愿做煤炭一线的科研“哨兵”

卫婷婷

对于科幻迷来说，提起“侏罗纪”，首先想到的就是“恐龙”“史前世界”等充满奇幻色彩、与人类社会无关的命题。然而，近日公示的一项陕西省科学技术进步奖申报项目——“提高侏罗纪煤层综采块煤率成套技术与装备研发”，则通过对那个古远地质时代的煤层开发研究，实现了优质资源利好现在人类生活的目标，攻克了煤炭清洁开采的关键技术，解决了侏罗纪煤层开发经济、环境、社会效益最大化的难题。

当“侏罗纪”遇上“绿色开采”，这种冲破“次元壁”的碰撞还将带来什么惊喜？带着一系列问题，记者采访了项目总负责人——西安科技大学教授、博士生导师邓广哲。

邓广哲长期从事矿山岩石力学与岩层控制及地下开采工程和空间利用技术的研究工作。其以节理岩体理论与计算技术为核心的研究成果，已应用于数项科学研究中，包括强膨胀软岩支护技术、坚硬煤层放顶煤技术、水压致裂技术、战略能源储存与安全识别技术等领域。而他的求学和科研工作经历，也正契合了改革开放后中国煤炭工程行业发展的历程。邓广哲形容自己是“煤炭行业一线的哨兵”，“一线的需求”就是他的需求，而“站在煤炭一线技术人员的角度看问题”，也成了他工作的出发点和落脚点。

采访中，邓广哲说，只有置身于“哨兵”这个角色、做好这个角色，才能真正结合一线工作实际情况开展科研工作，取得产、学、研、用真正有效的成果。

与“煤”结缘36年

1984年，18岁的邓广哲考入西安科技大学的前身——西安矿业学院。这是一所在采矿冶金等专业方面拥有深厚渊源的学校。其前身可追溯到1895年成立的北洋大学工学院采矿冶金科。1958年7月，陕西省将西安交通大学的采矿、地质两系全套设备物资，包括新设的矿山机电专业，带既定任务调出建立新校，也就是后来的西安矿业学院、现在的西安科技大学。所以，学校的基础课程底子较好，师资力量也较雄厚。

时光回溯到1984年，当时，我国采矿技术还处于从传统的粗放开采向现代化机械开采的过渡阶段，人们普遍对采矿这个专业不了解，年轻人不愿意从事这个行业的工作。邓广哲考入这所专业院校、攻读采矿相关的专业，也是始于一次“阴差阳错”。但当他步入校园后，在几位著名的老教授引领下，逐渐对专业产生了浓厚的兴趣。“当时采矿条件非常艰苦，机械化程度和技术装备都非常落后。在这种背景下，如果能通过我们的科研工作提升我国采煤技术的整体水平，将很有意义。”邓广哲说。

大学4年，凭借着扎实的理工科基础和勤奋好学的态度，邓广哲的成绩十分优异。本科时期的36门课程，他总成绩平均90多分。与此同时，他还热心于學生工作，积极为同学服务，并连续4年被评为学校标兵。1988年，邓广哲有机会参加学校主持的一项原煤炭部科学基金课题研究，当时，还是本科生的邓广哲被任命为小组长，带同届另外4个同学成立了一个科研小组。他们深入开滦煤矿，一住就是4个多月，最终实现了急倾斜对拉工作面采煤方法的优化，解决了非常复杂的煤层开采方法难题。也是从这个课题开始，邓广哲的科研事业拉开了序幕。这一年，邓广哲以年级第一的成绩保研，继续在母校攻读硕士学位。

学业上的进取态度和对科研工作的浓厚兴趣，也与生活环境有关。数十年前，一些保密单位的研究所设立在秦岭、汉中等地，其中不乏院士、博士，邓广哲小时候在与他们的朝夕相处中，感受到了醉心科研的那种潜移默化的影响力。

