中国矿业大学蒋静宇教授团队：能量单元切割理论与煤矿瓦斯防治工程示范

蒋静宇，教授，博导，副院长。中国矿业大学“高层次人才计划”讲席教授，中青年学术带头人，江苏省高校优秀青年骨干教师，全国煤炭青年科技奖获得者。现任中国矿业大学贵州研究院副院长，人工智能学院煤矿灾害智能预警与防控装备研究中心主任。近年来主持国家重点研发计划重点项目子课题1项，国家自然科学基金项目3项，江苏省青年基金1项，中国博士后基金2项。发表论文50余篇，在

Fuel

International Journal of Coal Geology

煤矿瓦斯灾害防治是煤炭工业长期面临的巨大安全挑战，随着开采深度的不断增加，地质条件日趋复杂，高地应力、高瓦斯压力的环境使得传统瓦斯防治技术面临严峻考验。我国煤炭资源储量丰富，但开采条件复杂多样，高瓦斯和突出矿井在生产矿井中占有相当比例，灾害治理难度显著增大。近年来，虽然瓦斯灾害防治技术在不断进步，但对于以断层、褶曲、煤层变厚带等为代表的煤矿地质异常区，均一化的瓦斯治理措施常面临“局部高能残余”的瓶颈，导致瓦斯突出事故时有发生，严重威胁矿井生产安全。这些新问题、新挑战迫切要求我们创新发展瓦斯灾害防治理论和技术方法，以科技创新保障煤矿安全生产，推动行业实现高质量发展。

能量单元切割理论

能量单元切割理论的定义为：以煤层地质单元划分和突出致灾能量阈值为依据，将煤层划分为高能区和低能区等若干个能量单元，利用物理、化学等技术手段将煤层物理切割，以介质切割控制能量切割，构建突出能量传递的阻断空间，将煤层改造为离散化能量单元，单元边界处的自由空间(裂隙/孔洞)形成能量势垒，削弱煤体变形能和瓦斯膨胀能的跨单元迁移，约束单一能量单元的最大储能值，大幅降低突出能量密度，更好地实现“边界处切割，内部分区治理”的煤层瓦斯防治理念。

在此背景下，蒋静宇教授带领的学术团队针对行业区域瓦斯治理难题开展了系统性探索，首次提出了能量单元切割理论及技术体系，为矿井瓦斯防治领域的发展注入了新的活力。这项历时多年的工作基于大量现场实践，从能量动态演化视角重新审视煤与瓦斯突出机理，形成了一条理论创新与工程应用相结合的研究路径。研究工作涵盖了理论构建、方法创新和现场验证等多个层面，体现了多学科交叉融合的特点，不仅丰富了煤矿灾害防治理论，也为工程实践提供了重要参考。该书（《 能量单元切割理论与煤矿瓦斯防治工程示范》. 蒋静宇, 魏民涛, 王成浩著. 北京: 科学出版社, 2025. 12） 对推动行业技术进步具有重要意义，特别是在煤矿地质异常区的瓦斯治理方面提供了新的思路和方法。

地质异常区能量单元切割理论布孔及防突设计示意图

能量单元切割理论将煤层视为由多个能量单元组成的复杂系统，利用物理、化学等技术手段将煤层物理切割，通过分析各地质单元在采动影响下的能量储存、释放和转化规律，建立了更完善的突出防治理论。该书采用了实验研究、数值模拟和工程示范相结合的技术路线。这种综合性的研究策略增强了成果的可靠性，也展现了科研工作的严谨性。值得一提的是，该学术团队提出了冲孔爆破协同增透强化瓦斯抽采技术，通过优化工艺参数和操作流程，在提高煤层透气性的同时保障了作业安全；同时，建立了完善的数据采集和分析体系，为成果的验证和推广提供了有力支持。

冲爆协同增透技术机理

在工程应用方面，该书中的研究成果展现了重要的实践价值。通过在多个矿区的现场试验，该学术团队不断优化技术方案，显著改善了瓦斯抽采效果。在技术应用过程中，该书注重安全性评估和适应性调整，确保在不同地质条件下的可靠性。在地质异常区，书中提出的瓦斯灾害防治技术表现出了显著的优势；同时，该学术团队客观指出了所提技术的适用范围和局限性，这种实事求是的科学态度值得肯定。此外，研究过程中配套的技术指南 和操作规程也为现场人员提供了详细指导，体现了研究成果的实用性和可操作性，这些工作为技术的推广应用奠定了良好基础。

