陶志剛：砥礪創(chuàng)新，為滑坡災害裝上滑動力實時監(jiān)測的“眼睛”

王霞

截至今年，中國礦業(yè)大學（北京）深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室科研秘書、副教授、碩士生導師陶志剛，累計發(fā)表學術論文120余篇，其中以第一作者（含通信作者）發(fā)表的文章14篇被SCI收錄，16篇被EI（刊）收錄，3篇被ISTP收錄，14篇中文核心期刊論文。獨立出版專著1部，參編專著3部。獲16項發(fā)明專利授權（中國發(fā)明專利12項，日本發(fā)明專利1項，美國發(fā)明專利1項，歐洲發(fā)明專利1項）、12項實用新型專利授權、5項軟件著作權。

陶志剛，2018年被評為中國能源研究會優(yōu)秀青年能源科技工作者。兼任中國巖石力學與工程學會軟巖工程與深部災害控制分會副秘書長，中國巖石力學與工程學會古遺址保護與加固工程專業(yè)委員會委員，山西省柳林能源與環(huán)境院士工作站副站長。

陶志剛師從中國科學院何滿潮院士，以滑坡地質災害（含發(fā)震斷裂活動）深部力學監(jiān)測預警和NPR新型結構材料超常力學特性實驗為主要研究方向，主要從事巖土工程、地質工程、邊坡工程、地震工程、隧道工程災害監(jiān)測預警及控制等方面的教學和科研工作。2013年3月，中國礦業(yè)大學（北京）力學博士后出站。

2013年5月，陶志剛進入北京礦冶研究總院礦山所工作，2014年6月調入中國礦業(yè)大學（北京）工作。2017年1月至11月期間，在本溪鋼鐵（集團）南芬露天鐵礦掛職副總工程師，負責采場下盤危險邊坡滑動力監(jiān)測預警、治理和技術攻關；2017年12月至今，在山西省柳林縣國土資源局掛職副局長，負責柳林縣危險邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測預警系統建設和全縣地質災害監(jiān)測智能化、信息化、網絡化系統升級。

近五年，陶志剛作為項目負責人主持國家自然科學基金1項、中國博士后科學基金面上項目1項、中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金項目4項、浙江省山體地質災害防治協同創(chuàng)新中心開放基金1項；作為技術骨干參與國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金重點項目、北京市自然科學基金和浙江省重點研發(fā)項目等12項國家縱向研究課題。

作為項目負責人或技術負責人，陶志剛主持了中煤集團、神華集團、中國黃金、靈寶黃金、三峽集團、本鋼集團、包鋼集團、北京地礦局、遼寧地礦局、湖北省地質災害防治中心、遼寧省地震局、云南省地震局、山東省地震局、張家口市地震局、陜西國土資源廳、甘肅國土資源廳、新疆水勘院、云南省水勘院、甘肅長達路業(yè)等典型滑坡（發(fā)震斷裂）大變形災害監(jiān)測、預警、控制課題35項，例如完成“南芬露天鐵礦采場下盤危險邊坡滑動力監(jiān)測預警研究”“內蒙古赤峰西露天煤礦危險邊坡監(jiān)測預警系統研究”“白云鄂博稀土礦危險邊坡綜合監(jiān)測預警研究”“吉爾吉斯共和國伊士坦貝爾德金礦金屬富集區(qū)劃及自動沉落式采礦方法研究”“三峽庫區(qū)巴東段危險邊坡滑動力監(jiān)測預警研究”“北京市門頭溝區(qū)戒臺寺滑坡監(jiān)測”“中國黃金長山壕露天金礦反傾邊坡傾倒彎曲變形機理及穩(wěn)定性評價”“NPR錨索支護原理及大變形控制技術在烏東德水電站的應用”“木寨嶺隧道2#斜井大變形機理分析及NPR+控制對策可行性研究”等項目，所取得的成果先后獲2012年度中國鋼鐵工業(yè)協會/中國金屬學會冶金科學技術獎三等獎、2014年度中國巖石力學與工程學會科學技術獎一等獎、2018年度山東省科學技術獎二等獎。

陶志剛作為現場技術負責人進行了“恒阻大變形錨桿研發(fā)及實驗系統”科研課題的研究，課題已于2011年3月通過教育部科技發(fā)展中心專家組的鑒定驗收，在恒阻器設計原理和結構以及實驗系統研發(fā)上達到“國際領先水平”；同年，項目申請人作為現場技術負責人進行了“恒阻大變形纜索研發(fā)及滑坡監(jiān)測預警系統”科研課題的研究，已于2011年6月通過中國巖石力學與工程學會的鑒定驗收，研究成果達到“國際領先水平”。