1991年，硕士研究生毕业后，邓广哲留在了当时的西安矿业学院矿压教研室工作，围绕厚煤层的安全高效开采方法开展工作。而他的科研“主战场”就在大西北。

“新疆的煤层比陕西、山西乃至国内其他地方的都要厚，当时的开采条件也不是很好。仅煤层的厚度普遍就达到40多米，甚至有的达到100多米。所以突破急倾斜大段高综放开采采煤方法，是那个时候我们面临的一个很大难题。”邓广哲介绍。

其实，早在两年前，邓广哲做硕士论文时就已经对急倾斜大段高采煤方法问题进行研究，并且几年来一直围绕这个问题进行研究工作。

从秦岭到贺兰山，从山西吕梁再到新疆阿克苏、和田……邓广哲的足迹遍布了西北的大煤田，也通过实际勘探对我国西部煤炭开采有了更多的认识。“其实，中国西部煤层很重要的一个特点是——明显受到了板壳运动残余应力的作用和改造，新疆尤为典型。天山把新疆分成了南北两部分的自然条件，这种造山运动加上板壳运动，对新疆的煤田开发带来了影响。那里的煤层一个很大的特点就是应力很高——属于高应力煤层。”邓广哲说，这也是他在新疆长时间开展煤层开采方面工作的一个重要背景。“新疆的煤矿资源非常丰富，其中不乏高应力特厚煤层，煤的开采过程中应力高，会遇到顶板的问题、动力灾害的问题，还可能遭遇瓦斯、地下水的地质构造断层威胁，开采难度显著增加了。所以在新疆做的早期研究，就是这种条件下围绕开采方法的研究，其中包括高瓦斯特厚煤层综合开采、急倾斜特厚煤层综放开采、大采高（6？8m）综合开采……”

“我们当时还做了第一个国内急倾斜综采放顶煤的井下试验，而且试验的条件与我国之前两套缓倾斜综放条件都不一样，这个试验非常有意义。”可以说，这是我国第一次关于厚煤层大段高综放安全高效开采方法的研究，其成果直到现在还不断得到推广应用，取得了良好的经济、社会效益。此后，邓广哲还基于科研工作成果，发表了《放顶煤采场上覆岩层运动和破坏规律研究》等论文，均取得了不错的反响。

如今，这套方法已经很成熟了，但是在他们利用现代化装备和新技术不断改造的过程中，又遇到了新的问题——采收率和提高生产力的问题。“总体来说，节能、降耗、提质、增效方面的空间，成了一个新问题，又摆到了采矿、岩石力学和岩层控制等专业工作的面前。”邓广哲笑道，这也是他当年博士专业选择岩土力学的原因。

1994年，邓广哲进入中国科学院攻读岩土力学博士学位。“当时，我正在从事的工作是通过岩层控制改进采煤环境，提高开采效率。在这个过程里，会涉及很多领域。那个时候，我意识到必须在力学方面去深入学习、提升，就下功夫往这方面努力。而岩土力学的专业知识，在后来我做采矿方法深度改进的时候，起到了很大的支撑作用。”

1997年，邓广哲博士毕业。他同时收到了几所国外知名院校递出的橄榄枝，但他还是选择回到母校继续工作。“从情感上来讲，我的母校虽然十分普通，但在那里我接受了比较好的专业教育。有一批非常好的前輩为我们开创了路子，指明了方向。此外，西部这些年发展也很快，而且随着学校规模不断增加，学科门类也相对齐全了，现在有6个博士后科研流动站，7个一级学科博士点，25个一级学科硕士点。”邓广哲谈起母校饱含深情。

从1984年至今，邓广哲与煤结缘36年，也与西安科技大学结缘36年。

36年来，邓广哲聚焦岩层控制与计算机方法、煤岩水压致裂与清洁开采、高应力软岩支护技术等研究方向，成绩斐然。迄今为止，他已在国内外核心刊物上发表论文70余篇，检索20余篇；出版《裂隙岩体流变学》《煤体致裂软化理论与应用》等4部学术专著；主持和参加国家自然科学基金项目、陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项项目、教育部“春晖计划”项目、新疆生产建设兵团科技援疆重大专项、教育基础研究重点项目及水力压裂技术开发与推广项目等课题研究项目100余项，获得省部级科学技术奖7项，参与制定行业标准4项；授权发明专利20项。

