這個實驗室能還原瓦斯煤塵爆炸真實場景
轟！黑暗中，伴著巨大的爆炸聲，一朵火花瞬間放大，如同一條火龍把整個巷道照亮併吞沒……
別緊張，這只是模擬煤礦井下掘進工作面發生瓦斯煤塵爆炸的試驗。重慶日報記者看到的，是高速攝像機拍攝的瓦斯煤塵爆炸慢動作畫面。
4月6日，工作人員在瓦斯煤塵爆炸試驗巷道內做試驗前的準備工作。
“真正的爆炸往往發生在毫秒之間。”瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室主任王克全介紹，煤炭是我國能源供給安全的兜底性保障，但在開採中，瓦斯是安全生產的第一殺手。“作為國家重點實驗室，瞄準的正是瓦斯防治這塊硬骨頭。”
4月6-7日，記者走進該實驗室的清水溪試驗基地和建橋檢測試驗基地，探秘這一國之重器。
世界最大瓦斯煤塵爆炸試驗巷道
已做5000多次爆炸傳播試驗
清水溪試驗基地位於歌樂山腳下。
“這個基地是我國煤與瓦斯突出、瓦斯煤塵爆炸、工業粉塵爆炸等災害預防與控制的技術研究和工程試驗基地。”王克全將記者帶到一個看似防空洞入口的地方，“裡面有世界最大的瓦斯煤塵爆炸試驗巷道，和煤礦井下一模一樣。”
王克全言語間十分自豪：試驗巷道總長896米，用鋼筋混凝土澆築，可承受1。5MPa的爆炸壓力。
戴上安全帽、拿著照明燈，記者跟隨王克全進入巷道。這是一個半圓拱形巷道，很黑，全靠手上的燈照明，地上留有運輸軌道。一行人先走過一小段僅容一人透過的連線巷道，接著是一道雙重防爆門，才進入主巷。巷道兩邊牆壁黢黑，和煤礦礦壁差不多。
“防爆門關閉後，巷道就形成一端封閉、另一端開放的狀態。”王克全說，試驗時，爆炸從封閉端起爆後沿巷道向開口端傳播，模擬煤礦井下掘進工作面發生瓦斯煤塵爆炸的實際狀態。
頭頂上，偶爾可見倒掛的鐵鉤。試驗人員介紹，他們會在鐵鉤上放置一塊鋪有煤塵的木板，試驗時，瓦斯爆炸衝擊會裹帶著煤塵一起爆炸，讓模擬試驗更真實。
在巷道壁內，每隔一段距離都有一個壁龕，壁龕內埋設有資料採集儀器。“你們看到的爆炸影片，就是透過壁龕內的高速影象採集系統採集的。”王克全說。
記者在現場看到的，正是實驗室國之重器之一——大型瓦斯煤塵爆炸試驗系統。該系統由地下試驗巷道、高速資料採集系統、高速影象採集系統等部分組成，可開展煤礦井下特定環境不同規模的瓦斯、煤塵爆炸試驗分析。
中煤科工集團重慶研究院有限公司黨委書記、董事長周俊說，該巷道至今已進行瓦斯、煤塵爆炸傳播試驗5000多次，先後完成國家自然科學基金重點專案、國家重點基礎研究發展計劃、國家重點科技攻關專案、重大產業技術開發專案及省部級重點自然科學基金專案98項，與日本、法國、澳大利亞、英國、美國、俄羅斯等多個國家進行合作和技術交流。
大型煤與瓦斯突出模擬實驗系統
模擬煤與瓦斯突出事故全過程
在試驗基地另一側，藏著另一個國之重器：煤與瓦斯突出模擬實驗系統。這也是我國自主研發的首個大尺寸高剛度模擬實驗系統。
這是一個大傢伙：有兩條粗壯的“腿”，約3層樓高，頭頂上懸著一個圓柱體，左右兩側像長著兩隻有力的雙手。
4月6日，技術人員正在煤與瓦斯突出模擬實驗系統上工作。
“它叫高剛度岩石力學試驗機。實驗時，裝有煤層模型及充滿瓦斯的紅色實驗箱體會置於中間，由試驗機施加垂直3000噸、水平對稱2000噸的壓力，真實還原千米深井的地應力、瓦斯壓力等條件，模擬煤與瓦斯突出的發生、發展和致災全過程。”實驗室研究員王波說。
什麼是煤與瓦斯突出？王克全介紹，煤與瓦斯突出是指在壓力作用下，破碎的煤與瓦斯由煤體內突然向採掘空間大量噴出的現象。十多年前，煤與瓦斯突出災害一度成為我國煤礦安全生產的嚴重威脅，“因為煤與瓦斯突出會在極短時間內產生強大沖擊力，瞬時摧毀巷道及設施，造成重大財產損失和人員傷亡。”
