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爱游戏首页:姜鹏飞:解决煤炭问题是最重要的事

点击次数: 6    发布时间:2022-07-05 02:19:13 来源:爱游戏网页版官方入口 作者:爱游戏app官方下载

  煤炭是世界上储量最多、分布最广的常规能源,也是最廉价的能源之一。在我国,煤炭作为基础能源和重要的工业原料,为国民经济建设作出了巨大的历史性贡献,是国家能源安全、支撑工业生产和社会民生的重要战略物资。

  虽然我国的煤炭储量非常丰富,但煤炭是不可再生资源,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。谁能率先找到突破口,谁就能在这场“战斗”中占据制高点。

  作为全球唯一全产业链综合性煤炭科技创新型企业——中国煤炭科工集团有限公司——的一员,姜鹏飞自2008年加入之日起,就以强烈的使命感和责任感,以减少煤矿顶板灾害为己任,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,姜鹏飞已成为独当一面的团队“家长”,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,成为我国煤炭巷道支围岩控制研究领域的中坚力量。

  2021年是姜鹏飞出任中煤科工开采研究院有限公司(天地科技开采设计事业部)科创中心副主任的第四年,也是中国煤炭行业处于安全、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。

  如果要回顾姜鹏飞接触煤炭的契机,那应该是冥冥之中的安排,虽然中国矿业大学(北京)只是姜鹏飞的第三志愿,但他最终被这所大学录取,从此开启了他与煤炭不得不说的不解之缘。

  起初,姜鹏飞对煤炭的了解还停留在:煤炭是我国工业的粮食、煤炭产量在世界位居前几位这样浅显的表面,但随着他进入大学,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。在与老师的交流中,姜鹏飞知道了煤炭占我国一次能源生产和消费比例最高,是一项非常重要且不能忽视的战略资源,它影响着国民生活的方方面面。

  彼时,20岁不到的姜鹏飞,逐渐对煤炭产生了兴趣。“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。”抱着这样的想法,姜鹏飞在中国矿业大学(北京)一路从本科读到了硕士。

  京西矿务局的木城涧煤矿,是姜鹏飞印象最深的一个煤矿。读研期间他在导师姜耀东教授指导下多次下井,了解到煤矿的实际问题,尤其是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。在巷道围岩稳定性问题无法解决的情况下,煤矿事故的悲剧还会接二连三地发生,这是姜鹏飞不愿看到的。

  2008年,硕士毕业的姜鹏飞被煤炭科学研究总院(现中国煤炭科工集团有限公司)录取,真正进入了煤炭行业,成为一名煤炭新人。“为什么选择煤科总院呢?因为我觉得只有这里才能把我的强项充分发挥,圆我为煤炭事业作贡献的梦想。”十多年过去了,姜鹏飞依然记得当初选择这里的初衷,且朝着目标、理想一步步走下去。

  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。姜鹏飞从硕士研究生开始就跟着姜耀东教授研究巷道支护,连研究生毕业论文的研究课题都是巷道支护,后来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(以下简称“中煤科工开采研究院巷道所”)。

  “你只要采煤就得掘巷道,对煤巷而言,掘不是问题,最重要的是支护。因为这涉及地下埋深几百米甚至上千米的深度,煤又是沉积岩,它强度低,仅相当于岩石1/5左右的强度,受工作面回采影响,巷道很容易发生大变形。而且巷道不仅需要在掘进期间保持稳定,还要求工作面回采后顶板及时垮落,这非常难。此外,回采巷道的服务年限只有一两年,对支护成本也提出了要求,这其中有太多的科学问题需要解决。”讲到自己最了解的巷道支护,姜鹏飞滔滔不绝,眼里闪着别样的光彩。

  事实上,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。在为期一年的时间里,姜鹏飞先后带队在晋煤矿区赵庄煤矿,汾西矿区河东煤矿、紫金煤矿,伊泰矿区酸刺沟煤矿、大地精煤矿、宝山煤矿,宁东矿区枣泉煤矿,潞宁矿区孟家窑煤矿共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。他说:“巷道是否通畅与稳定,决定了煤矿能否实现安全高效地开采,这既是前提又是保证。”这也是姜鹏飞工作最重要的意义。

  区域水力压裂技术与装备井下试验成功(2019年9月28日,新中国成立70周年前夕,姜鹏飞和队员在井下祝祖国70周年生日快乐)

