扎根瓦斯防治 守护矿山安全——记西安科技大学安全科学与工程学院安全工程系副主任赵鹏翔

张 闻 卫婷婷

煤炭在我国能源的构成中占73%，是我国能源安全的“压舱石”。在我国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋现状下，对煤炭资源的开发利用关系到国民经济的可持续发展。然而，煤层采掘过程所引发的瓦斯异常、瓦斯爆炸及煤与瓦斯突出等事故日益严重，一直是困扰着我国煤炭事业发展的关键问题。

近些年来，随着社会经济的快速发展，科学技术水平的不断提高，煤矿事故的发生率明显下降，但是瓦斯灾害问题依然不容忽视。扎根在我国煤炭领域攻关探索十余载，西安科技大学安全科学与工程学院安全工程系副主任赵鹏翔教授的科研工作，便是围绕着瓦斯防治问题而展开的。

砥砺深耕，笃行致远。赵鹏翔深知：“不怕苦、不怕累”是从事煤炭行业科研工作的根本。在他的科研生涯中，一年365天，有一半的时间他都扎根在煤矿一线，发现问题、解决问题。至今，他仍记得2010年自己初涉科研工作时，深入陕西彬长矿区大佛寺煤矿中开展研究调查的所见所感，虽然劳累，但更多的是收获和满足。而正是十几年来的现场锤炼，让他在煤层采动多场耦合理论与瓦斯抽采技术方面的研究中，积累了丰富的经验，并做出了一系列创新性科研成果。

降服瓦斯“猛虎”，守护矿山安全。在煤炭事业一线，赵鹏翔的科研理想得以燃烧、实现……

干一行爱一行

1987年，赵鹏翔出生于位于兰沧水之东的甘肃省兰州市。这里，是西部地区重要中心城市，也是丝绸之路经济带的重要节点城市，在这片历史积淀浓厚的土地上土生土长，锻造了赵鹏翔吃苦耐劳的性格，也更坚定了他学成报国的决心。

在上大学之前，赵鹏翔直言自己没有太多考虑将来的学习、发展方向，直到2006年被西安科技大学安全工程专业录取之后，才开始对矿业安全领域有了全方位的认识。

西安科技大学是西安矿业学院的前身，具有悠久的煤矿研究历史。而煤矿安全技术领域也是学校专业与学科建设主要依托的领域之一。据报道，三秦大地的含煤面积达5.7万平方千米，预测煤炭资源量3800亿吨，居全国第四位；累计探明煤炭储量1700亿吨，居全国第三位。煤炭对于陕西来说，既是造福民众的重要资源，又是经济发展的重要支柱。俗话说：“干一行，爱一行。”在本地丰富的煤炭资源与学校丰厚的师资力量支撑下，赵鹏翔决心在煤炭安全工程领域做出自己的一番成绩。

赵鹏翔

研究生阶段，赵鹏翔就在导师的带领下正式深入瓦斯防治这一科研方向，而正是这一阶段的研究启蒙，为他今后的科研之路打开了一扇窗。通过一系列科研实践，赵鹏翔真正接触到了瓦斯防治理论、瓦斯实验及现场瓦斯防治实践，他也从中发现：“这一方向与传统意义上的瓦斯防治有很大区别，主要是煤层开采之后，将上覆岩层垮落的演化规律与瓦斯防治相结合来开展相关领域研究。”深入其中之后，他发现这一领域有着极大的探索空间，并决心今后延续这一方向不断开拓。

矢志创新瓦斯防治技术

始于兴趣，终于热爱。博士阶段，赵鹏翔就一直热衷于自由探索类的工作，而在煤炭领域的科研探索就给予了他无限的空间。在他看来，做自己喜欢的研究工作，从中汲取营养，并得到一个圆满的结果，就会有一种成就感。而瓦斯防治研究便是他的心之所向，他甘愿为此付出努力与汗水。

博士毕业留校西安科技大学后，赵鹏翔仍旧没有停止对于这一领域科学前沿的探索。为了接触更多研究领域的先进科研技术，他还曾前往澳大利亚、美国等地进行学术交流与访学。特别是在美国北亚利桑那大学访学期间，赵鹏翔通过所见所感及与合作导师何俊兴（Chun-Hsing Ho）教授的深入交流，对美国当地的教学方式、科研模式及“以人为本”的矿山开采理念，有了更加深刻的认识。这一切也让他对自己所在的研究领域有了全新的思考。扎根西安科技大学开展研究工作多年来，他一直致力于煤层采动多场耦合理论与瓦斯抽采技术方面的技术提升，并在这一方向上展开了一系列创新性探索。

