一、机构简介
非常规天然气开采与碳封存安全研究所依托安全科学与工程国家重点学科，整合陕西省重点科技创新团队、首批陕西高校青年科技创新团队等省部级平台，在原“非常规天然气安全开发研究所”基础上重塑而成。本研究所立足国家能源安全与“双碳”战略需求，聚焦非常规天然气安全高效开采与CO₂地质封存两大领域，围绕“外场作用下煤体损伤弱化多场耦合理论与技术”“非常规天然气解吸-储运规律与开采技术”“煤矿甲烷管控减排理论与技术”“煤矿CO₂地质封存动态表征及系统安全”四个方向开展基础理论研究与关键技术攻关。
研究所由严敏教授领衔，团队成员专业背景涵盖安全工程、采矿工程、资源勘查等，结构合理、富有活力。团队主持国家级项目12项、省部级项目21项，自主研制了液氮循环冻融、超声致裂增透、煤系气流固耦合等系列特色实验装置，形成了从基础理论到工程应用的完整研究链条。研究所将着力打造在国内具有影响力的学术团队，围绕低渗煤层增渗、瓦斯精准抽采、甲烷减排与CO₂封存安全等关键问题，持续产出高水平成果，推动新技术现场应用，服务矿山安全生产与绿色低碳发展。
二、研究方向
研究所主要研究方向包括4项，分别为：①外场作用下煤体损伤弱化多场耦合理论与技术。研究超声、注气驱替等外场下低渗煤层致裂增渗理论与技术，分析多场协同下煤体孔裂隙演化与宏观变形特征，揭示煤体损伤弱化与瓦斯增流机理；②非常规天然气解吸-储运规律与开采技术。构建低渗储层非常规天然气解吸-扩散-渗流多尺度动力学模型，建立解吸储运判定模型及开采技术体系；③煤矿甲烷管控减排理论与技术。提出低浓度瓦斯抽采管路漏损检测与安全控制理论，研发浓度超限预警调节技术，建立安全输运利用系统；④煤矿CO₂地质封存动态表征及系统安全。研究采空区多组分气体竞争吸附机理，实现CO₂地质封存多物理场耦合动态表征，开展封存安全性与潜力评估。
三、研究团队
研究所目前包含成员13人，其中教授3人，副教授6人，讲师4人。学术带头人为严敏教授，新疆维吾尔自治区煤炭科学研究所客座教授、煤炭行业工程中心与陕西省协同创新中心副主任，获省部级科研奖项9项，承担国家级项目3项、省部级项目10项，以第一或通讯作者发表论文23篇。研究所成员职称、学历、学缘结构合理，分工明确，年轻富有朝气，长期合作，为本项目的实施提供了人才保障。研究所成员名单见表1。
表1 研究所成员名单
序号 |
姓名 |
职务 |
职称/学历 |
所在系 |
1 |
严 敏 |
所长 |
教授/博士 |
安全工程系 |
2 |
丁 洋 |
副所长 |
副教授/博士 |
安全工程系 |
3 |
白 杨 |
副所长 |
副教授/博士 |
安全工程系 |
4 |
张静非 |
联系人 |
讲师/博士 |
安全工程系 |
5 |
林海飞 |
成员 |
教授/博士 |
安全工程系 |
6 |
胡 彪 |
成员 |
教授/博士 |
安全工程系 |
7 |
秦 雷 |
成员 |
副教授/博士 |
安全工程系 |
8 |
李 莉 |
成员 |
副教授/硕士 |
消防工程系 |
9 |
刘 鹏 |
成员 |
副教授/博士 |
安全工程系 |
10 |
龙 航 |
成员 |
副教授/博士 |
应急技术与管理系 |
11 |
王翠霞 |
成员 |
讲师/博士 |
安全工程系 |
12 |
杨 娜 |
成员 |
讲师/博士 |
安全工程系 |
13 |
孙万杰 |
成员 |
讲师/博士 |
安全工程系 |
四、主要成果
近五年来，非常规天然气开采与碳封存安全研究所成员协同攻关、锐意创新，在基础理论研究与关键技术研发方面取得一系列突破性成果。团队合计主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年项目、中国博士后科学基金面上资助等国家级纵向课题18项，陕西省自然科学基金项目、新疆维吾尔自治区重点研发专项子任务、陕西省教育厅青年创新团队科研计划项目等省部级纵向课题40余项，企业横向项目50余项。主要研究成果获省部级一等奖5项、二等奖6项、三等奖4项，厅局级科技进步奖20余项。发表学术论文120余篇（SCI、EI等收录90余篇），出版专著及教材11部；授权国家发明专利13项，实用新型专利40余项。
表2 主要获批基金情况
序号 |
基金名称 |
基金类型 |
负责人 |
获批经费 |
1 |
低渗煤层瓦斯增流与精准抽采 |
国家杰出青年科学基金 |
林海飞 |
400万 |
2 |
厚及特厚煤层高强度开采瓦斯致灾机理与防控原理 |
国家十四五重点研发计划专项子课题 |
严敏 白杨 龙航 |
150万 |
3 |
深部低透煤层液氮多级脉冲致裂增渗与驱替瓦斯效应研究 |
国家自然基金面上项目 |
林海飞 |
60万 |
4 |
深部开采煤体变形破裂与瓦斯解吸渗流耦合机理研究 |
国家自然基金面上项目 |
林海飞 |
60万 |
5 |
含瓦斯煤体超声激励水化膜铺展微介观界面调控机理 |
国家自然基金面上项目 |
严敏 |
54万 |
6 |
深部温压互竞作用下超临界态 瓦斯赋存转化特征及其 扩散影响机制 |
国家自然基金面上项目 |
胡彪 |
50万 |
7 |
极近距离煤层采空区叠加区瓦斯与煤自燃复合致灾机理研究 |
国家科学基金青年基金 |
丁洋 |
30万 |
8 |
三维微米尺度条件下瓦斯吸附-解吸热力学特性研究 |
国家科学基金青年基金 |
严敏 |
30万 |
9 |
煤基质复杂纳米孔瓦斯解吸-扩散互竟的微尺度效应 |
国家科学基金青年基金 |
王翠霞 |
30万 |
10 |
液氮在煤体微纳米孔隙内运移及致裂机理研究 |
国家科学基金青年基金 |
秦雷 |
30万 |
11 |
含瓦斯煤注氮驱替解吸动力学特性的微尺度效应 |
国家科学基金青年基金 |
白杨 |
30万 |
12 |
