十年磨剑！河南理工大学公布自然科学十大成果！

Writer： admin Time：2022-11-13 Browse：93

　　为全面回顾展示党的十八大以来，在习新时代中国特色社会主义思想指引下，学校党的建设、学科专业、教育教学、人才队伍、科研创新、学位与研究生教育、校园建设、国际合作、办学条件保障等各项事业发展所取得的辉煌成就及走过的光辉历程，唱响主旋律，弘扬正能量，努力营造迎接党的二十大胜利召开的浓厚氛围，学校特举办主题为“我们这十年——献礼二十大，奋进新征程”办学成就展示活动。充分利用全媒体平台开辟“非凡十年，出彩理工”专栏，刊发系列报道，展现学校落实立德树人根本任务，深化综合改革，统筹疫情防控、事业发展和安全稳定的特色亮点，展示理工人踔厉奋发、昂扬向上的精神风貌，奋力加快“双一流”创建、国内一流特色高水平大学建设步伐。

　　党的十八大以来，以习同志为核心的党中央把创新作为引领发展的第一动力，从党和国家发展全局的高度对科技创新进行了顶层设计，坚持“四个面向”的战略方向，谋划部署和推动一系列重大改革举措。为紧跟国家科技政策改革步伐，提升学校科研管理水平，科技处不断完善科研管理体系，明确管理责任，加强规范自然科学科研管理，增强科技创新活力。

　　十年来，我校科技工作者面向国家和行业重大发展需求，取得一系列原创性、引领性科技成果，科技发展硕果累累。学校获批了省部共建协同创新中心，实现了国家级科研平台突破，获得国家科技进步奖5项，省部级科技成果一等奖44项，国家级科研项目699项，国家级、省部级科技创新人才56项，科技创新团队32项，科研立项经费达24亿元。学校各项科研工作持续保持良好稳定发展势头，科研水平和层次得到持续提升。

　　行业技术难题：项目针对非量测相机几何标定技术、多个小面阵影像生成单一大面阵影像技术、大面阵数字航空影像获取装备等关键技术。

　　1.首创大视场高精度几何标定技术，使非量测相机获取数字航空影像的像元畸变差＜2μm，实现了采用非量测相机获取数字航空影像用于国家1:500～1:10000地形图测绘的技术突破。

　　2.创立了多中心投影影像单中心化和五分之一像元级的影像拼接技术，使一次曝光获取影像的像幅为单一像幅的近4倍，实现了多个小面阵影像生成单一大面阵影像的技术突破。

　　3.首次研制出高精度数字航空影像获取飞行控制器，控制曝光点平面位置最大误差＜5m，实现了智能定点获取数字航空影像的技术突破。

　　4.研制出新型云台稳定、内置检影、电动旋像等装置，使摄影倾角＜1°、旋偏角＜5°，实现了相机水平姿态与旋偏角的精准自动控制。

　　5.创新研制出国内首台大面阵数字航空影像获取装备，填补了国内空白，实现了数字航空影像获取装备的国产化，保障了国家测绘地理信息安全。

　　项目取得的科技成果：项目成果共获得专利6项，软件著作权8项，发表学术论文60余篇。

　　项目的推广应用情况：应用本成果已完成170万km2数字航空影像的获取任务，在国家1:500～1:10000地形图测绘和国家基础地理信息快速获取与更新中发挥了巨大作用，已广泛应用于国土资源调查、应急救灾、城市规划、矿产资源勘探等领域，特别在2008年汶川抗震救灾中，为国家及时进行灾情评估和救灾决策提供了技术支持，社会效益显著。

　　1.近地超轻型小数码航空摄影测量关键技术研究，2009年河南省科技进步一等奖。

　　3. 大面阵数字航空影像获取关键技术及装备，2012年国家科学技术进步奖二等奖。

　　行业技术难题：我国煤炭产量占全球的59%。随着煤炭采深增加，我国煤矿逐步进入深部阶段。深部煤层的地应力高、瓦斯压力高、瓦斯含量高、煤层透气性差，多为突出煤层，深井瓦斯抽采呈现“钻不进、封不住、抽不出”的困难局面。成孔、封孔是深井瓦斯抽采领域久攻不下的热点难题。

