题4针对火灾、瓦斯爆炸和煤岩动力灾害应急自动隔离、快速密闭及远程调控问题，在课题1复杂网络灾变风流逆转判别准则及灾变控风方法研究成果的基础上，研发远程风烟流应急调控装备体系，融合故障预测与健康管理（PHM）技术提高系统装备的可靠性，结合机器学习和超高容错理论方法，提高灾变风烟流区域联动可靠性。研究巷壁楔入式组合液压支架铰接固定承压技术，优化气囊式与凝胶复合材料密闭工艺，柔性抗爆与防火纤维材料附壁方法，研发远程操作、协同集控、柔性防爆、防火稳定的新型组合式快速密闭技术装备体系。研究合成纳米非贵金属催化剂与高效吸附剂消除风烟流毒气关键技术，开发便携式烟气、毒气消除、个体防护装置。开发灾变风流应急调控装备协同可靠性与应用效果评估系统。实现灾变通风调控系统的可靠性，灾变通风采用区域联动控制和地面远程控制双保险，区域联动控制需要对灾变环境信息感知研判，需要课题2通风参数快速准确测定技术装备的相关研究成果；同时为课题5风网实时解算及灾变智能决策平台提供灾变通风调控装备，为课题6灾变通风控制技术的全尺寸巷道的应用工程示范提供关键技术装备。
1）研究目标
研究巷壁楔入式组合液压支架铰接固定承压技术，优化气囊式与凝胶复合材料密闭工艺，柔性抗爆与防火纤维材料附壁方法，研发远程操作、协同集控、柔性防爆的新型组合式快速密闭技术装备体系，实现抗冲击强度大于0.8兆帕。研发远程风烟流应急调控装备体系，融合故障预测与健康管理（PHM）技术，发展机器学习和超高容错技术，实现区域联动控制可靠率98%以上。研究合成纳米非贵金属催化剂与高效吸附剂消除风烟流毒气关键技术，开发便携式烟气、毒气消除、个体防护装置。综合测试应急自动隔离消烟、快速密闭、远程调控装备协同集控性能参数，建立指标体系和计算模型，开发可靠性与应用效果评估系统，指导灾变风烟流应急调控系统的工程实践。
2）主要研究内容
（1）灾区应急隔离、快速密闭装备与过程监控研判技术
运用火灾、瓦斯爆炸、煤岩动力等灾害演化与控制方法的研究成果，研发巷壁快速楔入式钻孔装备，液压支架网络隔断结构快速铰接组件关键技术，实现气囊式与凝胶复合材料密闭固定附着抗爆强度达到0.8MPa。研究气囊式密闭外袋和附壁式防火隔爆材料、抗压特性、远程控制模式和分布式设置方法。优化多元高分子材料固化成胶工艺与承压抗爆特性，发展凝胶复合材料密闭的远程控制输送技术。形成巷壁楔入式组合液压支架铰接固定承压、气囊式与复合凝胶材料密闭、柔性抗爆防火纤维材料附壁、远程控制装备模块协同作用的灾区快速密闭隔离技术装备体系。研究灾区致灾场的关联参数感知测点分布，构建灾变特性、风烟流输运行为等多元信息融合远程监控模型，实现封闭过程中风烟流参数的动态监测与灾情信息的实时获取。开发基于灾情信息动态监测的灾区态势实时研判系统，指导灾变区域密闭隔离的远程控制。
（2）灾变风流远程应急调控装备与区域联动集控技术研究
运用火灾、瓦斯爆炸、煤岩动力等灾害对通风设施破坏特性的研究成果，设计具有防火抗爆、巷道变形可调等功能的新型通风设施。发展基于动定耦合锁解原理的双气缸协同联动精确定位技术实现分支风量连续调节。研发关键组件在停电停压气后采用备用高压气瓶与蓄电池实现双保险。模拟不同场景中分布式模块化应急调控装备设施对灾变区域风烟流控制的效果，建立元胞自动机(CA)优选模型，提出分布式应急调控装备的协同优化配置方法。建立区域联动关键参数感知测点分布模型，监控分站内融合故障预测与健康管理（PHM）技术，分站间发展机器学习、超高容错技术，区域联动控制可靠率98%以上。开发灾变通风网络远程智能化调控系统，模拟计算灾变风流调控后分支风量，实现应急调控过程烟流区域与新鲜风流区域风量分配的预知判断。
