2021年“科学探索奖”获得者冯国瑞教授成果专题

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2021年获奖名单中的50位获奖人分别来自13个城市，其中大部分获奖者均来自清华大学、北京大学、复旦大学以及中国科学院等科研实力非常雄厚的名校及地区。冯国瑞教授的成功入选为山西高等教育的发展贡献了“太原理工力量”。我们期待太原理工大学有更多的优秀青年能够本着“求实、创新”的校训精神，不断激发自身创新活力，为社会重大难题的突破寻找新路径，从而助力太原理工大学的“双一流”建设，助推山西高等教育的发展。

冯国瑞，男，1976年7月生，山西阳城人，博士，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者、国家优秀青年科学基金获得者、国家“万人计划”科技创新领军人才、国家百千万人才工程人选。1999年获太原理工大学工学学士学位，2002年获太原理工大学工学硕士学位，2009年获太原理工大学工学博士学位。2010年和2015年先后赴日本长崎大学和美国西弗吉尼亚大学做访问学者。历任太原理工大学科技处副处长、矿业工程学院院长、科学技术研究院院长。兼任山西省煤基资源绿色高效开发工程研究中心主任、全国煤炭工业矿山建设与支护专家委员会副主任、中国煤炭学会青年工作委员会副主任、山西省煤炭学会副理事长，《山西煤炭》主编，《煤炭学报》、《采矿与岩层控制工程学报》、《矿业科学学报》编委，教育部高等学校矿业类专业教指委委员、山西省高等学校地质矿业和安全科学与工程类专业教指委主任。现任太原理工大学党委常委、副校长、校侨联主席。

“科学探索奖”具有自身的独特定位。奖项评审严格遵循“科学家说了算”的原则，看重候选人面向未来的科研计划，重在“奖未来、奖潜力”，倡导勇于探索、甘于寂寞的科研风气。在奖金使用上，由获奖人自由支配，出资方不作干涉。在奖项运营方面，由腾讯基金会设立专项基金，采用公益化运作，不计商业回报，坚持长期投入。

目前，共评选出150位优秀的青年科学家。获奖人正在成为中国科技发展的生力军。他们近八成曾在海外学习或工作，平均年龄不到 40 岁，最年轻的仅 30 岁。他们在基础数学、天文学、密码学、细胞学、量子科学、材料科学等多个领域达到国际前沿水平，多人致力于人工智能、量子信息、集成电路、先进制造、生命健康、脑科学、生物育种、空天科技、深地深海等基础核心领域攻关，多人担任国家重点研发计划项目的首席科学家，已成为国家科技事业的中坚力量。

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关键词; 64位
专家; 23篇
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复合采动损伤对层间隔水控制层稳定性的影响

作者(Author)：冯国瑞, 白锦文, 杨文博, 王善勇, 康立勋

摘要：近距离煤层群复合采动影响下，层间岩层中隔水层的稳定性至关重要。若层间岩层中隔水层的稳定性遭受破坏，则上覆采空区中的积水会向下方渗流扩逸，甚至瞬间涌出，威胁下部煤层的安全开采。提出了复合采动影响下层间隔水控制层的基本概念，运用损伤力学的基础理论构建了复合采动影响下层间岩体损伤参量D的计算模型，分别研究了损伤参量D与层间岩体抗压强度及破坏范围之间的关系，分析了不同条件下复合采动损伤对层间隔水控制层稳定性的影响。研究结果表明:① 层间隔水控制层是指复合采动影响下层间岩体中不发生破断失稳且能起到阻隔上方采空区积水向下渗流扩逸的控制岩层。② 损伤参量D可以用来衡量复合采动影响下层间岩体的损伤破坏程度。③ 层间岩体抗压强度RD与损伤参量D的关系为:随着损伤参量D的增大，层间岩体的抗压强度RD表现出线性递减的变化趋势，其折减系数为1-D。④ 层间岩体破坏范围与损伤参量D的关系为:层间岩体的最大破坏深度/高度Hmax及其距工作面端部的距离Lmax均随着损伤参量D的增大而增加;D越大，Hmax和Lmax的增幅也越大。⑤ 层间隔水控制层的稳定性与复合采动产生的叠加损伤密切相关;通过综合考量上下煤层多重开采后层间岩体的损伤破坏范围与隔水控制层的层位关系，全面分析了6种不同条件下层间隔水控制层的稳定性，并给出了合理有效的控制措施，来减轻上覆采空区积水对下部煤层开采的威胁，并保障安全生产。复合采动损伤对层间隔水控制层稳定性的影响研究可以为积水采空区下伏煤层的安全开采提供理论指导。

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煤炭学报

2019年第03期

1120

440
石炭二叠系火成岩侵入区特厚煤层采区停采煤柱合理宽度研究

作者(Author)：冯国瑞, 王贵文, 王朋飞, 郭军, 闫勇敢, 任玉琦

摘要：根据塔山煤矿石炭二叠系不同层位煤岩层受火成岩侵入的地质情况,运用Flac3D数值模拟软件对不同覆岩类型条件下特厚煤层停采煤柱合理留设宽度进行探讨;对采动影响下不同覆岩类型停采煤柱内部应力、尤其对大巷围岩垂直应力及超前支承压力等矿压特征差异进行分析。结果表明:1)无火成岩侵入下停采煤柱宽度为150～155 m,三层火成岩侵入下停采煤柱宽度为135～140m,单层侵入与双层侵入类型居于二者之间。煤岩层受侵入形成坚硬岩层越多,应力于煤柱弹性区衰减速率也较大,大巷围岩受扰动较弱,需留设停采煤柱宽度较小。2)巷道围岩应力场受扰动影响后,煤柱弹性区应力最低点的应力及大巷围岩最大垂直应力(及应力集中系数)会显著增大,大巷围岩最大垂直应力集中系数以二次函数关系随煤柱宽度减小而增大。3)特厚煤层坚硬岩层与高低位关键层的相对位置不同,对采场矿压显现影响程度不同。

