煤矿灾害防控全国重点实验室2024年度开放基金课题申请指南

1. 封孔裂隙修复矿化微生物培育及调控方法

研究内容：针对煤矿井下硅酸盐水泥基封孔材料易开裂破坏导致漏气的问题，培育裂隙修复专用的矿化微生物，研究微生物的生长繁殖特征，探究微生物的矿化作用机制，揭示矿化产物的生成规律，构建封孔裂隙修复的微生物矿化功能调控方法。

预期成果及考核指标：获得适应封孔裂隙环境的矿化微生物1种；提交矿化微生物高效增殖的培养基组分配方，48h矿化微生物生长量OD600≥1.5；构建封孔裂隙修复微生物矿化调控方法，实验室模拟环境下，矿化效率≥1000mg/g，矿化产物体积膨胀率在1~2倍范围内可控；发表SCI或EI收录论文2篇，申请发明专利2项。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

2. 煤矿瓦斯治理微生物菌群筛选及生理特征研究

研究内容：针对提高煤层透气性、促进瓦斯抽采的瓦斯防治需求，开展煤有机质降解功能的微生物菌群筛选及鉴定试验，培育出适应煤层内部环境条件的高功效微生物菌株，并确定其菌属及亲缘关系；针对获得的煤有机质降解菌，开展菌株培养试验研究，分析培养基和环境因素对其生长繁殖速度、代谢产物、目标功能、耐受性等的影响规律，掌握菌株的生理特性。

预期成果及考核指标：获得煤有机质降解菌不少于1株，并明确营养组分、浓度、温度、水分、PH值、氧气浓度等因素对其生长代谢及目标功能的影响规律；实验室模拟环境下，煤降解30天后的比孔容增加率，中、低阶煤≥15%，高阶煤≥10%。发表SCI收录论文不少于1篇，申请发明专利不少于1项。

研究周期：18个月。

预算控制数：10万元。

3. 纳米流体化学调控煤层渗透润湿性能作用机制

研究内容：针对纳米流体对煤层渗透性与润湿性调控作用机制不清晰的理论难题，研究纳米流体各关键组分与煤体的相互作用，测定纳米流体对煤层孔裂隙结构、力学性质和煤体表面性质的改造特征；研究纳米流体作用下煤体的渗透特性与吸附润湿规律，揭示纳米流体对煤层渗透性与润湿性的化学调控作用机制，构建低渗难润湿煤层纳米流体化学调控体系。

预期成果及考核指标：揭示纳米流体化学调控煤层渗透润湿性能的作用机制；构建低渗难润湿煤层纳米流体化学调控体系，渗透率、含水率相较常规煤层注水/压裂分别提高20%、30%以上；提交研究报告，发表SCI/EI收录论文2篇，申请发明专利2项。

研究周期：24个月。

预算控制数：20万元。

4. 抑爆剂作用下瓦斯煤尘爆炸毒害气态产物生成特性研究

研究内容：针对抑爆剂作用下瓦斯煤尘爆炸毒害气态产物生成特性及对人员伤害等问题，研究抑爆剂作用下瓦斯煤尘爆炸毒害气态产物的关键基元反应步，确定各组分的生成路径；研究抑爆剂、瓦斯量、煤尘量（含撒布方式、长度等）共同作用下毒害产物生成组分及浓度变化规律，揭示抑爆剂对气态产物生成作用机制；量化爆后气体生成浓度与瓦斯煤尘、抑爆剂参与量的关系，构建多元气体生成预测模型，确定多组分毒害气体伤害判据。

预期成果及考核指标：建立抑爆剂作用下多元气体组分生成预测模型，阐明毒害气体生产量与瓦斯煤尘参与量、抑爆剂浓度的关系；提交研究报告，发表SCI/EI论文2篇，申请发明专利1项。

