谢及目标功能的影响规律；实验室模拟环境下，煤降解30天后的比孔容增加率，中、低阶煤≥15%，高阶煤≥10%。发表SCI收录论文不少于1篇，申请发明专利不少于1项。

研究周期：18个月。

预算控制数：10万元。

3. 纳米流体化学调控煤层渗透润湿性能作用机制

研究内容：针对纳米流体对煤层渗透性与润湿性调控作用机制不清晰的理论难题，研究纳米流体各关键组分与煤体的相互作用，测定纳米流体对煤层孔裂隙结构、力学性质和煤体表面性质的改造特征；研究纳米流体作用下煤体的渗透特性与吸附润湿规律，揭示纳米流体对煤层渗透性与润湿性的化学调控作用机制，构建低渗难润湿煤层纳米流体化学调控体系。

预期成果及考核指标：揭示纳米流体化学调控煤层渗透润湿性能的作用机制；构建低渗难润湿煤层纳米流体化学调控体系，渗透率、含水率相较常规煤层注水/压裂分别提高20%、30%以上；提交研究报告，发表SCI/EI收录论文2篇，申请发明专利2项。

研究周期：24个月。

预算控制数：20万元。

4. 抑爆剂作用下瓦斯煤尘爆炸毒害气态产物生成特性研究

研究内容：针对抑爆剂作用下瓦斯煤尘爆炸毒害气态产物生成特性及对人员伤害等问题，研究抑爆剂作用下瓦斯煤尘爆炸毒害气态产物的关键基元反应步，确定各组分的生成路径；研究抑爆剂、瓦斯量、煤尘量（含撒布方式、长度等）共同作用下毒害产物生成组分及浓度变化规律，揭示抑爆剂对气态产物生成作用机制；量化爆后气体生成浓度与瓦斯煤尘、抑爆剂参与量的关系，构建多元气体生成预测模型，确定多组分毒害气体伤害判据。

预期成果及考核指标：建立抑爆剂作用下多元气体组分生成预测模型，阐明毒害气体生产量与瓦斯煤尘参与量、抑爆剂浓度的关系；提交研究报告，发表SCI/EI论文2篇，申请发明专利1项。

研究周期：24个月。

预算控制数：10万元。

5. 巷道动态场景的地图残缺修复与点云语义模型构建

研究内容：针对煤矿井下人员、车辆等因素容易对三维建图算法的特征匹配和运动估计产生干扰问题，研究动态物体的实时检测、分割方法和运动估计方法，降低动态物体对定位建图算法中运动估计的影响；研究静态背景的补偿方法，解决动态物体在静态背景上产生残影的问题；研究静态物体的语义识别和分割方法，构建包含静态物体的位置、形状和语义标签等几何信息的高精度三维地图生成方案。

预期成果及考核指标：建立一套针对井下动态环境的视觉与激光雷达耦合的动态物体检测、分割方法以及里程计补偿方法；建立一套针对井下巷道静态物体的识别、分割和标注方法。物体识别准确率≥90%，物体识别召回率≥60%，目标检测平均精度均值mAP≤40，算法定位精度（RMSE）≤10cm，算法定位精度（Std）≤6cm。

研究周期：24个月。

预算控制数：25万元。

6. 基于激光层析成像的瓦斯云空间定量重构模型研究

研究内容：针对低照度、强背景噪声情况下被动热成像技术适用性问题，研究基于激光扫描成像的瓦斯积聚气云传感的定量分析、位置分析和点云成像信息的校正补偿处理方法，实现整体瓦斯气云的层析成像空间准确定量重构；设计瓦斯扫描成像主动激光扫描模组，设计激光发射和接收共轴的光机结构和机械旋转扫描振镜，搭建实现光机电部件的协同工作平台；研究反射面的光耦合收集效率、抗干扰能力提升方法。

预期成果及考核指标：建立瓦斯积聚气云传感的定量分析、位置分析和点云成像信息的校正补偿处理算法模型，发表SCI/EI收录论文2篇；搭建一套基于双激光扫描层析成像的气云空间定量重构实验室系统，并完成甲烷云团空间分辨能力、稳定性等指标的实验室测试，达到测量范围0~20%L/L·m，测量误差0.08%L/L·m@1%L/L·m，甲烷分布分辨率5cm×5cm@半径5m处，可视化监测半径可达10m。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

