科技公园文/胡月
煤炭是赋存于地下的非可再生化石能源资源,素有“工业粮食”之称。作为世界上储量最多、分布最广的常规能源,煤炭对于社会发展有着举足轻重的影响。首先,煤炭在能源生产和消费中占有主体地位。其次,煤炭企业是国民经济发展的重要支撑。我国煤炭行业是集采矿业、能源业、基础原材料业特征于一体的行业,是国民经济发展的重要支撑。我国是世界第一产煤大国,煤炭产量占世界的50%左右。煤炭行业为电力行业、钢铁冶金、化工行业等提供了强大的能源资源保障。
姜鹏飞获2021年全国煤炭青年五四奖章
我国能源种类有诸多种,但真正起主导作用的仍然是以煤炭、石油和天然气为主。它们都是重要的一次能源,都具有不可再生性。但相比之下,我国煤炭资源丰富、位居世界前列。同时,近年来,国家推进多元化的能源结构,大力推进清洁能源,但煤炭对于我国能源供应仍将起到兜底保障作用。
就像哲学中说到的,凡事都具有两面性,都是矛盾的载体。煤炭尽管拥有较多的优点,但是作为不可再生资源,如何安全、高效、绿色、智能地开采煤炭,推动煤炭产业高质量发展,成为业界共同关注的热点和难点。谁能率先找到煤炭开采的新路径,谁就会在这场没有硝烟的战争中取得破竹之势。
煤矿开采技术虽然日渐成熟,但是煤矿顶板灾害依旧时有发生。来自中国煤炭科工集团有限公司——全球唯一全产业链综合性煤炭科技创新型企业的姜鹏飞,自十多年前加入公司开始,他便对减少煤矿顶板灾害怀揣着强烈的使命感和责任感。十多年来,姜鹏飞以此为己任,长期从事煤矿巷道围岩控制理论与技术开发研究。经过十多年的创新实践,姜鹏飞对于煤矿开发的相关领域已有自己的认识,渐渐地成为了可以独当一面的团队带头人。他和团队在煤矿巷道锚杆支护、井下综合应力场分布与演化、深部巷道围岩控制、巷道快速自动化掘进与支护及岩层区域水力压裂技术等多个方面取得了重要的研究成果,成为我国煤炭巷道围岩控制研究领域的中坚力量。
如今正是中国煤炭行业安全、高效、绿色、智能发展的关键时期,姜鹏飞将继续坚守自己的“战场”,带领团队以满腔的热忱积极投身于深部巷道围岩控制、巷道快速自动化掘进与支护、岩层区域水力压裂卸压等行业共性关键技术攻关中,不惧艰辛,一往无前。
国外山特维克掘进装备公司调研
不忘初心 满腔赤诚只为煤炭事业
姜鹏飞的煤炭事业并非是从小在耳濡目染后立下的志愿,也并非是一直对煤炭能源有着浓烈的兴趣。但或许就是命中注定,回顾姜鹏飞是如何走上煤炭开采这条道路的,就像是冥冥之中自有安排,姜鹏飞虽然把中国矿业大学(北京)作为第三志愿,但他最终被这所大学录取,从此开启了他在煤炭开采之路上的攻坚克难与种种辉煌。
在进入大学之前,就像所有的普通人对于煤炭的了解一样,姜鹏飞对于煤炭能源的认知还停留在煤炭是我国主要的能源,我国的煤炭产量在世界位居前几位等这样浅显的层面。但姜鹏飞在进入大学之后,与学校里众多的煤炭科学家接触,就越发感觉到煤炭没有他想象中的那么简单。经过学习与老师的交流,姜鹏飞知道了煤炭是一项非常重要且不能忽视的战略资源,因为煤炭在我国一次能源生产和消费结构中所占比例最高,它时时刻刻影响着国民生活的方方面面。
“我想着如果自己能把煤炭行业遇到的实际问题通通解决,这将是一件多么酷的事情,也是值得一辈子从事的事业!因为它是有实际意义的。”在了解到了煤炭能源的重要性之后,姜鹏飞如是想到。也正是怀揣着这样的赤诚之心,姜鹏飞发奋学习,在中国矿业大学(北京)一路从本科读到了硕士。
在读研期间,姜鹏飞为了更多地了解到煤矿存在的实际问题与困难,曾在其导师姜耀东教授的指导下多次下井。京西矿务局的木城涧煤矿,是姜鹏飞印象最深的一个煤矿。经过对木城涧煤矿的井下调研,姜鹏飞发现煤矿井下复杂地质条件下的巷道支护问题,亟需大量的科研人员去攻关。因为目前我国煤矿以地下开采为主,需要在井下开掘大量巷道,每年新掘进的巷道总长度超过12000km,其中煤、半煤岩巷道占比80%以上,是我国规模最大的地下工程。为了保证巷道的畅通和围岩的稳定,巷道支护对煤矿的建设和生产至关重要。同时,巷道围岩稳定性问题还事关煤炭开采的安全问题,如果该问题无法得到科学解决,那么煤矿事故的悲剧还会接二连三地发生,因此姜鹏飞决心攻克这项难题。
2008年,姜鹏飞顺利从中国矿业大学(北京)硕士毕业,被煤炭科学研究总院(现中国煤炭科工集团有限公司)录取,正式进入了煤炭行业,成了为一名煤炭新人。因为姜鹏飞立志解决巷道支护这项难题,并且在硕士研究生阶段就开始跟着姜耀东教授研究巷道支护,最后研究生毕业论文的研究课题也是巷道支护,因此他被分配到了中煤科工开采研究院有限公司(天地科技开采设计事业部)巷道所。
姜鹏飞刚来到中煤科工开采研究院巷道所没多久,就接到了负责井下现场地质力学测试的任务。在任务进行的这一年里,姜鹏飞先后带队在晋煤矿区赵庄煤矿等5个矿区8个矿井32个测站开展地质力学测试。地质力学测试工作的顺利开展,为煤矿井下巷道支护设计提供了基础数据,提高了巷道支护形式与参数选取的可靠性,同时也为采场岩层控制提供了依据。