　　项目取得的技术创新：针对成孔难题，在分析传统光面钻杆、螺旋叶片钻杆钻进困难原因的基础上，基于“双动力排渣原理”“涡流松透排渣”原理，发明了刻槽钻杆、肋骨钻杆和棱柱刻槽钻杆。通过钻杆结构创新，利用浅螺旋槽和低螺旋筋结构形成机械排渣通道；利用钻杆旋转形成涡流“松透区”，构成动态排渣通道，大幅提升了钻杆在钻孔塌孔段的突破和脱困能力。针对封孔技术难题，提出“LQ主动支护式封孔原理”，首创囊袋式注浆封孔法，通过对钻孔封孔段带压注浆和主动支护，大量消灭钻孔周围裂隙并控制后期裂隙形成和发展，从而提高了封孔效果和抽采浓度。项目团队目前正在开展“盾护卸压保直/定向钻进”和“穿层消喷钻进”两项新技术，有望在松软突出煤层成孔领域实现新突破。

　　项目取得的科技成果：发现了松软突出煤层中“钻穴”的客观存在，提出了“钻穴”是制约钻进深度的主控因素的新观点，提出了“双动力排渣”和“涡流松透排渣”两种钻进排渣原理，发明了刻槽钻杆、肋骨钻杆、棱柱刻槽钻杆等新型钻杆，大幅提高我国松软煤层的成孔深度和效率。提出“LQ主动支护式封孔原理”，首创囊袋式注浆封孔法，形成了“封孔器+封孔材料+封孔机具”三位一体的成套封孔技术，有效提高了瓦斯抽采浓度。

　　项目的推广应用情况：先后在晋城、潞安、平顶山、焦作、阳泉、义马等矿区数十个矿井开展 “成孔、封孔”现场试验和工程示范。发明的新型钻杆取代了传统的光面圆钻杆和螺旋叶片钻杆，占突出煤层钻杆市场的80%以上，首创的囊袋式注浆封孔技术，为国内多家企业申办了煤安标志认证，基本取代了传统的聚氨酯封孔法。

　　项目取得的科技奖励：项目成果获得山西省科技进步一等奖、中国煤炭工业科学技术奖一等奖、河南省科技进步二等奖等省部级奖励6项。作为“煤层瓦斯安全高效抽采关键技术体系及工程应用”项目成果的重要内容，2016年获得国家科技进步二等奖。

　　行业技术难题：中国每年拆除的建筑面积约为4亿平方米，其中爆破拆除约占6%。随着中国国民经济的迅速发展,城镇化建设步伐的加快，建（构）筑物拆除工程量将进一步增多，周边环境复杂程度和拆除难度也将进一步增大，爆破拆除技术具有广阔的发展前景。因此,开展拆除工程精确爆破理论与关键技术研究，并加强其成果的推广应用具有重要的现实意义。

　　(1)首次提出用多体一离散体动力学分析方法研究钢筋混凝土结构的倒塌过程，建立了基于上述方法的高大建（构）筑物爆破拆除设计理论；研究发现了线型聚能材料射流存在“最大能量密度均衡射流段”的重要现象，研究得到“均衡段”长度和能量密度的控制方法；

　　(2)首创高耸建（构）筑物预控铰链点多向折叠爆破、钢结构物炸点萃取精确聚能切割爆破、薄壁筒体高卸荷槽复式切口爆破、城区特大桥阶梯式顺序塌落爆破等爆破设计方法与施工技术，解决了城区拆除爆破面临的结构与环境复杂和安全控制难度大的技术难题；

