姜鵬飛：解決煤炭問題是最重要的事

呂騰波

煤炭是世界上儲量最多、分布最廣的常規能源，也是最廉價的能源之一。在我國，煤炭作為基礎能源和重要的工業原料，為國民經濟建設作出了巨大的歷史性貢獻，是國家能源安全、支撐工業生產和社會民生的重要戰略物資。

雖然我國的煤炭儲量非常豐富，但煤炭是不可再生資源，如何安全、高效、綠色、智能地開采煤炭，推動煤炭產業高質量發展，成為業界共同關注的熱點和難點。誰能率先找到突破口，誰就能在這場“戰斗”中占據制高點。

作為全球唯一全產業鏈綜合性煤炭科技創新型企業——中國煤炭科工集團有限公司——的一員，姜鵬飛自2008年加入之日起，就以強烈的使命感和責任感，以減少煤礦頂板災害為己任，長期從事煤礦巷道圍巖控制理論與技術開發研究。經過十多年的創新實踐，姜鵬飛已成為獨當一面的團隊“家長”，他和團隊在煤礦巷道錨桿支護、井下綜合應力場分布與演化、深部巷道圍巖控制、巷道快速自動化掘進與支護及巖層區域水力壓裂技術等多個方面取得了重要的研究成果，成為我國煤炭巷道支圍巖控制研究領域的中堅力量。

姜鵬飛

2021年是姜鵬飛出任中煤科工開采研究院有限公司（天地科技開采設計事業部）科創中心副主任的第四年，也是中國煤炭行業處于安全、高效、綠色、智能發展的關鍵時期，姜鵬飛將繼續堅守自己的“戰場”，帶領團隊以滿腔的熱忱積極投身于深部巷道圍巖控制、巷道快速自動化掘進與支護、巖層區域水力壓裂卸壓等行業共性關鍵技術攻關中，不懼艱辛，一往無前。

從偶然到熱愛 初出茅廬的煤炭新人

如果要回顧姜鵬飛接觸煤炭的契機，那應該是冥冥之中的安排，雖然中國礦業大學（北京）只是姜鵬飛的第三志愿，但他最終被這所大學錄取，從此開啟了他與煤炭不得不說的不解之緣。

起初，姜鵬飛對煤炭的了解還停留在：煤炭是我國工業的糧食、煤炭產量在世界位居前幾位這樣淺顯的表面，但隨著他進入大學，與學校里眾多的煤炭科學家接觸，就越發感覺到煤炭沒有他想象中的那么簡單。在與老師的交流中，姜鵬飛知道了煤炭占我國一次能源生產和消費比例最高，是一項非常重要且不能忽視的戰略資源，它影響著國民生活的方方面面。

彼時，20歲不到的姜鵬飛，逐漸對煤炭產生了興趣?！拔蚁胫绻约耗馨衙禾啃袠I遇到的實際問題通通解決，這將是一件多么酷的事情，也是值得一輩子從事的事業！因為它是有實際意義的。”抱著這樣的想法，姜鵬飛在中國礦業大學（北京）一路從本科讀到了碩士。

京西礦務局的木城澗煤礦，是姜鵬飛印象最深的一個煤礦。讀研期間他在導師姜耀東教授指導下多次下井，了解到煤礦的實際問題，尤其是煤礦井下復雜地質條件下的巷道支護問題，亟需大量的科研人員去攻關。在巷道圍巖穩定性問題無法解決的情況下，煤礦事故的悲劇還會接二連三地發生，這是姜鵬飛不愿看到的。

2008年，碩士畢業的姜鵬飛被煤炭科學研究總院（現中國煤炭科工集團有限公司）錄取，真正進入了煤炭行業，成為一名煤炭新人?！盀槭裁催x擇煤科總院呢？因為我覺得只有這里才能把我的強項充分發揮，圓我為煤炭事業作貢獻的夢想。”十多年過去了，姜鵬飛依然記得當初選擇這里的初衷，且朝著目標、理想一步步走下去。

目前我國煤礦以地下開采為主，需要在井下開掘大量巷道，每年新掘進的巷道總長度超過12000km，其中煤、半煤巖巷道占比80%以上，是我國規模最大的地下工程。為了保證巷道的暢通和圍巖的穩定，巷道支護對煤礦的建設和生產至關重要。姜鵬飛從碩士研究生開始就跟著姜耀東教授研究巷道支護，連研究生畢業論文的研究課題都是巷道支護，后來他被分配到了中煤科工開采研究院有限公司（天地科技開采設計事業部）巷道所（以下簡稱“中煤科工開采研究院巷道所”）。

