康紅普院士：立志解決煤礦支護(hù)難題

人物簡介：康紅普，1965年生，中國工程院院士，中國煤炭科工集團(tuán)有限公司(以下簡稱中國煤科)科技委主任、首席科學(xué)家，煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點(diǎn)實驗室主任，中國煤科開采研究院黨委書記、執(zhí)行董事，國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎“煤礦巷道抗沖擊預(yù)應(yīng)力支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)”負(fù)責(zé)人。

近日，開發(fā)歷時15年，由天地科技股份有限公司作為第一完成單位，康紅普、吳擁政、林健、高富強(qiáng)、姜鵬飛等作為主要完成人的項目“煤礦巷道抗沖擊預(yù)應(yīng)力支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)”獲國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

據(jù)了解，該項目在中國煤科人、財、物、試驗場地等的大力支持下，共有40多位成員參與了項目開發(fā)，項目得到國家科技支撐計劃、國家國際科技合作專項、國家“863”計劃及國家自然科學(xué)基金等資助。

“我們團(tuán)隊研究這項技術(shù)的初衷就是要解決沖擊地壓、深部高應(yīng)力及強(qiáng)采動巷道等復(fù)雜困難巷道支護(hù)難題，保證礦工的生命安全，降低煤礦生產(chǎn)成本，提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益。”康紅普說。

從業(yè)以來，康紅普30年一直專注從事煤礦巷道圍巖控制理論與技術(shù)研究工作，在領(lǐng)域內(nèi)研發(fā)出一批具有領(lǐng)先性、影響力的重要研究成果。

15載攻關(guān)中國復(fù)雜地質(zhì)條件煤礦巷道支護(hù)

中國現(xiàn)代化煤礦的建設(shè)與煤礦安全生產(chǎn)水平提升得來不易。

我國煤礦開采深度不斷加深。目前，開采深度超過1000m的煤礦有50余座，沖擊地壓礦井320余座。“最深達(dá)到1501米，而美國開采深度多為二三百米，澳大利亞也多是四五百米”。康紅普表示，開采深度越深，地應(yīng)力越高，井下地質(zhì)條件越復(fù)雜，礦井安全風(fēng)險也隨之提升。

與此同時，我國煤礦主要是井工開采，每年新掘進(jìn)巷道總長度高達(dá)12000km以上，其中回采巷道占比達(dá)到80%，規(guī)模世界第一。隨著開采深度與強(qiáng)度增大，出現(xiàn)了大量沖擊地壓、深部高應(yīng)力及強(qiáng)采動巷道。

“復(fù)雜地質(zhì)條件巷道支護(hù)難度大、容易發(fā)生冒頂事故。傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)不適應(yīng)這些困難巷道，導(dǎo)致金屬支架損壞、錨桿與錨索破斷、頂板垮落，對煤礦安全生產(chǎn)造成極大威脅。同時，巷道維護(hù)成本大幅增加，給煤礦帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。”

據(jù)了解，煤礦巷道抗沖擊預(yù)應(yīng)力支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)的成功研發(fā)，在沖擊地壓、千米深井、強(qiáng)動壓等困難巷道中得到成功應(yīng)用，提高了巷道支護(hù)效果與安全度，降低了支護(hù)成本，促進(jìn)了煤礦安全高效生產(chǎn)，提升了我國煤礦巷道圍巖控制理論與技術(shù)水平，引領(lǐng)了礦山巖層控制科技的進(jìn)步。

項目成果已在河南、山東、山西、內(nèi)蒙古、陜西等10個省區(qū)的18個煤礦區(qū)得到廣泛應(yīng)用。據(jù)康紅普介紹，在河南義馬礦區(qū)，該項技術(shù)的應(yīng)用使得錨桿破斷降低98%，巷道圍巖變形減小65%，沖擊地壓影響明顯減弱，巷道支護(hù)效果顯著提高。

“我覺得這項技術(shù)推廣前景是非常好的。”康紅普表示。

事實上，在11月3日舉行的2020年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，中國煤科負(fù)責(zé)和參與的科技成果共有4項獲獎，其中，國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎2項、國家科技進(jìn)步獎二等獎2項，煤礦巷道抗沖擊預(yù)應(yīng)力支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)是其中之一。

攻克多項技術(shù)難題

科學(xué)技術(shù)研究的進(jìn)步從來不會一蹴而就。

在研發(fā)煤礦巷道抗沖擊預(yù)應(yīng)力支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)的15年間，康紅普團(tuán)隊也曾經(jīng)反復(fù)嘗試、多次嘗到了失敗的滋味。

康紅普團(tuán)隊卻越挫越勇，在歷時8年研發(fā)錨桿動靜載力學(xué)性能測試系統(tǒng)的過程中，十幾版設(shè)計方案反復(fù)推翻、重建，不厭其煩，幾十次討論力求完善，終于形成了“臥式拉扭、斜式彎曲、立式剪切及擺錘沖擊”復(fù)合結(jié)構(gòu)。國際首創(chuàng)能測試錨桿支護(hù)系統(tǒng)復(fù)雜受力狀態(tài)的綜合試驗平臺，攻克了動靜載復(fù)合應(yīng)力作用下錨桿力學(xué)性能測試難題，揭示了錨桿沖擊破壞機(jī)理，確定出合理的抗沖擊預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)。