  在完成了井下现场地质力学测试的任务后,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。

  其中“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发”项目是科技部在煤炭行业立项的重大项目,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。

  “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。”说起这个,姜鹏飞显得很开心,他提到的科研成果已广泛应用于我国20个省、60多个大中型矿区,取得巨大的经济效益和社会效益。并且该成果作为“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。

  这个项目对于姜鹏飞来说,印象最深刻的却是那“连续下井的3个月”。他说:“我当时是全程参与了这个项目,对我来说这是特别有意义的一次经历,从中学到了很多课本上学不到的知识。”姜鹏飞很清楚地记得,从2010年10月到12月,项目所有的科研人员在大同塔山煤矿连续驻矿3个月,每天下井,实地考察煤矿存在的实际问题,发现问题立即展开科学调研分析,然后解决问题。

  除了下井解决问题外,姜鹏飞感觉自己与矿上沟通和解决问题的能力也提高了不少。他给记者举了个例子。一次,某煤矿的工作人员给姜鹏飞打电话,有个矿冒顶了,把掘进机埋进去了,虽然没有出现安全问题,但对方希望姜鹏飞能尽快帮他们解决问题。姜鹏飞一去,立马就看出了问题,首先是锚杆的问题,其次是水的问题。“刚开始的时候,我肯定看不出来,但时间长了,去各个矿下井下得多了,做的实验多了,基本上一眼就能看出问题。”姜鹏飞几句话一说,对方立刻明白问题出在哪儿,并希望姜鹏飞对此问题进行研究,帮助他们从根本上解决问题。后来该矿所在矿务局开技术例会的时候,还请了姜鹏飞去给他们讲课。

  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。2018年3月,姜鹏飞开始担任中煤科工开采研究院有限公司(天地科技开采设计事业部)科创中心副主任,向煤矿千米深井巷道围岩控制、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新的挑战。

  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,该项目由中国工程院院士、中国煤炭科工集团首席科学家康红普负责,天地科技股份有限公司牵头,中国矿业大学、中国矿业大学(北京)、河南理工大学、中煤新集能源股份有限公司等9家单位参与,姜鹏飞作为项目的秘书长负责整个项目前期测试工作。这也是姜鹏飞4年来投入时间最多的一个项目。

  姜鹏飞去的中煤新集口孜东矿是该项目的示范矿井,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,示范成功后将对我国深部煤炭资源开采提供技术保障。

  最初,为了获取尽可能多的数据,姜鹏飞带领团队从2017年12月1日起统一开展井下测试和监测数据采集工作。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。由于姜鹏飞采用的是在线监测系统,后期采集数据大多通过系统自动采集,他计划2018年2月初便能完成全部测试任务。

  但姜鹏飞没想到意外来得那么快,因为口孜东矿埋深超过1000m,再加上运输等影响,巷道变形大的地方已经达到两三米,甚至更多,这一变形导致井下部分数据线断裂,无法接收到数据。“说起这事,还能想起当时承受的那种压力,很郁闷。”作为测试负责人,摆在姜鹏飞面前只有两种选择:一是利用现有测试数据分析,缺失的数据进行拟合;二是全部重新安装、重新测试。

  如果选择重新安装、重新测试,就要面临好几个难题:一是重新装仪器,涉及打孔安装,所有的成本需要几十万元;二是当时的时间是2018年1月24日,快过春节了,重新安装意味着春节期间也需要有人留守现场。

  尽管需要面对的困难很多,但姜鹏飞还是下定决心:重新安装。“从事科学研究是不能有半点虚伪和侥幸心理的,为了获得真实准确的第一手资料,我觉得还是要重新安装。”为此,姜鹏飞请团队的队员去小饭店吃饭,给大家打气;与研究生进行交流,争取他们能多在矿上待一段时间。

  在重新安装的过程中,最让姜鹏飞印象深刻的是2018年2月5日当天,为了尽快完成安装,他和团队成员从早上8点下井,到晚上9点升井,连续工作了13个小时。“幸好有个学生早上多带了几个包子,不然人就虚脱了,但心里却很高兴。”连续13个小时没有摸过手机的姜鹏飞,错过了许多同事、朋友和家人的短信和电话,他发了一条朋友圈和大家报平安,而这条朋友圈的配图正是他已经被煤灰熏黑的脸。