采空区受限空间CO2-改性粉煤灰矿化储碳多相界面动态响应及跨尺度链式反应机制 |
中国博士后科学基金会与中国煤炭科工集团有限公司联合资助（特别资助） |
张静非 |
18万 |
13 |
采空区温压驱动-空隙限域效应下CO2-改性粉煤灰溶解矿化链式储碳机理 |
陕西省“三秦博创人才”支持项目 |
张静非 |
40万 |
14 |
脉冲注气驱替低透煤层瓦斯解吸动力学机理及应用研究 |
陕西省科协青年人才托举计划 |
白杨 |
2万 |
15 |
深部煤层吸附态与游离态瓦斯赋存转化特征及其影响机制 |
西安市科协青年人才托举项目 |
胡彪 |
0.8万 |
表3 主要发表论文情况
序号 |
论文题目 |
期刊 |
检索情况 |
1 |
Kinetic mechanism of CO2-coal/rock dissolution and mineralization under temperature and pressure constraints in mined-out area: Implications for pore network reconstruction and carbon storage safety |
Journal of Cleaner Production |
SCI （IF≥10） |
2 |
A New Quantitative Characterization Method of Absolute Methane Adsorption Isotherm in Coal |
Chemical Engineering Journal |
SCI （IF≥10） |
3 |
The Distribution Characteristics of Adsorbed CH4 in Various-Sized Pore Structures of Coal Seams |
Mathematics |
SCI |
4 |
Evolution of Overlying Strata Fractures in Variable Mining Heights of Deeply Buried Thick Coal Seams |
Results in Engineering |
SCI |
5 |
An experimental study on pore complexity in single-particle coal and its impact on CH4 diffusion kinetics |
Fuel Processing Technology |
SCI |
6 |
Study on Gas Pre-Extraction Law of Along-Layer Boreholes Based on Thermo-Hydro-Mechanical-Damage Coupled Model |
Mathematics |
SCI |
7 |
Influence of pulverization on the micropore structure of coal and its fractal characteristics |
Scientific Reports |
SCI |
8 |
The thermodynamic response behavior and mechanism of oil-bearing coal under ultrasonic excitation |
Fuel |
SCI |
9 |
Study on the influence of multiple factors on the CH4/CO2 adsorption selective prediction model in coal |
Processes |
SCI |
10 |
Gas adsorption analysis of pore structure differences and influencing factors in coal with varying metamorphic grades |
Scientific Reports |
SCI |
11 |
Deciphering origins of hydrocarbon deposits by means of intramolecular carbon isotopes of propane adsorbed on sediments |
Petroleum Science |
SCI |
12 |
Intramolecular carbon isotopic fractionation of propane via thermochemical sulfate reduction (TSR) in natural gas reservoirs |
天然气工业英文版 |
ESCI |
13 |
切顶留巷贯通相邻采空区覆岩破断特征研究及应用 |
采矿与岩层控制 工程学报 |
EI |
14 |
Adsorption-Desorption-Seepage Characteristics and Deformation Mechanism of Confined Coal for Flue Gas under Different Water Saturations |
ENERGY & FUELS |
SCI |
15 |
Multifactor Evolution and Carbon Sequestration Effect of Coal Pore Structure during CO2 Storage in a Coal Mine Goaf Environment |
Journal of Energy Engineering |
