李桂臣：撐起煤礦工人生命的“保護傘”

孫欣欣

2016年3月23日，山西省同生安平煤業有限公司發生頂板大面積垮落導致瓦斯爆炸重大事故，造成20人死亡、1人受傷，直接經濟損失2804.377萬元。煤礦事故一直是人們心中的痛點，在科學界，有一群科學家正為減少煤礦事故而努力著，中國礦業大學的李桂臣就是其中的一員。

踏上征程

“我長期從事于巷道圍巖控制，主要包括煤巷錨桿支護、深部巷道軟巖支護及煤與瓦斯共采工作。”李桂臣如是向記者介紹自己的工作，至今，他與煤礦已經打了近20年的交道，連他自己都沒想到，當初機緣巧合下的人生選擇競成就了現在的一番事業。

“高中學習時，家庭條件不好，為了給家里減輕負擔，在報考大學的時候，我毫不猶豫選擇了中國礦業大學采礦專業，因為在當時，這個專業是有定向獎學金的。”在這里，李桂臣一路走到了博士，并于畢業后留校任教。2008年，李桂臣來到淮北礦業股份有限公司博士后科研工作站深造。“我的博士論文及博士后研究工作，主要都是針對軟弱夾層頂板巷道與泥質軟巖巷道的破壞特征，及控制機理等內容開展的。”他介紹說。

在這方面，李桂臣利用多種實驗手段，揭示了典型煤系泥質巖體的礦物組分與微觀結構特征，得到了巷道頂板軟弱夾層的基本性能與巷道圍巖穩定性規律。“同時，我還研究了受載過程中各應力階段泥巖遇水強度弱化規律、滲透性的變化規律及煤系泥質軟巖與水相互作用下巷道滲流場時空分布規律。”李桂臣補充說。通過不斷的探索，最終他初步創建了較為完善的軟弱夾層頂板巷道與泥質軟巖巷道圍巖的控制機理及有關技術手段，取得了較為理想的效果。

在當時，錨桿支護巷道若用重型u型鋼支護，即使考慮部分回收復用，材料費仍高達8000～10000元/m，李桂臣在博士后期間的研究成果成功地節約了5000元/m的支護材料費，為兩礦創造了巨大的經濟效益和社會效益。

博士后出站后，李桂臣將研究重點放在了煤礦事故的高發點——頂板事故上。“我國每年新掘井巷工程量15000千米以上，因巷道支護產生的頂板事故占煤礦事故的比例居高不下，2001到2007年，我國煤礦頂板事故起數占所有事故的60.44%，死亡人數中占32.80%，頂板的安全控制和可靠性已成為重大安全問題。”他說。

為了破解難題，李桂臣以錨桿支護類軟弱夾層頂板巷道為工程背景，從巷道離層失穩破壞垮冒現象出發，研究了軟弱夾層自身特性及周圍影響因素干擾下，巷道頂板離層垮冒的過程，揭示巷道離層失穩的規律，創立了安全可靠的控制對策，為減少頂板事故做出了貢獻。

新的開拓

2015年，李桂臣獲江蘇省資助作為訪問學者，來到澳大利亞的昆士蘭大學進行巖石力學方面的交流學習，師從邢會林老師。“這一年間，我深刻體會到國外科學研究的獨到之處。長期細致扎實的實驗室工作，嚴謹周密的數值計算研究，精益求精的科學工作態度，高效簡潔的團隊精神，讓我受益匪淺。”

一年后，李桂臣返回中國礦業大學，開啟了新的科研征程，這次他將研究工作聚焦在泥質巷道錨固結構上。“泥質圍巖巷道采用錨桿支護時常會發生錨固失效、支護結構失穩、甚至垮冒致災事故，這是巷道圍巖控制棘手的難題之一。”

李桂臣迎難而上，首先以典型工程條件為背景結合現場測試或樣本采集，分析了錨固系統失穩特征并進行分類。在這一基礎上，他創建了“三介質兩界面”錨固體結構力學模型。所謂的“三介質”指的是圍巖、錨固劑和金屬桿體，借助這一模型，他對錨固點失效、錨固結構弱化、錨固系統失穩破壞的漸進致災機理進行了充分的分析研究。

