1、2011.8-2012.8美国弗吉尼亚理工大学访问学者申请人所在单位为资源与安全工程学院、煤炭资源与安全开采”国家重点实验室和国家安全生产技术支撑体系国家级专业中心“矿山顶板与冲击地压灾害事 故分析鉴定实验室”。煤炭资源与安全开采国家重点实验室是以中国矿业大学原“ 煤炭资源教育部重点实验室、“岩石破坏力学”北京市重点实验室和矿山开采与安全 “教育部重点实验室为基础，整合岩石力学与岩层控制、“矿业安全工程和放顶 煤开采实验室”煤炭工业部重点实验室等优势资源组建而成，2006年7月获科技部批 准建设，2009年9月实验室通过科技部验收。煤炭资源与安全开采国家重点实验室 是我国煤炭系统建立的第一个国
2、家重点实验室。实验室现有固定资产8700万元、大型仪器没备61台、场地10120平方米。现 所在平台、基地、有研究人员61人，其中中国工程院院士 5人、“长江学者奖励计 划特聘教授5人、团队简况国家杰出青年基金获得者5人、全国百篇优秀博士论 文获得者6人、教育部跨世纪（新世纪）优秀人才18人、国家自然科学基金项目创新研究群体1个、教育部” 长江学者和创新团队发展计划创新团队1个。实验室以矿产普查与勘探、采矿工程”、安全及技术工程“、工程力学、岩土工程等5个国家重点学科为依托，形成了“煤炭资源特性基础地质理论“、煤炭开采的地质保障理论和技术、“煤炭绿色开采的关键理论和技术、“煤矿重 大灾害防治的
3、关键理论与技术”4个具有特色的研究方向，现已成为我国煤炭资源特 性与安全开采科学研究与人才培养的重要基地之一。二、申请人主要学术贡献、重要创新成果及其科学价值或社会经济意义（本栏 主要填写近五年取得的学术成绩，五年前取得的特别突出的学术贡献和重要成果也 可在此栏反映）申请人近年来以煤矿煤岩瓦斯动力灾害预防理论与技术为研究主线，对含瓦斯 煤体物理力学特性、煤岩电磁辐射规律及动力灾害预测技术基础、煤矿瓦斯爆炸阻 隔爆技术基础、煤矿瓦斯灾害防治技术等关键问题，在国内相关领域专家的指导 下，开展了较系统的研究，取得一些具有理论和实际意义的创新性成果。1）从微观、细观和宏观方面深入研究了煤层瓦斯吸附本质
4、及瓦斯在煤体中扩散 的微观机理、煤层瓦斯渗流规律，建立了含瓦斯煤体损伤力学本构模型，为揭示煤 与瓦斯突出机理和瓦斯灾害防治奠定了基础。我国煤矿瓦斯灾害严重，对其预防是煤矿技术人员的重要难题，必须要研究孕 育突出的含瓦斯煤体的介质属性，以及瓦斯气体在煤体中的储存和运移规律。通过 承担“973”计划子课题、国家自然基金、霍英东青年教师基金、北京市科技新星 计划等课题，从微观、细观和宏观方面深入研究了瓦斯气体在煤体中吸附和瓦斯在 煤体中扩散的机理及含瓦斯煤体的物理力学属性。煤对瓦斯有较强的吸附性，从本 质上来说是由于煤表面分子和瓦斯气体分子电引力作用的结果，估算了不同瓦斯气 体和煤体表面分子的相互作
5、用能，揭示了外加场影响瓦斯吸附解吸的微观机理是影 响了煤对瓦斯分子的相互作用能。瓦斯在煤层不同孔隙中的扩散形式主要有菲克型 扩散、诺森扩散、过渡型扩散、表面扩散和晶体扩散等几种模式，在煤体不同孔隙 中扩散的模式不同，从而制约了煤层瓦斯抽放的效果。在此基础上，建立了第三类 边界条件下的煤粒瓦斯扩散方程，并得出了解析解。研制了真三轴含瓦斯煤体力学 及渗流实验装置，得出了真三轴煤体瓦斯渗流规律;并开发了能够用于工业CT的三 轴含瓦斯煤体加载实验装置，利用CT技术从细观上研究了含瓦斯煤体的吸附变形 细观规律和实时加载条件下的含瓦斯煤体变形破坏规律，发现煤体吸附瓦斯过程总 体上是吸附膨胀，但是从细观上是
6、非均匀的，某些区域是膨胀的、某些区域是收缩 的;建立了能够适应加载全过程的含瓦斯煤体蠕变损伤本构方程。研究成果发表论文30余篇，受到广泛关注和引用，2009年受邀担任 International Symposium onPrevention and Control of Gas Disaster in Coal Mine 副主席，并做大会 特邀报告；2011 年担任 First International Symposium on Mine Safety Science and Engineering学术委员及大会秘书长;并做分会场特邀报告；2010年印度参加 ISRM Internation