7. 光谱吸收池多程反射与耦合噪声特征分析及抑制方法研究

研究内容：针对多光程吸收池体积较大、内表面镜面利用率低、系统光学稳定性差等问题，基于传统双凹面反射镜赫里奥特池结构，优化凹面镜装配方式，提高双凹面镜反射率；建立基于矢量计算法的多光程吸收池解析方程，数值模拟光斑的分布情况和反射次数，研究多反吸收池噪声抑制方法；建立多程反射吸收池数值模拟系统，研究提升多反吸收池的有效光程长度和有效体积比值的方法。

预期成果及考核指标：提出一种赫里奥特池气室的设计结构，提出一种高稳定度低光噪声赫里奥特池的制作方法，申请发明专利1项；提出一种增加吸收池有效光程与体积之比的方法，建立一套多程反射吸收池实验样机，完成有效光程体积比、零点漂移等指标的实验室测试，有效光程体积之比≥0.1m/mL，光程长度≥40m，插入损耗≤2dB。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

8. 基于随钻振动信号的煤岩识别方法研究

研究内容：针对煤矿底抽巷穿层钻孔煤岩界面难识别的问题，研究建立孔内钻头-钻杆-钻机多体耦合模型(需考虑围岩压力因素)；研究钻头切削煤层和岩层的载荷变化规律；分析变载荷工况下多体模型动力学特性；构建随钻振动信号的大数据模型，通过重庆研究院搭建的微钻试验台，开展模拟实验，采集数据进行模型驯化，并开展实验验证。

预期成果及考核指标：煤岩识别模型一套（包含训练方法、数据库和深度学习模型），在实验室重复实验的条件下精度达到85%以上，识别响应速度在5秒以内。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

9. 定向长钻孔钻杆系统动态设计及优化方法

研究内容：针对定向长钻孔钻杆系统容易发生弯扭变形，导致钻进效率低、断裂风险大等问题，研究井身结构、地层特征、钻具组合、钻井液等特征参数对钻杆系统的影响规律；研究建立典型钻杆系统的钻进摩阻摩擦模型；研究钻杆系统动力学及关键参数影响规律，建立分布式钻杆系统动力学数学模型，研究快速收敛、高精度的求解算法；基于摩阻分布、钻杆系统动力学、钻进工艺等因素，研究定向长钻孔钻杆系统动态设计及优化方法。

预期成果及考核指标：建立定向长钻孔条件下钻杆系统动力学数学模型及求解算法，提供大直径钻杆系统结构参数动态设计软件，适用于102/114/127等系列钻杆主要结构参数设计及优化。

研究周期：24个月。

预算控制数：10万元。

10. 煤矿井下回转钻进载荷传递特性与孔底动力参数反演方法

研究内容：针对现有钻进参数自动调节技术缺乏孔内工况依据、调节不准确的问题，基于弹性动力学原理，建立回转钻进系统耦合非线性动力学模型；研究不同工况条件下钻柱耦合作用对扭矩和钻压传递的影响，揭示回转钻进系统载荷传递特性及调控机制；研究孔底扭矩和钻压反演方法，建立反演模型，实现回转钻进孔底扭矩和钻压参数精准反演计算。

预期成果及考核指标：揭示多因素耦合下煤矿井下回转钻进系统载荷传递特性及调控机制，至少覆盖正常钻进、卡钻、临界卡钻等3种典型钻进工况；建立钻进工况与孔底扭矩、钻压映射数据库，至少包括孔底扭矩、钻压、转速、推进速度、钻孔深度等5类物理量时域和频域特征参数；形成煤矿井下回转钻进孔底扭矩和钻压精准反演模型，钻压和扭矩反演计算误差小于10%。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

11. 钻孔雷达天线定向探测方法研究

研究内容：针对全空间环境无法实现地质异常体空间定位的问题，研究人工电磁超材料对天线定向辐射的调控方法，开展电磁超材料天线全波电磁仿真设计，研制孔中定向探测雷达天线。

预期成果及考核指标：提交研究报告，提供一套定向天线样机及设计文件（含仿真报告），天线中心频率不超过400MHz，驻波小于2.5，增益大于2dB，定向天线前后比大于5dB，探测角度90°，申请发明专利1项。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

12. 高分子透明材料高效防雾涂层组分调控机制

研究内容：针对高分子透明材料表面在高湿环境下易起雾、严重影响透光效果的问题，研究亲水涂层在高湿环境中与水汽间的粘附特性及相互作用规律；研究基于强界面亲水高分子微观结构的异质网络涂层材料合成及组分调控方法；研发防雾前驱镀液配方及涂层制备工艺，搭建适配应用场景的防雾技术体系。