在中國科學院院士何滿潮的指導下，陶志剛在雙體災變力學理論深化、滑坡（發(fā)震斷裂活動）災害、隧道圍巖大變形災害監(jiān)測預警現場工程應用等方面做出了突出貢獻，累計在全國17個省市（地區(qū)）建設滑坡災害滑動力實時監(jiān)測點432個，參與成功預報12次滑坡和裂縫災害，均提前4～13小時發(fā)出臨滑預警。

恒阻大變形纜索研發(fā)及滑坡監(jiān)測預警系統

本溪鋼鐵（集團）礦業(yè)公司南芬露天鐵礦是單體露天礦山，1999年以來，在特殊地形和長期礦山開采綜合影響下，采場下幫邊坡形成了多處較大規(guī)模的滑坡體，滑坡體長252 m，寬250 m，滑動方向270°，滑坡體的體積約52萬立方米，壓礦近千萬噸，10年來不能開采，給企業(yè)造成了重大損失。

在“長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”與本溪鋼鐵（集團）礦業(yè)公司南芬露天鐵礦的共同資助下，中國礦業(yè)大學（北京）深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室和南芬露天鐵礦的專家、教授和科研人員組成攻關小組，陶志剛作為現場技術負責人帶領團隊針對邊坡巖體大變形災害監(jiān)測過程中天然滑動力難以測量的問題，以及滑動力遠大于傳統錨索的材料強度時，錨索斷裂、力學信號傳輸系統破壞、整個監(jiān)測系統失效，無法對滑坡全過程進行監(jiān)測的難題，通過對不同材料、結構進行優(yōu)化選擇和組合試驗，定型了具有恒阻大變形力學性能的纜索，確定了恒阻裝置的結構組成、材料參數和幾何參數；對恒阻大變形纜索進行現場力學特性試驗，試驗結果證明恒阻大變形纜索具有恒阻特性，即恒阻力達到850KN時，保持恒阻的變形量可達2000mm；建立了恒阻大變形纜索的能量本構關系，推導了邊坡巖體和纜索相互作用能量平衡方程，為滑坡地質災害監(jiān)測和加固設計奠定了理論基礎；基于恒阻大變形纜索和北斗衛(wèi)星通訊平臺，研發(fā)出滑動力3S遠程監(jiān)測預警系統，從根本上實現了對滑坡災害進行遠程實時監(jiān)測與超前預警預報的目的。

相關技術應用于遼寧省南芬露天鐵礦采場下幫邊坡滑動力監(jiān)測預警工程中，及時掌握了滑坡體穩(wěn)定狀態(tài)，從而對因滑坡影響10年不能開采的千萬噸鐵礦石進行回采，取得較好社會經濟效益，實現了加固—防治—監(jiān)測—預警一體化的目標。

陶志剛與團隊取得的“恒阻大變形纜索研發(fā)及滑坡監(jiān)測預警系統”成果于 2011年6月通過中國巖石力學與工程學會的鑒定驗收，被認定為“達到國際先進水平”。榮獲2014年度中國巖石力學與工程學會科學技術獎一等獎、2017年度山東省科學技術獎二等獎。

開發(fā)滑坡遠程實時監(jiān)測預警系統

河南省靈寶羅山礦區(qū)在長期的地下開采空區(qū)影響下，已形成面積為17.96萬平方米，總體積約405.2萬立方米的滑坡體，嚴重威脅滑坡體下方金和多金屬鉬（經濟價值達26.24億元）的安全開采。在“長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”以及河南省靈寶市金源礦業(yè)有限責任公司的共同資助下，中國礦業(yè)大學（北京）和靈寶市金源礦業(yè)有限責任公司的專家教授和科研人員組成攻關小組。

在何滿潮的指導下，陶志剛與項目團隊以“滑動力大于抗滑強度是滑坡產生充要條件”作為滑坡體滑動的主要判據，進行了滑坡過程物理模擬實驗，提出了滑動力監(jiān)測原理；根據滑動力監(jiān)測原理，推導出滑動力和人為力學量之間的函數表達式，利用可測的人為力學量，通過公式計算出不可測的滑動力，研制了相應的監(jiān)測儀器和裝置，并開發(fā)出相應的遠程實時監(jiān)測預警系統；根據羅山礦區(qū)的具體地質條件提出了以改變采礦順序的方法來控制滑坡的理念，并成功應用了滑坡遠程實時監(jiān)測預警系統，為礦山的安全開采供了技術保障。

項目成果于2009年2月通過驗收，被認定為“總體上達到國際先進水平”。