鄧軍一直從事煤火災(zāi)害防治領(lǐng)域的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，近五年，主要針對(duì)煤自然發(fā)火實(shí)質(zhì)、煤自燃特征信息識(shí)別以及煤火災(zāi)害防控等科學(xué)問題，取得了一系列的成果。先后承擔(dān)或完成了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、“973”前期研究專項(xiàng)、中澳國(guó)際科技合作、“十一五”國(guó)家科技支撐子課題等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng),博士點(diǎn)基金、陜西省“13115”重大科技專項(xiàng)、陜西省國(guó)際合作等省部級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng),以及30多項(xiàng)橫向課題，取得了多項(xiàng)代表性創(chuàng)新成果。先后榮獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)(2002年、2010年)，國(guó)家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)(2009年)，省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)7項(xiàng)，獲國(guó)家發(fā)明專利12項(xiàng)，出版專著3部，SCI、EI和ISTP收錄36篇。5項(xiàng)研究成果實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化，50多個(gè)產(chǎn)品取得了煤安標(biāo)志，在全國(guó)20多個(gè)省(市、自治區(qū))100多個(gè)煤礦以及孟加拉、俄羅斯和澳大利亞等國(guó)推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。指導(dǎo)了國(guó)內(nèi)50多個(gè)煤礦及孟加拉孟巴煤礦的井下滅火救災(zāi)工作。在中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)主持下，主筆編制了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《安全高效現(xiàn)代化礦井技術(shù)規(guī)范》——防滅火部分(鑒定為國(guó)際先進(jìn))，2014年被國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局聘為《煤礦安全規(guī)程》修訂防滅火組副組長(zhǎng)。
鄧軍是西安科技大學(xué)安全科學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科帶頭人、“長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃”教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人、陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人、兼任西部煤礦安全工程中心主任、煤炭工業(yè)技術(shù)委員會(huì)防滅火專家委員會(huì)委員、中國(guó)煤炭工業(yè)勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)火災(zāi)防治專業(yè)委員會(huì)副主任委員和中國(guó)消防協(xié)會(huì)學(xué)術(shù)工作委員會(huì)委員。
取得主要科研成果如下：
1)從微觀上發(fā)展了煤氧復(fù)合綜合作用學(xué)說
首次實(shí)現(xiàn)了煤自然發(fā)火全過程的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，發(fā)現(xiàn)了煤自燃特征溫度及其對(duì)應(yīng)的氣體指標(biāo)特征，掌握了煤氧復(fù)合耗氧與放熱等宏觀特征參數(shù)，解決了煤自燃特性定量表征的難題;率先采用量子化學(xué)理論研究煤氧化自燃機(jī)理，揭示了煤表面活性基團(tuán)氧化放熱微觀機(jī)制。
利用裝煤量1.5t和2.0t兩種大型煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)全國(guó)167個(gè)礦井煤樣自然發(fā)火全過程進(jìn)行相似模擬實(shí)驗(yàn)，確定出了不同煤樣的特征溫度(如：臨界溫度、干裂溫度、活性溫度、增速溫度、著火點(diǎn)溫度等)，得出了各煤樣的耗氧速率、放熱強(qiáng)度和氣體產(chǎn)生量及產(chǎn)生速率等煤自燃特性參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了煤自燃特征參數(shù)的定量表征。