“煤與瓦斯突出機理研究成為災害防控的前提和關鍵。”周俊說，由於井下現場測試太危險，也沒法做探索性實驗，所以長期以來對煤與瓦斯突出機理研究僅停留於對事故資料的收集整理上，成為世界採礦界亟待突破的重大科學問題和工程技術難題。
為攻克這一難題，實驗室累計投入3000多萬元，自主研發了大型煤與瓦斯突出模擬實驗系統。該系統可測定並記錄煤與瓦斯突出過程中，煤體破碎過程、瓦斯吸附解吸過程等實驗現象和實驗資料，實現高瓦斯壓力、高地應力條件下，煤與瓦斯突出發生、發展及致災全過程模擬。
“這裡有4條模擬巷道，煤與瓦斯兩相流會從這些巷道‘跑’過，我們就觀察和記錄它們的變化規律。”王波說，模擬巷道總長50米，斷面0。3米×0。3米。
這個大傢伙的研發很不容易。王克全說，這套系統從2012年開建，前後花了3年時間，共申請發明專利20餘項，發表論文60餘篇，為國家支撐體系實驗室建設、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、重慶市自然科學基金等多個專案提供試驗支撐。
礦用裝置安全准入檢測檢驗系列試驗平臺
煤礦高壓供用電裝置下井先過它這一關
4月7日，記者來到位於大渡口區的建橋檢測試驗基地。
在2＃實驗廠房，兩臺巨大的深灰色發電機組佔據了機房大廳的大部分空間。發電機尾端引出的寬厚銅排分別塗著紅、黃、綠三種顏色，如同天線般從牆體穿出，接入隔壁的一個實驗間。
4月7日，即將投入使用的煤礦高壓供用電系統安全准入分析驗證實驗室正在進行最後除錯。本組圖片均由記者 崔力 攝/視覺重慶
這裡正是礦用裝置安全准入檢測檢驗系列試驗平臺。實驗室陳釗博士介紹，煤礦井下有風機、水泵、採煤機、輸送機等用電裝置，這些裝置在下井前必須經過安全准入驗證及效能測試，並取得國家強制性安全標誌MA，測試正是由該平臺“操刀”。
“這也是保障煤礦安全生產的重要基礎。”陳釗說，配電櫃、無功補償裝置和機電裝置中的電動機、變頻器等煤礦高壓供用電裝置必須是安全可靠的，不然極易引發重大安全事故：一是高壓電氣裝置本身產生的電氣火花、高溫或電弧燒穿防爆外殼，會引起瓦斯煤塵爆炸或火災等事故；二是高壓供用電系統及其組成裝置如果不可靠，會導致電氣效能弱化甚至功能缺失，引起煤礦井下無計劃停電，通風、提升和排水等安全裝置無法正常工作而造成安全事故。
2014年4月，該平臺獲批建設，總投資2。11億元，總共183臺套裝置。
“我們已進入最後的聯調聯試階段。”陳釗表示，這意味著我國煤炭行業即將具備礦用高壓電氣裝置全套型式的自主試驗能力，填補行業內缺乏礦用高壓電器短路開斷與關合試驗、高壓變頻電傳動裝置負載特性試驗和無功補償裝置連續執行試驗等試驗能力的空白。
實驗室名片
瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室
歷史基因
實驗室依託於中煤科工集團重慶研究院有限公司，2010年1月獲科技部批准建設，2015年透過驗收。
研究方向
實驗室是煤礦安全特別是瓦斯、粉塵防治領域承擔國家重大科研任務的主要力量，現有固定研究人員175人，主要有瓦斯災害資訊監測傳輸、瓦斯災害預防與控制、瓦斯災害預警及應急處置三大研究方向。
科技絕活
實驗室建有世界一流水平的公共實驗研究平臺，擁有世界最大的瓦斯煤塵爆炸試驗巷道，垂直載入3000噸、水平對稱載入2000噸的煤與瓦斯突出模擬實驗系統，礦用裝置安全准入檢測檢驗系列試驗平臺等國之重器。