预期成果及考核指标：高分子透明材料涂层表面初次水接触角≤5°，在应用场景作业环境条件（透明材料涂层侧空气湿度≥95%RH、温度35℃，无涂层侧空气温度5℃）下的有效保明时间≥120min；提供一套防雾镀液配方和涂层制备工艺以及3套高分子透明材料样件；申请发明专利2项，发表SCI收录论文1篇。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

13. 煤矿火灾灾变风流快速模拟算法研究

研究内容：针对煤矿火灾仿真模拟解算时间长、解算精度低等问题，研究火灾灾变风流快速模拟算法；研究基于时间片段的灾区-风网耦合的动态风网解算方法；研究有毒有害气体扩散预测方法；研究灾害影响区气体和VR演练任务联动机制。

预期成果及考核指标：实现快速通风解算，满足通风网络分支数≥500条、节点数≥260个、通风构筑物≥30、解算精度0.001时，单次解算时间≤1s；实现多进多出；实现循环风检测、串联通风检测；实现局部通风解算、有毒有害气体扩散预测和火风压模拟功能；支持自然分风和强制分风；支持风流-事故-VR演练任务联动。

研究周期：12个月。

预算控制数：30万元。

14. 高浓度颗粒群的散射光场特征规律及体积分布光学分级方法

研究内容：针对煤矿井下高浓度粉尘粒度分布测量难度大的问题，研究单分散/多分散粒子的散射光场特征规律，建立高浓度环境下颗粒群散射光信号非线性补偿算法；研究高浓度环境下颗粒物体积分布分级模型，构建基于光场特征的颗粒物体积分布分级方法。

预期成果及考核指标：多分散颗粒群粒径识别范围0~50μm；针对质量浓度分别为100 mg/m3、50 mg/m3、10 mg/m3的多分散颗粒群，在7μm、5μm、3μm粒径范围内体积分布测量误差≤15%，3次重复测量RSD≤10%；发表SCI/EI收录论文2篇，申请发明专利1项。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

15. 煤矿典型灾害链生机理及风险判识方法

研究内容：针对顶板、煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、火灾等典型灾害链生致灾机理不明、潜在风险判识困难等问题，研究典型场景下不同灾害之间的相互诱导作用，分析原生灾害对次生灾害的启动效应，揭示灾害链的形成与演化规律，提出链式灾害成灾模式及形成条件；研究链式灾害的耦合致灾效应，提出链式灾害灾情推演方法，构建多灾链发耦合作用下的灾害风险判识模型。

预期成果及考核指标：揭示顶板、煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、火灾等4种煤矿灾害之间的链生机理，提出回采、掘进2种场景下链式灾害的形成条件；构建链式灾害风险判识模型，风险判识准确率不低于80%；提交研究报告，发表SCI/EI收录论文2篇，申请发明专利2项。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

16. 煤矿冲击地压发生风险判别理论算法研究

研究内容：针对目前煤矿冲击地压发生风险评估手段倾向于采用定性分析的手段，缺乏直接简单的理论估算公式以实现定量分析的问题，构建与采掘工程结构参数、应力环境、煤岩物理力学参数等直接联系的力学模型；研究并解析适用于采掘围岩静、动载荷的理论估算公式；分析冲击启动、冲击地压显现时力学条件与能量判据；最终形成采掘工作面冲击地压发生风险判别理论估算公式。

预期成果及考核指标：给出冲击地压发生风险判别计算的理论公式，实现冲击地压启动和显现临界条件的定量计算，公式参数应包含工程结构参数、应力环境、煤岩物理力学性质等影响冲击地压发生的主要因素，现场工程验证适用性不少于6个矿。提交研究报告1份，SCI/EI检索期刊发表论文2篇，申请发明专利2项。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

17. 煤系地层大规模区域水力压裂岩体预裂效果评估技术研究

研究内容：针对地面和井下大规模区域水力压裂预裂顶板卸压的水力破岩效果缺乏评估手段，以及压裂区应力转移机制问题不明晰的问题。研究岩体起裂后稳压持续进液过程中主要施工参数对破岩效果的影响规律；开展压裂区应力失稳-转移-稳定的动态过程分解研究；明确水力缝网对周围岩层应力转移作用机制，建立顶板岩层缝网覆盖区应力转移效果评价方法。