當然，這僅僅是走出了破解巷道圍巖控制難題的第一步。之后，他又采用自適應多場耦合三軸試驗儀，測試了不同水質（酸堿度、礦化度）對錨固體性能弱化作用，分析比較了不同溫度和作用時長導致錨固系統失穩動態過程中的變化規律：采用數值計算方法揭示影響錨固體泥質圍巖中分子運移位態變化、界面裂隙結構發育、錨固劑蠕變等微觀結構損傷過程的關鍵影響因素。而且，李桂臣還優選適用于泥質巷道高性能錨固劑，開展現場錨固技術應用研究，為消除或遏制泥質巷道錨固系統失穩垮冒致災提供理論依據。

大松動圈巷道變形的控制方法是李桂臣的另一個貢獻點。為了解決傳統被動支護與現有主動支護技術的不足，他針對大松動圈巷道圍巖承載結構與圍巖變形演化規律的適應性，發明提供一種多鋼絞線組合支護裝置控制大松動圈巷道變形的方法，該方法通過錨噴注聯合支護構建圍巖淺部承載圈對深部圍巖變形提供較高的徑向阻力，獲得國家發明專利授權。志在“零死亡”

為了把煤礦支護工作做好，李桂臣多次深入礦井一線。有一次，他正在現場指導礦區支護實驗，煤礦井中突然發生井下點柱倒塌事故，“當時，倒塌的柱子距離我不足半米遠，若是再近一點，那么后果不堪設想。”事故并沒有嚇倒李桂臣，反而讓他下定決定要把煤礦支護研究做好，為煤礦工人的生命安全保駕護航。

這些年來，李桂臣通過積極參與煤礦新產品開發，解決了淮北、淮南、澄合、兗州、陽泉、新疆、大同、鐵法等多個礦區支護技術難題，作為煤礦瓦斯治理國家工程研究中心會診專家，參加龍煤集團與冀中能源集團會診工作，極大推進了煤礦復雜條件圍巖控制機理與技術，取得了顯著經濟社會效益。

過去的成果是現在的基石，目前，李桂臣正致力于通過深入細致研究，揭示泥質巖體在綜合因素作用下分子層面的結構變化或位置改變，與圍巖宏觀破壞特征及機理之間的關系。“我迫切地想把此項工作做好”，他說。

一直以來，李桂臣都認為科研工作與教學工作應齊頭并進。在教學中，他特別重視對“創新”能力的培養。“習總書記說過，我們應將科技創新與社會經濟發展有機結合，使科技創新成為國家強盛之基，創新是一個國家和民族發展的必然之路。作為研究生導師，我深刻認識到人才培養工作的重要性。現在，各類高校、企業在選擇人才時著重強調創新性，這要求我們必須強化創新工作，培養真正具有創新精神的人才，適應快速發展的社會。”

李桂臣的學生們并不稱呼他為教授，而是親切地叫他“老大”。在李桂臣的心中，學生都是純樸的孩子，只要自己以誠心相待，很容易就能走進他們的心中。近年來，憑借教學方面的突出表現，李桂臣先后獲得“百佳本科教學教師”“教書育人先進個人”“優秀畢業設計指導教師”等稱號。其在擔任班主任期間帶領的兩個班級也都獲得了集體建設的最高榮譽——“江蘇省先進班集體”。談到這些的時候，我們明顯感覺到李桂臣為人師表的自豪感。但是對于科研，他卻覺得自己還很渺小，現在的成果微不足道。

對于未來，李桂臣的目標很清晰，他將進一步深化研究煤礦支護難題，提高各類支護形式的安全性和可靠性，為煤礦頂板事故零死亡率的追求而不懈努力。“同時，我還想做好教書育人工作，培養具有創新，踏實、肯干精神的優秀人才，這也是我的心愿之一。”李桂臣說。