河南理工大學破解瓦斯治理世界難題
近日記者在河南理工大學了解到,在北京人民大會堂隆重舉行的2011年度國家科學技術獎勵大會上, 河南理工大學張子敏教授主持、高建良教授等共同完成的“中國煤礦瓦斯地質規律與應用研究”成果榮獲國家科學技術進步二等獎。這是黨和國家對河南理工大學瓦斯地質團隊工作的最高褒獎,也是該校近30年來作為第一完成單位首次獲得此項殊榮。
煤炭是中國的基礎能源,在我國一次性能源構成中占據著70%的比重。2010年全國能源消費總量為32.5億噸標準煤,比2009年增長了5.9%,對于保障GDP以10.4%的增長速度起到了決定性作用。然而,隨著淺部易采煤層的日益減少,深部資源的開采逐漸成了我國煤炭資源開發的重點。由于煤礦采深增加,瓦斯含量和瓦斯壓力隨之增大,發生煤與瓦斯突出和瓦斯爆炸的幾率日趨增加。近年來,發生在埋深600米以深死亡10人以上的事故約占70%。有效應對瓦斯災害的威脅,實現煤炭安全開采,最大限度地保障礦工生命安全,成為能源工業無法回避的重大命題。
創建于1909年的河南理工大學,是國家安監總局與河南省人民政府共建高校。100多年來,雖歷經滄桑巨變,卻堅持致力于煤炭生產安全的研究和實踐,在瓦斯治理領域取得了一系列獨創性成果,為國家能源生產安全做出了特殊貢獻。當我們走進這所位于豫北名城焦作的百年學府,她鍥而不舍、甘于奉獻,多年來為攻克瓦斯治理世界難題而默默耕耘的精神令人敬佩。正是有了這些為科學研究孜孜不倦、不言放棄的群體,我們的生產實踐才得以不斷創新和發展。
另辟蹊徑 開創瓦斯地質新領域
煙塵、落石,昏暗的礦燈,誰也不會想到,剛剛發生過瓦斯爆炸現場的礦井,一次次成為中國煤礦安全生產技術和瓦斯地質研究開拓者奠基人、河南理工大學教授楊力生的研究現場,追隨他的彭立世、袁崇孚等一批從事瓦斯地質研究的科研工作者們,也始終把探究的目光投向千米井下。
“從事煤礦生產安全研究,我們肩上扛著沉甸甸的責任!”楊力生1960年5月,在低瓦斯礦井山西大同老白洞煤礦特大瓦斯爆炸事故現場說的這句話,后來成為研究團隊的座右銘。一次吞噬了684條生命。這次“中國采礦史上最大的慘案”使楊力生憂慮愈深思考愈深:老白洞煤礦是一個低瓦斯礦井,為什么會發生如此嚴重的瓦斯爆炸事故?他一次次翻閱著資料和數據,度過一個又一個不眠之夜。在下定決心之后,楊力生走上了一條艱辛的道路。他放棄了辦公室的生活,年復一年地深入全國各地幾百米、上千米的礦井,進行觀測、勘查、分析和研究,他走在死亡時刻威脅的邊緣,一步步探索著瓦斯分布的規律。經過大量實踐,他最終發現了一個規律:煤與瓦斯突出地點往往存在著一個斷層連著一個突出空洞。回想起多年來參與的搶險救災瓦斯事故,大多是在巷道掘進時遇到斷層,瓦斯突然大量涌出造成的,一個想法在他的心頭定格:瓦斯突出、爆炸一定與地質構造有關!如果瓦斯突出、爆炸與地質構造有關,那么,從地質角度事先預測煤與瓦斯突出危險區的位置,可能就會是有效避免災難發生的根本對策。楊力生為這個想法興奮不已,從此開始了瓦斯地質研究的征程。
為了在第一時間、第一現場獲取瓦斯地質研究的原始資料,在楊力生的帶領下,無論酷暑還是嚴冬,彭立世、袁崇孚等和他的同事都奔波忙碌在全國各個礦區。往往是瓦斯爆炸的煙塵還沒有散去,他們就冒著生命危險趕到事故現場,查看瓦斯突出形成的空洞,采集第一手數據,研究瓦斯賦存狀態和突出的原因。那時,他們的孩子都還很小。有一年,彭立世的愛人病倒,孩子還在讀小學。這時,一封電報從長沙發來,要他立刻趕過去。看看躺在床上起不來的妻子和同樣需要照顧的孩子,彭立世把他們托付給鄰居,咬咬牙,一跺腳走了。坐在南下的列車上,他偷偷流下了淚水。那一年春節前夕,他還在為課題的論證作調查,踏上回家的路途時,已是大年初一,諾大的車廂里只剩他一個乘客。