與此同時，通過不懈的努力與聯(lián)合攻關(guān)，自主研發(fā)出高沖擊韌性、超高強(qiáng)度、低成本錨桿制造新工藝與新鋼材，創(chuàng)新提出中頻加超音頻感應(yīng)加熱普通鋼筋熱處理工藝。

“首先要到煤礦井下去了解錨桿支護(hù)狀態(tài)，之后研究錨桿是怎么受力、怎么變形破壞的，然后才能確定合理的錨桿結(jié)構(gòu)、材料及加工工藝。”該項目開發(fā)的錨桿材料與加工工藝攻克了錨桿在沖擊載荷下易破斷的難題。同時，發(fā)明了錨桿、錨索預(yù)應(yīng)力施加設(shè)備，解決了高預(yù)應(yīng)力施加難題。

在錨固與注漿技術(shù)相結(jié)合方面，“我們發(fā)明了新型鉆錨注一體化錨桿、錨固與注漿材料及配套施工設(shè)備，攻克了全長預(yù)應(yīng)力錨固難題，顯著提高了錨固效果及抗沖擊能力。”康紅普表示。

“項目的開發(fā)歷時15年，團(tuán)隊付出了艱辛的努力。”對于中國煤科的支持與研發(fā)團(tuán)隊的付出，康紅普表示感謝。他感謝國家對科技創(chuàng)新與科技人員的重視：“國家給予了我們很高的榮譽(yù)，使我們倍受鼓舞，進(jìn)一步增強(qiáng)了科技創(chuàng)新自信，激勵我們出更多創(chuàng)新成果，為我國實現(xiàn)科技高水平自強(qiáng)自立作出更大貢獻(xiàn)。”

康紅普團(tuán)隊在煤礦巷道圍巖控制理論與技術(shù)上的研究并未止步。

“智能化是煤礦實現(xiàn)安全高效的一個非常重要的途徑。如果巷道支護(hù)工藝裝備能夠?qū)崿F(xiàn)智能化、無人化，掘進(jìn)效率將會大幅提高，這對于煤礦高效建設(shè)與安全生產(chǎn)是很大的貢獻(xiàn)。我們現(xiàn)在正組織有關(guān)團(tuán)隊進(jìn)行智能化快速掘進(jìn)與支護(hù)的研究。”康紅普表示，相關(guān)研究與試驗正在進(jìn)行中，爭取在1-2年內(nèi)獲得突破。

“科學(xué)家要專注、甘于坐冷板凳”

絕大多數(shù)的科學(xué)家“一生只專注于做一件事”，康紅普也是如此。

采訪過程中，康紅普幾次強(qiáng)調(diào)，此次煤礦巷道抗沖擊預(yù)應(yīng)力支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)獲得認(rèn)可，正是取決于團(tuán)隊長期連續(xù)不斷地攻關(guān)研究，取決于研究人員長期深入煤礦一線，取決于他們對解決煤礦支護(hù)問題專注、執(zhí)著的精神。

“一項研究成果好不好，必須在井下進(jìn)行實驗，而不只是在辦公室、實驗室”?？导t普介紹，團(tuán)隊成員在項目研究期間，一年出差200余天，很多時間與一線工人一同下井。

“上來的時候，大家都帶著安全帽，臉都是黑的，看不出來是項目研究人員還是煤礦工人。一定要理論結(jié)合實際，一定要在現(xiàn)場與工人打成一片，才能夠保證項目的順利完成并取得比較好的效果”。康紅普說。

作為博士生導(dǎo)師，康紅普對學(xué)生的教誨也是要深入一線，打牢基礎(chǔ)。

他感嘆，通常一個技術(shù)的研究成功都要經(jīng)歷至少7、8年的研究。“攻關(guān)是需要甘愿坐冷板凳的，要堅持一個方向十幾年，不能老是跟風(fēng)去研究熱點(diǎn)，朝三暮四。”

青年是國家的未來，也是科技創(chuàng)新的中堅力量。

康紅普寄語青年科技工作者：“一是要選定目標(biāo)，專注、執(zhí)著，堅持不懈地努力;二是要理論聯(lián)系實際，深入現(xiàn)場掌握一線資料與數(shù)據(jù);三是要把學(xué)習(xí)作為一輩子的事，要向書本學(xué)習(xí)、向?qū)嵺`學(xué)習(xí)、向他人學(xué)習(xí);四是要向老一輩科學(xué)家看齊，熱愛自己所從事的專業(yè)，甘于奉獻(xiàn)，長期奮斗”。

近年來，康紅普所在的中國煤科全面落實“1245”總體發(fā)展思路，大力實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，持續(xù)加大科技投入，強(qiáng)化關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)出一大批具有突破性、引領(lǐng)性的重大科技成果。

新中國成立以來，我國涌現(xiàn)出了一大批甘于奉獻(xiàn)的科學(xué)家，他們躬耕專業(yè)領(lǐng)域，極大地推動了社會的進(jìn)步，提高了人民的生活質(zhì)量，推動了中國科技創(chuàng)新的崛起。隨著我國把科技自立自強(qiáng)作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，他們已經(jīng)成為年輕人奮斗的新精神力量。

新時代呼喚新作為，中國科技工作者們還將前仆后繼，砥礪前行，推動我國科技事業(yè)取得更大進(jìn)步，更多具有開創(chuàng)性、引領(lǐng)性的研究成果也定會不斷涌現(xiàn)。