工程示范

薛湖煤矿冲爆协同增透技术示范及应用效果

29040 工作面巷道布置与区域划分情况

冲爆协同增透技术钻孔布置示意图

可控定向聚能爆破过程中爆炸应力波传播过程

双根聚能管爆破前后瓦斯抽采纯量变化对比

冲爆协同增透技术应用过程中瓦斯含量变化情况

从学术贡献来看，该书的研究工作推动了多学科知识的深度融合，将基础理论与工程实践进行了有机结合。能量单元切割理论不仅为煤矿灾害研究提供了新范式，其研究方法论对相关领域的发展也具有启发意义。该研究成果的系统性和完整性值得称道，形成了从理论构建到工程应用的完整体系，这种既注重理论创新又关注实践应用的研究取向，对研究领域的发展具有重要的推动作用。该书还探讨了技术推广的可行性和适应性问题，建立了完善的技术评价指标，为开展后续工作指明了方向。

点击翻页

点击翻页

点击翻页

点击翻页

能量单元切割理论与煤矿瓦斯防治工程示范

蒋静宇, 魏民涛, 王成浩著

北京: 科学出版社, 2025. 12

ISBN 978-7-03-083946-6

该书是蒋静宇教授学术团队多年来在区域瓦斯治理技术方面科研工作的总结。全书知识结构合理、内容新颖，提出了能量单元切割理论，该理论在煤矿瓦斯防治技术方面取得了较大进展，对指导我国煤矿瓦斯灾害治理工作具有重要的现实意义。值此《能量单元切割理论与煤矿瓦斯防治工程示范》专著出版之际，我首先向蒋静宇教授表示祝贺，祝贺他的这部新作对提升煤矿瓦斯防治科技水平做出了突出贡献；同时，也很高兴地向从事煤矿安全研究的相关高校与科研单位的研究人员、煤矿企业的工程技术和管理人员推荐这本书。该书对了解煤矿瓦斯防治研究的前沿进展和掌握新的灾害防治技术与方法有很大帮助，值得一读。最后，祝愿蒋静宇教授领导的学术团队在今后的研究中继续深入探索，不断取得新的突破性成果，为提升我国煤矿安全生产的科技水平做出更大的贡献！

中国工程院院士

2025 年 12 月

本书得到了国家重点研发计划项目(2024YFC3013900)和国家自然科学基金面上项目(52174217)的资助。本书的出版得益于团队多年理论分析、实验室实验与现场实践的深度融合，书中凝聚了合作矿山企业管理技术人员的创新思维和智慧。期望书中提出的理论方法和技术成果能为煤矿瓦斯灾害防治提供新思路，推动行业区域瓦斯治理技术从“均一化治理”向“分区精准治理”转型，助力我国煤炭工业安全、绿色、高质量发展。

本文摘编自《能量单元切割理论与煤矿瓦斯防治工程示范》（ 蒋静宇, 魏民涛, 王成浩著. 北京: 科学出版社, 2025. 12）一书“序”“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-083946-6

责任编辑：李涪汁 沈 旭 李佳琴

煤与瓦斯突出是采动影响后煤层中应变能与瓦斯潜能突然失稳释放的结果。尽管我国采取了极为严格的两级“四位一体”综合防突措施，但突出事故仍时有发生，且大多数突出与构造煤有关。以断层、褶曲、煤层变厚带等为代表的煤矿地质异常区，控制着瓦斯的赋存和运移。本书聚焦煤矿地质异常区含瓦斯构造煤能量特性和煤力学特性，结合矿井生产实践，从能量释放和地应力角度出发，围绕含瓦斯构造煤的弹性能及瓦斯膨胀能，形成煤矿地质异常区能量单元切割理论和相应的瓦斯防治技术，力求有效解决煤矿地质异常区的突出灾害治理难题，实现分区精准治理，显著降低煤与瓦斯突出风险。

本书可作为从事煤炭开采、安全工程、瓦斯防治、煤田勘探等工程技术人员的阅读资料，也可作为高等院校相关专业本科生、研究生的参考用书。

（本文编辑：刘四旦）

专业品质 学术价值

原创好读 科学品位

一起阅读科学