歷經無數次的科研實踐,他們得出了瓦斯的生成、賦存和運移受地質條件制約的基本結論,這是我國最早涉及瓦斯地質的文獻。
1978年11月,煤炭工業部委托該校召開全國首次瓦斯地質學術研討會。楊力生在會上指出,要解決瓦斯治理難題,關鍵是查清瓦斯形成的地質條件,再有的放矢地加以治理。會議形成了“瓦斯分布和瓦斯突出分布的不均衡性與地質因素有密切關系”的基本認識,為進一步開展瓦斯地質工作指明了方向。
1982年,該校瓦斯地質課題組開展的“湘、贛、豫煤和瓦斯突出帶地質構造特征研究”成果被鑒定為國內領先,為瓦斯地質理論研究提供了思維框架。之后,他們形成瓦斯地質單元“三分法”,并提出據此制定有針對性地防突措施,這是從瓦斯地質角度進行煤與瓦斯突出區域預測研究取得的重要成果。
1985年,中國煤炭學會成立瓦斯地質專業委員會,楊力生任主任委員,以河南理工大學為中心的全國瓦斯地質與瓦斯防治研究開始蓬勃發展。1990年,彭立世、袁崇孚等編著的《瓦斯地質概論》出版,成為我國第一部論述瓦斯地質的著作;張子敏最早將板塊構造理論引入瓦斯賦存區域地質構造演化理論,并發現了瓦斯賦存構造逐級控制規律。21世紀初提出了中國煤礦瓦斯賦存區域地質構造控制8種類型,為揭示礦區、礦井瓦斯地質規律,超前預測瓦斯突出危險區,減少突出災害提供了重要依據。
成功的蓓蕾在智慧的汗水澆灌下次第綻放。1993年,該校“《瓦斯地質》新學科與課程建設”獲國家優秀教學成果二等獎;1995年,“瓦斯地質”成為煤炭部和河南省重點學科;2000年,以瓦斯地質與瓦斯治理方向為特色的“安全技術及工程”學科成為河南省一類重點學科;2003年獲得博士學位授予權,設在該校的國家一級安全生產培訓中心,每年為煤礦企業培訓局、礦級領導干部6000余人次;2007年建成博士后科研流動站;2010年,“瓦斯地質與瓦斯治理”省部共建國家重點實驗室培育基地落戶該校;2011年,“河南省煤礦災害防治與搶險救災院士工作站”正式掛牌,我國第一部國家級有關瓦斯地質領域的規劃教材——《瓦斯地質學》獲評國家級精品教材,并由教育部向全國高校推薦使用……河南理工大學以不懈的探索托起了煤礦安全生產的希望,為貫徹落實“安全發展”、“科技興安”戰略,推進我國煤礦安全生產水平的提高做出了重要貢獻。
矢志不渝 不斷破解理論新課題
三角尺反復測量后,先用鉛筆輕描、再用粗筆放大,最后用墨水筆定圖??????上世紀80年代,沒有電腦、沒有復印機,研究團隊就這樣全靠手工描畫了六年,編成了首張全國瓦斯地質圖。
從地質角度研究瓦斯問題的認識基本解決之后,怎樣才能把這一理論成果最廣泛地運用于煤炭生產實踐,為保障礦工生命和國家能源安全服務?編制瓦斯地質圖,將探測出的瓦斯生成、賦存與涌出量大小等信息標識在圖紙上,專業技術人員據此制定開采與防治措施,瓦斯地質研究的成果就可以直接推廣到生產實際。繪制瓦斯地質圖就成為他們新的使命。
為此,楊力生積極奔走,在他的努力和推動下,瓦斯地質圖編制工作得到國家的高度重視。1983年,煤炭工業部啟動首次全國瓦斯地質圖編制工作,長達6年的編制過程中,這個群體不計報酬、不計得失,抱著對科研工作一絲不茍的精神,承擔了常人無法想象的艱辛和寂寞。一年三百六十五天,他們三百天都在路上或礦井里工作,幾乎每個春節都在礦區度過,為了確保數據精確,每評閱一張圖,他們都要親自下井驗證。為了節約時間和經費,他們練出了坐在車上甚至站在車上睡覺的功夫。編圖期間,張子敏教授的母親病危,當時他正在西安爭分奪秒驗收圖表,未能趕回去見母親最后一面,這成了他心中永遠的痛。6年的時間,觀測、驗證、指導企業編圖,付出了他們無盡的心血,最后匯集起來的手工繪制的圖紙一捆捆擺滿一屋子。這種難能可貴的忘我精神成為支撐和破解瓦斯編圖工作的巨大力量,他們用自己的行動為中國瓦斯地質研究默默做著奉獻。
