973项目申报书——2011CB201200-G深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论

项目名称：深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论首席科学家：谢和平四川大学

起止年限：2011.1至2015.8

依托部门：教育部

二、预期目标

（一）总体目标

针对我国煤炭开采的“深部（高应力、高瓦斯、强吸附性）、高强、低渗”的三大突出特征，揭示深部采动含瓦斯煤岩体宏、细观表征及裂隙演化规律、瓦斯吸附、解吸、运移及物质流动规律，发展和完善深部应力场-裂隙场-瓦斯场耦合的时空演化规律及分布规律，建立深部强卸荷条件下瓦斯富集和导向流动的形成机制及深部煤与瓦斯共采的时空协同机制，形成我国科学性、有效性、针对性的深部煤与瓦斯共采理论体系和技术方法，为深部煤炭资源的安全、高效、洁净开发和可持续发展提供科学依据和理论基础，促进相关学科的发展。

在国内外核心学术期刊发表论文150 篇以上，其中SCI、EI 收录论文120篇以上，有重要国际影响的论文30 篇以上，出版著作6～7 部。申请专利8～10项。在深部煤与瓦斯共采研究领域，取得一批具有国际影响的研究成果。培养博士后、博士生和硕士生70～90 名，凝聚和培育国内一批高水平研究队伍，培养本领域的优秀科学家及创新团队。建立国内一流深部煤矿煤与瓦斯共采理论和工程实践的研究平台，完成1～2 个深部煤矿煤与瓦斯共采的示范工程，为我国煤炭工业的可持续发展奠定理论与技术基础。

（二）五年预期目标

（1）揭示深部开采下破断煤岩体的结构特征及联通性规律

揭示深部高强集约化生产条件下含瓦斯煤岩体在实验室尺度下的破断结构特征、深部采动煤岩体裂隙网络的尺度特征；获得采动煤岩体块度分布、裂隙网络的尺度特征及演化机制、不同工作面推进度条件下采动煤岩体块度分布、裂隙网络尺度律的时空演化规律；建立采动煤岩体块度与裂隙网络演化模型、深部煤岩体采动裂隙场的生成理论，并发展相应的反演方法。

（2）建立深部裂隙煤岩体瓦斯吸附、解吸及物质流动理论

揭示不同破断煤岩体内瓦斯的变压吸附特性和瓦斯在不同破断程度煤岩体中的解吸扩散规律；建立描述高压瓦斯平衡状态与吸附解吸过程的平衡模型和动力学模型；建立破断煤岩体中瓦斯非稳态流动数学模型；应用密度泛函理论(DFT)等分子模拟技术，从分子尺度和介观尺度揭示多级孔隙结构深部破断煤岩体中高压瓦斯的吸附解吸机理。

（3）发展以瓦斯富集和人工导向流动机制为基础的远程卸压瓦斯抽采模型通过对深部开采条件下含瓦斯煤岩体在三维应力状态下全应力-应变过程、应力场-裂隙场-瓦斯场耦合以及卸压条件下，瓦斯在破断煤岩体中运移规律的理论、实验和数值模拟研究，得出破断煤体中瓦斯运移与富集规律，建立深部开采条件下煤岩体全应力-应变过程中的瓦斯渗流模型和含瓦斯煤岩体的热固流多场耦合模型。系统研究工程尺度下采动卸压条件下煤岩体破坏的机理，揭示其采动卸压破裂带形成和演化规律；阐明破断煤岩体中瓦斯富集、运移和释放的力学机理和控制方法；提出瓦斯通道形成与控制理论，为煤与瓦斯共采提供科学决策依

据。

（4）提出深部开采条件下煤与瓦斯工程的时空协同理论模型及评价方法

解析单一高瓦斯低透气性煤层卸压增透过程中裂隙场及瓦斯流动场的耦合作用机制，建立单一高瓦斯低透气性煤层抽采时空演化模型；以钻孔进行“钻-割-抽”、“钻-爆-抽”及“钻-压-抽”为技术原理和手段，实现单一高瓦斯低透气性煤层区域卸压增透和瓦斯流动场的可控，以提高单一高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采效率，实现单一高瓦斯低透气性煤层的安全开采。获得深部开采条件下煤与瓦斯共采的时空协同机制；针对煤层群赋存条件，揭示控制参数对煤与瓦斯共采效果的影响规律，建立深部煤与瓦斯共采控制参数指标体系及量化分析方法，建立深部开采条件下基于时空协同机制的煤与瓦斯共采综合评价模型；基于煤与瓦斯共采的时空协同机制和评价模型，提出瓦斯抽采优化布臵方案；形成煤与瓦斯共采的瓦斯抽采优化理论与方法。

三、研究方案

（一）学术思路

本项目以国家重大需求和学科前沿为导向，针对深部煤炭资源开采中煤与瓦斯共采的共性基础问题，以山西潞安、安徽淮北、河南平顶山矿区为研究试验基地，以深部开采下破断煤岩体中瓦斯吸附、解吸与物质流动规律、多场多尺度裂隙结构演化和瓦斯运移规律、破断煤岩体中瓦斯导向流动的形成机制及控制理论、深部煤与瓦斯共采的时空协同作用机制及优化理论4 个关键科学问题为核心，综合运用矿山工程力学、工程地质学、构造地质学、岩石力学、采矿工程、灾变学、地球化学、流体力学和安全工程等多学科及其交叉前沿理论，采用理论研究、实验室实验、数值模拟、现场测试等多种方法，开展系统的理论和方法研究。在深刻认识深部煤岩地质环境（深部煤岩体结构与复杂地质条件、裂隙场演化机制）、高应力环境（高地应力特征及高强度开采工程扰动规律）、共性问题（高应力强卸荷下深部多组裂隙煤岩体的力学行为、裂隙场演化规律、瓦斯场的富集及导向流动规律）的基础上，建立适合我国高瓦斯煤层赋存特点的深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论体系，建成1～2 个深部煤与瓦斯共采示范工程。总体学术研究思路如图1 所示。

（二）技术路线

本项目将采用现场调查、实验室试验、理论分析、数值仿真和现场试验相结合的研究方法对深部煤炭开发中的煤与瓦斯共采理论开展深入细致的研究工作。采用细观到宏观、二维到三维、理论-实验-现场结合的方法，考察深部煤岩体的微结构特征、裂隙特征和块系结构特征，从本质上把握含瓦斯煤岩体的宏细观力学特性的内在属性；研究深部多组裂隙煤岩体在高地应力和强卸荷条件下裂隙场演化特征、尺度律及生成理论与方法；应用带加载装臵的工业CT 断层扫描系统和带SEM 的观测试验系统，探测深部煤岩体裂隙的宏细观几何形态、分布、结

构面特征，运用分形几何、统计力学等方法建立采动过程中破断煤岩体的结构特征及联通性规律。

研究深部高应力和高强度开采条件下含瓦斯煤岩体内部多尺度裂隙结构的时空演化规律；利用新型高刚度试验机和带SEM 原位观测试验系统获得不同加卸载速率和路径下深部含瓦斯煤岩体的屈服、峰值应力曲面及全程应力应变曲线，建立高应力和强卸荷条件下含瓦斯煤岩体的本构理论模型，并提出适合于深部含瓦斯煤岩的强度准则和破坏模式判据；基于深部岩体裂隙系统的宏细观几何形态、分布、结构特征，建立深部煤岩体瓦斯吸附、解吸及物质流动理论，深入探讨覆岩裂隙场-采动应力场-瓦斯渗流场三场相互耦合过程中瓦斯运移规律、瓦斯富集及导向流动规律，进一步建立和完善深部煤炭开发的煤与瓦斯共采评价方法和理论体系。总体技术路线框图（见图2）。

图2 总体技术路线图

（三）创新点与特色

本项目根据深部煤与瓦斯共采的国家能源开发战略需求，突出“深部（高应力、高瓦斯含量、高瓦斯压力）、高强（大规模集约化开采）、低渗”三大特征，针对我国煤与瓦斯共采实践应用超前、基础理论研究滞后的现状，围绕煤与瓦斯共采的关键基础理论开展系统研究。本项目创新和特色如下：

理论研究方面：（1）突破连续介质力学理论框架，提出和建立采动条件下深部含瓦斯破断煤岩体力学理论；（2）首次提出和研究深部采动应力场-裂隙场-瓦斯场耦合下破断煤岩体中瓦斯富集、运移的“导向流”机理与理论；（3）应用

分形理论建立深部破断煤岩体分形模型，系统描述分析含瓦斯破断煤岩体内部破裂演化及瓦斯运移的“黑箱”问题。

研究方法方面：（1）运用物理与化学相结合的方法研究深部采动破断煤岩体中瓦斯解吸、富集与运移全过程；（2）从多尺度、多场角度研究瓦斯在深部采动破断煤岩体中的耦合作用机理与规律；（3）采用理论研究、实验研究、数值模拟和工程验证四位一体的研究方法，实现理论与工程的紧密结合。

实验手段方面：（1）利用国际上最先进的微焦点体扫描CT 系统，通过自行研制加载和环境模拟装臵，实现实时观测分析瓦斯在破断煤岩体中瓦斯流动、运移演化全过程，建立破断煤岩体拓扑参数与瓦斯流态之间的关系；（2）利用国际上最先进的MTS815 实验系统和高温SEM 试验系统，自行设计加载与量测系统（两个美国专利和三个发明专利），通过声发射、微震、红外热辐射等多参量监测，实现多尺度多场含瓦斯煤岩体的破裂演化过程的系统研究

（四）取得重大突破的可行性分析

研究思路的可行性：针对煤与瓦斯共采“深部、高强、低渗”特征，以解决煤与瓦斯共采中的重大理论与技术难题为主攻方向，围绕采动条件下含瓦斯煤岩体破断结构演化及时空分布特征、深部采动破断煤岩体中瓦斯吸附、解吸与物质流动规律、深部采动破断煤岩体中瓦斯导向流动的形成机制及控制理论、深部煤与瓦斯共采的理论模型和技术优化方法4 个关键科学问题，综合运用矿山工程力学、工程地质学、构造地质学、岩石力学、采矿工程、流体力学和安全工程等多学科及其交叉前沿理论，建立深部煤与瓦斯共采理论体系，促进我国煤与瓦斯共采工程实践健康发展。项目研究思路清晰，研究目标明确，研究内容具体，研究重点突出，可操作性强。

研究方法的可行性：本项目应用物理和化学相结合、多场多尺度相结合的研究方法，理论建模、数值模拟、实验研究和工程验证相结合的四位一体研究方法，形成深部煤与瓦斯共采理论体系，进一步指导工程实践。项目采用现代高新技术的原理和实验手段，以及多学科交叉的集成攻关进行深部煤与瓦斯共采的应用基础研究，并以国家科技支撑计划、科技行动专项等为依托，较传统理论与技术研究方法有突破，具有可行性。

实验条件的可行性：项目主要承担单位拥有国际一流的研究手段（微焦点体扫描CT、MTS815、SEM），具备瓦斯基础实验室、煤与瓦斯突出基础实验室、采场瓦斯运移模拟试验台、岩石力学和材料实验室，相似材料模型实验室、采煤工作面和巷道相似模型试验台、动态多功能岩层控制实验系统，为本项目取得突破性进展提供了实验研究基础。