“你只要采煤就得掘巷道，對煤巷而言，掘不是問題，最重要的是支護。因為這涉及地下埋深幾百米甚至上千米的深度，煤又是沉積巖，它強度低，僅相當于巖石1/5左右的強度，受工作面回采影響，巷道很容易發生大變形。而且巷道不僅需要在掘進期間保持穩定，還要求工作面回采后頂板及時垮落，這非常難。此外，回采巷道的服務年限只有一兩年，對支護成本也提出了要求，這其中有太多的科學問題需要解決。”講到自己最了解的巷道支護，姜鵬飛滔滔不絕，眼里閃著別樣的光彩。

事實上，姜鵬飛剛來到中煤科工開采研究院巷道所沒多久，就接到了負責井下現場地質力學測試的任務。在為期一年的時間里，姜鵬飛先后帶隊在晉煤礦區趙莊煤礦，汾西礦區河東煤礦、紫金煤礦，伊泰礦區酸刺溝煤礦、大地精煤礦、寶山煤礦，寧東礦區棗泉煤礦，潞寧礦區孟家窯煤礦共5個礦區8個礦井32個測站開展地質力學測試。地質力學測試工作的順利開展，為煤礦井下巷道支護設計提供了基礎數據，提高了巷道支護形式與參數選取的可靠性，同時也為采場巖層控制提供了依據。他說：“巷道是否通暢與穩定，決定了煤礦能否實現安全高效地開采，這既是前提又是保證。”這也是姜鵬飛工作最重要的意義。

深入井下 不斷涌現新成果

在完成了井下現場地質力學測試的任務后，姜鵬飛作為主要研發人員參與了多項國家級項目，比如“十一五”國家科技支撐計劃重大項目“特厚煤層大采高綜放開采成套技術與裝備研發”、國家原“973”課題“深部煤巖體應力場與采動疊加效應”、國家自然科學基金煤炭聯合基金重點項目“基于煤礦井下綜合應力場的煤巖動力災害預測與控制基礎研究”等。其中“特厚煤層大采高綜放開采成套技術與裝備研發”項目是科技部在煤炭行業立項的重大項目，姜鵬飛參與了該項目中“大斷面煤巷錨桿支護技術與材料研發”課題的研究。在這個課題中，姜鵬飛開展了500～830MPa系列高強度、高沖擊韌性錨桿材料及構件的力學性能研究，得出高強錨桿在巷道掘進及工作面回采全過程的受力特征，揭示了錨桿長期承載的蠕變效應和工作面回采過程錨桿在控制煤體失穩破壞的作用機理?！拔覀冮_發了超高強度、高沖擊韌性的錨桿材料及配套構件，提出了針對特厚煤層大斷面煤巷的錨桿支護技術方案，解決了大同礦區20米特厚煤層全煤巷道支護的一個難題?！闭f起這個，姜鵬飛顯得很開心，他提到的科研成果已廣泛應用于我國20個省、60多個大中型礦區，取得巨大的經濟效益和社會效益。并且該成果作為“特厚煤層大采高綜放開采關鍵技術及裝備”創新性成果之一，獲得了2014年度國家科技進步獎一等獎。

這個項目對于姜鵬飛來說，印象最深刻的卻是那“連續下井的3個月”。他說：“我當時是全程參與了這個項目，對我來說這是特別有意義的一次經歷，從中學到了很多課本上學不到的知識?！苯i飛很清楚地記得，從2010年10月到12月，項目所有的科研人員在大同塔山煤礦連續駐礦3個月，每天下井，實地考察煤礦存在的實際問題，發現問題立即展開科學調研分析，然后解決問題。

除了下井解決問題外，姜鵬飛感覺自己與礦上溝通和解決問題的能力也提高了不少。他給記者舉了個例子。一次，某煤礦的工作人員給姜鵬飛打電話，有個礦冒頂了，把掘進機埋進去了，雖然沒有出現安全問題，但對方希望姜鵬飛能盡快幫他們解決問題。姜鵬飛一去，立馬就看出了問題，首先是錨桿的問題，其次是水的問題?！皠傞_始的時候，我肯定看不出來，但時間長了，去各個礦下井下得多了，做的實驗多了，基本上一眼就能看出問題?！苯i飛幾句話一說，對方立刻明白問題出在哪兒，并希望姜鵬飛對此問題進行研究，幫助他們從根本上解決問題。后來該礦所在礦務局開技術例會的時候，還請了姜鵬飛去給他們講課。