7、al Symposium 2010 and 6th Asian Rock Mechanics Symposium 并做分会场报告，2012年在参加美国芝加哥举行的46th US Rock Mechanics / Geomechanics Symposium并做分会场报告。瓦斯气体在煤层中的扩散机理及模 式、孔隙气体在煤层中扩散的机理、煤吸附瓦斯的本质被他引55次、 46、45 次。文章 aResearch on coal and gas outbursts caused by vibration blasting（第1作者）、Experimental research on displacin
8、g coal bed methane with supercritical C02”（第二作者、通讯作者）、Classification technique for danger classes of coal and gas outburst in deep coal mines”（第三作 者）相继发表在Safety Science（SCI,影响因子1.724）,得到他人引用。获得 发明专利5项：“一种含流体CT扫描的近程可控加载方法及装备”（排名第 一）“注液自升压装置”（排名第三）、“恒压阀及渗流实验系统”（排名第二）、“重力液压恒载蓄能装置及真三轴蠕变实验系统”（排名第三）；实用新型专
9、利1 项：“一种含流体CT扫描的远程可控加载装置”。研究成果获得中国高校自然科学 二等奖1项（2007年，排名第2）、煤炭工业科技进步二等奖1项（2000年，排名第 7）o2）研究了复杂加载条件下的煤岩电磁辐射规律，首次建立了煤岩力电耦合模 型，提出了煤岩动力灾害的三级预警技术方法，参与开发了煤岩动力灾害电磁辐射预警技术及装 备，并得到了推广应用。煤与瓦斯突出、冲击矿压是煤矿严重的动力灾害，对其进行预测是煤矿生产过 程中最重要的工作，如何在传统预测方法基础上提高准确率是煤矿现场亟待解决的 难题。申请人在前辈的带领和指导下，通过主持完成中国博士后基金、教育部新世 纪优秀人才计划项目，参加完成的2
10、项国家自然基金面上项目、1项杰出青年基金 等项目，深入研究了含瓦斯煤岩电磁辐射效应规律、机理及预测方法。本人的主要 贡献如下:实验研究了剪切、劈裂、摩擦、组合煤岩体等各种复杂应力条件下煤岩 体的电磁辐射效应规律特征，分析了其频谱特征;利用电磁场模拟软件对煤岩电磁 辐射场和电磁辐射接收天线进行了模拟，为天线选型提供了理论基础;首次建立了 基于损伤力学和统计力学的煤岩力电耦合模型，为定量研究电磁辐射规律、模拟煤 岩破坏过程提供了理论基础;在力电耦合模型、大量实验和理论分析基础上，提出 了煤与瓦斯突出、冲击矿压等煤岩动力灾害的三级预警技术方法，为提高预测准确 率奠定了基础。申请人参与开发了煤岩动力灾
11、害电磁辐射预警技术及装备，现场开 展了电磁辐射监测预报煤与瓦斯突出、冲击矿压等动力灾害工业性试验和推广应 用，并利用电磁辐射技术测试了煤岩体相对应力随采掘推进的变化规律。电磁辐射 技术及装备已在全国40多个煤矿（区）进行了应用，取得了显著的社会效益和经济 效益。研究成果被列为国家科技成果重点推广计划项目和国家安监总局优秀科技推 广项目。研究成果出版专著1部、发表论文40余篇，被他人多次引用。2002年参加第 二届全国地学博士后学术研讨会担任分会场主席，并做分会场报告;2004年参加第 八届全国电波传播学术年会，并做报告，论文“煤岩动力灾害非接触电磁辐射监测 系统及应用”获得中国电子学会电波传播
12、年会青年优秀论文和中国电子学会优秀论 文；2010 年担任 The 9th International Symposium on Antennas, Propagation, and EMTheory分会场主席。著作煤岩流变电磁动力学被他引105次，论文煤与 瓦斯突出预测技术研究现状及发展趋势、电磁辐射法预测煤与瓦斯突出原 理、电磁辐射法预测煤矿冲击地压、矿井煤岩动力灾害电磁辐射预警技 术分别被他引116次、114次、47次、27次。文章Research progress on electromagnetic radiation in gas-containing coal and rock