当“侏罗纪”遇上“煤层综采”

近日，在陕西省科学技术进步奖的申报名单里，有这样一个项目引起了广泛关注——“提高侏罗纪煤层综采块煤率成套技术与装备研发”。而其总负责人就是邓广哲。

邓广哲介绍，该项目在立足开采破碎问题的基础上，解决提升开采中煤粒块度控制问题，是在陕西省重大专项项目、有关地方政府相关提高块煤率专项项目资助下，借助校企合作和科研院所合作平台联合开展的重大项目。项目由西安科技大学、陕西省煤炭科学研究所、兖矿集团有限公司、陕西煤业股份有限公司共同完成。项目解决了高产高效矿井块煤率瓶颈问题，提升了大型设备效益，实现提质增效、节能降耗，为矿井煤产品供给侧改革、创新煤炭洁净开采方法、实现企业与社会环境总效益最大化，提供了关键支撑技术保障。

“项目适用于硬度1.5？3.6的煤层，是不同采高综合机械化矿井煤炭产品分类分级开采，提高块煤率、控制线下率的关键技术，也是提升综采装备利用效率及满足企业社会与环境总效益最大化的关键技术。在块煤绿色高效开采，防止高瓦斯、煤尘和冲击灾害条件下的硬厚煤层块煤开采中发挥重大作用。”邓广哲告诉记者，该项目成果属于煤炭产品分类分质绿色开采的专利技术成果。

据悉，项目针对侏罗纪煤层赋存条件和开采技术特点，研究分析了煤岩特性，创建了块煤控制开采技术理论体系，研发了提高综采块煤率和块煤转载止损技术；揭示了煤层脉冲自激水压破碎机理，提出了高压脉冲预裂和CO2活性压裂耦合致裂方法，研发了压裂技术、工艺和装备；研究了采煤机设计参数、运行工况与块煤产出率之间的关系，开发了有利于提高块煤率、适合不同采高的采煤机滚筒；基于能量耗散和表面积单耗原理，研究了煤炭转载储运系统限下率的控制机理与方法，开发了块煤止损技术和工艺。

邓广哲告诉记者，项目的成功还要得益于4家主要完成单位各司其职，相辅相成。

作为项目的依托单位，西安科技大学担当起项目总体组织、设计与策划，以及计划书与实施方案制定等工作，完成了块煤开采方法推广应用工作；针对侏罗纪煤层创建了块煤控制开采技术理论体系，研发了提高综采块煤率和块煤转载止损技术；开发了煤层脉冲自激水压破碎机理，提出了高压脉冲预裂和CO2活性压裂耦合致裂方法，研发了压裂技术、工艺和成套装备；基于能量耗散和表面积单耗原理，研究了煤炭转载储运系统限下率的控制机理与方法，开发了块煤线下率控制技术和工艺装备。

作为项目的主要完成单位，陕西省煤炭科学研究所研究了块煤专用采煤机设计参数、运行工况与块煤产出率之间的关系，开发了有利于提高块煤率、适合不同采高的块煤专用采煤机滚筒，提出综采面煤层浅孔综合预爆提高块煤率工艺方法；兖矿集团有限公司协助提出了硬厚煤层综采预裂块煤增产技术与工艺方法，以及矿压、水压与采煤工艺综合协调的压裂新方法，参与提出了大采高浅埋煤层综采工作面煤壁稳定性控制技术，开发了万利矿区类似浅埋硬厚煤层综采提高块煤率开采成套技术与方法；陕西煤业股份有限公司协助参加研究了大型矿井主运输系统转载点块煤限下率控制技术与方法，参与给出了适合陕北超大型矿主运系统转载点块煤止损的成套工艺，参与开发了榆神矿区类似浅埋硬厚煤层综采提高块煤率开采成套技术与方法。