光榮業績
“十三五”期間，實驗室主持國家重點研發計劃、礦山事故與職業病危害分析鑑定實驗室建設等重大專案8項，獲批專項經費2。33億元；獲國家科技進步獎2項、中國發明專利優秀獎3項、省部級一等獎17項；授權發明專利164項、實用新型專利116項、軟體著作權138項，制（修）訂國家標準4項、行業標準34項。實驗室開發的瓦斯防治新技術、新產品廣泛應用於煤炭企業，為我國瓦斯防治取得歷史最好成績做出重要貢獻。
高階對話
瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室主任王克全：
解決瓦斯事故防治“卡脖子”問題
提到瓦斯，公眾往往會把它與煤礦事故聯絡在一起。但是，煤炭在相當長的時期內仍然是我國能源供給安全的兜底性保障。如何進一步保障煤礦安全生產，瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室主任王克全接受了重慶日報記者專訪。
重慶日報：實驗室為何落戶重慶？
王克全：建國初期，煤炭佔據我國能源供應絕對主導地位。由於當時煤炭開採技術落後，歷史上曾發生數起百人以上的傷亡事故。1964年，原煤炭工業部從部屬煤炭科學研究院駐撫順、唐山、上海及在京各研究所抽調部分科研人員組成工作組，在重慶中梁山煤礦、永榮礦務局開展“瓦斯殲滅戰”。在此基礎上，於1965年建起煤炭科學研究院重慶研究所。
重慶日報：實驗室建設過程中，您覺得最重要的工作是什麼？
王克全：關鍵在於激發創新動能，我們在體制機制創新方面做了大量工作。
在人才隊伍建設方面，建立了科研人員職業發展通道，基於科研成果、在研專案、科技獎勵、產業貢獻、論文專著、行業影響、人才培養7類指標量化積分，分7級選聘首席專家、首席科學家，並給予相應的薪酬待遇，每年按積分變化進行動態考核、動態調整。
除積極爭取國家、地方的縱向科研專案外，我們逐年加大自主研發投入力度，2020年實驗室自主研發預算近4000萬元。我們還加強科技成果轉化的支援力度，2020年斥資200餘萬元對成果轉化效益顯著的6個創新團隊進行了獎勵。
重慶日報：科技部、財政部下發的《關於加強國家重點實驗室建設發展的若干意見》中，提出要促進產學研深度融合，實驗室在這方面做得如何？
王克全：實驗室自成立以來，不斷創新產學研合作機制體制，服務企業安全生產，相關技術、裝備輻射到全國95%的國有煤礦和部分地方煤礦。可以說，我們為我國瓦斯災害防治取得歷史最好成績做出了應有的貢獻。一組資料可以說明：2005年，全國煤礦發生瓦斯事故414起、死亡2171人，其中百人以上特別重大瓦斯事故3起、死亡471人。2020年，全國首次實現全年未發生一次死亡10人以上的重大煤礦瓦斯事故，全國24個產煤省（區、市）有18個實現瓦斯“零事故”，全國煤礦瓦斯事故起數、死亡人數比2005年分別下降98。3％、98。6％。
重慶日報：實驗室下一步將如何進一步發展？
王克全：面對煤礦開採的複雜災害防控問題，要運用大資料、物聯網、雲計算、人工智慧等現代科技，儘快建成“人—機—環”為一體的智慧感知、智慧預警、智慧防控、智慧分析與決策的煤礦安全智慧化保障體系。為此，我們組建了網際網路+創新團隊，成立了智慧化創新中心等專門機構，與災害防治研究工藝技術專家團隊緊密合作，著重進行智慧礦山、機器人等共性關鍵技術研發，引導和激勵廣大科技人員開展創新性、突破性研究，實現產學研一體化發展，重點解決煤炭行業及相關安全領域“卡脖子”問題。
記者：李珩
編輯：王君
稽核：王方傑
