众所周知，煤炭是我国重要的化石能源，因我国煤矿大部分是地下作业，且煤层储存条件复杂，近10多年来，随着开采深度和强度的加大导致开采条件更趋复杂、重大灾害日益加剧，尤其是因煤自燃产生火灾而导致的人员伤亡及矿井封闭。为了减少经济损失，以及保护矿井人员的安全，一大批科研学者们呕心沥血投入研究，为矿井的安全生产保驾护航。 安徽理工大学安全科学与工程学院青年教师李金虎正是其中之一，他的主要研究方向为矿井火灾防治技术、有机废弃物能源化利用。作为一名“九零后”科研人员，他虽年轻，却在煤自燃领域科研创新树立了中坚力量。李金虎首次发现了煤体受热分解能够产生在惰性环境下稳定存在的活性物质，并围绕煤中活性位点进行系列研究，经过大量实验进行小心求证，大胆提出了“煤中活性位点的氧化自燃”观点。其学术观点应用于煤矿安全生产实践中，取得了一系列创新性科研成果和良好的经济及社会效益。
聚焦煤中活性位点 创新科研成果 李金虎，2014年本科毕业于黑龙江科技大学安全工程学院，随后考入中国矿业大学安全学院，师从我国煤自燃领域知名专家李增华教授从事煤炭自燃基础理论的研究工作。在此期间，他在国家留学基金委资助下前往美国马里兰大学燃烧实验室联合培养一年，师从美国杰出大学教授A.K.Gupta。2020年，李金虎获得工学博士学位。2021年回国后进入安徽理工大学安全科学与工程学院，继续从事矿井火灾防治的研究工作。 松下幸之助曾说，“一旦选定前进方向，决不可迟疑彷徨。人生一定要坚定信念、矢志不渝。”这句话也是李金虎的真实写照，他在科研期间，始终坚定地将煤炭自燃机理作为自己的主攻方向，并将煤自燃基础理论的突破作为自己的科研使命。当时，有很多研究者认为煤炭自燃机理已经研究上百年之久，始终无法得到突破，因此建议他紧跟科研热点，考虑变更研究方向。而李金虎却顶着压力甘坐“冷板凳”，静心笃志、心无旁骛，数年如一日从事着煤炭自燃基础理论的研究工作。 正是这种反对盲目追逐热点，以及潜心研究的精神，让李金虎的科研迈上了新的台阶。在一次煤样的热解实验中，他偶然观测到受热分解煤体的常温氧化和热释放现象，并据此发现了煤体受热分解能够产生在惰性环境下稳定存在的活性物质。他将其命名为“活性位点”，活性位点一旦和氧气接触，即使在低温环境下也能迅速发生氧化放热并释放大量的热量。 自发现活性位点是引发煤自燃的关键活性物质以来，李金虎一直紧密围绕“活性位点”展开系统性研究。其中，“受热分解煤体活性位点的产生及对煤自燃行为的影响机制”得到国家自然科学基金青年基金资助；“基于活性位点的岩浆侵蚀煤体常温氧化机制及煤自燃机理”得到博士后创新人才支持计划项目资助；“封闭火区活性位点的形成及启封煤体的二次自燃机理”得到安徽省高校优秀青年科研项目资助。基于这些项目，他现已申请了包括“一种基于活性位点的岩浆侵蚀煤体自燃危险区域划分方法”；“一种基于活性位点常温氧化的煤体自燃倾向性快速测试装置及方法”；“一种基于活性位点观点的封闭火区安全启封方法”；“一种可快速高幅度升温的环保型煤基自热材料制备方法”等在内7项国家发明专利。 截至目前，李金虎还主持承担了包括博士后创新人才支持基金在内的国家及省部级科研课题8项。在这些基金项目的支持下，他相继提出了“受热分解煤体活性位点的常温氧化观点”、发现了“煤中水气对原生活性位点的掩蔽效应”，分析了“煤中原生活性位点的常温氧化行为”，揭示了“活性位点的固体含碳自由基属性”，建立了“活性位点与煤中官能团间的相互路径”。在此基础上，他逐步形成了“活性位点的氧化自燃理论体系”，认为活性位点的常温氧化是导致煤炭自热和不可控自燃的初始热量来源，活性位点的氧化及其引发的系列自由基反应最终导致煤炭自燃的发生。