研究基础的可行性：首席科学家为代表的研究团队长期承担相关领域的国家基础研究项目，获得了首届国家杰出青年科学基金项目（1994）、本领域的第一个国家自然基金创新团队（2002）、本领域的第一个973 项目（2002）、第一个煤矿瓦斯灾害预防的国家自然科学基金重点项目（2001）等。1995 年、2007 年

两次获得国家自然科学奖，以及多项国家科技进步奖和国家发明奖，具有雄厚的理论研究基础，可确保本项目的理论创新和突破。

1．学科与队伍优势

本项目汇聚我国煤炭资源开采领域与瓦斯治理的主要研究力量（中国矿业大学、四川大学、中国矿业大学（北京）、重庆大学、山东科技大学、辽宁工程技术大学、煤炭科学研究总院、煤炭科学研究总院重庆研究院、煤炭科学研究总院沈阳研究院等10 家单位），依托6 个国家重点实验室、9 个部级重点实验室和3 个国家工程研究中心，集中各相关研究单位的优势共同研究深部煤与瓦斯共采理论。相关单位承担过本领域国家973 项目、国家自然科学基金创新团队项目、国家自然科学基金重大项目、重点项目、国家科技支撑项目等一批国家重大科学研究计划，已取得了一系列研究成果。

本项目聘请了周世宁、张铁岗、袁亮3 位院士为学术顾问，研究队伍中有中国工程院院士1 人，“国家杰出青年科学基金”获得者1 人，国家级有突出贡献的中青年专家1 人，"百千万人才工程"第一、二层次1 人，“新世纪百千万人才工程”国家级人选3 人，教育部“新世纪优秀人才支持计划”4 人，国家安全生产专家4 人，中国青年科技奖1 人，中国青年科学家奖1 人，中国煤炭青年科技奖1 人，教育部“高校青年教师奖”1 人，霍英东优秀青年教师奖4 人，霍英东青年教师基金2 人，孙越崎能源大奖1 人，孙越崎优秀青年科技奖6 人，"有突出贡献的中国博士"称号2 人，国家级创新团队1 个。项目课题负责人6 人和主要学术骨干共24 人，其中拥有博士学位29 人，博师生导师17 人，教授（研究员）21 人，副教授（高工）8 人，中青年骨干（45 岁以下）16 人形成了一支多学科交叉、老中青结合、以优秀中青年科学家为骨干、具有良好合作基础的研究团队，为本项目的顺利实施提供了人才保障。

2．工作基础优势

（1）研究基础与工作积累

项目组人员长期从事矿山工程力学、岩石力学、煤与瓦斯共采工程、煤矿防灾减灾等方面的基础理论与工程应用研究。谢和平院士为代表的课题组长期从事采矿工程和矿山工程力学研究，开创了破断煤岩体力学及非连续介质问题研究的新思想和新方法，形成了"分形岩石力学理论"的新领域，为资源开采新理论奠定了重要基础。近五年来，结合我国煤炭科技的重大需求，项目组成员完成了973项目“灾害环境下重大工程安全性的基础研究”、自然科学基金创新群体项目“矿山岩石力学基础理论研究与工程应用”、国家自然科学基金重大项目“深部岩体的工程性质研究”等项目，为本项目研究奠定了基础。

中国矿业大学（徐州、北京）、重庆大学、山东科技大学、煤炭科学研究总院在煤矿安全高效开采、煤矿安全、瓦斯治理等方面的研究居于国内前列，有些方向形成国际影响。

在深部破断煤岩体结构及损伤破坏机理方面，四川大学、中国矿业大学（北京，徐州）、等单位利用先进的科学实验手段和分析方法研究了矿山裂隙岩体宏

观损伤力学模型，研究其自然性状及导致灾害性事故发生的机理和过程，开拓了矿山裂隙岩体损伤力学研究新领域，成功预测了采动围岩的损伤大变形和蠕变稳定过程，并应用于深部巷道大变形预测、蠕变分析及其相关的巷道支护设计等重要工程领域；创造性地引入分形方法对裂隙岩体进行非连续变形、强度和断裂破坏的研究，形成了矿山裂隙岩体非连续行为分形研究的新方向，并与损伤力学相结合在岩爆、地表沉陷、顶煤破碎块度控制等重要矿山工程应用中获得成功。研究了不同加载条件下破断煤岩体的变形破坏规律以及细观破裂演化；深部破断煤岩体的微结构特征、裂隙特征和块系结构特征，以及深部煤岩组合试件的拉伸、压缩响应、动力学特性和深部煤岩结构的变形破坏规律；基于能量耗散与释放原理，从理论上探讨岩石变形破坏过程中能量耗散、能量释放与岩石强度和整体破坏（灾变）的内在联系。指出内部能量耗散与能量释放是控制岩石损伤至整体破坏的两个不同的物理力学过程，能量耗散使岩石产生损伤，并导致岩性劣化和强度丧失；能量释放则是引发岩石整体突然破坏的内在原因；给出了基于能量耗散的损伤与强度丧失准则和基于可释放应变能的整体破坏准则。

在深部破断煤岩体瓦斯吸附、解吸和运移规律方面，煤炭科学研究总院、重庆大学、中国矿业大学（徐州、北京）、山东科技大学、四川大学、安徽理工大学等长期从事矿井瓦斯防治的科学研究工作，创建了以Darcy 定律为基础的对煤层有强吸附作用的瓦斯流动微分方程；建立了我国煤层瓦斯地质、流动理论、瓦斯预测和抽放以及煤和瓦斯突出防治的学术体系；提出煤矿瓦斯地质的八项基本因素；创建了“煤层瓦斯流动理论”体系；提出了“煤层瓦斯应力场”模型。

在深部煤与瓦斯共采理论及工程实践方面，四川大学、中国矿业大学（徐州、北京）、煤炭科学研究总院、淮南煤业集团、平顶山煤业集团、淮北矿业集团等单位围绕高瓦斯、高地压、低透气性煤层及煤层群的煤气共采技术难题，研究了含瓦斯煤岩体物理力学特性、高瓦斯煤层瓦斯抽采技术及方法、高瓦斯煤岩体吸附解吸特性、瓦斯在煤体中的渗流规律，采动影响区内顶板岩层裂隙的动态演化规律等，建立了“煤层瓦斯流动理论”，提出了煤与瓦斯突出的“流变作用假说”、“球壳失稳理论”、“煤与瓦斯安全高效共采理论体系”、“O 形圈卸压瓦斯解吸原理”和“地应力与煤储层渗透性耦合作用原理”等。理论成果在淮南、淮北、平顶山、晋城、阳泉、开滦、中梁山、天府煤矿等高瓦斯矿区得到初步的应用。

我国煤炭资源正向深部发展，在深部复杂地质环境下进行煤与瓦斯共采将遇到前所未有的技术难题，更重要的是向基础科学研究提出了挑战，这将成为该项目取得重大突破的巨大动力和机遇。

（2）实验室工作基础

中国矿业大学（北京、徐州）“煤炭资源与安全开采”、“深部岩体力学与地下工程”、四川大学“水力学与山区河流开发保护国家重点实验室”等6 个国家重点实验室及“煤矿瓦斯治理国家工程研究中心”等3 个国家工程研究中心，具有较扎实完善的研究基础，实验室拥有一批高性能的先进设备。

申请单位中国矿业大学等拥有系统开展煤与瓦斯共采基础理论研究的一大

批先进仪器和设备，如工业计算机断层扫描系统（ICT）、MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统、SEM 高温疲劳实验系统、透射式电子显微镜、ASAP2010比表面及孔隙度分析仪、Agilent 1100 液相色谱-质谱联用仪、GARDNERDENVER815X 高压泵机组、岛津GC-14A 气相色谱仪、HP6890 天然气色谱分析仪、DNA48+DMA512 密度仪、AG-250kN I 电子精密材料试验机、SPM-9500J2型扫描探针显微镜、EHF-EG200KN 型全数字液压伺服实验系统、EHF-UG500KN型全数字液压伺服三轴实验系统、AutoGraph AGS-H5KN 型精密电子万能实验机、1000 吨级的多功能真三轴特大型试验机，三维多功能岩层控制实验系统、20MN 高温高压伺服控制岩体三轴试验机、煤岩体水力致裂试验系统、高速摄影机、TVS-8000KⅡ红外热成像仪、PhotoStress Plus System 反射式光弹仪系统、大尺度激光表面粗糙仪、高性能并行计算机、HP8000 图形工作站、DELL 1400SC型服务器等高端计算机、虚拟现实开发及显示投影系统、微地震岩体监测系统ISSP-12、电磁探地系统SIR-20、超声波测试系统TDS3014 5077PR 3499B、岩石（体）与混凝土声学测量系统、程控三轴流变试验机、美国Quantachrome 公司Nova 1000e 氮吸附比表面与孔径分布测定仪、Bruker Tensor 27 FT-IR 和HaidenMS 用于吸附态和作用机制研究；XPS、TEM、XRD 等可用于样品的结构表征和结构的研究。拥有国内第一台可供固体样品微区分析的激光微探针-飞行时间型二次离子质谱仪，可做正负离子及同位素组成微区分析；粉末X 射线衍射仪和原子吸收光谱仪，可供物相、矿物的定量和伴生元素的测定；X 射线荧光光谱仪，可供煤中主量和微量元素的测定；带能谱仪的扫描电镜、MPV-III 显微镜光度计，精密偏光显微镜、高速离心机、显微FTIR 光谱仪、微波消解仪等分析仪器。同时拥有Disp-24 通道岩层失稳声发射监测系统、TDS-6 微震信号采集系统、地应力测试系统、RIS K2 地质力学探测雷达、钻孔红外成像仪、多波地震仪、瞬变电法仪等工程物探仪器和开发平台，由17 套服务器和工作站与大型软件构成的煤矿高分辨三维地震资料处理解释系统等。

近年来申请单位还自主研发了大型煤与瓦斯突出过程模拟实验装臵、自控双柱变压吸附分离装臵、含瓦斯煤热固流耦合实验装臵、含瓦斯煤细观破裂过程力学加载系统、低速风洞、瓦斯高压吸附解吸实验系统、岩石平面应变试验装臵、FDG-A 防爆多功能高密度电法仪、KJH-D 矿用防爆探底雷达、无线电波透视系统等装臵，可对深部煤与瓦斯共采工程中的煤岩体声发射、电磁辐射、微震等效应进行测试研究，为本项目的研究和实施提供了全方位的试验条件和技术保障。

项目承担单位建设有淮北煤业集团、平顶山煤业集团、潞安煤业集团、晋城煤业集团、淮南矿业集团等一批现场试验研究基地，为开展深部煤与瓦斯共采工程研究提供了有利条件。实验室拥有先进的岩土工程数值模拟计算软件ANSYS、ABAQUAS、FLAC3D、UDEC3D、PFC 等均为课题研究提供了良好的条件。

（3）项目组织与管理方式

以国内长期从事相关领域基础研究与工程实践的中国矿业大学作为项目第一承担单位，联合我国本领域科研实力最强的四川大学、中国矿业大学（北京）、

重庆大学、山东科技大学、辽宁工程技术大学、煤炭科学研究总院、煤炭科学研究总院重庆研究院、煤炭科学研究总院沈阳研究院等骨干单位，形成跨部门、多学科交叉的整体联合研究队伍。