在赵鹏翔看来，新的时期，瓦斯的防治手段也要有新的变革。长期以来，瓦斯事故的发生与煤矿的煤层赋存条件、瓦斯赋存条件、煤层开采工艺及流程等息息相关，瓦斯的运移是随着煤层开采扰动后涌入采动空间，会对采矿过程造成巨大威胁。因此，开展矿井瓦斯防治不能只根据瓦斯本身研究瓦斯事故，而应该与外界环境因素相结合。

“在瓦斯事故的发生过程中，矿山压力起着至关重要的作用。”赵鹏翔介绍道。矿山压力指地下岩体在采动以前，由于自重的作用在其内部引起的应力，因为开采前的岩体处于受力平衡状态，所以原岩处于平衡状态，当开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原来的应力平衡状态，引起岩体内部应力的重新分布，重新分布的应力超过煤岩的极限强度时，使巷道和回采工作面周围的煤、岩发生破坏，这种情况将持续到煤、岩内部重新达到新的应力平衡为止。

“如果不将矿山压力研究与瓦斯防治相结合，我们很难弄清瓦斯涌出、运移、突出及造成相关灾害的机理。”赵鹏翔说。而将两者相结合，就能更全面地了解煤层开采过程中的瓦斯运移状态，进而可以有的放矢地布置瓦斯的抽采系统。

为了更好地开展相关领域的研究工作，赵鹏翔团队将瓦斯运移的优势通道划分成“低、中、高”3个层面的高渗区，再根据每个煤层的实际情况，进行相应的技术选择，以应用于瓦斯的抽采。从瓦斯的致灾机理出发，他们系统研究了影响瓦斯涌出量的主控因素，包括上覆岩层垮落之后，瓦斯会运移、渗流、升浮、扩散至上覆岩层的哪些相关区域，并对这些区域的演化形成过程及空间形态进行进一步精细化探索，提出了采动卸压瓦斯分域抽采关键技术，使卸压瓦斯抽采的效率得到进一步提升。

在扎实的理论基础及相关技术的支撑下，赵鹏翔成功申请了一系列国家及省部级科研项目。近些年来，他主持及参与国家自然科学基金项目11项（主持面上项目2项、青年项目1项），陕西省杰出青年科学基金项目等省部级项目十余项。在科研项目的开拓实践中，他的科研水平也有了大幅度提升。

访学交流

多年来扎根煤矿一线，赵鹏翔发现：在煤矿现场由于受到观测难度的影响，有时候很难获得连续的数据，而这时候他们就需要将现场工作面以相似的比例搬到实验室中。在这一背景下，想要保证相关工作的顺利开展，对实验室的模拟材料、模拟装置的要求会更高。在赵鹏翔主持的国家自然科学基金青年基金项目中，他就针对物理相似模拟实验的材料研制及固气耦合机理，展开了一系列探索。通过实验模拟与现场相结合，他发现：瓦斯的运移过程与岩层的每一次垮落之间存在着密切联系。为了能够更好地探究其中的关系，赵鹏翔针对煤层采动过程中高渗区的裂隙场和渗流场的联动演化进行了相关的探究，使相关成果更具有普适性。

长期以来，煤与瓦斯突出是受地应力、瓦斯压力及煤体结构综合控制的动力灾害，且易发生在构造煤发育的煤层中，与构造煤的联系是广泛存在的。特别是，原生煤和构造煤两种组合体在受到地应力和瓦斯压力的共同作用下，会产生一系列的变形、扩展、迁移及融合，而瓦斯突出往往就发生在煤体的“位错结构”上，赵鹏翔的研究就是通过找到构造煤中位错结构的分布提特征、运移过程及运移规律后，结合它与瓦斯解吸、渗流之间的耦合关系开展更多创新性探索。

在国家自然科学基金重点项目子课题的研究中，赵鹏翔还针对煤层深部开采过程中覆岩的裂隙演化及覆岩当中瓦斯富集区的探测，开发了一套集成了裂隙观测、气体浓度探测、钻孔空间形态及岩层识别功能的综合性装备，这套装备可以将煤层中原本看不见的物质呈现在科学家面前，进而加强瓦斯灾害防治的透明度，使瓦斯抽采系统的布置更加得心应手，大幅度提高了瓦斯防治的效率。

将研究惠及矿山一线

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。在赵鹏翔看来，瓦斯防治领域的研究与其他领域有所不同，必须从现场出发，发现问题、解决问题。而多年来赵鹏翔的研究经验，都是扎根在矿井一线得来的。早在博士毕业前，他的下井总次数就高达900余次。参加工作后，他仍旧坚持着这一习惯，近5年来，每年都要下180～200次井。虽然在井下的日子十分艰苦，有时候一待就12～13个小时，但他仍旧甘之如饴，没有一句怨言。