SCI |
16 |
不同单轴压缩应力条件下煤吸附CO2后颗粒破碎演化规律研究 |
煤炭科学技术 |
EI |
17 |
CO2封存下煤参数对煤层压力与渗透性影响的数值模拟 |
西安科技大学学报 |
核心 |
18 |
NMR study on the distribution pattern of pore water in the process of freeze-thaw permeability enhancement of coal |
Engineering Geology |
SCI |
19 |
Characteristics of alkali-activated fly Ash-CO2 mineralization reaction and micro carbon sequestration mechanism |
International Journal of Greenhouse Gas Control |
SCI |
20 |
Damage and acoustic characteristics of water-saturated coals with different ranks under liquid nitrogen freezing and thawing treatments |
Geomechanics for Energy and the Environment |
SCI |
21 |
碱活化对粉煤灰结构及矿化性能的影响 |
中国矿业大学学报 |
EI |
22 |
Thermal-hydraulic-mechanical coupling analysis of N2-ECBM recovery efficiency: Pressure and temperature dependence |
Energy |
SCI |
23 |
Experimental study of gas flow and coal deformation at different levels of axial/radial stress ratio |
Scientific Reports |
SCI |
24 |
Study on the influence of external stress and temperature on CH4 adsorption and diffusion in coal by molecular dynamic simulation |
Chemical Physics |
SCI |
表4 主要授权发明专利情况
序号 |
专利名称 |
类型 |
状态 |
时间 |
1 |
一种注氮驱替强化瓦斯抽采系统及方法 |
发明专利 |
授权 |
2025.12.05 |
2 |
一种抽采钻孔动态密封系统及方法 |
发明专利 |
授权 |
2025.08.01 |
3 |
一种调控气体负压的实验装置及方法 |
发明专利 |
授权 |
2025.05.23 |
4 |
一种封堵气墙与磁化活性剂协同治理隅角瓦斯系统及方法 |
发明专利 |
授权 |
2025.03.14 |
5 |
液氮高压多级脉冲致裂全过程真三轴试验系统 |
发明专利 |
授权 |
2025.05.16 |
表5 主要获奖情况
序号 |
获奖名称 |
项目名称 |
级别 |
时间 |
1 |
陕西省科学技术一等奖 |
煤层高强开采瓦斯解吸储运机理及抽采技术研究与应用 |
省部级 |
2020年 |
2 |
中国安全生产协会一等奖 |
近距离煤层开采瓦斯富集规律及定向抽采技术研究与工程实践 |
省部级 |
2022年 |
3 |
中国职业安全健康协会科学技术一等奖 |
倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向抽采关键技术及工程实践 |
省部级 |
2022年 |
4 |
中国煤炭工业协会科学技术一等奖 |
采动卸压瓦斯运移通道与储集区域联动演化机理及抽采关键技术 |
省部级 |
2019年 |
5 |
陕西省教学成果一等奖 |
矿山安全工程学科专业课程和教材体系建设与实践 |
省部级 |
2020年 |
6 |
陕西省科学技术二等奖 |
采动破断覆岩中瓦斯储运规律及人工导流抽采技术研究 |
省部级 |
2017年 |
7 |
陕西省科技进步二等奖 |
煤岩采动能量-裂隙联动演化与卸压瓦斯高效抽采关键技术及应用 |
省部级 |
2023年 |
8 |
中国煤炭工业协会科技进步二等奖 |
低渗煤层水力割缝增透协同注气驱替抽采瓦斯关键技术及工程实践 |
省部级 |
2022年 |
9 |
中国煤炭工业协会科学技术二等奖 |
高瓦斯大采高工作面走向长钻孔与高抽巷协同抽采关键技术研究 |
省部级 |
2020年 |
10 |
中国安全生产协会科学技术二等奖 |
亲水剂对煤体瓦斯解吸抑制效应与工程应用 |
省部级 |
2019年 |
11 |
中国煤炭工业协会科学技术二等奖 |
贵州高瓦斯突出煤层安全绿色开采模式研究与工程实践 |
省部级 |
2021年 |
12 |
陕西高等学校科学技术研究优秀成果特等奖 |
低渗煤层脉冲注氮增流高效抽采瓦斯技术及工程应用 |
省部级 |
2025年 |
五、合作与交流
研究所与Curtin University（澳大利亚）、University of Wollongong（澳大利亚）、东京大学（日本）、重庆大学、中国矿业大学等国内外高校及科研机构保持密切交流，团队成员积极参加国际国内学术会议，与新疆煤炭科学研究所、新疆煤及煤层气工程技术研究中心等开展产学研合作，承担企业委托课题30余项，推动成果在矿山安全生产与煤层气开发领域的工程应用。