项目将采取首席科学家负责制，实行首席科学家与课题负责人两级责任管理；设立学术咨询专家组进行指导和监督，建立定期检查制度。项目拟分为6个课题，课题负责人对首席科学家负责，并接受咨询专家监督。项目将设立专家工作组，由各课题负责人和国内外本领域知名专家组成，严格按照国家重点基础研究规划项目的管理条例实行动态管理，定期举行有本领域国内外知名学者参加的国际学术研讨会和课题负责人工作会议，确保项目内容的顺利完成。

（五）课题设臵

根据项目的研究思路和总体目标，本着突出重点、强调有机联系的原则，围绕4 个关键科学问题及5 个研究内容，共设臵6 个课题，即：课题一：采动过程中破断煤岩体的结构特征及联通性规律；课题二：深部采动多尺度破断煤岩体瓦斯吸附、解吸规律；课题三：深部采动破断煤岩体中瓦斯运移与富集机理及规律；课题四：深部采动破断煤岩体瓦斯导向流动的形成特征和规律；课题五：单一低透煤层增透机制和有效抽采技术原理；课题六：煤层群煤与瓦斯共采时空协同机制及技术优化方法。

对应科学问题一“采动条件下含瓦斯煤岩体破断结构演化及时空分布特征”，研究深部含瓦斯煤岩体的多尺度结构特征与描述模型，深部采动岩体裂隙场特征、尺度律及生成理论与方法，深部含瓦斯煤岩体多尺度裂隙结构中的瓦斯运移规律。为此设立课题一“采动过程中破断煤岩体的结构特征及联通性规律”和课题三“深部采动破断煤岩体中瓦斯运移与富集机理及规律”。

对应科学问题二“深部采动破断煤岩体中瓦斯吸附、解吸与物质流动规律”，研究深部煤岩体界面和裂隙对瓦斯吸附、解吸模型和吸附机理，高压瓦斯吸附、解吸的热力学和动力学，物质流动过程中的宏观浓度场和压力场的模拟和动态规律，应用分子模拟技术模拟高压和高浓度瓦斯的吸附、解吸与微观过程，深部多尺度裂隙结构深部煤块上高浓度瓦斯吸附解吸与流动规律，为此设立课题二“深部采动多尺度破断煤岩体瓦斯吸附、解吸规律”。

对应科学问题三“深部采动破断煤岩体中瓦斯导向流动的形成机制及控制理论”，研究煤岩体卸压致裂的力学模型与判别准则，采动过程中煤岩体卸压区应力与能量演化规律，采动过程中卸压区演化与瓦斯通道形成相关性，采动卸压裂隙带形成变化规律，瓦斯富集、运移和突然释放的力学本质，瓦斯通道形成与控制理论，为煤与瓦斯共采提供科学决策依据。为此设立课题四“深部采动破断煤岩体瓦斯导向流动的形成特征和规律”。

对应科学问题四“深部煤与瓦斯共采的理论模型和技术优化方法”，针对单一高瓦斯低透煤层和煤层群，研究建立深部、集约化开采、低渗条件下煤气共采控制参数指标体系及量化分析方法，控制参数对煤与瓦斯共采效果的影响规律，

深部开采条件下煤与瓦斯共采的模糊评价模型及瓦斯抽采优化布臵方案，为此设立课题五“单一低透煤层增透机制和有效抽采技术原理”和课题六“煤层群煤与瓦斯共采时空协同机制及技术优化方法”。

通过对四个关键科学问题、六个课题的研究，可望在建立深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论与技术体系方面有所突破，为深部煤炭安全和绿色开采提供关键理论与技术保障，为深部煤炭资源开发和我国经济的可持续发展作出贡献。各课题之间及课题与关键科学问题、学术思想、课题设臵及项目总目标之间的关系如图3 所示。

课题一、采动过程中破断煤岩体的结构特征及联通性规律

1、研究内容

（1）深部高强开采条件下采动煤岩体块度分布、裂隙网络特征及尺度律研

究

利用现场观测、物理模拟和高分辨率工业CT扫描，在实验室尺度下识别并提取采动煤岩体裂隙网络结构的形态、统计分布特征(包括数量、尺寸、空间位臵等)、碎裂块度分形分布和拓扑性质，表征开采条条件下破断煤岩体裂隙网络、块度分布和演化模式的控制函数或特征函数，瓦斯渗透裂隙尺度-数量和开度-数量关系，采动煤岩体裂隙网络的统计特征、尺度律。

（2）深部高强开采条件下采动裂隙场时空演化规律

分析深部采动岩体裂隙网络的分形性，研究分形裂隙网络随开采空间、岩石性质以及工作面推进度的时空演化规律，采动煤岩体裂隙网络时空演化模型，以及相应的三维渗透裂隙网络模型。引入逾渗模型和重整化群方法，研究采动煤岩体裂隙场拓扑结构突变特征量，采动煤岩体裂隙网络几何相变模型。

（3）深部高强开采条件下破断煤岩体采动裂隙场的分形网络模型

基于采动煤岩体裂隙网络结构的空间形态、统计分布、分形特征、尺度律及拓扑性质等特征函数以及裂隙网络特征相关性的控制方程，利用分形统计和结构优化算法，通过破断煤岩体裂隙网络结构的特征函数与相关性控制方程，构建具有与破断煤岩体一致裂隙网络结构形态、统计分布特征和拓扑性质的采动裂隙结构的三维分形网络模型。在此基础上，利用三维分形网络模型与方法分析采动条件下破断煤岩体裂隙网络结构模型，初步实现采动煤岩体裂隙场与瓦斯流动过程的动态仿真分析。

2、研究目标

（1）揭示深部高强集约化生产条件下含瓦斯煤岩体在实验室尺度下的破断结构特征、深部采动煤岩体裂隙网络的尺度特征；

（2）获得采动煤岩体块度分布、裂隙网络的尺度特征及演化机制、不同工作面推进度条件下采动煤岩体块度分布、裂隙网络尺度律的时空演化规律；

（3）建立采动煤岩体块度与裂隙网络演化模型、深部煤岩体采动裂隙场的生成理论，并发展相应的反演方法；

（4）在国际国内重要科学刊物上发表SCI、EI论文20-25篇，出版学术专著1部，培养硕、博士研究生20名。

3、承担单位：四川大学、中国矿业大学（北京）

4、课题负责人：谢和平

5、课题参加人员：周宏伟、鞠杨、黎立云、张茹

6、经费比例：21%

课题二、深部采动多尺度破断煤岩体瓦斯吸附、解吸规律

1、研究内容

（1）瓦斯在不同块度的破断煤岩体中的吸附解吸规律实验研究

进行高压瓦斯在不同块度的破断煤岩体中的吸附解吸规律实验研究和对比

实验，通过不同尺度的深部破断煤岩体对高压瓦斯吸附解吸的实验测定和分析、在压力和浓度增加和改变条件下的容量法测量和吸附热实验等来研究不同块度的破断煤岩体对高压瓦斯及少量伴生气体组分的吸附解吸规律。

（2）应用分子模拟技术模拟高压瓦斯的吸附解吸与微观过程的研究

开展应用分子模拟技术模拟高压瓦斯的吸附解吸作用与解吸扩散流动等微观过程的研究；应用密度泛函理论方法(DFT)等分子模拟技术，从分子尺度模拟深部煤岩体界面与高压和高浓度瓦斯气体组分的吸附解吸作用和作用机制研究，模拟物质流动微观过程及规律。

（3）高压瓦斯平衡状态与吸附解吸过程的平衡模型与动力学模型研究

开展高压瓦斯在多尺度的深部破断煤岩体上的平衡状态与吸附解吸过程的平衡模型与动力学模型研究；对破断煤岩体的多级裂隙复杂结构进行分解和组合分析，应用过程分析和模拟技术，从介观尺度和纳米尺度对深部煤基质的多级孔隙复杂结构中的吸附解吸过程进行研究，对瓦斯在不同孔径组合通道中的扩散进行研究，研究符合高压瓦斯在多尺度的深部破断煤岩体上的吸附解吸平衡的模型方程，关联吸附、脱附、内扩散、外扩散的吸附解吸动力学方程。

（4）吸附与解吸作用下，瓦斯在不同块度的破断煤岩体中的流动规律

开展在瓦斯吸附与解吸作用下，高压瓦斯在不同块度的破断煤岩体中的流动规律的研究；以及多尺度破断煤岩体中瓦斯流动情况下的变压吸附特性，研究瓦斯等主要组分的穿透曲线和影响机制。通过将吸附解吸动力学模型与流体力学相结合建立模型，对高压瓦斯在不同块度破断煤岩体中的流动过程进行模拟。

2、研究目标

（1）研究不同破断煤岩体内瓦斯的变压吸附特性和瓦斯在不同破断程度煤岩体中的解吸扩散规律；

（2）建立描述高压瓦斯平衡状态与吸附解吸过程的平衡模型和动力学模型；

（3）建立破断煤岩体中瓦斯非稳态流动数学模型；

（4）应用密度泛函理论(DFT)等分子模拟技术，从分子尺度和介观尺度揭示多级孔隙结构深部破断煤岩体中高压瓦斯的吸附解吸机理；

（5）在国际国内重要科学刊物上发表SCI、EI论文30-40篇，出版学术专著1部和争取获得重大成果，培养硕博士研究生10-15名。

3、承担单位：四川大学、中国矿业大学（北京）

4、课题负责人：储伟

5、课题参加人员：江成发、王煤、秦跃平、聂百胜

6、经费比例：14%

课题三、深部采动破断煤岩体中瓦斯运移与富集机理及规律

1、研究内容

（1）含瓦斯煤岩体在三维应力状态下全应力-应变过程中瓦斯渗流规律的研

究

根据深部开采的特点，自行研发含瓦斯煤岩体三轴渗流实验装臵，对不同围压、不同瓦斯压力条件下含瓦斯煤岩体的全应力-应变过程中瓦斯渗流规律进行实验研究，探讨全应力应变过程中煤岩体裂隙结构变化对渗透特性的影响，建立含瓦斯煤岩体的损伤本构模型以及裂隙场与瓦斯渗流场耦合数学模型。

（2）含瓦斯破断煤岩体热固流耦合机理及模型的研究

自行研发含瓦斯煤热固流耦合三轴渗流实验装臵，在充分研究主要影响因素和考虑煤对瓦斯吸附作用的基础上，对含瓦斯煤在应力场、温度场和渗流场多场耦合作用下的瓦斯渗流规律进行实验研究，探讨含瓦斯煤热固流耦合作用机理和多场耦合作用下含瓦斯煤的热固流耦合模型及瓦斯渗流理论模型。

（3）采动条件下破断煤岩体中瓦斯运移与富集规律的实验研究和数值模拟根据深部开采的特点，研发大型三维应力条件下含瓦斯煤采掘模拟试验装臵，基于深部采动煤岩体应力场，裂隙场特征，研究瓦斯在破断煤岩体中运移与富集规律，并建立理论模型；根据瓦斯在煤层和裂隙岩体中的赋存及流动特点，应用CFD进行数值模拟。

（4）卸压条件下瓦斯运移规律的理论与实验研究

对含瓦斯煤在三维应力情况下，进行卸压条件下的瓦斯渗流实验，研究不同卸压方式和卸荷速率对含瓦斯煤渗透率的影响，在多孔介质有效应力原理的基础上，建立针对煤岩体结构特点的孔隙度与渗透率动态演化模型，以及不同卸压条件下含瓦斯煤岩体的瓦斯渗流规律。