　　(3)创建了拆除爆破振动控制的“解体、吸能和调峰”三步法：通过优化爆破设计，设置弹性和松散介质缓冲体，及精确延时干扰减振，使拆除爆破振动幅值削减60%以上；

　　(4)对拆除爆破扬尘机理及防治技术进行了深入研究，开发了针对拆除降尘的强制发泡技术，并在工程实践中取得显著成效。

　　项目取得的科技成果：项目获得发明专利9项、实用新型专利13项，省级工法8项，发表论文147篇，出版相关著作及技术专辑8部，参与1部国家技术定额编写。32项科技成果通过省部级鉴定，其中达到国际领先水平6项，国际先进水平15项，国内领先10项；该系列成果获得省部级及军队科技进步一等奖3项、二等奖4项，行业科技进步特等奖2项，一等奖11项，二等奖8项。

　　项目的推广应用情况：研究成果在城建、电力、交通、水利及国防等领域的500多项爆破拆除工程中得到广泛应用，创造经济效益15亿余元。不仅为推进我国城镇化建设和国家节能减排作出了突出贡献，同时提出的拆除工程精确爆破理论与关键技术有力地推动了爆破行业科技进步，社会效益和经济效益显著。

　　“复杂环境下180米高烟囱三段单向定向控制爆破技术”获中爆协科技进步三等奖；

　　“不同材质缓冲垫层对高耸建（构）筑物爆破拆除触地振动的影响”获中爆协科技进步三等奖。

　　行业技术难题：煤层气，是赋存于煤层中的非常规天然气，资源量巨大。其高效开发对于提高我国天然气自给能力、降低瓦斯灾害及保护大气环境等都具有重要意义。然而，我国煤储层地质条件复杂，构造煤、低渗低压、大倾角等复杂煤储层广泛分布，导致煤层气开发技术难度大、有气难采出、单井产量低。

　　项目取得的技术创新：河南理工大学曹运兴教授科研团队，在国家科技重大专项等支持下，历经13年，攻克了选区评价、复杂结构井钻完井及增产改造等关键技术难题，实现了复杂地质条件储层煤层气高产稳产的重大突破。

　　成果推广应用：906口井，2018-2020年累计产气14.4亿m3，取得直接经济效益24.1亿元，节约瓦斯治理费用87.3亿元，解放高瓦斯煤炭6.9亿吨。① 在新疆大倾角厚煤层区创造了煤层气定向井日产量27896 m3的国内最高纪录，建成了新疆第一个煤层气产业基地；② 在晋城低渗低压区建成了U形水平井，三年来稳定日产1.5万m3以上，是同区块多分支水平井日产量的10倍；③ 双管柱筛管完井技术在沁水盆地规模化应用，15#煤平均日产量1.2万m3以上，稳产期超过2年，使15#煤可动用煤层气资源增加1万亿m3以上。项目成果推动了我国煤层气开发行业的科技进步，促进了煤矿安全生产和瓦斯清洁高效利用。

　　项目取得的科技奖励：项目成果“复杂地质条件储层煤层气高效开发关键技术及其应用”获得2020年度国家科学技术进步二等奖，这是我国煤层气开发领域第一个以开发技术为核心的国家科技奖。

　　行业技术难题：我国浅埋及薄基岩煤层开采诱发的矿压强烈、压架事故频发，采动地表生态环境破环严重，地下水位下降明显，开采理论滞后工程实践的问题突出，是制约我国煤炭安全绿色开采的重大课题，也是国际采矿界面临的重大难题。

　　项目取得的技术创新：基于项目研究，创立了采场覆岩远场及近场压力拱理论，揭示了采动覆岩复合压力拱结构演化失稳机制，为采场和巷道围岩控制提供了理论基础。建立了浅埋煤层采场覆岩初次来压和周期来压结构模型，揭示了浅埋煤层强烈来压机理，解决了浅埋煤层采场顶板支护理论难题。发现了采动裂隙发育及导水规律，发明了柔性条带充填保水开采技术，发展了浅埋煤层绿色开采岩层控制理论技术。提出了单拱软岩巷道极限平衡拱支护理论与技术，揭示了连拱隧道围岩偏态压力拱演变力学机制，提出了连拱隧道偏态围压计算新方法。为巷（随）道围岩稳定性控制提供了理论依据及技术支撑。

