理论研究方面          

①以CFD理论为研究基础，进行了矿山采掘面风流场-粉尘场多相流动数值模拟分析，准确得到了普通采高、大采高综采工作面与综掘面单压、长压短抽及长压短抽结合传统附壁风筒通风方式下不同粒级粉尘颗粒运动迹线、风流诱导偏离流线、沉降行为以及累积质量分布等粉尘时空演化规律，为矿山采掘面控除尘方法及技术研发奠定了基础。

矿山采掘面风流-粉尘流动规律数值模拟

②针对开采扰动下矿压动压-静压区煤层注水-润湿问题，构建了应力-变形-渗流耦合方程，建立了矿压分区煤层注水几何模型，获得了不同应力场煤层注水渗流-润湿演化规律，为实现采动应力作用下难注水煤层强渗增润提供了充分理论支撑。

动压区水分增量分布图         静压区水分增量分布图  

③为解决喷浆作业粉尘污染难题，分析了干、潮及湿喷作业区域喷射粉尘污染扩散机制，建立了矿用湿喷混凝土“2+1”（可泵性、可喷性和强度）性能及实验测试指标体系；揭示了湿喷混凝土本征材料组分及外加剂对性能的影响规律，阐明了输送管道内物料的运动规律、管道堵塞发生机理及喷射混凝土射流结构特征。

 喷浆物料管道堵塞行为及滑移机理分析

④综合考虑气动阻力、Saffman升力和湍流附加力等力学因素，构建沉积粉尘颗粒卷扬动态模型，明确了沉积粉尘燃烧与卷扬粉尘爆炸两种不同模式下的粒子传热方式、热动力学及化学反应动力学特性。基于数值模拟方法，揭示了考虑湍流强度的粉尘粒子与高速气流、粒子之间的碰撞、摩擦和剪切作用下粒子团聚/结块程度对粉尘爆炸火焰传播特性的影响机制。

 粉尘粒子燃烧物理模型          粉尘云爆炸传播机理模型

实验研究方面          

①运用现代分析技术对14类煤种煤尘以及代表性岩尘微观理化结构与其润湿性之间的关系进行了实验测定，发现了煤岩尘微观理化特性对其润湿性影响规律，揭示了褐煤至无烟煤煤尘润湿性逐渐变差的本质特征，提出了不同变质程度煤尘的润湿方法，发明了适用于不同变质程度煤尘的高效环保增润剂。

         煤尘理化结构测定结果            高效环保增润剂研发流程

②首次构建了基于激光多普勒测粒技术（PDI）的风流-雾滴-粉尘三相耦合测试平台，对国内外旋流式、直射式等120余种喷嘴进行了喷嘴雾化特性与尘雾耦合实验研究，揭示了不同类型喷嘴喷雾压力、流量与雾化粒度、速度的对应关系，解决了尘雾作用机制不清晰、雾滴捕尘效果差的难题，提出了细观喷雾降尘机制，提高了水雾幕降尘效果。

         风流-雾滴-粉尘三相耦合测试平台            部分实验喷嘴

③自主研发了煤岩层多场渗流实验系统，为开展水力耦合作用下煤岩渗流特性实验，获得孔隙水压作用下煤岩变形与渗流演变特性，阐明应力与孔隙水压对煤岩裂-孔隙网络的影响规律，揭示复合因素影响下煤岩强渗增润机理提供技术支持。

 多场渗流实验系统          孔隙水压力对变形-渗透性能的作用关系

③基于粉尘爆炸特性测试系统（20L）、粉尘爆炸性鉴定分析系统等系列实验平台，掌握了温度、压力、点火能量、湿度等因素对爆炸特性、爆炸极限等方面的影响规律；创新研制了大尺度爆炸管道系统，揭示了爆炸火焰阵面结构特征及全程火焰传播速度、温度分布及爆炸压力增长进程等参数的演化规律，为矿山粉尘成灾机理及爆炸抑制提供基础支持。

 粉尘云爆炸传播过程

工程应用方面          

①基于“水锲”疲劳损伤机理、采动应力变化特征及矿压动压-静压区煤层注水渗流-润湿特性，研发了高地应力煤层矿压动压区和静压区交变-脉冲注水减尘技术以及采用聚氨酯高分子材料的注水钻孔快速封孔方法。在山东、山西、贵州等地区60多家煤矿企业进行了推广应用，该成果应用后单孔平均注水量增至约110m3，相较于传统注水工艺提高45%左右，煤体水分含量由注水前的平均2.5%增至4.6%。

 交变-脉冲注水防尘技术工艺图

②基于喷嘴内部结构对雾化效果的影响规律及细观喷雾降尘机制，研发了系列化高效雾化喷嘴，研制了针对矿山爆破、采掘机械生产、移架等不同类型工序粉尘源的喷雾降尘装置；通过单体优选、接枝共聚及复配实验，研发了复合型喷雾降尘剂，并研发了其定量添加装置；基于粉尘时空演化规律，研发了由风幕发生器、高效除尘风机等构成的矿山掘进面封闭式控除尘系统。相关成果先后在山东能源、山西焦煤等煤矿企业的200多个采掘面进行了应用，平均作业总尘、呼尘降尘率分别提高至95%、93%，作业环境得到大幅度改善。

   风幕装置                除尘风机              增润剂添加装置

③针对锚喷巷道喷浆、搅拌作业产尘特点，研发了喷射机（组）、喷浆机械手、湿式搅拌机等覆盖湿喷搅拌、泵送、喷射、安全控制工艺全流程的成套装备。相关成果先后在我国新巨龙煤矿、山东能源枣庄辛安煤矿、山东唐口煤矿等矿山企业进行了成功应用，全尘浓度降低至8.1mg/m3，回弹率降至9.4%，喷层28d抗压强度提高了35.9%。生产现场降尘效果明显，作业环境得以大幅度改善，喷射质量得到保证，取得了显著的经济和社会效益，对提升煤炭等相关行业的职业健康作用巨大。

（a）泵送湿喷机及搅拌机；        （b）喷射机组；            （c）喷浆辅助机械手

 矿用湿式喷浆装备

④基于粉尘爆炸传播理论及实验，提出了矿山粉尘（瓦斯）爆炸控制技术和初期火源探测方法，研发了响应速度3ms以内、抗干扰能力强、零误动作的紫外线-温度-烟雾耦合探测技术；基于水基、粉剂等隔抑爆介质的作用机理，结合煤尘-瓦斯爆炸火焰及压力波耦合爆炸特性及传播规律，研发了复合型微观分步煤尘-瓦斯爆炸抑制剂及爆炸抑制系统。

 煤粉储罐自动喷粉抑爆装置