《矿井安全非线性动力学评价与事故控制理论研究》

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煤矿安全生产仍然是中国煤炭工业发展过程中需要持续高度关注的重要课题。该项目针对煤矿安全生产事故预防与控制过程中存在的薄弱环节,依托国家自然科学基金等国家级和省部级项目资助,将非线性动力学理论融入到矿井安全生产事故预防与控制中,通过理论分析、实验研究、数值模拟和现场测试等手段,在矿井安全生产事故演化本质认识、安全系统状态剖析、事故演化行为预测及控制等方面取得了系列成果,率先建立了矿井安全非线性动力学评价和事故控制理论及应用体系。项目研究的科学发现主要有:通过对矿井生产安全系统的时空耦合结构特点和事故演化过程特性深入分析,提出并分析论证了安全系统是复杂非线性动力学系统,系统演化在临界条件下呈现混沌特性和突变特性,具有复杂非线性动力学行为,为矿井安全非线性动力学评价与事故控制理论的形成与应用提供了理论基础;针对矿井生产安全系统动力学拓扑结构的多态演化,率先引入耦合映像格子模型等非线性理论来刻画和剖析安全系统时空混沌动力学状态,成功解决了诱导因子对结果动态影响的定权与变权问题,并率先引入人工神经网络、混沌理论等构建和应用系统安全评价模型,形成了矿井安全非线性动力学评价理论与应用体系;根据安全时序数据中蕴含的系统演化动力学信息,率先建立了矿井生产安全预测的非线性动力学模型,获得了诱导因子、控制参量及系统演化规律与最大可预报尺度,确保了矿井安全预测结果的客观性与真实性,丰富和发展了安全预测理论;根据诱导因子之间的非线性作用特性和控制参量对系统状态的主导作用,率先提出了事故控制的非线性理论,构建了典型矿井事故控制的混沌动力学模型,提出了诱导因子与控制参量的控制措施,并实现了事故控制过程的可视化。研究成果出版专著2部,在《Combustion,Explosion,and Shock Waves》、《Disaster Advance》、《中国安全科学学报》、《煤炭学报》等该学科核心刊物上发表该项目组成员为第一作者论文100余篇,其中8篇代表性论文和12篇主要论文总被他引656次,被SCI收录3篇、EI收录10篇、CSCD收录14篇,总被他引656次。波兰科学院外籍院士、中国工程院院士刘宝琛教授认为项目研究“努力把非线性理论创造性地应用于安全技术及工程的相关领域,……打破了传统上惯用的‘既定’分析模式,……形成了新的理论研究体系……,使安全评价和预测问题获得更为符合实际的、可靠性更高的解答,解决了一批前人尚未很好解决的难题……”。国家自然科学基金委朱旺喜研究员认为项目成果“为矿井安全状态的确定和过程管理提供理论依据,对实现矿井事故‘事先预防’的理想目标有重大意义。”项目成果得到了国内外学者的高度评价。项目研究将矿井安全评价及事故控制与非线性理论有机融合,取得了系列理论研究成果和现场应用成效,提高了煤矿安全管理的预见性和效率,促进了煤矿安全管理从讲后分析型向事先预防型的转变,对降低煤矿事故发生率、保障煤矿井下人员和财产的安全发挥了重要作用。

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