經過對全國產煤、賦煤區瓦斯賦存狀態信息勘測、匯集、整理和評價,他們將中國煤層瓦斯賦存分布劃分為20個大區88個瓦斯帶和300余個不同瓦斯等級的礦區,使得瓦斯災害預測和治理有規律和依據可循,并在此基礎上編制出我國第一幅《1:200萬中國煤層瓦斯地質圖》。這一原創性成果,被鑒定為國內首創、國際領先,標志著瓦斯地質理論體系的進一步豐富,使煤礦科技人員從圖上可以清晰地識別瓦斯富集帶位置、災害的危險性和規律,成為煤礦科技人員的“眼睛”,為預防、治理瓦斯災難發揮了巨大作用。
進入21世紀,隨著我國經濟快速發展,煤炭需求量平均以每年16.27%的速度增大,礦井數量截至目前已達1萬余對,其中高突礦井5000多對。眾所周知,煤的產量越高、采深越大,瓦斯災害的威脅也就越大。我國95%以上煤礦屬井工開采,開采深度以每年近20米的速度延伸,已有相當數量礦井開采到600米以下,少數已超過千米,高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井逐年增多。這些都為瓦斯治理帶來愈加復雜的新情況、新問題、新困難,煤礦瓦斯災害治理的難度愈來愈大。
面對新的困難和挑戰,他們經過不懈探索實踐,首次從瓦斯突出與煤層結構關系的角度展開研究,得出“地質構造破壞帶是造成煤體破壞的主要因素,構造煤是地質構造作用的產物,煤與瓦斯突出都發生在構造煤分層而無一例外”的論斷,成為煤礦安全法規、標準修訂的重要依據和技術支撐,并在此基礎上建立起煤礦瓦斯地質信息平臺和煤礦瓦斯地質專用GIS平臺,使瓦斯治理進一步走向科學化、信息化和現代化。
幾十年如一日在煤礦安全生產研究領域不懈追求的河南理工大學,地處非中心城市,事業發展受到諸多客觀條件的限制。然而,令人稱道的是,即使是在眾多煤炭院校辦學方向不斷調整和轉型的熱潮中,即使曾經遭遇煤炭行業最不景氣的年代,河南理工大學始終牢記服務地礦的歷史使命,高度重視傳統專業建設、努力克服科研經費緊張的困難,長期堅持在瓦斯地質領域艱辛探索,履行著保障安全生產和呵護礦工生命的責任與追求。他們用行動踐行著一所百年高校和幾代學人對社會、對國家的拳拳赤心。
薪火相傳 推動安全生產上臺階
“科研靠的是熱情、責任和堅守,要能夠為1%的希望付出100%的努力。”河南理工大學張鐵崗教授,河南省首位本土培養的中國工程院院士,與煤和瓦斯打了一輩子的交道,成為學校瓦斯地質學科的領軍人物。每當井下遇到險情時,他總是沖到第一線,解析事故原因,制定搶險方案。有一次井下采面局部冒頂,把他埋在了煤堆里。工人們整整扒了兩個多小時,才把他扒出來。面對躺在醫院搶救室里的張鐵崗,妻子流著淚說:“咱不干這了,行不?”張鐵崗笑著說:“咱就是干這個的,要干好才行,不能怕苦,更不能怕危險。”他主持完成的國家“九五”攻關項目《礦井瓦斯治理示范工程配套技術研究》成果在平煤集團等全國16個局、礦推廣應用,重大安全事故顯著下降,取得了顯著的社會和經濟效益。
該校張子敏、高建良、張玉貴、崔洪慶等教授共同完成的國家科學技術進步二等獎“中國煤礦瓦斯地質規律與應用研究”項目整體成果在河南、安徽、山西、河北、四川、黑龍江等省40余個礦區應用,取得直接經濟效益80多億元,產生了巨大的社會效益。