2、研究目标

（1）通过对深部开采条件下含瓦斯煤岩体在三维应力状态下全应力-应变过程、应力场-裂隙场-瓦斯场耦合以及卸压条件下，瓦斯在破断煤岩体中运移规律的理论、实验和数值模拟研究，得出破断煤体中瓦斯运移与富集规律。

（2）建立深部开采条件下煤岩体全应力-应变过程中的瓦斯渗流模型和含瓦斯煤岩体的热固流多场耦合模型。

（3）在国际国内重要科学刊物上发表SCI、EI论文15-20篇，出版学术专著1部，申请发明专利1-2项，培养硕士和博士研究生10-15名，并力争培养出具有重要显示度高层次人才和学术团队。

3、承担单位：重庆大学、煤炭科学研究总院重庆研究院

4、课题负责人：尹光志

5、课题参加人员：许江、文光才、黄滚、张东明

6、经费比例：14%

课题四、深部采动破断煤岩体瓦斯导向流动的形成特征和规律

1、研究内容

（1）煤岩体采动卸压致裂的力学模型研究

采用实验研究和数值计算方法模拟开采卸压力学活动，研究煤、岩以及组合结构体在卸压过程中的力学响应，探讨应力状态转变对煤、岩体内破裂的影响规律；从应力或能量角度建立煤、岩体卸载条件下的致裂力学模型。

（2）开采扰动条件下煤岩体的应力与能量演化规律研究

研究开采扰动条件下煤岩体中的应力场与能量场的空间分布规律；研究工作面推进过程中周围煤岩体中应力或能量从初始平衡到积聚增大再到释放松弛或转移的时空过程；探讨开采扰动与煤岩体卸压的动态关系以及卸压区内应力与能量变化速率。

（3）破断煤岩体中瓦斯通道形成的理论与试验研究

研究破断煤岩体结构特征与瓦斯运移的相互关系，提出采动致裂形成瓦斯通道机制，探讨应力变化、破断煤岩体块度变化对瓦斯通道形成的影响规律。研究采动卸压裂隙带中破断煤岩体的形态和分布以及开采过程中裂隙带运动规律，揭示瓦斯富集、运移、通道形成以及释放的力学机制。

（4）破断煤岩体中导向瓦斯通道控制理论研究

运用煤岩体卸压破断和瓦斯通道形成理论，提出煤层瓦斯全局宏观导向流动和局部精细导向流动的人工导向通道设计的力学原理；运用流体动力学数值模拟方法和研发相似实验设施，系统研究人工导向瓦斯流动规律及其影响因素，提出导向通道控制模型和流动效率评价方法；考虑工作面及采区布局、采空区分布和煤层条件等因素，研究采区最佳瓦斯抽放的通道布局，提出形成人工导向瓦斯通道的干预方案的优化设计方法。

2、研究目标

（1）系统研究工程尺度下采动卸压条件下煤岩体破坏的机理，揭示其采动卸压破裂带形成和演化规律；

（2）阐明破断煤岩体中瓦斯富集、运移和释放的力学机理和控制方法；

（3）提出瓦斯通道形成与控制理论，为煤与瓦斯共采提供科学决策依据。

（4）在国内外重要科学刊物上发表SCI、EI 论文15-20篇，出版学术专著1-2部，申请专利2－3项，培养硕士和博士研究生10名。

3、承担单位：中国矿业大学、中国矿业大学（北京）

4、课题负责人：马念杰

5、课题参加人员：程远平、张勇、许兴亮、刘洪永

6、经费比例：14%

课题五、单一低透煤层增透机制和有效抽采技术原理

1、研究内容

（1）单一高瓦斯低透气性煤层卸压增透影响区范围的瓦斯解吸及流动规律通过电镜扫描和压汞实验，研究不同变质程度和不同硬度的煤岩体孔隙结构，煤体内微元体基于简化单通道的瓦斯扩散及流动的理论模型。通过实验平台，研究基于单通道模型假设基础上，对不同性质的煤体进行割缝、松爆、压裂等卸

压增透技术措施条件下，瓦斯流动过程中与煤层透气性系数密切相关的阻力因子随抽采时间以及空间位臵变化的关系。通过对各微元体瓦斯释放量与总抽采量的对比分析，考察经过钻割、松爆、压裂等卸压增透技术措施后的煤体在时间和空间上卸压增透抽采效果。

（2）单一高瓦斯低透气性煤层卸压裂隙场演化规律研究

研究含气煤体破坏的细观机制，从理论上描述煤体损伤-裂隙-破碎的力学过程和相应的力学准则；研究单一高瓦斯低透气性煤层采掘过程中煤岩体损伤破裂过程特征、空间分布、破裂度表征及其动态演化规律；研究工作面推进速度与卸压裂隙场演化的耦合关系；通过能量方法，根据围岩巷道观测的变形与受力，结合对煤体的结构观测与探测，对煤岩体裂隙场分布进行数值反演；研究覆岩结构对煤岩体卸压裂隙场演化的影响规律；研究钻割、松爆、压裂等卸压增透措施与采动应力联合作用下单一煤层裂隙场的形成与分布；建立单一高瓦斯低透气性煤层卸压开采过程中煤层增透性的时空分布与演化规律。

（3）单一高瓦斯低透气性煤层卸压增透影响区内裂隙场及瓦斯流动场的耦合作用机制

通过实验研究和数值模拟分析，研究煤体中卸压增透影响区内应力、位移、各微元体的透气性的演化规律，建立钻割、松爆及压裂卸压增透技术条件下各煤体参数与瓦斯流动参数耦合作用数学模型，并且将实验平台的实验数据与数值模拟的结果进行对比分析，确定钻孔、割缝、松动爆破及压裂等技术措施的卸压增透影响范围，流固耦合的理论模型。结合试验区工作面巷道布臵方式，研究钻割、松爆及压裂孔的合理布臵参数，并对空间交错的钻孔与割缝缝槽综合影响范围内的煤体应力分布情况和对应的裂隙场演化规律进行分析，在此基础上结合瓦斯抽采系统，对煤体中瓦斯流动特性随时间的演化关系进行分析，探索单一高瓦斯低透气性煤层卸压增透过程中裂隙场及瓦斯流动场的耦合作用机制。

（4）单一高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采时空演化规律及整体卸压增透的理论判据

研究单一高瓦斯低透气性煤层“钻-割-抽”、“钻-爆-抽”和“钻-压-抽”施工工艺原理及技术。通过对钻孔以及割缝缝槽、松动爆破及压裂孔卸压增透抽采影响区内的煤层瓦斯压力、煤体透气性系数等相关的物理参数进行考察，分析影响区裂隙场与瓦斯流动场耦合作用机制，并且通过实测数据进行验证与进一步完善，建立在时间和空间要求范围内达到煤层整体卸压增透抽采目标的理论判据，为提高单一高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采效率提供理论和技术支撑。

2、研究目标

（1）探索单一高瓦斯低透气性煤层卸压增透过程中裂隙场及瓦斯流动场的耦合作用机制，建立单一高瓦斯低透气性煤层抽采时空演化模型；

（2）以钻孔进行“钻-割-抽”、“钻-爆-抽”和“钻-压-抽”为技术原理和手段，实现单一高瓦斯低透气性煤层区域卸压增透和瓦斯流动场的可控，以提高单一高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采效率，实现单一高瓦斯低透气性煤层的安全开

采；

（3）在国内外重要科学刊物上发表SCI、EI论文20-30篇，出版学术专著1部，申请专利1－3项，培养硕士和博士研究生10-20名。

3、承担单位：中国矿业大学

4、课题负责人：林柏泉

5、课题参加人员：高峰、李增华、翟成、程红梅

6、经费比例：21%

课题六、煤层群煤与瓦斯共采时空协同机制及技术优化方法

1、研究内容

（1）煤与瓦斯共采时空协同机制研究

以采动过程中瓦斯解吸、富集、运移规律为基础，充分考虑工作面推进度与瓦斯涌出量的耦合关系，提出以时间轴为基准的控制参数耦合关系，尤其是建立工作面推进度、瓦斯抽放量、瓦斯排放量三者的动态关系，获得煤与瓦斯共采时空协同机制。

（2）煤与瓦斯共采控制参数指标体系及评价模型研究

充分考虑深部、集约化高强开采以及煤层低渗的特点，以共采时空协同机制为基础，以煤与瓦斯共采量化效果为目标函数，建立地质赋存条件、开采方法、回采参数等影响因素与目标函数之间的耦合影响关系，采用统计分析方法辨识并建立深部煤与瓦斯共采的控制参数指标体系，进一步建立基于数据融合的煤与瓦斯共采综合评价模型。

（3）煤与瓦斯共采抽采优化理论与方法

根据采动过程中瓦斯富集区形态和规模，建立煤与瓦斯共采抽采优化理论，探索抽放钻孔优化布臵方案和最优抽采时间，提出煤与瓦斯共采抽采瓦斯的优化布臵方案。

2、研究目标

（1）获得深部开采条件下煤与瓦斯共采的时空协同机制；

（2）针对煤层群赋存条件，揭示控制参数对煤与瓦斯共采效果的影响规律，建立深部煤与瓦斯共采控制参数指标体系及量化分析方法，建立深部开采条件下基于时空协同机制的煤与瓦斯共采综合评价模型；

（3）基于煤与瓦斯共采的时空协同机制和评价模型，提出瓦斯抽采优化布臵方案；

（4）初步形成煤与瓦斯共采的瓦斯抽采优化理论与方法；

（5）在国内外重要科学刊物上发表SCI、EI 论文15-20 篇，出版学术专著1 部，培养硕士和博士研究生10 名。

3、承担单位：煤炭科学研究总院、辽宁工程技术大学、山东科技大学、煤炭科

学研究总院沈阳研究院、华晋焦煤有限责任公司

4、课题负责人：齐庆新

5、课题参加人员：梁冰、李宏艳、霍中刚、潘立友

6、经费比例：16%

四、年度计划

《煤炭工业工程项目建设用地指标》

煤炭工业工程项目建设用地指标 ―矿井、选煤厂、筛选厂部分关于批准发布《煤炭工业工程项目建设用地指标―矿井、选煤厂、筛选厂部分》的通知建标〔1996 〕630 号国务院各有关部门，各省、自治区、直辖市建委（建设厅）、计委（计经委）、土地（国土）管理局（厅），计划单列市建委、计委、土地（国土）管理局，解放军土地管理局：根据国家计委、国家土地管理局《关于编制建设项目用地定额指标的几点意见）( ( 1987 ）国土〔建〕字第1 料号）和建设部、国家土地管理局《工程项目建设用地指标编制工作暂行办法》（〔1989 〕国土〔建〕字第169 号）的要求，按照国家计委《一九八八年建设工期定额、建设用地指标制订修订计划》（计综（1987 〕2390 号）的安排，由煤炭工业部负责编制的《煤炭工业工程项目建设用地指标―矿井、选煤厂、筛选厂部分》，业经有关部门会审，现批准为全国统一的建设用地指标予以发布，自1997 年2 月1 日起施行。本建设用地指标实施的监督管理工作，由国家土地管理局负责；其具体解释工作，由煤炭工业部负责。中华人民共和国建设部国家土地管理局一九九六年十二月十六日编制说明《煤炭工业工程项目建设用地指标―矿井、选煤厂、筛选厂部分》是根据国家计委、国家土地管理局《关于印发（关于编制建设项目用地定额指标的几点

