礦山脊梁
——記中國煤炭科工集團首席科學家、天地科技開采裝備技術研究所所長王國法

文/ 朱曉莉 李錦 攝影/于小川

礦山脊梁
——記中國煤炭科工集團首席科學家、天地科技開采裝備技術研究所所長王國法

文/ 朱曉莉 李錦 攝影/于小川

王國法與聞雪友院士在大同塔山煤礦大采高綜放工作面實地考察

工程師是企業的脊梁，是推動技術進步和科技創新的中堅。

2016年1月6日，第二屆“杰出工程師獎”頒獎典禮在人民大會堂隆重舉行。

“杰出工程師獎”由中華國際科學交流基金會發起，科技部和國家科學技術獎勵工作辦公室批準，旨在獎勵和表彰在全國生產建設一線作出突出貢獻的工程技術人員，以激勵廣大科技工作者為促進科學技術成果轉化，加快產業技術進步，提高社會生產力和綜合國力作貢獻。該獎每兩年評選一次，是目前涵蓋領域最廣、最具權威性的工程技術人員獎項。

“獲得杰出工程師獎我感到非常榮幸，這不僅是對我所取得的成績的肯定，更是對我今后科研工作的鼓舞和鞭策。弘揚中國工程師‘責任、創新、協同’精神，在目前煤炭行業面臨前所未有挑戰的情況下意義重大，也給煤炭科技工作者提出了更多、更高的要求。”身著深色西裝、白色襯衫的王國法是這樣描述自己獲獎之后的感受的，誠篤、謙和、低調、實在。2017年1月12日，中國煤炭學會主辦的《當代礦工》雜志記者專程到煤炭科學研究總院采訪了他。

王國法，生于1960年，1985年東北大學研究生畢業，1991年首批破格晉升為高級工程師，國家攻關項目課題組長，1995年破格晉升為煤炭部首批研究員，現任中國煤炭科工集團首席科學家、天地科技開采裝備技術研究所所長、中國礦業大學（北京）兼職教授，兼任中國煤炭工業技術委員會委員、煤礦支護設備標準化技術委員會副主任委員、中國煤炭工業協會支護專業委員會專家組成員。他是煤炭綜采專家，30多年致力于綜合機械化采煤（綜采）總體設計和關鍵裝備的研究與工程應用，創新提出了集約化綠色高效綜采設計方法、液壓支架與圍巖耦合控制原理及設計方法，主持研發了各種系列的綜采成套技術及相應的液壓支架，形成了我國綠色高效綜采成套技術裝備體系；主持研發了世界最大采高的8.2米液壓支架及超大采高綜采技術和20米特厚煤層高效放頂煤液壓支架及配套技術，解決了6~20米特厚煤層綜采和綜放的關鍵技術難題；主持研發了世界最小采高（0.6~1.3米）的薄煤層智能化綜采技術與裝備，突破了無人開采技術。他主持了煤礦支護設備標準體系的建設，形成了較完整的液壓支架技術理論體系，獲得了國家標準貢獻獎，發表的百篇論文和出版的六部專著，被廣泛引用并用作高校教材，為我國煤炭工業實現綠色高效綜采奠定了基礎，引領了綠色高效綜采技術發展，為我國煤炭科學技術事業的發展作出了重大貢獻，1993年被國務院授予政府特殊津貼，1996年被煤炭工業部評為首批煤炭系統專業技術拔尖人才，1998年被評為國家級有突出貢獻的中青年專家，2006年入選中央聯系的高級專家，2015年被黨中央和國務院授予“全國勞動模范”稱號。

他先后獲國家科技進步獎6項，省部級特等獎2項、一等獎8項、二等獎9項，2013年以來獲國家科技進步二等獎、一等獎各1項，獲發明專利15項（第一發明人）。

創新進取屢次首創 顛覆傳統采煤模式

“我是恢復高考后的第一屆大學生，本來是非煤院校非煤專業畢業的，一個偶然的機會讓我走進了煤炭行業，這一干就是30多年。”王國法這樣告訴記者。

煤礦井下采場頂板及圍巖是多層非連續介質不穩定力學結構，斷層、構造和強烈礦壓沖擊等多種地質災害對開采是極大的威脅。工作面支護是開采的首要條件，液壓支架要支得住、走得動，這是綜采系統的核心，其投資約占煤礦采掘裝備的60%。