　　项目取得的科技成果：获国内外专利28项；出版中英文专著5部；发表期刊论文48篇；培养博士、硕士研究生24名；河南省优秀博士学位论文1篇。“浅埋煤层开采岩层控制”编入国家规划教材《矿山压力与岩层控制》和《煤矿总工程师技术手册》。

　　项目的推广应用情况：形成一套集示范性、创新性、实用性为一体的采掘扰动围岩控制理论与技术体系，在河南赵固二矿、河南赵家寨煤矿、神木张家峁煤矿、神东三道湾煤矿和哈拉沟煤矿等成功应用，新增利润17.7亿元，技术经济和社会效益显著。

　　项目取得的科技奖励：研究成果获2021年河南省科技进步一等奖；工程扰动围岩压力拱表征及其演化机制，获河南省自然科学优秀学术著作一等奖；浅埋煤层保水开采岩层控制研究，获陕西省自然科学优秀论文一等奖；获全国煤矿支护技术一等奖等。

　　行业技术难题：先进材料的高性能制造是制约我国航天航空、国防军工、3C等技术领域高速发展的主要瓶颈之一。超声加工是公认的解决先进难加工材料高性能制造的一种有效手段。难点在于：创建完善的超声加工系统振动特性的精准设计理论和调控技术，解决高端超声装备产业化的共性技术问题等。

　　1、创建了复杂声学系统精准设计理论与方法，解决多维复杂声学系统精准设计的国际难题，突破了连续/非连续、均匀/非均匀、对称/非对称介质组成的复杂声学系统的统一设计理论。

　　2、解决了超声加工系统产业化的五大共性技术难题，发明了8种两维振动加工系统及耐高温超声刀柄等，保证了超声系统和加工质量的稳定。

　　3、实现了通用和专用超声加工功能部件和装备的产业化。主要包括：BT、ISO、SK及HSK超声刀柄系列；立式超声加工中心和立式超声珩磨机床系列等；超声功能部件和装备的产业化，为解决国家重大基础科学问题及其工程应用提供了技术装备及手段。

　　项目取得的科技成果：授权发明专利50余件（其中国际专利3件）；核心论文49篇（其中SCI-1区4篇，SCI-2区15篇）；专著5部。该成果具有完全自主知识产权，在超声加工关键技术及其工程应用方面达到国际先进水平，其中复杂声学系统的统一设计理论与方法处于国际领先水平。

　　项目的推广应用情况：自2009年完成国内首台超声加工中心研发以来，超声装备已大量应用于国防、装备制造业、汽车、3C等领域难加工材料的加工。在广东汇专实现了产业化，同时在大连理工、天津大学等多家企业/院所使用，替代了进口，取得了显著的经济和社会效益。近三年来新增产值46亿元、新增利润10.5亿元。

　　项目取得的科技奖励：项目获得2022年河南省科技进步一等奖1项，2021年中国机械工业联合会技术发明一等奖1项，2014、2010年河南省科技进步二等奖各1项。

　　行业技术难题：针对作物生长遥感监测机理性弱、尺度单一、时效性差等技术瓶颈，融合卫星、航空和地面空天地多源遥感，形成田块-县域-省域多尺度监测模式，破解农业生产决策“缺芯少智”难题，推动我国农业生产向智慧农业加速转变。

　　（1）建立了遥感高时空融合算法及多特征学习的作物精细识别方法，解决了多源数据高时空融合及作物精细识别难题；

　　（2）提出了多源、多光谱特征的作物生长指标定量遥感反演方法和基于遥感机理与农学模型耦合的农田蒸散及作物产量测报方法，解决了大规模智慧高效作物生产中调优精确管理信息缺乏难题；

　　（3）集成研发了空天地一体化的农业遥感智能监测系统，为河南、河北、江苏智慧农业信息高效获取与农业保险管理决策提供了关键支撑。实现了数据好用、模型管用和系统易用，推动了农业遥感定量化、智能化发展。