目前，李金虎带领团队已经成功实现了自然环境下50g煤样的自发着火（26分钟内可升温至360℃以上），确定了这一理论观点的正确性。 付出了汗水加心血，收获了成功加喜悦；付出了努力加拼搏，收获了成绩加荣誉。近年来，李金虎以第一/通讯作者在煤炭学报、Applied Energy、Energy、Fuel等期刊发表SCI/EI论文22篇，其中，TOP期刊16篇，另出版学术专著1部；并作为首位中国籍研究人员担任国际期刊International Journal of Energy for a Clean Environment副编辑。
科研成果实践应用 助力煤矿安全 21世纪以来，煤矿火灾事故在我国各地依旧时有发生，李金虎深知实践出真知，惟有走过实用的道路，才能收获积累和成长，他坚持致力将科研成果转化为生产力。争做重大科研成果的创造者、建设科技强国的奉献者、崇高思想品格的践行者，着力攻克关乎国家安全、经济发展、生态保护、民生改善的基础前沿难题和核心关键技术。为此，他带领团队将活性位点常温氧化观点成功应用于这类煤体自燃的防治中，取得了显著的经济效益和社会效益。 在现场工程方面，针对“岩浆侵蚀区域煤体更易自燃”的问题研究中，李金虎带领团队基于活性位点的常温氧化理论，发现这类煤体自燃主要是由于岩浆热作用下活性位点的形成和后期开采后的大量氧化所导致的，孔隙等物理结构为氧气的输运提供物质通道。通过抑制活性位点的氧化，可以有效防治这类煤体自燃的发生。目前，这一方法已经成功解决了多处受火成岩影响煤矿工作面的自热问题，划分了岩浆侵蚀煤体的自燃危险区域，为矿井的安全生产提供了可靠保障。 除此之外，我国每年都有近百个工作面因自燃而被迫封闭，封闭火区不仅严重影响工作面正常生产与接替，还导致大量煤炭资源被迫封存，造成巨额经济损失，且封闭火区启封后又会的复燃现象，严重威胁煤矿安全生产。针对“火区启封后的复燃现象”，李金虎从热分解煤体活性位点的常温氧化角度研究发现，此类煤体的复燃很有可能是已熄灭状态下煤样的二次自燃过程。这为封闭火区的安全启封提供了一个新的思路：首先，封闭火区启封不仅需要关注未熄灭火源的探测，也要充分重视热分解后活性位点的氧化放热和引发的二次自燃。热分解活性位点的强效抑制及其受控氧化的方法可以有效防治封闭火区煤体二次自燃的发生。他的研究目前已在多家国有重点煤矿的“封闭火区安全启封”等工程方面进行了应用，取得了显著效果。 与此同时，基于煤中原生活性位点的常温氧化观点，李金虎还和课题组找到了侏罗系低阶煤体井下回风流中CO超限的原因。基于活性位点的氧化自燃理论，通过激发活性位点的方法研发了环保型碳基自热和自燃材料，实现了碳基材料的稳定放热和快速自燃。该材料具有成本低、发热时间长、污染小、可再生等诸多优点，被认为有望替代市场上其他自热材料，目前已与省内投资机构和相关企业对接成功。 从事研究多年，因其优秀的科研成果和突出的科研贡献，李金虎屡获殊荣：2021年入选第六届“博士后创新人才支持计划（安徽省属高校首次）”、入选第十一届“矿业石油安全工程领域优秀青年科技人才提名奖”；其博士论文《基于活性位点产生和氧化的热侵煤体煤自燃特性及抑制途径研究》被评为2022年度“中国消防协会优秀博士学位论文”。研究成果荣获安徽省科技进步二等奖、煤炭工业协会科技进步二等奖和中国职业安全健康协会科技进步二等奖各一项。 “一丝而累，以至于寸；累寸不已，遂成丈匹”。没有人能轻易成功，李金虎的突破与成就，是一腔热血报家国和开拓创新勤探索的结果。如今，李金虎已经组建了自己的实验室，主要从事岩浆侵蚀自燃、封闭火区复燃、煤自燃高效阻化等方面研究工作，为了国家煤矿安全生产，他们吹响冲锋的号角，踏上新的征程，为祖国的富强奉献热血青春和科研力量。
责任编辑：赵娜