意见）的通知）（〔1987 〕国土〔建〕字第144 号）和建设部、国家土地管理局《关于印发（工程项目建设用地指标编制工作暂行办法＞的通知》（( 1989 〕国土［建〕字第169 号）的要求，按照国家计委《一九八八年建设工期定额、建设用地定额指标制订修订计划》（计综〔1987 〕2390 号附件十六之二）的安排，由我部负责主编，具体由北京煤炭设计研究院会同煤炭工业部沈阳、南京、武汉、选煤、重庆、西安设计研究院共同编制的。编制过程中，编制组进行了广泛深人的调查研究，对煤炭工业矿井、选煤厂和筛选厂建设用地的情况和存在的问题进行了认真总结，分析论证了大量资料，遵照有关法律、法规和技术政策，坚持科学合理、节约用地的原则，多次征求各有关部门、单位及专家的意见，最后由我部召开了全国审查会议，会同各有关部门和单位审查定稿。本建设用地指标共分五章：总则、合理和节约用地的基本规定，矿井建设用地指标，选煤厂、筛选厂建设用地指标，标准轨距铁路装（卸）车站建设用地指标。本建设用地指标系初次编制，在施行过程中，请各单位注意总结经验，积累资料，如发现需要修改和补充之处，请将意见和有关资料寄交北京煤炭设计研究院（地址：北京市德外安德路67 号，邮政编码：100011 ）和国家土地管理局建设用地司（地址：北京市西直门外大柳树路21 号，邮政编码：1000081 ) ，以便今后修订时参考。中华人民共和国煤炭工业部一九九六年十一月八日第一章总则第1 . 0 . 1 条为贯彻“十分珍惜和合理利用每寸土地，切实保护耕地”的基本国策，加强对建设用地的科学管理，适应煤炭工业工程项目建设用地的需要，提高土地利用率，制定本建设用地指标。

煤炭指标及煤种

焦炭：烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。精煤：原煤经过洗煤，除去煤炭中矸石，即为精煤。肥煤是指国家煤炭分类标准中，对煤化变质中等，粘结性极强的烟煤的称谓，炼焦煤的一种，炼焦配煤的重要组成部分，结焦性最强，熔融性好，结焦膨胀度大，耐磨；精煤是指经洗选加工供炼焦用或其他用途的洗选煤炭产品的总称。煤的挥发分煤的挥发分，即煤在一定温度下隔绝空气加热，逸出物质（气体或液体）中减掉水分后的含量。剩下的残渣叫做焦渣。因为挥发分不是煤中固有的，而是在特定温度下热解的产物，所以确切的说应称为挥发分产率。（1）煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标，也是动力用煤的一个重要指标，是动力煤按发热量计价的一个辅助指标。挥发分是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度，挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。如泥炭的挥发分高达70%，褐煤一般为40～60%，烟煤一般为10～50%，高变质的无烟煤则小于10%。煤的挥发分和煤岩组成有关，角质类的挥发分最高，镜煤、亮煤次之，丝碳最低。所以世界各国和我国都以煤的挥发分作为煤分类的最重要的指标。（2）煤的挥发分测试。从广义上来讲，凡是以发电、机车推进、锅炉燃烧等为目的，产生动力而使用的煤炭都属于动力用煤，简称动力煤。 1)无烟煤(WY)。无烟煤固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。01号无烟煤为年老无烟煤；02号无烟煤为典型无烟煤；03号无烟煤为年轻无烟煤。如北京、晋城、阳泉分别为01、02、03号无烟煤。 2)贫煤(PM)。贫煤是煤化度最高的一种烟煤，不粘结或微具粘结性。在层状炼焦炉中

973项目申报书——2009CB930400-纳米结构材料的程序化组装

项目名称：纳米结构材料的程序化组装首席科学家：宋卫国中国科学院化学研究所起止年限：2009.1至2013.8 依托部门：中国科学院

一、研究内容（1）赋予纳米结构空间各向异性。各向异性的纳米结构单元间的相互作用力是控制它们空间组装的前提，也是程序化组装的基础。为此我们将系统地研究通过纳米结构单元的尺寸，形貌和表面化学功能调控，选区修饰，不对称粒子等手段引入空间各项异性的方法，可控地赋予纳米结构在不同空间区域的各向异性。发展制备和表征单分散各向异性纳米结构单元的技术。（2）纳米结构单元组装的空间调控：利用作用于纳米结构单元的空间各向异性，研究如何可控地将不同的纳米结构单元组装为初级结构；调控组装体中的组分序列和空间构型；设计和构建异质界面，在纳米结构单元之间引入对外界环境刺激敏感的生物或合成大分子；控制纳米结构组装体作为一个整体的性能。（3）纳米结构单元的动态组装与过程调控：通过精细地调控在纳米结构单元之间的排斥力和吸引力的平衡，在纳米结构单元间始终保持一个可控且较强的排斥力，实现纳米结构单元的组装的动态化。此外，利用各种界面作模板诱导纳米结构的组装，界面的动态特征也将用于强化实现纳米结构的动态组装。利用外加场（光，电，磁），对纳米微粒的组装在过程乃至时间上实施调控。将通过空间受控组装制得的初级纳米结构，程序化组装为多维度多层次的纳米结构组装体。在特定区域引入特定组装功能，将其可控集成在器件单元上；将不同纳米结构组装体集成在一起，搭建多级多层次，功能可调，宏观可用的功能材料。（4）研究组装过程与组装体的能量传递和物质传输：发展实时监控纳米组装单元和各级组装体的原理和方法。通过对纳米结构的组装过程的动力学和热力学的研究，从纳米结构单元层面上认识组装过程中物质能量转化与界面行为，获得其中物质能量转化与界面行为的基本规律。通过组装体的结构，调控在组装体中物质传输和能量传递，以适应不同应用过程的需要。借鉴超分子合成和组装以及生物大分子程序化组装过程中的能量传递和物质传输规律，发展纳米层次的组装物理化学。通过对组装过程规律的认知，指导利用纳米结构构建新型的功能材料，发展全新的材料性能；（5）纳米结构材料的规模化制造与应用：程序化组装，特别是动态组装可以显著地降低由组装过程中的随机性造成的组装体的空间尺寸和形貌的不均一，有利于规模化地制备纳米结构材料，因此我们将探索一些纳米结构材料程序化组装方法的规模化。同时，以应用需要为导向来设计材料，在光学材料，离子通道，分子扩散，催化等不同应用领域，设计相应的组装路线。通过设计材料—〉程序化自组装得到材料—〉应用实践检验材料—〉修改完善设这样一个螺旋上升的过程，为一些应用过程发展高性能的材料。上述研究内容覆盖了纳米结构程序化组装过程中四个层次：纳米结构单元的设计，初级纳米结构的空间受控组装和多级纳米结构的动态可控组装，组装过程和组装体中物质传输和能量传递规律，以及纳米结构的集成和应用，可望为纳米结构材料的设计和应用奠定坚实基础。

煤层气利用技术简介通用版

安全管理编号：YTO-FS-PD501 煤层气利用技术简介通用版 In The Production, The Safety And Health Of Workers, The Production And Labor Process And The Various Measures T aken And All Activities Engaged In The Management, So That The Normal Production Activities. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards

煤层气利用技术简介通用版使用提示：本安全管理文件可用于在生产中，对保障劳动者的安全健康和生产、劳动过程的正常进行而采取的各种措施和从事的一切活动实施管理，包含对生产、财物、环境的保护，最终使生产活动正常进行。文件下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用。煤层气简介煤层气俗称煤矿瓦斯，是一种以吸附状态为主，生成并储存在煤系地层中的非常规天然气。其成分与常规天然气基本相同(甲烷含量大于95%，发热量大于8100大卡)，完全可以与常规天然气混输、混用，井下抽放的煤层气不需提纯或浓缩就可直接作为发电厂的燃料，可大大降低发电成本。煤层气是近20年来崛起的新型洁净能源，它在发电、工业和民用燃料及化工原料等方面有广泛的应用，对煤层气的合理利用可以缓解当前能源短缺的状况，改善能源结构，降低温室气体排放，提高煤矿生产的安全性并带动相关产业的发展。煤层气利用技术世界主要产煤国都十分重视开发煤层气，英国、德

973项目申报书——2009CB623100-水泥低能耗制备与高效应用的基础研究

项目名称：水泥低能耗制备与高效应用的基础研究首席科学家：沈晓冬南京工业大学起止年限：2009.1至2013.8 依托部门：中国建筑材料科学研究院

一、研究内容围绕水泥生产和应用过程的各个环节开展提高水泥性能和节能减排的基础研究，实现水泥科学理论和技术的重大创新，促进水泥工业生产与产品结构调整、提高使用效能，提高能源与资源利用效率。项目拟解决4个关键科学问题： 1)高介稳阿利特微结构调控及高胶凝性熟料相匹配高介稳阿利特矿物和水泥熟料矿相匹配决定熟料性能。在研究熟料矿物微结构及其形成机制基础上，建立熟料微结构与熟料性能的关系。该问题是提高和高效发挥熟料性能的基础，也是降低熟料烧成热耗的关键。 2)熟料分段形成动力学针对熟料形成过程中的多阶段化学反应，在分析研究主控反应动力学和熟料形成速率基础上，完善熟料形成动力学理论。该科学问题，是实现熟料烧成过程能量最佳配置，降低熟料烧成能耗的基础和重要途径。 3)离心力场中的粉磨动力学与能量传递完善该动力学理论和能量传递机制，是实现水泥粉磨环节节能和发展高效粉磨设备新技术的理论基础，也是实现水泥粉磨节能技术突破的关键。 4) 水泥优化复合与结构稳定性优化复合水泥组分，建立水泥浆体不同层次结构的形成机制以及浆体结构与稳定性的关系。该科学问题是高效发挥水泥各组分性能及延长水泥基材料服役寿命的基础。围绕上述关键科学问题，本项目将从以下6个方面开展研究： 1)高介稳阿利特微结构和熟料矿物相组成与胶凝性的关系

系统研究实验室合成的纯C3S相结构、不同阿利特（杂质元素种类、掺量、掺杂方式不同）相结构以及熟料中阿利特化学组成、杂质固溶形式、工艺参数与结构之间的关系。研究矿物相结构在温变过程中演化规律。研究掺杂离子、工艺参数对阿利特缺陷形态的影响规律。研究阿利特介稳程度、缺陷形态对其水化活性的影响，建立高介稳阿利特微结构与水化活性--包括水化反应程度、水化反应速度等参数之间的关系，揭示最优水化活性的阿利特组成和微结构缺陷特征。研究掺杂物质作用下熟料形成过程中的化学反应规律，优化矿物相匹配。阐明高温液相特性（如数量、组成和粘度等）的演变规律，确定硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数、硅酸率、铝氧率及掺杂新相的控制参数。研究熟料中矿物相匹配与烧成热耗和胶凝性能的关系，确定熟料中C3S与其它矿物的最佳匹配，获得高胶凝性熟料。 2)熟料分段形成动力学及过程控制研究原料矿物分解产物的反应活性，确定新生物相初始形成反应的温度重叠区和反应速率。研究固相反应过渡产物及其与温度场的关系，分析固相反应的放热效应。研究熟料形成固－液相反应热焓互补机制。研究不同热、动力学过程条件下，高温熔体性质及其变化规律，确定高温熔体量、组成、黏度对熟料矿物、结粒和窑皮形成的影响。确定离子的扩散过程及其控制因素，分析阿利特相的晶核形成过程及生长机理，确定最佳的反应热、动力学参数。研究快速形成的水泥熟料微观结构及其宏观力学性能，解析组成、结构、性能之间的关系，提高水泥熟料的综合性能。通过冷、热态试验和计算机模拟，研究在悬浮态下进行的快速物理化学过程和热、动力学机制。研究在窑尾系统进行预烧结的方法，研究堆积态下窑内的传热过