　　项目取得的科技成果：获授权发明专利13项，软件著作权35项，发表学术论文76篇（SCI/EI检索69篇，6篇入选ESI高被引论文，代表性论文他引总次数474频次），出版专著1部，颁布地方标准1项，研发农村农业部新技术新产品1项、北京新技术新产品2项。

　　项目的推广应用情况：成功应用于河南、河北、山东、黑龙江、吉林等省份，推广规模9000多万亩，培训各类技术人员3.2万余人，近三年产生经济效益8.6亿元，为农户、农企和农业管理部门提供精准管理决策服务，促进了智慧农业技术成果应用转化。

　　行业技术难题：我国煤层赋存条件复杂，煤层瓦斯抽采效率低，严重遏制煤炭高效开采。随着采深和开采强度不断增大，这一问题日趋严峻。突破煤层瓦斯高效抽采的技术瓶颈，适应瓦斯高效抽采和灾害防治新形势，对我国能源战略安全和双碳指标的实现具有重要意义。

　　（1）研制了煤层瓦斯参数原位测量技术及装备，实现了煤层瓦斯参数精准测量。研究了深孔煤层瓦斯原位解吸规律，建立了原位瓦斯含量预测模型，构建了瓦斯含量深部原位测定理论体系；研发了深孔定点取样技术及装备，突破了深部煤层瓦斯含量精准测定技术瓶颈，实现了深部瓦斯含量原位测定。

　　（2）提出了多相射流破煤卸压技术，研制了成套系统装备，实现了复杂煤层分源精准卸压。研制了低压高超声速磨料空气射流破煤卸压增透技术及装备，突破了松软低渗煤层卸压增透技术瓶颈；研发了超前预混合磨料水射流破煤卸压增透技术及装备，攻克了磨料水射流磨料连续供给、长距离输运和构建磨损等多项关键技术难题，突破了高地应力坚硬煤层卸压增透技术瓶颈；构建了气-液-固多相分源卸压增透技术体系，实现了复杂煤层的高效卸压增透。

　　（3）研制了煤基封孔材料和带压封孔技术及装备，实现了瓦斯抽采钻孔长效封孔。发明了基于气体漏失量法的抽采钻孔合理封孔深度原位测定技术及装备，研制了以钻屑为基料的新型煤基浆液绿色封孔材料，首创了裂隙煤体注浆变质量渗流模型，揭示了注浆封孔堵漏降渗机制，研发了多级承压钻屑回填技术及装备，突破了多级长效固结封孔技术瓶颈。

　　（4）提出了瓦斯抽采钻孔快速无损修复技术，研制了水力-机械自驱钻头及成套系统装备，实现了瓦斯抽采钻孔全生命周期高效抽采。建立了射流自驱钻头运动模型，研发了水力联合机械自驱修孔技术及装备，攻克了坍塌失效钻孔修复技术瓶颈，实现了瓦斯抽采钻孔高效利用和长时高效抽采。

　　项目取得的科技成果：相关成果累计授权发明专利65项，实用新型专利48项，在国内外期刊发表学术论文200余篇，培养博士生7名、硕士生53名，获河南省优秀硕士论文3篇。1人入选国家“百千万人才工程”并授予“有突出贡献中青年专家”、中原千人计划科技创新领军人才，3人入选河南省高校创新人才，3人入选中原千人计划青年拔尖人才。

　　项目的推广应用情况：项目推广应用于河南、山西30余座矿井，新增销售额20亿元以上，新增利润8亿元以上。项目核心技术实施专利转化和许可累计超过200万元，受让企业累计新增利润4000万元以上。

　　项目取得的科技奖励：项目获得河南省科技进步二等奖1项、三等奖1项，中国优秀专利奖1项，中国煤炭工业协会科学技术奖4项。

　　行业技术难题：全球CO₂浓度持续上升、各国工业固废排放量逐年增加，建筑材料的需求量居高不下，带来了严重的环境和原材料问题。CO₂和工业固废等废弃物制备绿色建筑材料的关键技术成为国内外建材行业“卡脖子”难题。