（3）灾变风流快速隔离消烟净化材料与个体防护装备研究
（4）灾变风流应急调控快速密闭装备协同可靠性与应用效果评估系统开发
测试新型组合调风设施、消烟隔离、快速密闭与远程调控系统协同集控性能参数。研究灾变风流应急调控系统各单元之间的协同关系，应急密闭隔离过程中灾情演化的影响因子，对比分析各子系统及其单元可靠性数据，确定各子系统关键因子的可靠性指标值，建立系统协同集控可靠性指标评估的数据库。开展火灾、爆炸和煤岩动力灾害模拟环境下的应急调控效果的测试，建立应急调控评估指标和可靠性评估模型，构建灾变环境下的风流应急调控评估系统，为灾变风烟流应急调控技术装备的工程实践提供指导。
3）拟解决的重大科学问题或关键技术
为了实现矿井灾变风烟流的远程应急调控，研发灾变风流调控装备的优化配置方法和灾情态势研判预知机理，突破灾变风烟流快速消烟隔离、柔性抗爆、区域联动与协同集控关键技术，需解决如下重大科学问题与关键技术：
（1）构建复杂风网中爆炸、火灾和煤岩动力灾害条件下风烟流应急调控设施分布式预置方法与协同优化方案库，突破调控设施备用动力自主切换、区域灾情自主研判与联动调控、区域风烟流量精确调控、区域风量最佳分配等模块化关键科学技术。
（2）研发究巷壁楔入式组合液压支架铰接固定承压装备与柔性抗爆防火纤维附壁材料，突破气囊式密闭压力平衡和泄压拆除的远程遥控技术，优化多元高分子复合凝胶密闭的固化工艺和输运方法，研发远程操作、柔性抗爆、防火稳定、分布式设置、协同集控的新型组合式快速密闭技术装备。
（3）基于生物化学原理找寻毒气快速转化吸收的消解方法，运用流体力学、物理吸附、化学放大工程等手段实现快速消解的工程运用。研究快速实现消烟隔离的纳米非贵金属材料，研发受限空间内便携式毒气消除设备与个人防护装备。
（4）灾变风流应急调控装备协同可靠性与应用效果评估技术，突破灾变风烟流集控系统应急调控动作执行的模拟、密闭区域灾情获取与态势实时研判、应急调控系统协同集控的可靠性评估等关键技术。
图6 课题4 研究技术路线图
4）考核指标及评测手段/方法
（1）形成适用于爆炸、火灾和煤岩动力灾害条件下的应急自动隔离、快速密闭、远程调控的成套装备，并对其进行可靠性评估。
（2）灾变风流应急调控设施抗冲击强度大于0.8 MPa，通风网络区域联动控制可靠率98%以上。
（3）发表高质量论文16篇（SCI/EI检索4篇以上）。
（4）形成矿井灾变通风快速隔离、自动密闭、应急调控技术标准1项目。
（5）申请发明专利8项。
（6）培养硕士7名，博士2名。
5）参加单位任务分工
此课题由西安科技大学作为牵头单位，中国矿业大学和华北理工大学作为参与单位共同承担完成。西安科技大学负责课题的总体设计、技术路线拟定、进度与质量的总体把控。具体承担任务1灾区应急隔离、快速密闭装备与过程监控研判技术由西安科技大学完成；中国矿业大学具体承担任务2灾变风流远程应急调控装备与区域联动集控技术研究与任务3灾变风流快速隔离消烟净化材料与个体防护装备研究；华北理工大学具体承担任务4灾变风流应急调控快速密闭装备协同可靠性与应用效果评估系统开发。