研究周期：24个月。

预算控制数：10万元。

5. 巷道动态场景的地图残缺修复与点云语义模型构建

研究内容：针对煤矿井下人员、车辆等因素容易对三维建图算法的特征匹配和运动估计产生干扰问题，研究动态物体的实时检测、分割方法和运动估计方法，降低动态物体对定位建图算法中运动估计的影响；研究静态背景的补偿方法，解决动态物体在静态背景上产生残影的问题；研究静态物体的语义识别和分割方法，构建包含静态物体的位置、形状和语义标签等几何信息的高精度三维地图生成方案。

预期成果及考核指标：建立一套针对井下动态环境的视觉与激光雷达耦合的动态物体检测、分割方法以及里程计补偿方法；建立一套针对井下巷道静态物体的识别、分割和标注方法。物体识别准确率≥90%，物体识别召回率≥60%，目标检测平均精度均值mAP≤40，算法定位精度（RMSE）≤10cm，算法定位精度（Std）≤6cm。

研究周期：24个月。

预算控制数：25万元。

6. 基于激光层析成像的瓦斯云空间定量重构模型研究

研究内容：针对低照度、强背景噪声情况下被动热成像技术适用性问题，研究基于激光扫描成像的瓦斯积聚气云传感的定量分析、位置分析和点云成像信息的校正补偿处理方法，实现整体瓦斯气云的层析成像空间准确定量重构；设计瓦斯扫描成像主动激光扫描模组，设计激光发射和接收共轴的光机结构和机械旋转扫描振镜，搭建实现光机电部件的协同工作平台；研究反射面的光耦合收集效率、抗干扰能力提升方法。

预期成果及考核指标：建立瓦斯积聚气云传感的定量分析、位置分析和点云成像信息的校正补偿处理算法模型，发表SCI/EI收录论文2篇；搭建一套基于双激光扫描层析成像的气云空间定量重构实验室系统，并完成甲烷云团空间分辨能力、稳定性等指标的实验室测试，达到测量范围0~20%L/L·m，测量误差0.08%L/L·m@1%L/L·m，甲烷分布分辨率5cm×5cm@半径5m处，可视化监测半径可达10m。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

7. 光谱吸收池多程反射与耦合噪声特征分析及抑制方法研究

研究内容：针对多光程吸收池体积较大、内表面镜面利用率低、系统光学稳定性差等问题，基于传统双凹面反射镜赫里奥特池结构，优化凹面镜装配方式，提高双凹面镜反射率；建立基于矢量计算法的多光程吸收池解析方程，数值模拟光斑的分布情况和反射次数，研究多反吸收池噪声抑制方法；建立多程反射吸收池数值模拟系统，研究提升多反吸收池的有效光程长度和有效体积比值的方法。

预期成果及考核指标：提出一种赫里奥特池气室的设计结构，提出一种高稳定度低光噪声赫里奥特池的制作方法，申请发明专利1项；提出一种增加吸收池有效光程与体积之比的方法，建立一套多程反射吸收池实验样机，完成有效光程体积比、零点漂移等指标的实验室测试，有效光程体积之比≥0.1m/mL，光程长度≥40m，插入损耗≤2dB。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

8. 基于随钻振动信号的煤岩识别方法研究

研究内容：针对煤矿底抽巷穿层钻孔煤岩界面难识别的问题，研究建立孔内钻头-钻杆-钻机多体耦合模型(需考虑围岩压力因素)；研究钻头切削煤层和岩层的载荷变化规律；分析变载荷工况下多体模型动力学特性；构建随钻振动信号的大数据模型，通过重庆研究院搭建的微钻试验台，开展模拟实验，采集数据进行模型驯化，并开展实验验证。

预期成果及考核指标：煤岩识别模型一套（包含训练方法、数据库和深度学习模型），在实验室重复实验的条件下精度达到85%以上，识别响应速度在5秒以内。

研究周期：24个月。

预算控制数：25万元。

9. 定向长钻孔钻杆系统动态设计及优化方法

研究内容：针对定向长钻孔钻杆系统容易发生弯扭变形，导致钻进效率低、断裂风险大等问题，研究井身结构、地层特征、钻具组合、钻井液等特征参数对钻杆系统的影响规律；研究建立典型钻杆系统的钻进摩阻摩擦模型；研究钻杆系统动力学及关键参数影响规律，建立分布式钻杆系统动力学数学模型，研究快速收敛、高精度的求解算法；基于摩阻分布、钻杆系统动力学、钻进工艺等因素，研究定向长钻孔钻杆系统动态设计及优化方法。