  从2018年2月8日一直到3月底,现场的测试工作才全部完成。看着自己和团队取得的全套现场实测数据成果,姜鹏飞的心里十分踏实和高兴。“我想起了国家领导人说过的一句话:幸福都是奋斗出来的。奋斗本身就是一种幸福。只有奋斗的人生才称得上幸福的人生。我想做科学研究也是同样的道理,获得第一手资料本身就是一种科研,只有依靠第一手资料的科研才算是真正的科研。”

  根据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,姜鹏飞马上投入对巷道支护方案的思考中。他说:“我们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,现在我们已经掌握了基础资料,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。”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。

  但巷道的问题并没有完全解决,为此,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,做进一步的研究,然后解决问题。“当时煤帮仍有一定变形,测得的锚固力虽已翻了一倍,但仍未达到锚杆的承载能力,我们又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。

  多年来,姜鹏飞主持和参加了包括国家自然科学基金、国家重点研发、国家科技支撑、北京市科委、中国工程院、中国煤炭科工集团、天地公司等各类科研项目40余项;获国家技术发明奖二等奖1项,省部级科技奖励20项,其中特等奖1项,一等奖6项,获中国煤炭科工集团科技成果奖一等奖3项。

  ——年轻团队显线人,姜鹏飞所带领的科创中心研发团队,全部拥有研究生学历,其中清华大学博士/硕士6人,北京理工大学、大连理工大学等重点大学及煤炭科学研究总院博士/硕士20人,平均年龄33岁,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,也曾遇到难题。“在巷道快速掘进与支护技术研究方向上,当时康红普院士给我们的建议,让我们第一年只干一件事,那就是去调研,去发现问题。以问题为导向,看看煤矿井下有哪些问题,需要哪些技术去解决”。就这样,姜鹏飞带着团队去煤矿井下跟班、去了国内外有名的掘进机厂家考察,又去美国、德国下井,还查阅了国内外先进的技术、专利、论文,调研了接近一年时间,最终提出了8个方案,但这些方案没有一个被采用,这样的结果让整个团队都难以接受。

  姜鹏飞清楚地记得,他们有一次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。看着团队的年轻人纷纷陷入迷茫,姜鹏飞反复鼓励他们,不要气馁,这才是真正的科研,了解井下最真实的需要,研发的成果才最接地气,“在挫折的背后,是这些年轻人最宝贵的财富”。

  为解决巷道和工作面强矿压、围岩变形量大的问题,姜鹏飞与水力压裂研发小组一起开展井下区域水力压裂技术攻关,包括区域水力压裂卸压理论、井下远程集控系统、压裂液制备系统、大流量压裂泵组、压裂裂缝监测系统等,经过长时间努力和井下实践,煤矿井下水平孔区域水力压裂技术与装备于2019年9月28日在大梁湾煤矿试验成功,在井下为新中国成立70周年献上一份薄礼。开发的区域水力压裂技术与装备压裂钻孔最大深度>800m,水平孔深度400~650m,单泵流量达到1.5m3/min,裂缝半径>50m。目前,这项技术已在国内多个典型煤矿得到推广应用,包括彬长孟村矿中央大巷群远距离区域压裂卸压解危、彬长胡家河矿动压巷道长水平孔压裂、晋城野川矿沿空留巷顶板切顶卸压、榆北曹家滩矿工作面区域压裂卸压等。这项技术已成为解决煤层开采中的动压问题、冲击地压远距离解危和保障工作面安全开采的有效技术手段。

  2021年4月,全国煤炭行业共青团工作指导和推进委员会召开2020年度五四表彰大会,姜鹏飞通过层层筛选,荣获了第9届“全国煤炭青年五四奖章”。在姜鹏飞看来,这次获奖是对他在工程技术创新和成果应用方面取得成绩的再一次肯定,这并不是一个很容易获得的奖项,是需要付出艰辛的努力,取得亮眼的成绩才能拿到的奖项,也是他十多年来科研攻关的最好见证。

  如今,姜鹏飞和团队成员认准了“煤矿井下围岩控制及智能采掘”这个需要不懈探索的事业。下一步,他们将继续努力,让煤矿产业朝着安全、绿色、智能的发展方向稳步迈进,在多学科交叉创新的道路上勇往直前。

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