十多年來，姜鵬飛就是這樣在實踐中不斷成長起來，成為能獨當一面的科研骨干人物。2018年3月，姜鵬飛開始擔任中煤科工開采研究院有限公司（天地科技開采設計事業部）科創中心副主任，向煤礦千米深井巷道圍巖控制、巷道快速自動化掘進與支護、巖層區域水力壓裂卸壓等行業共性關鍵技術攻關發起新的挑戰。

不斷奮進 踏上新的征程

2017年，國家重點研發計劃“煤礦千米深井圍巖控制及智能開采技術”項目獲得科技部的正式批復，該項目由中國工程院院士、中國煤炭科工集團首席科學家康紅普負責，天地科技股份有限公司牽頭，中國礦業大學、中國礦業大學（北京）、河南理工大學、中煤新集能源股份有限公司等9家單位參與，姜鵬飛作為項目的秘書長負責整個項目前期測試工作。這也是姜鵬飛4年來投入時間最多的一個項目。

姜鵬飛去的中煤新集口孜東礦是該項目的示范礦井，該礦井所在的安徽淮南礦區是我國在華東地區唯一的整裝煤田，十分具有代表性，示范成功后將對我國深部煤炭資源開采提供技術保障。

最初，為了獲取盡可能多的數據，姜鵬飛帶領團隊從2017年12月1日起統一開展井下測試和監測數據采集工作。經過將近一個月的每天下井，打鉆安裝儀器，現場測試安裝工作順利完成。由于姜鵬飛采用的是在線監測系統，后期采集數據大多通過系統自動采集，他計劃2018年2月初便能完成全部測試任務。

但姜鵬飛沒想到意外來得那么快，因為口孜東礦埋深超過1000m，再加上運輸等影響，巷道變形大的地方已經達到兩三米，甚至更多，這一變形導致井下部分數據線斷裂，無法接收到數據?！罢f起這事，還能想起當時承受的那種壓力，很郁悶?！弊鳛闇y試負責人，擺在姜鵬飛面前只有兩種選擇：一是利用現有測試數據分析，缺失的數據進行擬合；二是全部重新安裝、重新測試。

如果選擇重新安裝、重新測試，就要面臨好幾個難題：一是重新裝儀器，涉及打孔安裝，所有的成本需要幾十萬元；二是當時的時間是2018年1月24日，快過春節了，重新安裝意味著春節期間也需要有人留守現場。

盡管需要面對的困難很多，但姜鵬飛還是下定決心：重新安裝。“從事科學研究是不能有半點虛偽和僥幸心理的，為了獲得真實準確的第一手資料，我覺得還是要重新安裝?！睘榇?，姜鵬飛請團隊的隊員去小飯店吃飯，給大家打氣；與研究生進行交流，爭取他們能多在礦上待一段時間。

姜鵬飛在千米深井—口孜東礦進行井下注漿效果調研取樣

在重新安裝的過程中，最讓姜鵬飛印象深刻的是2018年2月5日當天，為了盡快完成安裝，他和團隊成員從早上8點下井，到晚上9點升井，連續工作了13個小時?！靶液糜袀€學生早上多帶了幾個包子，不然人就虛脫了，但心里卻很高興?！边B續13個小時沒有摸過手機的姜鵬飛，錯過了許多同事、朋友和家人的短信和電話，他發了一條朋友圈和大家報平安，而這條朋友圈的配圖正是他已經被煤灰熏黑的臉。

從2018年2月8日一直到3月底，現場的測試工作才全部完成?？粗约汉蛨F隊取得的全套現場實測數據成果，姜鵬飛的心里十分踏實和高興。“我想起了習近平總書記說過的一句話：幸福都是奮斗出來的。奮斗本身就是一種幸福。只有奮斗的人生才稱得上幸福的人生。我想做科學研究也是同樣的道理，獲得第一手資料本身就是一種科研，只有依靠第一手資料的科研才算是真正的科研。”

根據全套現場實測數據結果，得出了地應力場分布規律、采動應力演化規律及支護體受力規律，姜鵬飛馬上投入對巷道支護方案的思考中。他說：“我們項目里邊最重要的技術就是煤礦千米深井巷道支護-改性-卸壓協同控制技術，現在我們已經掌握了基礎資料，提出的巷道支護方案就有依據，可以將方案應用于煤礦巷道?！苯i飛和團隊馬不停蹄地進行了試驗，他們將提出的方案應用于煤礦中的巷道，其效果比原巷道的變形量減少50%以上，為工作面順利回采提供了保證，解決了巷道大變形的難題。