从2012年至2019年，邓广哲和团队已经依托这项技术在侏罗纪煤层五大矿区不同矿井开展了近8年研究实验与推广，取得了系统成套技术和设备研发成果。

尤为值得关注的是，通过在红石岩煤矿、安源煤矿、转龙湾煤矿、红草沟煤矿、东川煤矿、常家梁煤矿、柠条塔煤矿、谊丰煤矿、海湾煤矿、红岩煤矿等侏罗纪煤层典型条件下的13套综采工作面进行工业试验与推广使用，其综合技术性能指标显示：工作面块煤率达到62.5%，提高了23.7%；转储系统块煤损失降低了10.5%；材料节支8.9%，能耗降低了7.8%，成本降低8.68元/吨，煤尘浓度降低45%，创造了清洁安全的生产环境。项目试验与推广应用过程中，累计新增销售16.12亿元，经济、社会、环境效益均十分显著。

“站在煤炭一线技术员的角度看问题”

当前，正处于我国煤炭行业转型深化期，煤炭能源结构要求向资源节约型、环境友好型、低碳导向型转变。面对我国煤炭资源现状，结合我国煤炭企业发展的实际情况，煤炭行业产学研发展模式正在成为推动煤炭行业进步的重要力量。多年来，邓广哲深耕煤炭相关领域，主持和参加重大课题研究项目100余项，在产学研用方面取得了良好的成效。对此，邓广哲认为，采矿这个学科的特点就是要结合一线的生产实际情况。

“有很多问题来源于生产实践中的提炼和总结。解决重大工程里的这些技术的难点、理论的焦点、科学的热点，非常重要。聚焦这些问题，科研工作取得成果的过程可能非常不容易，但我们起码在研究方向上是正确的。”邓广哲在项目中與企业合作较多，久而久之，“一线的需求”就成了他的需求，而“站在煤炭战线一线上技术人员的角度看问题”，也成了他工作的出发点和落脚点。

“我国采矿工程技术是从过去很落后的技术逐步发展起来的，目前也只有几十年的历史，时间并不长。这么快取得好成绩，就是因为结合实际，然后从实际当中去发现问题，解决煤矿工业发展的所急所需。我们培养人才，也是要围绕着实际生产需求来做。”邓广哲表示。

其实，改革开放以来，我国煤炭行业整体面貌发生了巨大的变化，煤炭资源的高效安全开发与清洁高效利用水平已进入世界先进行列。可以说，中国煤炭行业无论是开采还是规模化开发的理念，都在改变。短短几十年，煤炭技术、装备的水平与过去相比已有天壤之别。绿色开采、煤炭产品的优化、产品供给的清洁，受到了行业越来越多的关注，煤炭全产业链的发展理念在不断升华。而这一切的背后，正是许许多多像邓广哲一样的科研工作者共同努力的结果。

对比今夕，与煤结缘36年的邓广哲置身其中，也对时代洪流中的行业进步感到欣喜。未来，他还将带着他的团队，结合煤炭行业一线所急所需，不断攻坚克难，站好科研“哨兵”岗！

专家简介

邓广哲，1965年出生，中国科学院工学博士，教授，博士生导师。

日本九州大学访问教授，霍英东优秀青年基金获得者，加拿大达尔豪斯（Dalhousie）大学合作教授。教育部重点实验室学术带头人，岩层预裂控制技术研究室主任，西安科技大学煤炭绿色开采岩层压裂控制研究所所长。现从事矿山岩石力学与岩层控制的研究与教学。

多年来，围绕裂隙水岩耦合理论和岩层控制，开辟了我国煤矿井下原位煤岩层水压致裂软化绿色开采、高应力围岩卸压控制等系列应用技术。针对我国西部煤矿开采岩层控制，系统地提出了以高瓦斯特厚煤层减灾增效成套理论与技术为代表的系列绿色开采方法，经陕西省科技厅、中国煤炭工业协会鉴定达到国际领先水平。针对深部开采低渗高应力煤层开采及围岩智能支护与修复理论和技术，达到国际先进水平。成果获得省部级奖励7项，获得国家发明专利20项，在国内外核心期刊发表论文70余篇。