预期成果及考核指标：获得压裂稳定期水压、排量及液量等参数对顶板岩体破岩效果及缝网尺寸的影响规律，明确适用于不同典型厚层坚硬砂岩顶板的优选压裂参数组合不少于3项；揭示压裂前、压裂过程及压裂后岩层区域应力分布演化过程，构建缝网扩展与应力迁移的动态演化模型（数学统计模型描述）；开发1项针对压裂区岩层碎裂效果评价方法和1项压裂区应力转移效果评价方法。提交研究报告1份，SCI/EI检索期刊发表论文2篇，申请发明专利2项。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

18.孔内轴向预制裂缝后压裂作用下缝网扩展规律及表征技术研究

研究内容：针对煤矿井下顶板钻孔内水射流轴向预制裂缝后裂缝扩展形态认识不清、干扰机制不明的难题，开展研究三维裂缝起裂扩展规律与表征技术研究，掌握压裂缝网形成与多参数干扰机制，明确压裂缝网空间展布形态，建立水射流预制轴向裂缝后水力工艺参数设计优化模型，为煤矿井下开展压裂工艺参数设计提供指导。

预期成果及考核指标：揭示水力压裂作用下预制裂缝与原生裂缝拓展形成特征与规律，提出关键干扰影响参数不少于3项，开发压裂缝网形态表征技术与形成过程中关键节点数据重构算法，建立岩层内压裂缝网实时动态虚拟重构模型（模型尺寸不小于20*20*50m），开发1项水力压裂工艺规划决策模型与效果评价方法（现场应用案例不少于3个）。提交研究报告1份，SCI/EI检索期刊发表论文2篇，申请发明专利2项。

研究周期：24个月。

预算控制数：20万元。

19.煤层采动覆岩破坏与渗透性变异离散分析方法研究

研究内容：针对高强度煤层开采覆岩破坏与渗透性变异量化研究需求，突破以连续介质假设为基础的弹塑性力学、以孔隙模型为基础的达西渗流理论模拟方法局限，开展岩体非连续介质力学理论研究，建立采动岩体分离、挤压、剪切、摩擦等耦合作用离散块体数值仿真程序，研究采动覆岩应力/应变变形分区、断裂类型分区、裂隙开度与发育密度分区、渗透性变异等空间分布与时间演化特征，为煤层顶板涌（失）水通道治理提供依据。

预期成果及考核指标：建立采动覆岩非连续破坏的断裂-块体运动分析数学模型，形成采动覆岩从连续体到离散体转化的数值模型构建方法，揭示煤层顶板采动覆岩渗透性空间差异化分布特征。采动覆岩数值模型离散单元尺度不大于模型尺寸的1/100；采动裂隙开度仿真结果精度为cm级；提交研究报告1份，发表论文2篇（SCI/EI检索1篇），受理发明专利1项。

研究周期：24个月。

预算控制数：20万元。

20. 破碎岩体裂隙封堵微膨胀无机注浆材料开发

研究内容：针对煤矿破碎岩体裂隙动水注浆工程对浆液的特殊需求，研发一种适用于水流动条件下的岩体裂隙封堵新型无机注浆材料。该材料应具有良好的界面附着力、流动度大、凝结时间可控、结石率高、微膨胀、粘度受水含量影响较小、抗动水冲刷能力强的特点，可快速填充裂隙并阻止大流量、高流速的水流。在遇到裂隙水流时，即使与水一起运动亦可保证自身不分散，凝固并实现地下水流动的有效封堵。

预期成果及考核指标：开发一种适用于水流动条件下的裂隙注浆封堵用无机注浆材料，主要性能指标包括：在1.5 m/s的动水流速下，浆料以0.5 m/s的流速冲刷30 min时，截留率在80%以上；初凝时间≥30 min，终凝时间≥90min；流动度≥160mm；粘度在≥0.2 Pa•s；结石体强度≥0.5 MPa。提交研究报告1份，受理发明专利1件，发表SCI/EI检索期刊论文1篇。