13、fracture and its applications”（第二作者）发表在 Safety Science（2012 年，SCI 录用， 影响因子 L 402）; “Electromagnetic emission theory and its applicationto dynamic phenomena in coal-rock（第三作者）、“Electromagnetic emission graded warning model and itsapplications against coal rock dynamic col lapses （第四作者）发表在 Internation
14、al Journal of Rock Mechanicsand Mining Sciences （SCI录用，影响因子1.272）, “煤矿采掘过程中煤岩体 电磁辐射特征及应用”（第五作者）发表在地球物理学报（SCI收录，影响因子 0. 844）,被他人引用43次。研究成果获得中国职业健康安全协会科技进步二等奖 1项（2010年，排名第一）、全国安全生产成果二等奖2项（2009年，排名第 一;2003年，排名第二）、中国高校科技进步二等奖1项（2002年，排名第八）。研 究成果还获得国家科技进步二等奖1项（2007年，排名第四）。3）提出了利用高速摄影图像计算瓦斯爆炸全过程火焰速度的方法，研究
15、了泡沫 陶瓷等材料抑制瓦斯爆炸冲击波和火焰的传播规律，首次提出了利用泡沫陶瓷对多 次爆炸和连续爆炸阻隔爆的技术原理和方法。矿井瓦斯爆炸造成矿山工作人员群死群伤，严重威胁着矿井的安全开采。研究 瓦斯、煤尘爆炸所产生火焰及冲击波传播规律是预防和减弱井下瓦斯爆炸后果的基 础。目前井下常用的瓦斯阻隔爆技术均是对一次爆炸产生作用的，对于多次爆炸和 连续爆炸无法有效抑制。申请人通过承担和参加国家十一五科技支撑计划、国家自 然科学基金、北京理工大学重点实验室开放基金多项课题，较系统研究了瓦斯、煤尘爆炸火焰的细微结构，开创性的提出了利用瓦斯爆炸高速火焰图像定量计算 爆炸全过程的火焰动态传播速度，突破了以前仅利
16、用高速摄影图像计算火焰前锋传 播速度、其余大量图像仅做定性分析的局限;较深入研究了泡沫陶瓷影响瓦斯爆炸 火焰和冲击波的传播规律，分析了泡沫陶瓷抑爆的机理，首次提出了利用泡沫陶瓷 对多次爆炸和连续爆炸抑爆的技术原理和方法。研究成果为煤矿瓦斯多次爆炸和连 续爆炸的阻隔爆技术奠定了理论基础。研究成果发表论文10余篇。论文“The roles of foam ceramics insuppression of gas explosion overpressure and quenching of flame propagation 发表在Journal of HazardousMaterials（20
17、11年，SCI收录，第一作者，影响因子4.173）,被SCI他引10 余次。国际会议”2012 International Conference on Geology of Mineral Deposits组织委员会邀请申请人参加该学术会议，并做泡沫陶瓷抑制瓦斯爆炸的 进展报告，对该文章的创新性进行了肯定（由于工作原因，没有参加该会议）。4）在煤矿瓦斯灾害防治技术方面，开发研制了高压脉动注水防治煤与瓦斯突出 的技术方法和利用磨料水射流技术进行上隅角瓦斯防治的技术方法及相关装备。深入研究了煤体吸附水的微观机理及水对煤体的损伤机制，研究提出了利用高 压脉动注水防治煤与瓦斯突出的技术方法，并开发研制
18、了高压脉动注水系统，进行 了工业性试验，提出了利用磁化表面活性剂溶液煤层注水的技术方法，并在现场得 到实施，在应用矿井取得了较好的安全效益;针对上隅角瓦斯容易超限和目前煤矿 的实际条件开展了利用前混合式磨料水射流技术安全切割上隅角金属锚杆锚索、诱 导放顶，防止上隅角瓦斯积聚的技术方法，实验室研究揭示了前混合式磨料水射流 切割金属材料、岩石类材料的规律，通过数值模拟分析了磨料喷嘴、磨料罐体内的 高压水、磨料两相流体压力、速度的分布规律，并开发了配套的装备和技术。获得 国家发明专利2项：“一种采矿过程中矿层注水的方法”、“高压脉动注水防治煤 岩动力灾害的方法及装备”；实用新型专利2项：“矿用磨料水