预期成果及考核指标：建立定向长钻孔条件下钻杆系统动力学数学模型及求解算法，提供大直径钻杆系统结构参数动态设计软件，适用于102/114/127等系列钻杆主要结构参数设计及优化。

研究周期：24个月。

预算控制数：10万元。

10. 煤矿井下回转钻进载荷传递特性与孔底动力参数反演方法

研究内容：针对现有钻进参数自动调节技术缺乏孔内工况依据、调节不准确的问题，基于弹性动力学原理，建立回转钻进系统耦合非线性动力学模型；研究不同工况条件下钻柱耦合作用对扭矩和钻压传递的影响，揭示回转钻进系统载荷传递特性及调控机制；研究孔底扭矩和钻压反演方法，建立反演模型，实现回转钻进孔底扭矩和钻压参数精准反演计算。

预期成果及考核指标：揭示多因素耦合下煤矿井下回转钻进系统载荷传递特性及调控机制，至少覆盖正常钻进、卡钻、临界卡钻等3种典型钻进工况；建立钻进工况与孔底扭矩、钻压映射数据库，至少包括孔底扭矩、钻压、转速、推进速度、钻孔深度等5类物理量时域和频域特征参数；形成煤矿井下回转钻进孔底扭矩和钻压精准反演模型，钻压和扭矩反演计算误差小于10%。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

11. 钻孔雷达天线定向探测方法研究

研究内容：针对全空间环境无法实现地质异常体空间定位的问题，研究人工电磁超材料对天线定向辐射的调控方法，开展电磁超材料天线全波电磁仿真设计，研制孔中定向探测雷达天线。

预期成果及考核指标：提交研究报告，提供一套定向天线样机及设计文件（含仿真报告），天线中心频率不超过400MHz，驻波小于2.5，增益大于2dB，定向天线前后比大于5dB，探测角度90°，申请发明专利1项。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

12. 高分子透明材料高效防雾涂层组分调控机制

研究内容：针对高分子透明材料表面在高湿环境下易起雾、严重影响透光效果的问题，研究亲水涂层在高湿环境中与水汽间的粘附特性及相互作用规律；研究基于强界面亲水高分子微观结构的异质网络涂层材料合成及组分调控方法；研发防雾前驱镀液配方及涂层制备工艺，搭建适配应用场景的防雾技术体系。

预期成果及考核指标：高分子透明材料涂层表面初次水接触角≤5°，在应用场景作业环境条件（透明材料涂层侧空气湿度≥95%RH、温度35℃，无涂层侧空气温度5℃）下的有效保明时间≥120min；提供一套防雾镀液配方和涂层制备工艺以及3套高分子透明材料样件；申请发明专利2项，发表SCI收录论文1篇。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

13. 煤矿火灾灾变风流快速模拟算法研究

研究内容：针对煤矿火灾仿真模拟解算时间长、解算精度低等问题，研究火灾灾变风流快速模拟算法；研究基于时间片段的灾区-风网耦合的动态风网解算方法；研究有毒有害气体扩散预测方法；研究灾害影响区气体和VR演练任务联动机制。

预期成果及考核指标：实现快速通风解算，满足通风网络分支数≥500条、节点数≥260个、通风构筑物≥30、解算精度0.001时，单次解算时间≤1s；实现多进多出；实现循环风检测、串联通风检测；实现局部通风解算、有毒有害气体扩散预测和火风压模拟功能；支持自然分风和强制分风；支持风流-事故-VR演练任务联动。