研究周期：24个月。

预算控制数：20万元。

21. 煤层底板含水层水平孔劈裂注浆机理研究

研究内容：针对煤层底板灰岩含水层水平孔超前区域劈裂注浆改造浆液扩散问题，建立水平孔劈裂注浆裂隙扩展模型，推导水平孔注浆过程中灰岩地层裂隙起裂准则，获得临界启劈压力及起裂方向。搭建具有相似裂隙发育特征、等比例模拟深部高围压、水平孔劈裂注浆功能的大尺度物理模型，分析裂隙扩展路径与浆液流动轨迹之间的互馈关系，开展劈裂注浆数值模拟，并利用物理模拟结果进行参数率定。利用率定后的数值计算模型进行原位劈裂注浆扩散范围计算，进一步校正模型原位条件下的计算精度。

预期成果及考核指标：建立水平孔劈裂注浆裂隙扩展理论模型1个，开展三维劈裂注浆物理模拟实验3组（模型尺寸不小于500×500×500mm），采用PFC3D数值计算软件建立数值计算模型2个（物理模拟实验计算模型1个，原位实验计算模型1个）。提交研究报告1份，发表SCI/EI检索期刊论文1篇，受理发明专利1件。

研究周期：24个月。

预算控制数：20万元。

22. 煤层顶板水害分级智能预警技术研发

研究内容：针对煤炭开采过程中顶板水害预警难题，开展水害要素全空间分级智能预警技术研发，构建融合水文、微震、电法等监测数据的预警指标体系，围绕水文监测数据突变、大能量微震事件异常聚集、电阻率急剧变化等特征提出煤层顶板涌（溃）水预警判据，构建煤层顶板水害分级智能预警模型。

预期成果及考核指标：提出融合不少于3种监测系统的煤层顶板水害预警判据，建立不少于2种煤层顶板水害分级智能预警模型。提交研究报告1份，发表论文2篇（SCI/EI检索1篇），受理发明专利1件。

研究周期：24个月。

预算控制数：20万元。

23. 分布式光纤传感多场耦合响应机制与监测技术研究

研究内容：针对矿井地质灾害隐患多参数监测需求，基于分布式光纤多参数传感技术，建立多场耦合孔隙介质力学模型，研究应力场、渗流场及温度场作用下，分布式光纤对应变、声波、温度的感应特征，揭示分布式光纤对矿井地质灾害隐患的响应规律，并利用高精度多场耦合CT扫描系统验证标定，形成分布式光纤多场耦合响应机制与监测技术。

预期成果及考核指标：形成一套分布式光纤多参数处理解释技术。分布式光纤温度精度0.5°C，应变精度10με，声波频率0.5Hz~600Hz，发表SCI或EI论文1篇。

研究周期：12个月。

预算控制数：20万元。

02

资格条件 

1.课题申请人应为实验室和依托单位外部人员。

2.申请人原则上应具备博士学位或副高级以上专业技术职称，年龄在45周岁以下，且具有承担或参与省部级以上科技项目经历。特别优秀者可以适当放宽条件。

3.申请人有严重失信行为或违背科研诚信和伦理道德等情况的，不得申请。

4.课题申请人所在单位应具有独立法人资格，具备良好的科研项目管理能力。

5.申请人所在单位对申请人的能力与水平以及申请的内容进行审查，提出审查意见，承诺对申请人的时间和条件给予支持，并加盖单位公章。

03

知识产权

1. 申请课题研究形成的知识产权（论文、专著、专利、软件著作权等）原则上归属实验室依托单位所有，发明人及所在单位享有在科研和教学活动中使用该知识产权的权利。

2.凡受本实验室资助的课题，公开发表的研究成果内容必须严格按照开放基金课题合同（任务书）规定的要求，第一完成单位必须署名煤矿灾害防控全国重点实验室（StateKey Laboratory of Coal Mine Disaster Prevention and Control），同时注明“得到煤矿灾害防控全国重点实验室开放基金(课题编号:******)资助”，英文“Supported by the Open Funding of StateKey Laboratory of Coal Mine Disaster Prevention and Control (Grant No.******)”，未按规定进行标注的研究成果，不得作为开放基金课题成果用于结题验收。

04

申报程序

2．课题申请截止受理日期为2024年6月30日。

3．申请书由实验室组织专家进行评审，择优立项。

05

其他事项

1.课题研究周期自任务书签订之日起，原则上不超过两年。

2.课题经费概算应与研究内容、预期目标相匹配，原则上不超过指南中经费概算控制数。确因申请书内容和目标超过指南要求的，可以增加预算但应在申请书中特别说明。

06

地址：重庆市沙坪坝区上桥三村55号

邮编：400037

附件：1.实验室开放基金课题申请书