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采矿与安全工程学报

2019年第01期

262

196
结构充填开采基础理论与地下空间利用构想

作者(Author)：冯国瑞, 杜献杰, 郭育霞, 戚庭野, 王泽华, 李庆东, 李化运, 康立勋

摘要：为应对充填采煤面临的成本逐渐增高、效率相对低下、地下空间资源被大量浪费等挑战，提出了构造充填开采思想。构造充填是一种充填率低、结构稳定性强、充填效果好的充填开采，其目标为:高效利用矿区固废资源、降低充填成本，改进充填材料与工艺、提高充填效率，合理进行采充规划、实现对地下开采空间的再利用。构造充填的设计原则为:直接顶不发生破断且变形量在允许范围内、充填体抗压强度足够大且能长期稳定承载。根据此原则确定了构造充填的关键位置为:特殊地质构造区、围岩应力集中区、直接顶最大受力处、直接顶最大变形处和充填体自身薄弱点等。构造充填的关键技术主要包括:通过优化煤矸石骨料形态与颗粒级配、研发新型低成本胶凝材料、开发新型外加剂、发展多种替代原材料等手段进一步开发新型固废充填材料;通过构建不同形态高强构造充填体和直接顶自承结构构建“构造充填体-直接顶”复合承载结构;通过研发智能化充填材料制备系统、可视化充填料浆输送系统、独立式充填体构筑系统、移动式充填材料浇注系统、立体化充填效果监测系统构建井下一体化构造充填系统。基于“三下”压煤资源的开采需求，在构造充填开采思想的引领下，提出了在城市下建设地下综合体、在村镇与农田下建设地下农业基地、在铁路(公路)与水体下建设地下储库等构想。

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煤炭学报

2019年第01期

1939

808
厚煤层刀柱采空区下分层复采工作面矿压规律研究

作者(Author)：牛利凯, 郭育霞, 冯国瑞, 杜云楼

摘要：针对虎峰煤矿2#煤层刀柱式采空区下分层复采工作面矿压规律显现异常等现象,根据SMP准则得到煤柱极限稳定宽度为7 m,采用数值模拟与现场实测进行研究。得出工作面过煤柱时,支承压力显现为"弱-强-弱"的规律;工作面过跨度较小的采空区时,支承压力显现为"强-弱-强"的规律,工作面过跨度较大的采空区时,支承压力显现为"强-弱-强-弱-强"的规律。

煤炭技术

2018年第08期

176
塔山盘区大巷巷间煤柱合理宽度优化探究

作者(Author)：王贵文, 冯国瑞, 郭军, 任玉琦

摘要：针对塔山煤矿3条1070大巷之间宽煤柱留设造成煤炭资源巨大浪费的现状,采用FLACK3D数值模拟软件对不同水平地应力下的1070大巷在不同动压系数垂直应力影响下的巷间煤柱的合理宽度进行模拟探究,从煤柱塑性区发育及应力变化角度分析煤柱稳定性,结果表明3条1070大巷合理巷间煤柱宽度不应少于20 m。

煤炭技术

2018年第08期

231
新阳煤矿高钙煤矸石热活化特性研究

作者(Author)：刘国艳, 郭育霞, 冯国瑞, 戚庭野, 杜献杰, 白锦文, 宋凯歌

摘要：采用热重分析法、电导率法、pH值法及ICP-AES离子浓度检测对新阳煤矿高氧化钙含量煤矸石热分解过程及不同温度热激发后煤矸石的活化特征进行了系统的分析研究。结果表明:活化过程中煤矸石物相变化经历了4个阶段:即吸附水挥发阶段、失重稳定阶段、有机碳质等挥发阶段和煤矸石结构水挥发、矿物分解阶段;随活化温度的升高,电导率值、活性离子浓度均呈下降的趋势,而溶液pH呈相反的变化规律;溶液pH测试实验表明:高氧化钙煤矸石在蒸馏水中溶解时形成一种高pH、强碱强极性溶解环境。

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煤矿安全

2017年第07期

272

105
保水开采相似模拟高精度位移测量方法研究

作者(Author)：张玉江, 冯国瑞, 戚庭野, 康立勋, LUOYi, 章敏, 闫永敢

摘要：针对保水开采相似模拟岩层大范围非线性位移特点和大量程高精度测量要求,提出了一种通过布设参考点提高位移测量精度的方法,并通过实验进行了分析验证。研究结果表明:测量精度随参考点个数及位移值的增加而提高;参考点个数增加可以减小系统误差,系统误差随着参考点个数的增加在一定范围内波动,测量值误差的正负决定波动趋势;当参考点个数大于15时,误差均值向有序过渡,大于25时,表现为有序状态;为保证测量精度,至少需要对25个参考点。本方法可为保水开采覆岩移动变形模拟观测提供借鉴。

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煤炭学报

2017年第01期

1349

595