上世紀80年代初，我國開始引進國外綜采裝備試驗綜采，由于缺乏技術理論基礎，引進裝備因不適應復雜圍巖條件而出現沖擊、倒架、壓垮等多種事故，導致綜采失敗。上世紀80年代中期，我國以測繪仿制為主，開始了綜采裝備的國產化研發。針對地下采場構造應力場和采動應力場復雜多變、圍巖失穩制約煤炭開采難題和引進百套綜采裝備不適應我國開采條件而導致壓垮等事故教訓，王國法研制了采場動態監測裝置，并進行了大量觀測和試驗，發現影響液壓支架對圍巖控制的6個可控參數——初撐力、工作阻力、合力作用點、水平力、梁端距和推移速度，并提出了確定工作阻力等6個可控參數的新方法，代替了國內外一直沿用的經驗統計方法，并經實踐驗證了其科學有效性。在此基礎上，他首次提出大采場液壓支架與圍巖強度耦合、剛度耦合和穩定性耦合原理，開創性完成了《液壓支架系列優化設計與提高可靠性研究》課題，在全國推廣應用，實現了普通中厚煤層液壓支架及綜采成套技術裝備國產化，于1998年獲國家科技進步三等獎。

針對我國煤礦開采系統復雜、低效的問題，他率先提出了長工作面集約化綠色高效綜采理念和集約協調配套設計方法，先后主持了上千個綜采工作面總體設計，改變傳統開采設計，提高了資源回收率并改善了地表沉陷對生態的損害；同時，針對國外壟斷高端綜采裝備的局面，他承擔國家重大裝備研發項目，發明液壓支架三維動態可靠性設計方法，代替了國內外應用的二維靜態設計方法，開發了設計軟件系統和關鍵技術，主持設計研發了高端大采高液壓支架及總體配套技術，支架壽命由15000次工作循環提高到60000次，于2009年獲得國家科技進步二等獎。

在此基礎上，王國法再接再厲，主持完成的《高端液壓支架及其先進制造關鍵技術研究與產業化》項目，攻克了高端液壓支架可靠性關鍵技術，實現了高端液壓支架的國產化和產業化，實現高端裝備完全國產化，并出口到世界主要采煤國家，結束了我國高端液壓支架長期依賴進口的局面，取得巨大的經濟效益。

攻克厚及特厚煤層開采關鍵技術裝備 實現綜采新突破

厚煤層占我國煤炭儲量的50%，過去采用分層開采方式，效率低，效益差，一次采全高綜采技術是8米以下厚煤層最合理開采方法。由于采高增加，導致頂板活動空間增大，基本頂來壓對液壓支架產生強礦壓沖擊，工作面片幫、冒頂難以控制，成為制約生產的重大難題。國內外曾普遍認為，最大采高不能超過5.5米，導致西部礦區6~8米厚煤層因無法實現全煤厚開采造成資源損失達10億噸以上。為突破一次采全高極限，2006年，王國法首次提出7米一次采全高技術，發明了厚煤層一次采全厚端頭大梯度過渡無三角煤損失的高效綜采方法和新架型，設計研發了7米大采高液壓支架及成套綜采技術，2013年獲得煤炭工業科技進步一等獎。2014~2016年，他深入研究了超大采高產生的超大空間、超強礦壓、超高煤壁、強擾動巖層運動與支架的耦合作用規律，以及超大采高液壓支架大尺度、高動壓敏感結構特有的服役行為與失效機理，攻克了圍巖穩定性控制和可靠性難題，創新微隙準剛性四連桿機構、三級協動護幫機構、端頭大梯度過渡、智能耦合群組協同控制等關鍵技術，解決了超大采高工作面煤壁片幫、冒頂和支架失穩等重大安全生產難題，創新超大采高長工作面系統協調配套、超大采高工作面端頭大梯度過渡配套模式及快速推進高回收率開采技術，與兗礦集團合作研發了世界首套8.2米超大采高液壓支架及成套技術與裝備，在金雞灘煤礦成功使用，月產達到150萬噸，實現了特厚煤層一次采全厚超大采高技術的新突破，大大超過國外最大采高5米的水平，解決了西部大型煤炭基地8米厚煤層高效、高回采率開采的技術難題。