研究周期：12个月。

预算控制数：30万元。

14. 高浓度颗粒群的散射光场特征规律及体积分布光学分级方法

研究内容：针对煤矿井下高浓度粉尘粒度分布测量难度大的问题，研究单分散/多分散粒子的散射光场特征规律，建立高浓度环境下颗粒群散射光信号非线性补偿算法；研究高浓度环境下颗粒物体积分布分级模型，构建基于光场特征的颗粒物体积分布分级方法。

预期成果及考核指标：多分散颗粒群粒径识别范围0~50μm；针对质量浓度分别为100 mg/m³、50 mg/m³、10 mg/m³的多分散颗粒群，在7μm、5μm、3μm粒径范围内体积分布测量误差≤15%，3次重复测量RSD≤10%；发表SCI/EI收录论文2篇，申请发明专利1项。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

15. 煤矿典型灾害链生机理及风险判识方法

研究内容：针对顶板、煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、火灾等典型灾害链生致灾机理不明、潜在风险判识困难等问题，研究典型场景下不同灾害之间的相互诱导作用，分析原生灾害对次生灾害的启动效应，揭示灾害链的形成与演化规律，提出链式灾害成灾模式及形成条件；研究链式灾害的耦合致灾效应，提出链式灾害灾情推演方法，构建多灾链发耦合作用下的灾害风险判识模型。

预期成果及考核指标：揭示顶板、煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、火灾等4种煤矿灾害之间的链生机理，提出回采、掘进2种场景下链式灾害的形成条件；构建链式灾害风险判识模型，风险判识准确率不低于80%；提交研究报告，发表SCI/EI收录论文2篇，申请发明专利2项。

研究周期：24个月。

预算控制数：30万元。

1.课题申请人应为实验室和依托单位外部人员。

2.申请人原则上应具备博士学位或副高级以上专业技术职称，年龄在45周岁以下，且具有承担或参与省部级以上科技项目经历。特别优秀者可以适当放宽条件。

3.申请人有严重失信行为或违背科研诚信和伦理道德等情况的，不得申请。

4.课题申请人所在单位应具有独立法人资格，具备良好的科研项目管理能力。

5.申请人所在单位对申请人的能力与水平以及申请的内容进行审查，提出审查意见，承诺对申请人的时间和条件给予支持，并加盖单位公章。

1. 申请课题研究形成的知识产权（论文、专著、专利、软件著作权等）原则上归属实验室依托单位所有，发明人及所在单位享有在科研和教学活动中使用该知识产权的权利。

2.凡受本实验室资助的课题，公开发表的研究成果内容必须严格按照开放基金课题合同（任务书）规定的要求，第一完成单位必须署名煤矿灾害防控全国重点实验室（StateKey Laboratory of Coal Mine Disaster Prevention and Control），同时注明“得到煤矿灾害防控全国重点实验室开放基金(课题编号:******)资助”，英文“Supported by the Open Funding of StateKey Laboratory of Coal Mine Disaster Prevention and Control (Grant No.******)”，未按规定进行标注的研究成果，不得作为开放基金课题成果用于结题验收。

1．申请者下载并按要求填写“煤矿灾害防控全国重点实验室开放课题申请书”（见附件1），申请书经所在单位签署意见并加盖公章后 (一式1份)，寄送至本实验室。除纸质申请材料，申请人须提供申请书及附件的电子文件(Word和PDF签章版格式) 至邮箱( sklcmdpc@163.com)。邮件主题和申请书文件名请注明“课题名称+申请人姓名+申请人单位”。

2．课题申请截止受理日期为2024年6月30日。

3．申请书由实验室组织专家进行评审，择优立项。

1.课题研究周期自任务书签订之日起，原则上不超过两年。

2.课题经费概算应与研究内容、预期目标相匹配，原则上不超过指南中经费概算控制数。确因申请书内容和目标超过指南要求的，可以增加预算但应在申请书中特别说明。

联系人：朱墨然    

电话：17623233239

邮箱：sklcmdpc@163.com

地址：重庆市沙坪坝区上桥三村55号

邮编：400037

编辑 | 朱墨然

审核 | 岳超平