該校王兆豐教授帶領其團隊創建的礦井瓦斯涌出量分源預測法填補了國內空白,使我國礦井瓦斯涌出量預測技術躋身于世界先進行列,其成果被收入國家安全生產標準,在100多個礦區推廣應用,累計創造經濟效益數十億元。他們提出水力擠出快速掘進新方法,使突出煤層煤巷掘進工作面月掘進速度提高1倍以上,已在河南、河北、安徽、湖南、陜西等省12個礦區推廣應用,有效降低了瓦斯突出死亡率,創直接經濟效益3億多元;創立的地面鉆孔取芯過程煤芯瓦斯損失量測試方法和研發裝備,均處于世界領先水平,顯著提高了深部煤層瓦斯含量測定準確率;提出“鉆墻”布孔邊掘邊抽瓦斯新方法,使厚煤層邊掘邊抽瓦斯率提高1倍以上,處于國際先進水平,解決了所用礦區高瓦斯厚煤層長距離煤巷掘進工作面瓦斯超限的難題,并已在山西、陜西等4個礦區推廣應用,效果明顯。
該校劉明舉教授針對我國煤層賦存條件復雜多變,重、特大瓦斯、煤巖瓦斯動力災害事故頻發的嚴峻形勢,在煤礦瓦斯重大災害區域預測技術、煤與瓦斯突出機理和防治技術、煤巖動力災害監測預警技術與裝備等方面,取得了一系列具有理論和現實意義的創新性成果,并在全國20多個礦區礦井推廣應用。余明高教授發明的含添加劑細水霧滅火技術和研制出的滅火系統裝備,實現了爆炸滅火技術的重大創新;“低濃度瓦斯安全輸送技術與裝備”在全國10余個礦區應用,使每年向大氣排放的約300萬m3低濃度瓦斯得到利用,具有巨大的社會、經濟和環境效益。孫玉寧教授在突出煤層鉆進技術方面提出“鉆穴”新認識,發明了“突出煤層扒孔降溫鉆具及其鉆進方法”,使突出煤層的鉆孔深度提高40%~70%;在瓦斯抽采封孔技術方面,發明“囊袋式注漿封孔裝置與封孔方法”,使井下煤層鉆孔的瓦斯抽采濃度得到大幅度提高;在突出煤層鉆進和消突方面,研制成功“近頂跨時段分步驟鉆進法”和“鉆割一體化消突裝備”等,對改變“突出煤層為煤層氣開發禁區”的認識,提高瓦斯井下抽采和煤層氣地面開發提供了理論和現實依據……
這所大學擁有一個特別能戰斗的集體,他們扎根煤礦、投身實踐、發揚傳統、開拓創新,為自己的理想而奮斗,為學校發展盡職盡責,為國家能源工業執著追求。學校黨委書記王少安、校長鄒友峰在接受采訪時說:“瓦斯問題是煤炭安全生產的天敵,同時瓦斯又是寶貴的清潔能源,開展瓦斯地質與瓦斯治理研究是國家的責任,在這方面距突破尚有遙遠的距離,但每當取得一些進展,我們是欣慰的。”
據國家公布的數據顯示,2010年全國煤礦發生瓦斯事故135起,同比下降14.0%;全國煤層氣抽采量88億立方米,利用量36億立方米,同比增加18.9%和42.3%,這表明煤礦生產安全狀況正在并且已經有了顯著改善。這是黨和政府、煤炭企業堅持以人為本、科技興安的結果,其中也飽含了河南理工大學的辛勤工作與奉獻。
“一所大學、一個世紀、一份堅守”。當前,河南理工大學人正全面貫徹落實科學發展觀,牢記胡錦濤總書記“我們的發展不能以犧牲精神文明為代價,不能以犧牲生態環境為代價,更不能以犧牲人的生命為代價”的告誡和溫家寶總理“我們要以對人民高度負責的精神切實改善煤炭生產安全狀況”的重要指示,奮力在瓦斯地質與瓦斯治理領域開展新的探求,努力產生更多創新成果,不斷為國家煤炭安全生產和中原經濟區建設提供新的理論創新成果與技術保障。黃河滔滔,太行巍巍,有著自強不息品格的河南理工大學人,正沿著破解瓦斯地質世界難題的艱辛道路前行,我們期待、更相信凱歌會為他們高奏!
來源:中國日報河南記者站(記者 常城 通訊員 徐春浩) 編輯:馮媛