　　项目取得的技术创新：本项目结合实际需求，主要聚焦利用工业和城市生活固体废弃物，尤其是利用赤泥、工业废渣、工业副产品石膏、建筑垃圾等生产新型绿色建筑材料的研究及相关技术产品的开发应用，并深入开展了烟气CO₂矿化制备绿色建材技术研究。研发出了以固废为主要组成的固碳胶凝材料，探明了固碳胶凝材料与CO₂反应动力学，揭示了固碳胶凝材料碳化反应过程的产物结构演变及硬化机理，提出了组分调控-紧密堆积-碳化养护协同制备建筑制品的工艺和方法，形成了免粉磨固碳胶凝材料、固碳透水砖、固碳护坡砖、固碳保温砌块等系列制品。研发了工业废石膏预处理技术，探明了其制备建筑石膏、高强石膏及其制品的关键参数及调控机理，形成了工业副产石膏资源化利用成套技术。

　　项目取得的科技成果：系统研究了赤泥、废石膏等工业固废制备固碳胶凝材料及绿色建材制品的理论和方法，突破了工业固废水化活性低、难以在建筑材料领域大规模资源化利用的技术瓶颈，形成了新型固碳胶凝材料及绿色建材制品生产技术。

　　项目的推广应用情况：本项目技术已在河南焦作10万吨固碳人造骨料、年产2.6亿块固碳免烧免蒸生态砖、年产20万吨建筑石膏、年产2万吨高强石膏生产线上进行了产业化应用，均运行良好。每年可消纳85万吨工业固废，固化5万吨CO₂。

　　项目取得的科技奖励：获得中国建筑材料联合会科学技术奖一等奖（基础研究类）等科技奖励4项，制备的固碳建材制品广泛应用于建筑施工、墙体工程、景观道路铺装、生态护坡等工程，制得的石膏制品大量应用于建筑物的自流平及抹灰工程等。

　　（1）复杂地质条件下构造煤发育区煤层气高效稳产技术理论与技术体系尚不成熟。

　　（2）单煤层和多煤层开采扰动下采空区煤层气富集运移机制及安全高效稳产开发工艺仍需攻克。

　　（1）在平顶山地区首次创新适用于构造煤特征的水平对接井钻完井技术方法体系，实现了国内首口针对松软中煤阶煤储层、垂深超过1000m、水平段长度 725.2m 的 U 型对接井，为构造煤水平对接井钻完井工程提供了技术示范。

　　（2）针对废弃矿井采空区，提出了地面钻井穿越双富集区的最优层位和采空区边角布井的井位优选方法；研发了过采空区氮气安全高效钻井、多结点集约化注浆加固、低浓度煤层气分布式提纯系统等技术，建立了废弃矿井采空区煤层气地面分级抽采利用体系。

　　（3）针对复杂资源条件下未采区、采动区和采空区（简称“三区”）的煤层气高效增产稳产这一行业瓶颈难题，发明了全生命周期的稳井筒、稳产量的井型-井位-排采一体化技术，研发了“三区”直井、L 型井的成套增产改造技术。

　　项目取得的科技成果：已发表高水平研究论文 25 篇，授权 12 项国家发明专利。

　　项目的推广应用情况：成果在晋城矿区、阳泉矿区和平顶山矿区等地进行了推广应用，其中平顶山矿区采空区直井单井日产气量高达 21600m3，采动区 L 型井单井日产气量高达12500m3，采动直井单井日产气气量高达41150m3，突破了构造煤区域煤层气单井抽采历史记录；率先在河南省实现了商业化利用。在晋城、西山、阳泉矿区废弃矿井累计施工抽采井 129 口，投运 71 口，日产气量约11万m3，累计利用量1.28 亿m3 （折纯量），创造产值 2.18 亿元。

　　项目取得的科技奖励：团队成员曾获得国家科技进步二等奖 1 项，省部级特等奖 1 项、一等奖 2 项、二等奖 3项；发布山西省地方标准1项。