在潜心攻克煤炭开采难题的同时,姜鹏飞意识到科研人员合作与培养的重要性。姜鹏飞所带领的科创中心研发团队,全部拥有研究生学历,且涵盖采矿、力学、机械、材料、机电、控制等多个专业,在跨学科的交叉研究中不断取得重大技术创新和系列研究成果。这样一支来自不同学科的优秀团队,刚开始聚在一起时,也曾遇到不少难题。姜鹏飞说他们曾经有一次5天去了5个矿,下了4个井,每个矿都是跨省的煤矿,只能晚上赶路,白天下井。这样艰辛的行程难免团队中的年轻人纷纷陷入迷茫,姜鹏飞反复鼓励他们这才是真正的科研,只有真正了解实际问题,才能做出有价值的成果。就这样,姜鹏飞带领其团队攻克了一个又一个难关。
团队负责人姜鹏飞2021年11月3日在人民大会堂领取-国家技术发明二等奖证书
奔走于一线 志力解决实际难题
煤炭的开采并非是一个简单的过程,而是综合组织管理与技术措施的过程。然而,由于煤炭开采工作具备一定的危险性,在具体工作中稍微不慎则可能引发安全事故。所以提升安全管理工作以及技术保障便显得尤为重要。因此煤炭开采相应技术便需要大力发展,以此避免不必要的事故发生,为煤炭开采创造健康的环境。
来到中煤科工开采研究院有限公司巷道所之后,姜鹏飞顺利完成了井下现场地质力学测试的任务。之后姜鹏飞作为主要研发人员参与了多项国家级项目,比如“十一五”国家科技支撑计划重大项目“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”、国家原“973”课题“深部煤岩体应力场与采动叠加效应”、国家自然科学基金煤炭联合基金重点项目“基于煤矿井下综合应力场的煤岩动力灾害预测与控制基础研究”等。
在由科技部在煤炭行业立项的“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”的重大项目中,姜鹏飞参与了该项目中“大断面煤巷锚杆支护技术与材料研发”课题的研究。在这个课题中,姜鹏飞开展了500～830MPa系列高强度、高冲击韧性锚杆材料及构件的力学性能研究,得出高强锚杆在巷道掘进及工作面回采全过程的受力特征,揭示了锚杆长期承载的蠕变效应和工作面回采过程锚杆在控制煤体失稳破坏的作用机理。该成果作为“特厚煤层大采高综放开采关键技术及装备”创新性成果之一,获得了2014年度国家科技进步奖一等奖。
“在康红普院士带领下,我们开发了超高强度、高冲击韧性的锚杆材料及配套构件,提出了针对特厚煤层大断面煤巷的锚杆支护技术方案,解决了大同矿区20米特厚煤层全煤巷道支护的一个难题。”在谈论起该科研成果时,姜鹏飞显得很开心,因为这些成果都意味着在煤炭开采中一个个隐患的解决,为煤炭安全生产做出了极大贡献。目前该项科研成果已广泛应用于我国20个省、60多个大中型矿区,取得了巨大的经济效益和社会效益。
在2017年,国家重点研发计划“煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术”项目获得科技部的正式批复,姜鹏飞作为项目的秘书长负责整个项目前期测试工作。姜鹏飞的测试工作选定在了中煤新集口孜东矿,因为该矿井所在的安徽淮南矿区是我国在华东地区唯一的整装煤田,十分具有代表性,示范成功后将为我国深部煤炭资源开采提供技术保障。
最初,姜鹏飞为了获取尽可能多的数据,带领团队统一开展井下测试和监测数据采集工作。经历了前期测试数据中断等问题后带领团队重新安装仪器,经过将近一个月的每天下井,打钻安装仪器,现场测试安装工作顺利完成。之后根据得到的全套现场实测数据结果,得出了地应力场分布规律、采动应力演化规律及支护体受力规律,姜鹏飞又马上投入到对巷道支护方案的思考中去。由于该项目里边最重要的技术就是煤矿千米深井巷道支护-改性-卸压协同控制技术,现在姜鹏飞及其团队已经掌握了基础资料,因此根据数据提出的巷道支护方案就有依据,可以将方案应用于煤矿巷道。于是姜鹏飞和团队马不停蹄地进行了试验,他们将提出的方案应用于煤矿中的巷道,其效果比原巷道的变形量减少50%以上,为工作面顺利回采提供了保证,解决了巷道大变形的难题。
团队部分研发人员在千米深井口孜东矿开展示范工程建设
但这并不是终点,虽然解决了巷道大变形的难题,但巷道的问题并没有完全解决。为了更好的解决问题,姜鹏飞和团队又做了一条示范巷道,针对巷道出现的其他问题,做了进一步的研究。姜鹏飞及其团队针对锚固力未达到锚杆的承载能力的问题,开发了新的注浆锚杆锚索,用于高压锚注,从而解决了煤帮变形的问题。至此,开发出来的千米深井强采动巷道支护-改性-卸压协同控制技术,为我国深部巷道围岩的有效控制提供了技术途径。
十多年来,姜鹏飞就是这样在实践中不断成长起来,成为能独当一面的科研骨干人物。在解决了巷道大变形等难题之后,姜鹏飞又向煤矿深部复杂地质条件巷道围岩控制、巷道快速自动化掘进与支护、岩层区域水力压裂卸压等行业共性关键技术攻关发起了新的挑战。