基于“煤自燃的實(shí)質(zhì)是煤氧復(fù)合綜合作用”的學(xué)術(shù)思想，在前人對(duì)煤分子結(jié)構(gòu)模型研究的基礎(chǔ)上，率先采用量子化學(xué)分析方法和軟件研究煤氧化自燃微觀機(jī)理，通過構(gòu)建易自燃煤的分子結(jié)構(gòu)模型，優(yōu)化煤分子氧化反應(yīng)物、過渡態(tài)及產(chǎn)物的構(gòu)型，模擬煤分子表面活性基團(tuán)與氧分子動(dòng)態(tài)反應(yīng)過程，得出了煤分子表面活性基團(tuán)的反應(yīng)活性，揭示了煤分子氧化反應(yīng)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為煤自燃化學(xué)阻化技術(shù)的研究奠定理論基礎(chǔ)，開創(chuàng)了采用量子化學(xué)理論研究煤自燃機(jī)理的先河。并通過對(duì)煤分子微觀結(jié)構(gòu)特征及其氧化過程中的變化規(guī)律的系統(tǒng)研究，得出了煤氧化自燃宏觀表征參數(shù)的微觀解釋，將煤自然發(fā)火機(jī)理的研究從宏觀深入到了微觀，發(fā)展了煤氧復(fù)合綜合作用學(xué)說。
2)創(chuàng)建了煤火災(zāi)害隱蔽火源動(dòng)態(tài)識(shí)別理論與預(yù)警方法
建立了基于指標(biāo)氣體的煤火災(zāi)害危險(xiǎn)程度判定準(zhǔn)則，提出了基于危險(xiǎn)區(qū)域判定的煤火災(zāi)害隱蔽火源位置反演識(shí)別方法;發(fā)明了采空區(qū)氣體、溫度等煤自燃預(yù)測(cè)指標(biāo)檢測(cè)的新方法和新裝置，開發(fā)出了煤自然發(fā)火預(yù)警系統(tǒng)。解決了煤自然發(fā)火區(qū)域、條件和時(shí)間準(zhǔn)確判定和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的世界性難題。
根據(jù)煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析，建立了煤自燃特征溫度與氣體指標(biāo)的內(nèi)在對(duì)應(yīng)關(guān)系;通過煤火災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)氣體與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)接，提出了基于指標(biāo)氣體(CO、O2)的煤自燃特征溫度判定準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)條件下煤火災(zāi)害危險(xiǎn)程度的直接判定，有效指導(dǎo)了工作面煤自然發(fā)火的預(yù)防、控制和封閉措施的實(shí)施，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外空白，在我國(guó)26個(gè)大型礦區(qū)300多個(gè)煤礦進(jìn)行了推廣應(yīng)用，提高了礦井防滅火的針對(duì)性和有效性。
根據(jù)煤火災(zāi)害形成環(huán)境特征與發(fā)火條件，提出了引起煤自然發(fā)火的最小氧濃度、最小浮煤厚度和最大漏風(fēng)強(qiáng)度計(jì)算方法，建立了煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域判定準(zhǔn)則，開發(fā)出煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域判定可視化軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煤田火區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域的靜態(tài)判定，以及煤礦采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域的動(dòng)態(tài)判定。通過對(duì)煤巖體在熱力作用下裂隙生成擴(kuò)展規(guī)律與滲流特性的研究，發(fā)現(xiàn)了煤巖體熱破壞及其滲流規(guī)律，掌握了煤火災(zāi)害形成演化、熄滅及復(fù)燃過程的放熱強(qiáng)度、耗氧速率、自然發(fā)火期等特性參數(shù)，提出了煤火災(zāi)害形成演化的自循環(huán)吸氧非控燃燒理論，建立了“熱-固-流-化”煤火災(zāi)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(yùn)的時(shí)空變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè);基于煤火災(zāi)害形成演化“熱-固-流-化”耦合作用機(jī)制，提出了隱蔽火源位置反演計(jì)算模型，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際煤自燃環(huán)境為場(chǎng)景，結(jié)合氣體、溫度等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，確定模型邊界條件和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了煤火災(zāi)害隱蔽火源位置的準(zhǔn)確識(shí)別。