多年来，赵鹏翔步履不停，开展企业合作项目30余项，对陕西、山西、新疆、甘肃等多个主要产煤省份的高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井进行瓦斯灾害防治现场技术指导。赵鹏翔认为，煤矿灾害是一个动态演化过程，并不是对某一个煤矿、某一个工作面进行实验研究就可以将相关技术复制到其他工作面上，一切技术参数都要因矿而异、因面而异。

在这种观念的指导下，赵鹏翔通过开展煤层瓦斯抽采及瓦斯治理的科研项目合作，革新区域煤矿开采及灾害防治技术，填补了厚及巨厚倾斜综放工作面瓦斯涌出量预测方法的空白，促进了科技成果转化和产业化，推进了煤矿安全领域的科技进步，保障安全高效生产，获得了管理部门、业内专家的高度评价。

功夫不负有心人。令赵鹏翔庆幸的是，近年来，我国瓦斯事故的严重性逐年降低。据国际煤炭网报道，2022年全国矿山生产安全事故起数、死亡人数同比分别下降3.4%和2.4%，重大事故死亡人数同比下降12.3%，煤矿瓦斯事故起数、死亡人数均同比下降44%，未发生冲击地压和火灾死亡事故。“看到这些下降的数字，我深深地感觉到自己所做的工作是有价值的，作为煤矿安全人是自豪的。”赵鹏翔说。

倾心培育煤炭领域人才

心怀感恩，方能致远。一路走来，能取得现在的成绩，赵鹏翔想要感谢的人有很多。研究生导师李树刚教授就是其中一位。从事科研多年来，李树刚教授提出的“三自方针”（自我为主、自成体系、自圆其说）对赵鹏翔的科研思维的形成产生了潜移默化的影响。导师几十年如一日严谨而又认真的科研态度与行事风格，也进一步影响了赵鹏翔的科研习惯，让他在攀登科研高峰的道路上更加严格要求自己。

博士后阶段，导师来兴平教授也给予赵鹏翔很多帮助与指导。除此之外，团队的林海飞教授、安全科学与工程学院的潘红宇教授，也在赵鹏翔研究方向的选择、事业规划、研究项目等方面，给予了他很多中肯的建议。在赵鹏翔看来，他们是自己的良师益友，更是自己科研之路的领路人。能和他们一起在科研路上携手共行，他是幸运的，内心也充满了感激。

薪火相传，生生不息。在众多良师益友的影响下，赵鹏翔如今也希望能够在煤炭领域相关人才的培养上贡献自己的一份力量。近些年来，随着就读煤炭专业大学生数量的减少及现有技术人才随年龄增长陆续退休，相关专业人才供给难以为继，煤矿企业所需的专业技术人才将会出现更大的断层。面对这一行业现状，赵鹏翔深感忧心。如何让学生由衷地喜欢这一领域的研究工作？赵鹏翔始终在思考。

在多年的人才培养过程中，赵鹏翔始终认为：教育不能破坏孩子的天性。因此，根据不同学生的不同特点，他总会制订不同的培养方案。“有的学生比较外向和灵活，我就会让他们多去研究现场待一待，再让他们将在现场学到的东西带回到实验室中；而有的学生比较内向，我就会让他们多参与一些实验室的工作，当他们在研究中取得一些成绩后，再让他们将相关成果投稿到国际会议中。”赵鹏翔说。学习之外，赵鹏翔还鼓励自己的学生积极参加全国安全工程大学生创新设计大赛等比赛项目，鼓励他们在实践中锻炼自己的能力。

作为一名大学老师，赵鹏翔始终坚守着身上的责任感，多年如一日地保持着相同的作息时间，每天坚持给研究生开早会，用实际行动培养学生养成“当天事当天毕”的做事习惯。他用科学指导，提高研究生的科研效率；通过悉心的培养，养成研究生“不为失败找理由，只为成功想办法”的迎难而上的品质。正是在这样“因材施教”“以身作则”的教学思想引领下，赵鹏翔为煤炭领域培养了多位优秀的青年学子。

“极目金黄千里秀，自成一景阅沧桑。天荒弱木根须绝，地老孤枝叶脉昂。”多年来，西安科技大学的“胡杨精神”一直在鼓舞着赵鹏翔在科研与教学中不断扎根。未来，在这片理想的热土之上，他还将继续砥砺前行，为我国的煤炭安全事业发展不懈奋斗！