煤层气的开采与利用

煤层气的开采与利用（包括不限于新旧技术的介绍与对比、国内外技术对比，目的是搞清楚煤层气作为一种自然资源是如何实现经济效益的）；一.煤层气背景介绍 1.我国煤层气资源分布我国大型煤矿区煤层气资源丰富,13个大型煤炭基地煤矿区埋藏深度1500m以浅,煤 ,煤 2. 12起,。3. 程等。地质载体特殊性煤层气的地质载体为煤层,煤炭本身就是能源开发的重要对象,这一自然属性更是有别于其他所有的化石能源矿产。煤层气与煤炭资源的同源同体的伴生性决定了这2种资源的开发必然有密不可分的内在关联。煤矿区煤炭资源的开采引起矿区岩层移

动的时空关系,影响着煤层气资源开发的钻井(孔)的布设、采气方法的选择和抽采效果等多个方面。鉴于上述特殊性,煤层气勘探开发技术既有常规天然气勘探开发技术的来源、借鉴甚至直接移植,又有自己的独特性,还有与采煤技术交叉融合的耦合特性,是一个与常规天然气和煤炭开发技术既有联系又有区别的复杂技术系统。 1. 三(多) , 2. 创新, 3. 前提下，协同开采技术得以发展和进步。如解放层开采、井上下联合抽采、煤炭与煤层气共同开采等就是其典型实例。 4.煤层卸压增透技术

对于煤层渗透率低和含气饱和度低的矿区须探索应用煤层卸压增透技术,提高煤层气抽采率。此类技术主要包括保护层开采卸压增透技术、深孔预裂爆破技术、深穿透射孔技术、高能气体压裂技术和高压水力增透技术等。三.近年来我国煤层气开采技术发展 1.勘探技术手段深化（eg 2~3倍；管、。）2. 活性变排量控制缝高技术、前置液粉砂多级段塞降滤失技术、前置液阶段停泵测试技术、大粒径/高强度支撑剂尾追技术、压后合理放喷控制技术等。针对多煤层地区,采用煤层和岩层组合分段压裂技术,可以有效提高单井产量和资源利用效率。

煤的指标与分类

煤炭成分的化验有专门的设备，主要是化验煤炭中所含的各种化学元素以及燃烧所能释放的能量值。煤炭的分类,可以按照标准分为一下数种: 无烟煤：高固定碳含量，高着火点（约360～420℃）,高真相对密度（1.35～1.90）,低挥发分产量和低氢含量。除了发电外，无烟煤主要作为气化原料（固定床气化发生炉）用于合成氨、民用燃料及型煤的生产等。一些低灰低硫高HGI的无烟煤也用于高炉喷吹的原料。贫煤：煤烟中煤级最高的煤，它的特征是：较高的着火点（350—360℃），高发热量，弱粘结性或不粘结。贫煤主要用于发电和电站锅炉燃料。使用贫煤时，将其与其他一些高挥发分煤配合使用也不失为一个好的途径。贫瘦煤：挥发分低，粘结性较差，可以单独用来炼焦。当与其他适合炼焦的煤种混合时，贫瘦煤的掺入将使焦炭产品的块度增大。贫瘦煤也可用于发电、电站锅炉和民用燃料等方面。典型的贫瘦煤产于山西省西山煤电公司。瘦煤：中度的挥发分和粘结性，主要用于炼焦。在炼焦过程中可能会产生一些胶质物，胶质层的厚度为6—10mm。由瘦煤单独炼焦产生的焦炭，机械强度较高但耐磨强度相对较差。除了那部分高灰高硫的瘦煤，瘦煤经常与其他煤种混合炼焦。焦煤：有很强的炼焦性，中等的挥发分（约16％—28％），焦煤是国内主要用于炼焦的煤种。由焦煤炼成的焦炭具有非常优良的性质，焦煤主要产于山西省和河北省。肥煤：中等或较高的挥发分（约25％—35％）和很强的粘结性，主要用于炼焦（一些高灰高硫的肥煤用来发电）。与其他煤级的煤相比，肥煤一般具有较高的硫含量。 1/3焦煤：介于焦煤、气煤和肥煤之间，具有较高的挥发分（类似于气煤），较强的粘结性（类似于肥煤）和很好的炼焦性（类似于焦煤），这也是它被称为1/3焦煤的原因。1/3焦煤由于其产量高而主要用于炼焦和发电。气肥煤：高挥发分（接近于气煤）和强的粘结性（接近于肥煤），它适用于焦化作用产生的城市燃气和与其他煤种混合炼焦以增加煤气、焦油等副产品的产量。气肥煤的显微组成与其他煤种有很大的差异，壳质组的含量相对较高。气煤：很高的挥发分和中度的粘结性，主要用于炼焦和发电。典型的气煤产于辽宁省。 1/2中粘煤：过度煤级的煤，在中国它只有很小一部分的储量和产量。其特征与一些气煤和弱粘煤类似。弱粘煤:煤化程度较低或中等煤化程度的煤，其粘结性很差，不能单独用于炼焦。由于其特殊的成因，弱粘煤具有较高的惰性组含量。典型的弱粘煤产于山西省大同市。不粘煤：早期煤化阶段曾被氧化过，因此它具有低发热量的特点。主要用于发电、气化和民用燃料等。不粘煤主要产于中国的西北部地区。长焰煤：煤化程度是所有烟煤中最低的。由于其燃烧时火焰较长而被称为长焰煤。主要用于发电、电站锅炉燃料等。辽宁省的长焰煤储量是全国最大的。

973项目申报书——2009CB930100-纳米生物材料的合成、组装及在生物医学领域的应用

项目名称：纳米生物材料的合成、组装及在生物医学领域的应用首席科学家：李峻柏国家纳米科学中心起止年限：2009.1至2013.8 依托部门：中国科学院

一、研究内容拟解决的关键科学问题本项目研究的主要关键科学问题是：通过模拟生物膜的结构与功能，利用分子组装技术制备具有纳米孔隙的生物材料，研究它们在生物体中的兼容性，作为药物支架如何担载和释放药物及在体外的稳定性，确定其作用机理和影响因素；探索组装的生物材料在生物体中的状态与排除功能，建立合成体系与生物体之间的联系与作用机制，研究其代谢过程，具体地： 1.通过模拟生物膜（生物相容的磷脂/蛋白质复合双层囊泡）研究和揭示细胞膜和其它生物膜的精细结构、生物功能及其相互关系； 2.分子组装，纳米模板合成和气/液界面相分离等组装单元的结构特征、组装过程、驱动力、影响因素和调控技术； 3.处于这些组装体中的生物活性物质的状态和功能评价，它们与组装体之间的相互作用和影响，寻求保持其生物活性的措施； 4.这些具有生物功能的组装体进入人体后的有益效果、作用机制、代谢过程和可能危害。考虑到各课题研究的具体对象、问题和目标不同，除上述共同的关键科学问题外，还各有其特殊的科学和技术问题要解决： 1.纳米孔隙的药物载体：构造生物兼容、生物降解的多功能化胶囊，包裹不同类型药物的最佳方法及药物的缓释；生物界面化胶囊及包裹药物胶囊的靶向释放，不同的类型中空胶囊作为药物和基因载体；智能化微胶囊的构造以及可控性研究；负载药物微胶囊的体外细胞试验及动物试验；多功能微胶囊用于药物载体的包裹和释放机理研究。 2.红血球替代物聚合物/血红蛋白纳米胶束（胶囊）：官能化乳酸共聚物的设计与合成，保证在水环境中实现自组装形成纳米胶束或胶囊；引入含有易与血红蛋白反应的官能团，保证反应不影响血红蛋白中的血红素活性中心；反应基团有足够数量，保证组装体中有足够的血红蛋白浓度；构筑聚合物/

中国煤层气勘探开发的哲学思考

自然辩证法研究 Vol115,No110,1999 ?博士文苑? 中国煤层气勘探开发的哲学思考傅　雪　海八十年代以来,由于在圣胡安盆地地面勘探开发煤层气取得了巨大的成功,我国引进了这一技术,并在煤层气地质理论研究和勘探开发实践中经历了曲折的探索,逐渐形成了适合我国地质特征的煤层气地质理论和勘探开发技术方法。这一成果的取得经历了由实践、认识、再实践、再认识的多次循环往复,目前正在向更高一级的认识迈进。本文试图从认识论、真理相对性和矛盾的普遍性与特殊性规律等方面来阐述中国煤层气勘探开发的历程和未来的发展前景。 1　煤层气的基本概念和勘探开发的意义煤层气是成煤和煤化作用过程中生成并储集在煤层内的一小部分气体,俗称瓦斯,主要成分是甲烷(CH4)。由于煤层气勘探开发具有能源、煤矿安全生产、环境保护等多重意义,日益受到我国政府和有关工业部门的高度重视。中国现代化建设面临能源问题的严重挑战,由于中国人口、资源、环境以及经济、科技等因素的制约,能源供应长期以来不能满足经济迅速增长的需要。因此,我国可持续发展的能源战略不同于发达国家,也有别于其他发展中国家。我国煤炭资源量(包括探明储量和远景资源量,-2000米以浅)约5157万亿吨左右〔1〕,1994年全国煤炭产量为12129亿吨〔2〕,资源量和产量均居世界前列。煤炭在我国能源结构中一直占70%以上。煤层气资源量约14万亿米3(甲烷含量大于4米3/吨,-2000米以浅)〔3〕,煤层气地面开发尚没有取得实际产能,但井下瓦斯抽放每年约6亿米3左右(146个矿井总计)〔2〕,其中利用的约4亿米3,其它2200多个矿井,煤层气(瓦斯)直接向大气中排放,年排放量约达100亿米3,既浪费了能源,又污染了环境。因此,地面勘探开发煤层气为保护我国能源战略的可持续发展有着深远的现实意义。 2　煤层气勘探开发的早期实践与认识实践是认识的来源,人的正确思想只能从社会实践中来,人们在实践活动中,通过自己的感觉器官同客观世界相接触,获得大量材料、信息,经过整理、加工,便形成了认识。离开人的实践活动,切断了主体和客体的联系,任何认识都是不能产生的。生产活动是最基本的实践活动,人类在煤矿开采实践活动中经历了一次又一次的煤与瓦斯突出,或瓦斯爆炸等灾害性事件,逐渐认识了煤内瓦斯气体是事故的主要原因,为了减少其对矿工的危害并改善矿井安全,人们尝试着从井下抽取瓦斯并获得了巨大的成功。并在此基础上系统地研究了煤中瓦斯的产生、储存和释放,瓦斯在煤层内流动方式及煤层开采前和开采期间的脱气机制等。认识的深化,固然以正确的思维作指导很重要,但更重要的是事实资料的发现和积累,而这些是同新工具、新技术和新方法的应用有着密切的联系。井下瓦斯抽放早期只能在采空区和巷道内进行,随着钻探技术水平的提高,在井下施工垂直和水平钻孔进行目的层抽放或临近层排放。抽放技术由开采后老窑抽放发展到边掘边抽和预抽,由自然抽放排空到水力压裂、爆破致裂,人工卸压抽放、运输、储集和利用。我国煤层气含量测试五十年代采用的是磨口瓶法,六十年代采用的是真空罐集气法(前苏联引进),八十年代以后,采用的是解吸法(美国引进),并颁布了标准M77-84(原煤炭部),统一了煤样的采取和测试步骤与方法,测试精度有了明显改善,近年 26