19、射流切割方法及装 置”、“高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装置”。研究成果发表论文20余篇，被广泛关注和多次引用。2008年担任2008 Shenyang InternationalColloquium on Safety Science and Technology 分会场主席，并做分会场特 邀报告；2009 年在日本参加 9th Pacific Rim International Conference on Water Jetting Technology,并做了分会场报告。煤吸附水的微观机理被引用 43次。项目成果入选国家能源局煤矿瓦斯治理和利用先进适用技术成果，获得全 国安全生产科技成果
20、二等奖1项（2012年，排名第二）。三、申请人近五年主要学术成就情况3.1近五年申请人承担主要科研项目（10项以内）序项目经费排项目性质及来源*起始年度终止年度项目名称号（万元）序1声场强化煤层瓦斯解吸扩国家自然科学基金青年基222005 2007 1散渗流的应用基础研究金2采场含瓦斯煤岩体动态监科技部“十五”科技攻关计30 2005 1 2007 测技术划3煤岩动力过程电磁辐射测国家自然科学基金仪器专802005 2 2007 试及分析系统研制项4煤体加载全过程的渗流规科技部“973”计划子课题45. 192005 2010 1律5高压脉动疲劳注水防治煤科技部“十一五”科技支撑185 200
21、62010 1 与瓦斯突出技术及装备计划6教育部新世纪优秀人才支教育部新世纪优秀人才支502008 2010 1持计划持计划7煤体瓦斯吸附动态过程及国家自然科学基金面上项33 20092011 1变形的细观CT观测及机理目研究8不同尺度破断煤岩体瓦斯科技部“973”计划子课题30（前两2011 2015 1 吸附、解吸规律年）9海外名师计划项目国家外国专家局和教育部1002009 2014 1“海外名师计划”项目10煤矿安全放顶的前混合磨教育部科学技术研究重点10 2008 2010 1料水射流切割技术研究项目* “项目性质及来源” 一项，请填写项目的性质，如“美国国家科学基金项目”、“美国N
22、IH基金项目”、“国家杰出青年科学基金”、“国家自然科学基金 重点项目”、“863项目子课题”、“国家社会科学基金项目”、“教育部人文社 会科学研究项目”、“北京市哲学社会科学规划项目”等3. 2近五年申请人重要科研获奖情况（10项以内）*序奖励排获奖项目名称奖励名称授奖单位及国别奖励年度号等级序1煤 矿冲击矿压电磁辐射监国家科技进步奖二等中国国务院20074测预警技术与装备及其应用2二等2007煤岩损伤动力学的理论与高等学校自然科学奖中国教育部 2实验研究3煤岩力电耦合理论及采场二等中国国职业安全2010中国职业安 全健康协1煤岩体应力场动态监测技健康协会会科学技术奖术4采场煤岩体动态监测技
23、术二等中国国家安全生2009 1全国安全生产成果 奖产监督管理总局5磨料水射流切割顶板锚索全国安全生产成果奖二等中国 国家安全生20112锁具技术与配套装备研发产监督管理总局6中国青年科技奖中国科协20111*本栏自然科学学科申请人填写国家级科技奖励（国家自然科学奖、国家发明 奖、国家科技进步奖）、省部级科技奖励（二等以上）和国际学术性奖励;人文社会学 科申请人仅填写国家科技进步奖、省部级奖励（如中国高校人文社会科学研究优秀 成果奖、北京市哲学社会科学优秀成果奖等）、各类全国性的基金奖（如霍英东科研 优秀成果奖以及孙冶方研究基金会、吴玉章研究基金会、陶行知研究基金会颁发的 社科优秀成果奖）和国
24、际学术性奖励。3. 3近五年申请人代表性著作、论文情况（15篇以内）序著作或论文名称；出版单位或发表刊物名称;期号、起止页码;所有著、作者 姓名；出版或发表年号 度;是否被SCI、EI、SSCI、CSSCI收录1 Baisheng Nie, Xiangchun Li. Research on coal and gas outbursts caused by vibration blasting. SafetyScience, Volume 50, Issue 4, April 2012, Pages 741 - 744（SCI, IF:1. 402）Baisheng Nie, Xueqiu H