王國法在中國工程院工程科技論壇作學術報告

王國法從1986年開始參與綜放開采試驗，經歷了高位、中位和低位放頂煤三個階段，證明放頂煤液壓支架是綜放技術的核心。通過大量觀測分析，他發現了綜放支架與頂煤相互作用的動態不均衡耦合特征，首創新型高效低位放頂煤液壓支架及提高回采率技術，獲2001年煤炭工業科技進步一等獎，使我國的綜放技術發展成為世界領先的安全高效采煤技術。針對9~20米特厚煤層，他又首次提出了大采高綜放技術方案，發明了強擾動放煤機構、大通道過渡支架等，研制了大采高綜放技術中處于核心地位的放頂煤支架及系統集成配套裝備，解決了一次開采煤層厚度大、煤壁高度大、頂煤厚度大引發的超大空間采場頂板控制、超厚頂煤放出規律及提高頂煤回收率等重大技術難題，放煤效率提高40%，在塔山煤礦創下月產130萬噸的世界綜放紀錄，獲2014年國家科技進步一等獎。

為解決自動化放煤難題，王國法承擔“863”重大專項，發明了三級強擾動放煤機構及智能放煤控制方法，成功研制兩柱式超強力自動化綜放支架，輸出到澳大利亞，成功地在奧斯達煤礦實施澳洲首次綜放開采，并獲國家科技進步二等獎。

煤礦智能化開采 引領世界開采技術

我國薄煤層分布廣泛，由于賦存不穩定、開采空間狹小，設備能力與尺寸矛盾突出，國外綜采裝備僅適用于1.5米以上煤層，無法完成1.3米以下煤層的高效開采。為攻克這一難題，王國法應用上述液壓支架與圍巖智能耦合技術，發明了無人自動化開采模式及支護系統自組織協同控制方法，解決了自動跟機移架及斜切進刀割三角煤難題；發明了超大伸縮比薄煤層液壓支架，突破了最小高度極限，解決了設備小尺寸、大功率和無人自動控制技術難題；主持開發了世界首套0.6~1.3米薄煤層綜采自動化裝備，在峰峰集團等企業成功應用，使薄煤層開采效率提高3倍以上，獲得2013年國家科技進步二等獎。

從2011年起，王國法與陜煤化集團黃陵礦業公司合作進行智能化綜采研究，主持了黃陵一礦智能化綜采工作面總體設計研究，針對1.4~2.5米較薄煤層研制了智能化綜采成套裝備及控制系統，建立單機自動控制及基于感知系統反饋的動態決策機制，創新液壓支架、采煤機、運輸設備間多信息融合智能化協調控制技術和工作面視頻圖像拼接全景實時呈現地面控制采煤技術，建立了智能化綜采生產精準管理體系，首次實現常態化遠程監控和工作面內無人操作的全自動化安全高效生產，獲得2016年中國工業大獎。國家安全生產監督管理總局還為此授牌成立了“煤礦智能化開采技術創新中心”，開啟了智能化無人開采的新探索。

35~55度大傾角煤層是許多礦區的主采煤層，由于工作面設備極易傾倒下滑，頂底板難以控制，成為世界性的開采難題。王國法通過長期試驗研究，提出了液壓支架三維耦合支護、“自撐-鄰拉-底推-頂擠”防倒防滑技術，使液壓支架互為依托，形成與圍巖動態耦合的穩定系統，解決了大傾角煤層安全高效開采設備、工藝難題，研制的成套大傾角綜采裝備在福城煤礦55度大傾角煤層、5米大采高條件下月產30萬噸，創造了大傾角綜采世界紀錄，獲得了2012年國家科技進步二等獎。

王國法與大同煤礦集團合作，進行了億噸礦區特大型礦井群資源協調開發總體設計研究，首次提出特大型礦井群資源協調開發理念與評價模型，并基于大同礦區11個千萬噸礦井的開采條件，提出了礦井群裝備系列型譜，制定了礦井群開采裝備系列化、通用化、適應化、自動化和智能化的研發方案，使回采率提高6%，設備流轉使用效率提高20%以上，獲得了2015年度山西省科技進步二等獎。

王國法先后主持完成了全國上千個煤礦的綜采工作面總體設計和液壓支架設計，并通過技術轉讓、技術咨詢、技術服務在全國75%以上的煤礦推廣應用創新成果，推動我國綜采技術、裝備邁上高端水平，由原來“引進消化吸收，跟隨國外發展”跨越到“創新引領世界綜采技術發展”，使我國的綜采裝備、技術出口到美國、德國、澳大利亞、印度、俄羅斯和烏克蘭等世界主要產煤國，取得了巨大的經濟效益和社會效益。

開拓創新，是科技工作者努力的方向。王國法正在用一項項科技成果筑造中國煤炭裝備事業的長城，用熾熱的激情創造中國煤炭工業的輝煌。

王國法接受本刊記者采訪