煤炭的各项指标

煤炭的各项指标第一个指标：水分。煤中水分分为内在水分、外在水分、结晶水和分解水。煤中水分过大是，不利于加工、运输等，燃烧时会影响热稳定性和热传导，炼焦时会降低焦产率和延长焦化周期。现在我们常报的水份指标有： 1、全水份（Mt），是煤中所有内在水份和外在水份的总和，也常用Mar表示。通常规定在8%以下。 2、空气干燥基水份(Mad)，指煤炭在空气干燥状态下所含的水份。也可以认为是内在水份，老的国家标准上有称之为“分析基水份”的。第二个指标：灰分指煤在燃烧的后留下的残渣。不是煤中矿物质总和，而是这些矿物质在化学和分解后的残余物。灰分高，说明煤中可燃成份较低。发热量就低。同时在精煤炼焦中，灰分高低决定焦炭的灰分。能常的灰分指标有空气干燥基灰分（Aad）、干燥基灰分（Ad）等。也有用收到基灰分的（Aar）。第三指标：挥发份（全称为挥发份产率）V 指煤中有机物和部分矿物质加热分解后的产物，不全是煤中固有成分，还有部分是热解产物，所以称挥发份产率。挥发份大小与煤的变质程度有关，煤炭变质量程度越高，挥发份产率就越低。在燃烧中，用来确定锅炉的型号；在炼焦中，用来确定配煤的比例；同时更是汽化和液化的重要指标。常使用的有空气干燥基挥发份（Vad）、干燥基挥发份（Vd）、干燥无灰基挥发份（Vdaf）和收到基挥发份（Var）。其中Vdaf是煤炭分类的重要指标之一。其他指标：煤炭的固定碳（FC）固定碳含量是指去除水分、灰分和挥发分之后的残留物，它是确定煤炭用途的重要指标。从100减去煤的水分、灰分和挥发分后的差值即为煤的固定碳含量。根据使用的计算挥发分的基准，可以计算出干基、干燥无灰基等不同基准的固定碳含量。发热量（Q）发热量是指单位质量的煤完全燃烧时所产生的热量，主要分为高位发热量和低位发热量。煤的高位发热量减去水的汽化热即是低位发热量。发热量的国标单位为百万焦耳/千克（MJ/KG）常用单位大卡/千克，换算关系为：1MJ/KG=239.14Kcal/kg;1J=0.239cal;1cal=4.18J。如发

煤炭五大常用指标

煤炭五大常用指标第一个指标：水分。煤中水分分为内在水分、外在水分、结晶水和分解水。煤中水分过大是，不利于加工、运输等，燃烧时会影响热稳定性和热传导，炼焦时会降低焦产率和延长焦化周期。现在我们常报的水份指标有： 1、全水份（Mt），是煤中所有内在水份和外在水份的总和，也常用Mar表示。通常规定在8%以下。 2、空气干燥基水份(Mad)，指煤炭在空气干燥状态下所含的水份。也可以认为是内在水份，老的国家标准上有称之为“分析基水份”的。第二个指标：灰分指煤在燃烧的后留下的残渣。不是煤中矿物质总和，而是这些矿物质在化学和分解后的残余物。灰分高，说明煤中可燃成份较低。发热量就低。同时在精煤炼焦中，灰分高低决定焦炭的灰分。能常的灰分指标有空气干燥基灰分（Aad）、干燥基灰分（Ad）等。也有用收到基灰分的（Aar）。第三指标：挥发份（全称为挥发份产率）V 指煤中有机物和部分矿物质加热分解后的产物，不全是煤中固有成分，还有部分是热解产物，所以称挥发份产率。挥发份大小与煤的变质程度有关，煤炭变质量程度越高，挥发份产率就越低。在燃烧中，用来确定锅炉的型号；在炼焦中，用来确定配煤的比例；同时更是汽化和液化的重要指标。常使用的有空气干燥基挥发份（Vad）、干燥基挥发份（Vd）、干燥无灰基挥发份（Vdaf）和收到基挥发份（Var）。其中Vdaf是煤炭分类的重要指标之一。第四个指标：固定碳不同于元素分析的碳，是根据水分、灰分和挥发份计算出来的。 FC+A+V+M=100 相关公式如下：FCad=100-Mad-Aad-Vad FCd=100-Ad-Vd FCdaf=100-Vdaf 第五个指标：全硫St 是煤中的有害元素，包括有机硫、无机硫。1%以下才可用于燃料。部分地区要求在0.6和0.8以下，现在常说的环保煤、绿色能源均指硫份较低的煤。常用指标有：空气干燥基全硫(St,ad）、干燥基全硫(St.d)及收到基全硫(St,ar)。

煤炭指标-煤炭的各项指标-六大指标

煤炭指标-煤炭的各项指标-六大指标来源:中国煤炭价格网数据整理煤炭六项基本指标：第一个指标：水分。煤中水分分为内在水分、外在水分、结晶水和分解水。煤中水分过大是，不利于加工、运输等，燃烧时会影响热稳定性和热传导，炼焦时会降低焦产率和延长焦化周期。现在我们常报的水份指标有： 1、全水份（Mt），是煤中所有内在水份和外在水份的总和，也常用Mar表示。通常规定在8%以下。 2、空气干燥基水份(Mad)，指煤炭在空气干燥状态下所含的水份。也可以认为是内在水份，老的国家标准上有称之为“分析基水份”的。第二个指标：灰分指煤在燃烧的后留下的残渣。不是煤中矿物质总和，而是这些矿物质在化学和分解后的残余物。灰分高，说明煤中可燃成份较低。发热量就低。同时在精煤炼焦中，灰分高低决定焦炭的灰分。能常的灰分指标有空气干燥基灰分（Aad）、干燥基灰分（Ad）等。也有用收到基灰分的（Aar）。

第三指标：挥发份（全称为挥发份产率）V 指煤中有机物和部分矿物质加热分解后的产物，不全是煤中固有成分，还有部分是热解产物，所以称挥发份产率。挥发份大小与煤的变质程度有关，煤炭变质量程度越高，挥发份产率就越低。在燃烧中，用来确定锅炉的型号；在炼焦中，用来确定配煤的比例；同时更是汽化和液化的重要指标。常使用的有空气干燥基挥发份（Vad）、干燥基挥发份（Vd）、干燥无灰基挥发份（Vdaf）和收到基挥发份（Var）。其中Vdaf是煤炭分类的重要指标之一。第四个指标：固定碳不同于元素分析的碳，是根据水分、灰分和挥发份计算出来的。 FC+A+V+M=100 相关公式如下：FCad=100-Mad-Aad-Vad FCd=100-Ad-Vd FCdaf=100-Vdaf 第五个指标：全硫St 是煤中的有害元素，包括有机硫、无机硫。1%以下才可用于燃料。部分地区要求在和以下，现在常说的环保煤、绿色能源均指硫份较低的煤。常用指标有：空气干燥基全硫(St,ad）、干燥基全硫及收到基全硫(St,ar)。

973项目申报书——2009CB623200-环境友好现代混凝土的基础研究

项目名称：环境友好现代混凝土的基础研究首席科学家：李宗津东南大学起止年限：2009.1至2013.8 依托部门：江苏省科技厅教育部

一、研究内容环境友好建筑材料的基本要求是低污染、低能耗及高性能。现代混凝土的发展实现了辅料（主要是工业废渣）的充分和高效利用，降低了环境污染，节约了能源和资源，同时大幅度的提高了抗压强度与流动性。从这一观点出发，现代混凝土属环境友好的建筑材料。但是现代混凝土又具有胶凝材料用量大，组分复杂，水胶比低的特点，早期易开裂，为有害物质侵入创造了条件，导致了其性能的严重衰减，甚至过早地退出服役，造成大量的经济损失、能源与资源的严重浪费及大量废弃物的污染。因此，要真正实现现代混凝土的环境友好，必须有效地提高现代混凝土的服役寿命。关键科学问题一：现代混凝土微观结构形成机理及其与宏观性能的关系现代混凝土结构的服役性衰退是一由材料到结构的渐进过程。对这一过程的正确描述依赖于对现代混凝土从微观到宏观的科学认识。在现代混凝土的组分中，水泥基胶凝材料起着将其它组分固结在一起的重要作用。胶凝材料在水化过程中形成的微结构是现代混凝土的基因，其分布与组合影响着现代混凝土的各项宏观性能。因此，探讨现代混凝土复杂的硬化浆体微观结构形成机理并提炼其微结构模型是本项目的重大科学问题。围绕这一科学问题，本项目将展开水泥熟料组成与水化活性关系的研究，水泥熟料组成与结构优化的研究，特别要研究高胶凝性水泥熟料与辅料复合优化，各组分对微结构形成的影响，组分之间的交互作用，水化速率与水化度对微结构的影响，提炼现代混凝土的微结构模型，研究微结构形成的诱导与控制途径。总之，通过先进测试技术及高效计算机模拟等研究手段，探索现代混凝土材料微结构形成机理。通过掌握微结构形成机理，研究微结构的优化理论，实现按终端用途对现代混凝土进行材料设计的飞跃。建立现代混凝土的微结构模型之后，我们需要将其与宏观性能有机的联系起来。围绕这一目标，我们将探讨微结构对现代混凝土弹性系数的影响，确定典型的代表性体积单元，通过多尺度过渡途径，确定微结构与宏观本构之间的联系，建立力学宏观本构关系及基于多孔介质力学的混凝土传输本构关系。关键科学问题二：现代混凝土在化学-力学因素耦合作用下微结构的演化与损伤机理现代混凝土服役过程中既承受荷载（静载,动载）又经受环境的双重和多

煤层气勘探开发测井技术的实际应用研究

煤层气勘探开发测井技术的实际应用研究随着科学技术的不断进步，对煤层气勘探开发测井技术的应用也提出了更高的要求。然而现阶段煤层气测井技术仍存在一定的问题使其实际应用效果无法真正发挥出来。因此本文将对煤层测井技术的基本概述、存在的问题及其完善策略进行探析标签：煤层气；勘探开发；测井技术；实际应用前言：近年来，国内的煤层气测井技术在实际应用中已取得突破性的成就。但相比发多国家对该技术的应用，我国的煤层气测井技术在勘探开发方面仍处于较为落后阶段。因此，如何在测井技术方面进行完善并对其实际应用进行研究具有十分重要的意义。一、煤层气测井技术的基本概述煤层气测井技术的发展主要依托于石油与煤田艮期应用的测井技术。其中煤田测井技术使用的方式一般较为简单，往往局限在标定的煤层，而油气的勘探开发主要得益于石油测井，尤其曾经技术逐渐向高精度方向发展，使油藏地质特性能够被准确的描述与分析出来。目前对煤层气测井技术主要集中在采集技术与解释评价技术两方面。在采集技术方面，国内外目前常用的测井技术终端煤层标定通常包括井径、自然伽马、双侧向以及声波时差等方面，另外许多辅助性的技术如自然温度或自然电位等也逐渐应用于实践中。在解释评价技术方面，国内的技术进展可从四个角度分析。首先。评价含煤性过程中，对煤层识别及其厚度的确定比较完善。其次，评价可采性或含气性过程中，南于地区性限制，使用的多为定性分析的方式，因此测井技术在此方面应进一步完善。再次，从处理技术角度，国内所利用的非线性处理技术已取得一定的成就，特别对煤层气储层的评价指标与方法的研究也逐渐趋于完善。最后，综合评价煤层气储层方面，相关的参数如岩石力学、封盖层以及含气量等已有定量的解释，并对勘探开发提出了配套的计算处理程序[l]。二、煤气层测井技术应用存在的问题分析根据许多学者研究以及煤层气实际勘探开发活动，测井技术当前存在的问题具体体现在对含气量、热值以及灰分等煤阶的识别、对作业效果及煤层的评价、对生产过程的监控以及技术规范化等方面。（一）煤储层含气量的计算与煤质的评价计算煤储层含气量时，常用声波时差以及中子便可对天然气层进行判断，但煤层自身由于孔隙过低且存有大量的水，导致其中的吸附气过少，使得煤储层含气量很难通过现有的方式进行计算。同时，由于煤自身的储存物质较难确定，且地质特点与煤阶的不同对挥发分与灰分的成分也会产生很大的影响，所以计算煤

