李桂臣：撑起煤矿工人生命的“保护伞”

孙欣欣

2016年3月23日，山西省同生安平煤业有限公司发生顶板大面积垮落导致瓦斯爆炸重大事故，造成20人死亡、1人受伤，直接经济损失2804.377万元。煤矿事故一直是人们心中的痛点，在科学界，有一群科学家正为减少煤矿事故而努力着，中国矿业大学的李桂臣就是其中的一员。

踏上征程

“我长期从事于巷道围岩控制，主要包括煤巷锚杆支护、深部巷道软岩支护及煤与瓦斯共采工作。”李桂臣如是向记者介绍自己的工作，至今，他与煤矿已经打了近20年的交道，连他自己都没想到，当初机缘巧合下的人生选择竞成就了现在的一番事业。

“高中学习时，家庭条件不好，为了给家里减轻负担，在报考大学的时候，我毫不犹豫选择了中国矿业大学采矿专业，因为在当时，这个专业是有定向奖学金的。”在这里，李桂臣一路走到了博士，并于毕业后留校任教。2008年，李桂臣来到淮北矿业股份有限公司博士后科研工作站深造。“我的博士论文及博士后研究工作，主要都是针对软弱夹层顶板巷道与泥质软岩巷道的破坏特征，及控制机理等内容开展的。”他介绍说。

在这方面，李桂臣利用多种实验手段，揭示了典型煤系泥质岩体的矿物组分与微观结构特征，得到了巷道顶板软弱夹层的基本性能与巷道围岩稳定性规律。“同时，我还研究了受载过程中各应力阶段泥岩遇水强度弱化规律、渗透性的变化规律及煤系泥质软岩与水相互作用下巷道渗流场时空分布规律。”李桂臣补充说。通过不断的探索，最终他初步创建了较为完善的软弱夹层顶板巷道与泥质软岩巷道围岩的控制机理及有关技术手段，取得了较为理想的效果。

在当时，锚杆支护巷道若用重型u型钢支护，即使考虑部分回收复用，材料费仍高达8000～10000元/m，李桂臣在博士后期间的研究成果成功地节约了5000元/m的支护材料费，为两矿创造了巨大的经济效益和社会效益。

博士后出站后，李桂臣将研究重点放在了煤矿事故的高发点——顶板事故上。“我国每年新掘井巷工程量15000千米以上，因巷道支护产生的顶板事故占煤矿事故的比例居高不下，2001到2007年，我国煤矿顶板事故起数占所有事故的60.44%，死亡人数中占32.80%，顶板的安全控制和可靠性已成为重大安全问题。”他说。

为了破解难题，李桂臣以锚杆支护类软弱夹层顶板巷道为工程背景，从巷道离层失稳破坏垮冒现象出发，研究了软弱夹层自身特性及周围影响因素干扰下，巷道顶板离层垮冒的过程，揭示巷道离层失稳的规律，创立了安全可靠的控制对策，为减少顶板事故做出了贡献。

新的开拓

2015年，李桂臣获江苏省资助作为访问学者，来到澳大利亚的昆士兰大学进行岩石力学方面的交流学习，师从邢会林老师。“这一年间，我深刻体会到国外科学研究的独到之处。长期细致扎实的实验室工作，严谨周密的数值计算研究，精益求精的科学工作态度，高效简洁的团队精神，让我受益匪浅。”

一年后，李桂臣返回中国矿业大学，开启了新的科研征程，这次他将研究工作聚焦在泥质巷道锚固结构上。“泥质围岩巷道采用锚杆支护时常会发生锚固失效、支护结构失稳、甚至垮冒致灾事故，这是巷道围岩控制棘手的难题之一。”

李桂臣迎难而上，首先以典型工程条件为背景结合现场测试或样本采集，分析了锚固系统失稳特征并进行分类。在这一基础上，他创建了“三介质两界面”锚固体结构力学模型。所谓的“三介质”指的是围岩、锚固剂和金属杆体，借助这一模型，他对锚固点失效、锚固结构弱化、锚固系统失稳破坏的渐进致灾机理进行了充分的分析研究。