但巷道的問題并沒有完全解決，為此，姜鵬飛和團隊又做了一條示范巷道，針對巷道出現的其他問題，做進一步的研究，然后解決問題。“當時煤幫仍有一定變形，測得的錨固力雖已翻了一倍，但仍未達到錨桿的承載能力，我們又開發了新的注漿錨桿錨索，用于高壓錨注，從而解決了煤幫變形的問題。”至此，開發出來的千米深井強采動巷道支護-改性-卸壓協同控制技術，為我國深部巷道圍巖的有效控制提供了技術途徑。

多年來，姜鵬飛主持和參加了包括國家自然科學基金、國家重點研發、國家科技支撐、北京市科委、中國工程院、中國煤炭科工集團、天地公司等各類科研項目40余項；獲國家技術發明獎二等獎1項，省部級科技獎勵20項，其中特等獎1項，一等獎6項，獲中國煤炭科工集團科技成果獎一等獎3項。

無間合作 年輕團隊顯真章

從最開始的10人發展到現在的26人，姜鵬飛所帶領的科創中心研發團隊，全部擁有研究生學歷，其中清華大學博士/碩士6人，北京理工大學、大連理工大學等重點大學及煤炭科學研究總院博士/碩士20人，平均年齡33歲，涵蓋采礦、力學、機械、材料、機電、控制等多個專業，在跨學科的交叉研究中不斷取得重大技術創新和系列研究成果。

這樣一支來自不同學科的優秀團隊，剛開始聚在一起時，也曾遇到難題。“在巷道快速掘進與支護技術研究方向上，當時康紅普院士給我們的建議，讓我們第一年只干一件事，那就是去調研，去發現問題。以問題為導向，看看煤礦井下有哪些問題，需要哪些技術去解決”。就這樣，姜鵬飛帶著團隊去煤礦井下跟班、去了國內外有名的掘進機廠家考察，又去美國、德國下井，還查閱了國內外先進的技術、專利、論文，調研了接近一年時間，最終提出了8個方案，但這些方案沒有一個被采用，這樣的結果讓整個團隊都難以接受。

姜鵬飛清楚地記得，他們有一次5天去了5個礦，下了4個井，每個礦都是跨省的煤礦，只能晚上趕路，白天下井?？粗鴪F隊的年輕人紛紛陷入迷茫，姜鵬飛反復鼓勵他們，不要氣餒，這才是真正的科研，了解井下最真實的需要，研發的成果才最接地氣，“在挫折的背后，是這些年輕人最寶貴的財富”。

區域水力壓裂技術與裝備井下試驗成功（2019年9月28日，新中國成立70周年前夕，姜鵬飛和隊員在井下祝祖國70周年生日快樂）

為解決巷道和工作面強礦壓、圍巖變形量大的問題，姜鵬飛與水力壓裂研發小組一起開展井下區域水力壓裂技術攻關，包括區域水力壓裂卸壓理論、井下遠程集控系統、壓裂液制備系統、大流量壓裂泵組、壓裂裂縫監測系統等，經過長時間努力和井下實踐，煤礦井下水平孔區域水力壓裂技術與裝備于2019年9月28日在大梁灣煤礦試驗成功，在井下為新中國成立70周年獻上一份薄禮。開發的區域水力壓裂技術與裝備壓裂鉆孔最大深度＞800m，水平孔深度400～650m，單泵流量達到1.5m3/min，裂縫半徑＞50m。目前，這項技術已在國內多個典型煤礦得到推廣應用，包括彬長孟村礦中央大巷群遠距離區域壓裂卸壓解危、彬長胡家河礦動壓巷道長水平孔壓裂、晉城野川礦沿空留巷頂板切頂卸壓、榆北曹家灘礦工作面區域壓裂卸壓等。這項技術已成為解決煤層開采中的動壓問題、沖擊地壓遠距離解危和保障工作面安全開采的有效技術手段。

2021年4月，全國煤炭行業共青團工作指導和推進委員會召開2020年度五四表彰大會，姜鵬飛通過層層篩選，榮獲了第9屆“全國煤炭青年五四獎章”。在姜鵬飛看來，這次獲獎是對他在工程技術創新和成果應用方面取得成績的再一次肯定，這并不是一個很容易獲得的獎項，是需要付出艱辛的努力，取得亮眼的成績才能拿到的獎項，也是他十多年來科研攻關的最好見證。

如今，姜鵬飛和團隊成員認準了“煤礦井下圍巖控制及智能采掘”這個需要不懈探索的事業。下一步，他們將繼續努力，讓煤礦產業朝著安全、綠色、智能的發展方向穩步邁進，在多學科交叉創新的道路上勇往直前。