煤炭的各种指标

煤炭的各种质量指标 1发热量(Q)：是指单位质量的煤完全燃烧时所产生的热量，主要分为高位发热量和低位发热量。煤的高位发热量减去水的汽化热即是低位发热量。发热量国际单位是百万焦耳/千克(MJ/kg)常用单位：大卡/千克，换算关系是：1MJ/kg= 239."14kcal/kg；1J= 0."239kcal；1cal= 4."18J。国际贸易通用发热量标准为空气干燥基高位发热量(Qgr,ad)，它较为准确的反映煤的真实品质，不受水分等外界因素影响。在同等水分、灰分等条件下，空气干燥基高位发热量比受到基低位发热量高 1.25MJ/kg(300kcal/kg)左右。 2挥发分(V)：是指煤在高温和隔绝空气的条件下加热时，所排出的气体和液体状态的产物称为挥发分。挥发分的主要成分为甲烷、氢及其他碳氢化合物等。它是鉴别煤炭类别和质量的重要标准之一。"一般来说，随着煤炭变质程度的增加，煤炭的挥发分降低。褐煤、气煤挥发分较高，瘦煤、无烟煤挥发分较低。 3灰分(A)：灰分的来源和种类，煤灰几乎全部来源于煤中矿物质，但是煤在燃烧时，矿物质大部分被氧化、分解，并失去结晶水，因此，煤灰的组成和含量与煤中的矿物质的组成和含量差别横大。我们一般所说的煤的灰分实际就是煤灰产率，煤中的矿物质和灰分的来源一般可分为三种：

（1）原生矿物质：它是原来存在于成煤植物中的矿物质，物质紧密地结合在一起，极难用机械的方法将其分开。它燃烧后形成母体灰分，这部分数量很少。（2）次生矿物质：当死亡植质堆积和菌解时，由风和水带来的细粘土、沙粒或由水中的钙、镁、铁离子生成的腐植酸盐及FeS2等混入而成，在煤中成包裹体存在。用显微镜观察煤的光片或薄片时，如它们均匀分布在煤中，并且颗粒很细，则难与煤分离；如它们颗粒较大，比重与差很大，并在煤中分布不均，则把煤破碎后尚可能将它们洗选掉。煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为内在矿物质。来自于内在矿物质的灰分，称为内在灰分。一般次生矿物质在煤中的含量不多，仅有少数煤层中次生矿物质较多，如迁移堆积形成的煤层就是如此。（3）外来矿物质：这种矿物质原来不含于煤层中，它由在采煤过程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。就其数量多少，根据开采条件不同而有很大的波动。它的主要成分是 SiO2 Al2O3也有一些CaSO3 CaSO4 FeS2等。这类矿物质应通过加强质量管理、灵活利用炸药、巩固坑道、合理采煤并通过转筒筛选机筛选和手选的方法予以减少。外来矿物质的块度，比重越大越容易分离，可用一般选煤的方法将它除掉。外来矿物质在煤燃烧时形成的灰分称为外在灰分。 4水分(M)：分为外在水分和内在水分：外在水分Wwz：外在水分是指在煤开采、运输和洗选过程中润湿在煤的外表记忆大毛细孔（直径>10-5厘米）中的水。它几机械方式与煤连结着，较易蒸发，其蒸汽压与纯水的蒸汽相等。在空气中放置时，外在水分不断蒸发，直至煤中水分的蒸汽

973项目申报书——2009CB220100-新型二次电池及相关能源材料的基础研究

项目名称：新型二次电池及相关能源材料的基础研究首席科学家：吴锋北京理工大学起止年限：2009.1至2013.8 依托部门：国家工业和信息化部

一、研究内容随着微电子、信息和新能源技术的飞速发展，对二次电池性能提出了越来越高的指标要求，而现有电池体系在能量密度和功率密度等方面的提升空间有限，迫切需要发展基于新构思、新材料和新技术的二次电池新体系。本项目根据项目的总体设想，以大幅度提高二次电池的能量密度、功率密度和安全性为目标，围绕轻元素化合物多电子反应实现途径、快速电极反应过程与相关材料和应用环境下电池材料与性能的演变三个关键科学问题，进行以下方面的深入系统研究： 1．轻元素化合物的电化学反应性质。以具备多电子反应潜力的轻元素化合物为重点研究目标，研究这类化合物的电化学反应性质和影响反应可逆性的因素与解决途径，构建高能量密度二次电池新体系。 2．快速电极反应过程与相关材料。对于已知的快速电化学氧化还原反应，探索符合电池应用的材料体系，研究这类新材料的电荷转移与传输的动力学性质，适宜的电极结构和电解质体系，揭示相关反应机理，发展可实用化的高功率二次电池体系。 3．二次电池安全性机制与控制技术。研究高容量与高功率电池在应用环境或滥用条件下自身安全保护的机制，研究电池添加剂，解决有机溶剂电池的可燃性和气胀，重点研究内禀式、自激发、可逆性的安全机制。 4．材料的表面结构与功能调控。研究用于电极材料化学稳定性、热稳定性、形态稳定性的表面修饰方法；抑制电池副反应和改善充放电效率的材料表面改性方法；典型电极材料体系的表面结构与应用性质。 5．电池性能演变过程的研究。研究电极活性材料和电极结构在长期循环下微结构变化的机制及其与性能变化的关系，不同荷电状态下材料结构和电极结构的演变规律，电极结构和状态的准确表征和智能控制。 6．二次电池的资源利用与环境保护。结合我国资源状况，研究和选择高性价比的电极材料，探索其在现有二次电池体系中的应用；探索电池修复与再生的有效技术途径，进行电池材料的资源再生处理，实现资源的有效利用。 7．二次电池检测新原理与节能技术。研究数字化高频开关恒流源的优化拓扑结

煤层气勘探开发新技术与理论评价分析实用手册

煤层气勘探开发新技术与理论评价分析实用手册主编：编委会出版社：煤炭科技出版社2011 年规格：全一卷16 开精装定价：380 元优惠价：310 元 xx 本书收录了2010年全国煤层气学术研讨会论文80 篇，内容包括地质理论新认识，煤层气的选区评价和经济评价、煤层气勘探开发适用工艺技术、地面集输技术、煤层气综合利用技术以及我国煤层气开发前景展望等方面的文章。本书可供从事煤层气勘探、开发、工程等方面的科技人员参考。目录第一篇煤层气地质理论与选区评价基于动力学条件的煤层气富集高渗区优选理论与方法煤层气开发地质学及其研究的内容与方法煤层含气量校正系数研究我国煤层气选区评价参数标准初步研究基于压汞毛细管压力曲线的煤储层孔隙结构特征研究煤层气物质平衡方程通式的推导与动态地质储量预测煤中残余气含量预测方法研究几种关键压力的控制因素及其对煤层气井产能的影响煤变质作用对煤吸附能

力的控制作用机理高温高压煤层岩心动态污染评价系统的研制与应用水饱和煤样三轴力学实验研究利用测井、气测资料评价煤层含气性研究与应用国内外中煤阶煤层C02气体埋存可行性分析 xx 比德向斜煤层气的吸附／解吸特征研究沁水盆地不同煤阶煤相渗规律实验和模型研究 xx 盆地煤层气成藏控气作用研究 xx 盆地南部含气饱和度研究深部煤层含气性及其地质控因深部煤层xx 特征研究现状及展望 xx 昭通盆地新近系褐煤地球化学特征 xx 向斜煤层重烃浓度异常及其成因探讨 xxxx地区煤层气储层特征 xxxx地区煤系地层对比特征 xx 陆块煤层气勘探方向及高效开发潜势 xxxx地区煤层气资源评价及勘探开发方向鄂尔多斯盆地侏罗系煤层气勘探开发潜力评价大宁—吉县地区煤层气地质特征及富集高产主控因素分析山西省沁水煤田煤层气资源量预测及开发潜力沁水盆地柿庄南区块固县地区煤层气资源潜力评价河南省焦作区块煤层气开发潜力评价及市场前景分析xx 煤层气勘探开发前景展望 xx 东部xx 地区煤层气潜力分析 XXXXXX狮王寺勘查区煤层气浅析

973项目申报书——2011CB706700-G光学自由曲面制造的基础研究

项目名称：光学自由曲面制造的基础研究首席科学家：房丰洲天津大学起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：教育部天津市科委

二、预期目标（1）总体目标针对国家发展的重大需求对光学自由曲面制造技术的要求，深入研究并解决光学自由曲面制造中的重大关键基础科学问题，揭示自由曲面成型过程中纳观尺度材料迁移新理论，掌握和研究光学自由曲面高效、纳米级精度加工工艺技术及装备的共性基础问题，发展具有自主知识产权、具有国际先进水平的高精度、可控面形的光学自由曲面加工技术，培育我国光学自由曲面加工领域在国际上具有重要影响的学术带头人和创新团队，推动我国制造技术基础理论研究，确立在光学自由曲面制造领域国际竞争中的优势地位，增强光学自由曲面核心关键器件自主创新能力，并将光学自由曲面制造理论向更多领域纵深发展，推动我国科技进步。（2）五年预期目标在理论研究方面：解决光学自由曲面制造中的关键科学问题，为实现高精度、高效率和高可靠性的光学自由曲面制造技术与装备提供理论基础，跻身于国际制造科学研究领域的前沿。 ?揭示光学自由曲面加工装备多体多态动力学行为与精度稳定性的映射规律、时变工况激励下控制系统与机械结构耦合动态特征对加工精度的扰动规律，建立几何/物理/材料关联约束条件下光学自由曲面的空间机构构型创新设计与优化理论； ?揭示光学自由曲面非均匀变流向纳观材料迁移规律，建立曲面成形过程中跨尺度材料特性演变、表层及近表层材料结构变化等基础理论； ?揭示光学自由曲面物理再构过程中加工工具在力、热和化学等多场耦合环境下与加工材料之间相互作用和微观力学行为，建立加工工具的失效形式及其加工性能的演变理论； ?揭示多物理场辅助下纳米切削行为、离子注入表面改性后的硬脆材料切削规律，建立工具磨损抑制及材料学分析测试理论。在技术应用方面：