發(fā)明了煤礦回采采空區(qū)的氣體檢測(cè)方法及其裝置(發(fā)明專利：ZL200910021274.8) 和采空區(qū)溫度場(chǎng)高密度網(wǎng)絡(luò)化無線監(jiān)測(cè)裝置及方法(發(fā)明專利：ZL201310314547.4)，實(shí)現(xiàn)了煤自然發(fā)火危險(xiǎn)性的快速檢測(cè)、超前預(yù)警和異常區(qū)的準(zhǔn)確定位。
3)形成了煤火災(zāi)害防控理論與技術(shù)體系
建立了煤火災(zāi)害動(dòng)力演化與防控理論，發(fā)明了以降氧為主的煤火災(zāi)害防控技術(shù)——礦用無機(jī)固化膨脹充填堵漏技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井冒落空洞的大流量、遠(yuǎn)距離快速動(dòng)壓充填堵漏;發(fā)明了以降溫為主的煤火災(zāi)害防控技術(shù)——系列膠體防滅火技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)制漿灌漿防滅火系統(tǒng)模式的根本轉(zhuǎn)變。
通過對(duì)煤火災(zāi)害形成演化動(dòng)力學(xué)過程的研究，得出了煤火災(zāi)害形成演化、熄滅及復(fù)燃過程相關(guān)特性參數(shù)，結(jié)合煤火災(zāi)害形成環(huán)境條件，掌握了煤巖體熱破壞及其滲流規(guī)律，提出了煤火災(zāi)害形成演化的自循環(huán)吸氧非控燃燒理論，闡明了煤氧復(fù)合過程中，氣體與能量非線性釋放是煤火災(zāi)害形成演化的關(guān)鍵，揭示了煤火災(zāi)害演化發(fā)展、及非控燃燒過程中能量和氣體輸運(yùn)的空間定向特征;在此基礎(chǔ)上，根據(jù)“防—控—滅”的技術(shù)思想，提出了“以降氧為主的火區(qū)控制理論”和“以降溫為主的滅火理論”，形成了煤火災(zāi)害動(dòng)態(tài)演化與防控理論。
根據(jù)降氧火區(qū)控制理論，漏風(fēng)供氧是引起煤自燃的重要原因，充填堵漏是控制煤火災(zāi)害的主要手段。研究發(fā)明了適用于煤礦堵漏控風(fēng)的新型無機(jī)發(fā)泡膨脹充填材料，發(fā)泡倍數(shù)可達(dá)10倍以上，強(qiáng)度大于3MPa，材料膠凝過程反應(yīng)熱是傳統(tǒng)有機(jī)材料的1/10，溫升小于5℃，耐溫高達(dá)800℃，凝固時(shí)間可控(初凝時(shí)間2~60min)，開發(fā)出了配套系統(tǒng)裝備，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離大流量輸送和動(dòng)壓快速充填堵漏，解決了礦井采空區(qū)上下隅角、巷道冒頂空洞和聯(lián)絡(luò)巷充填材料用量大、施工強(qiáng)度高，充填困難、漿液易流失、堵漏效果差的問題。
熱量聚集環(huán)境是煤火災(zāi)害形成與發(fā)展的關(guān)鍵因素，降溫是煤火災(zāi)害治理的主要方法。在“凝膠”防滅技術(shù)研究基礎(chǔ)上，建立了膠體防滅火理論，發(fā)明了具有固水性好、膠凝時(shí)間可控、堵漏隔氧和吸熱降溫性能的復(fù)合膠體和稠化膠體等系列防滅火膠體材料。開發(fā)出地面固定式、地面移動(dòng)式和井下移動(dòng)式灌漿注膠防滅火工藝及系統(tǒng)裝備，解決了大流量、高濃度的定量制漿問題，提高了制漿質(zhì)量和灌漿注膠效率，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)灌漿系統(tǒng)(水力或攪拌制漿)向智能灌漿注膠系統(tǒng)(自動(dòng)化定量制漿)的根本轉(zhuǎn)變，已成為一類煤礦防滅火專門化系統(tǒng)和裝備，列入了《煤礦灌漿防滅火技術(shù)規(guī)范》(2013)，在寧煤、神東、平朔、淮南等礦區(qū)建立了示范工程，推動(dòng)了煤層自燃火災(zāi)防治技術(shù)的發(fā)展。在神華、兗礦、中煤、陜煤、大同、淮南等全國(guó)多個(gè)礦區(qū)100多個(gè)煤礦中推廣應(yīng)用，建立了多個(gè)示范工程，并在印度、孟加拉、澳大利亞和俄羅斯等國(guó)成功應(yīng)用，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了60多億的經(jīng)濟(jì)效益。
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