25、e, Ruming Zhang, Wenxue Chen, JinfengZhang. The roles of foam ceramics in 2suppression of gas explosion overpressure and quenching of flame propagation. Journal of HazardousMaterials, 2011, 192 （2）: 741-747（SCI, IF:4. 173） Xueqiu He, Baisheng Nie, Wenxue Chen, Enyuan Wang, Linming Dou, Yunhai Wang,
26、Mingju Liu, Mitri 3Hani. Research progress on electromagnetic radiation in gascontaining coal and rock fracture and itsapplications. Safety Science, Volume 50, Issue 4, April 2012, Pages728 -735（SCI, IF: 1.402）Tao Yang, Baisheng Nie, Dong Yang, Ruming Zhang, Caihong Zhao.Experimental research on dis
27、placing 4coal bed methane with supercritical CO. Safety Science, Volume50, Issue 4, April 2012, Pages 2899 - 902 （SCI, IF:Xueqiu He, Wenxue Chen, Baisheng Nie, Ming Zhang. Classification technique for danger classes of coal 5and gas outburst in deep coal mines. Safety Science, 2010 （48）:173 -178（SCI
28、 , IF:Xueqiu He, Wenxue Chen, Baisheng Nie, Hani Mitri. Electromagnetic emission theory and its application6 to dynamic phenomena in coal-rock. International Journal of RockMechanics and Mining Sciences, 2011, 48 （8）: 1352-1358（SCI, IF:1. 272）Wang, EY; He, XQ; Wei, JP; Nie, BS; Zhao, EL; Liu, ZT. Th
29、e Coupling Model of Stress and Electricity of7 EME of Coal or Rock. Journal of Mining Science, 2010,46（4）:367-374, （SCI, IF:0. 189）Enyuan Wang, Xueqiu He, Jianping Wei, Baisheng Nie and Dazhao Song.Electromagnetic emission 8graded warning model and its applications against coal rock dynamic collapse
30、s. International Journal ofRock Mechanics and Mining Sciences, 2011,48 （4）:556-564（SCI, IF:NIE Bai-sheng, MENG Jun-qing, JI Zong-feng. Numerical SimulationResearch of Liquid-solid 9Two-phase Flow in Abrasive Water Jet Nozzle. Journal of BeijingInstitute of Technology, 2009, 18（2）:157-161 （EI）聂百胜,何学秋,王恩元,李钢,刘文波.煤岩力电耦合模型及其