当然，这仅仅是走出了破解巷道围岩控制难题的第一步。之后，他又采用自适应多场耦合三轴试验仪，测试了不同水质（酸碱度、矿化度）对锚固体性能弱化作用，分析比较了不同温度和作用时长导致锚固系统失稳动态过程中的变化规律：采用数值计算方法揭示影响锚固体泥质围岩中分子运移位态变化、界面裂隙结构发育、锚固剂蠕变等微观结构损伤过程的关键影响因素。而且，李桂臣还优选适用于泥质巷道高性能锚固剂，开展现场锚固技术应用研究，为消除或遏制泥质巷道锚固系统失稳垮冒致灾提供理论依据。

大松动圈巷道变形的控制方法是李桂臣的另一个贡献点。为了解决传统被动支护与现有主动支护技术的不足，他针对大松动圈巷道围岩承载结构与围岩变形演化规律的适应性，发明提供一种多钢绞线组合支护装置控制大松动圈巷道变形的方法，该方法通过锚喷注联合支护构建围岩浅部承载圈对深部围岩变形提供较高的径向阻力，获得国家发明专利授权。志在“零死亡”

为了把煤矿支护工作做好，李桂臣多次深入矿井一线。有一次，他正在现场指导矿区支护实验，煤矿井中突然发生井下点柱倒塌事故，“当时，倒塌的柱子距离我不足半米远，若是再近一点，那么后果不堪设想。”事故并没有吓倒李桂臣，反而让他下定决定要把煤矿支护研究做好，为煤矿工人的生命安全保驾护航。

这些年来，李桂臣通过积极参与煤矿新产品开发，解决了淮北、淮南、澄合、兖州、阳泉、新疆、大同、铁法等多个矿区支护技术难题，作为煤矿瓦斯治理国家工程研究中心会诊专家，参加龙煤集团与冀中能源集团会诊工作，极大推进了煤矿复杂条件围岩控制机理与技术，取得了显著经济社会效益。

过去的成果是现在的基石，目前，李桂臣正致力于通过深入细致研究，揭示泥质岩体在综合因素作用下分子层面的结构变化或位置改变，与围岩宏观破坏特征及机理之间的关系。“我迫切地想把此项工作做好”，他说。

一直以来，李桂臣都认为科研工作与教学工作应齐头并进。在教学中，他特别重视对“创新”能力的培养。“习总书记说过，我们应将科技创新与社会经济发展有机结合，使科技创新成为国家强盛之基，创新是一个国家和民族发展的必然之路。作为研究生导师，我深刻认识到人才培养工作的重要性。现在，各类高校、企业在选择人才时着重强调创新性，这要求我们必须强化创新工作，培养真正具有创新精神的人才，适应快速发展的社会。”

李桂臣的学生们并不称呼他为教授，而是亲切地叫他“老大”。在李桂臣的心中，學生都是纯朴的孩子，只要自己以诚心相待，很容易就能走进他们的心中。近年来，凭借教学方面的突出表现，李桂臣先后获得“百佳本科教学教师”“教书育人先进个人”“优秀毕业设计指导教师”等称号。其在担任班主任期间带领的两个班级也都获得了集体建设的最高荣誉——“江苏省先进班集体”。谈到这些的时候，我们明显感觉到李桂臣为人师表的自豪感。但是对于科研，他却觉得自己还很渺小，现在的成果微不足道。

对于未来，李桂臣的目标很清晰，他将进一步深化研究煤矿支护难题，提高各类支护形式的安全性和可靠性，为煤矿顶板事故零死亡率的追求而不懈努力。“同时，我还想做好教书育人工作，培养具有创新，踏实、肯干精神的优秀人才，这也是我的心愿之一。”李桂臣说。