將科研成果應(yīng)用于實(shí)踐

楊 璇

張興凱,全國(guó)人大常委,全國(guó)人大環(huán)資委委員,民革中央教科文衛(wèi)體委員會(huì)副主任,民革中央委員,政協(xié)北京市委委員,中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院總工程師。1994年獲得博士學(xué)位,1995年完成博士后研究。享受政府特殊津貼專家,北京市高等學(xué)校(青年)學(xué)科帶頭人,北京市科技骨干,北京市跨世紀(jì)人才,研究生導(dǎo)師,首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)兼職特級(jí)教授。

張興凱多年從事安全管理與工程的教學(xué)和科研工作,先后主持或參加完成國(guó)家和省部級(jí)科研項(xiàng)目24項(xiàng),發(fā)表學(xué)術(shù)論文41篇,出版專著1部,獲得省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)4項(xiàng)。對(duì)安全評(píng)價(jià)理論和技術(shù)、安全管理方法和模式等有一定的科研工作積累。

被評(píng)為2009年度中國(guó)職業(yè)安全健康協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的“高風(fēng)險(xiǎn)金屬礦山安全規(guī)劃和災(zāi)害控制技術(shù)”,是礦山事故預(yù)防控制的重要技術(shù)內(nèi)容,對(duì)于金屬礦山的災(zāi)后重建工作和礦山企業(yè)重大安全事故隱患的清查與治理具有重要意義。

20世紀(jì)末,我國(guó)金屬非金屬礦山、煤礦安全生產(chǎn)事故多發(fā),給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)極大損失。事故發(fā)生后,事故礦井即被停產(chǎn)關(guān)閉,復(fù)采時(shí)間無(wú)法預(yù)知,經(jīng)濟(jì)效益受到極大影響,大量人員待崗也給社會(huì)帶來(lái)不穩(wěn)定因素。

為了解決這些問(wèn)題,國(guó)家安監(jiān)總局向中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院提出了課題任務(wù)——“高風(fēng)險(xiǎn)金屬礦山安全規(guī)劃和災(zāi)害控制技術(shù)研究”。這項(xiàng)課題的研究成果,被評(píng)為2009年度中國(guó)職業(yè)安全健康協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目主要針對(duì)金屬礦山安全、高效的恢復(fù)生產(chǎn)所遇到的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,研究金屬礦山危險(xiǎn)源辨識(shí)技術(shù)、金屬礦山恢復(fù)生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)、金屬礦山安全規(guī)劃及生產(chǎn)恢復(fù)程序、金屬礦山的安全開(kāi)采技術(shù),以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益共存的目的。

為深入了解該項(xiàng)目的背景、技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用效果等,記者采訪了“高風(fēng)險(xiǎn)金屬礦山安全規(guī)劃和災(zāi)害控制技術(shù)研究”項(xiàng)目的主要完成人之一——中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院總工程師張興凱。

“研究源于事故”

“這個(gè)項(xiàng)目研究源于本世紀(jì)初的一場(chǎng)事故?！睆埮d凱提到的這場(chǎng)事故發(fā)生于2001年7月17日,發(fā)生在廣西南丹縣龍泉礦冶總廠所屬拉甲坡礦的特大透水事故,事故造成81人死亡,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8000余萬(wàn)元,廣西南丹縣境內(nèi)的49個(gè)礦井全部停產(chǎn)。

“那時(shí)發(fā)生事故就停產(chǎn),一旦停產(chǎn)就沒(méi)人敢進(jìn)行復(fù)采工作?！睆埮d凱介紹,這些礦區(qū)有的開(kāi)采自然條件惡劣,存在大量不明采空區(qū)、廢棄井巷,同時(shí)還可能存在大量不確定水體、火區(qū)等,一旦盲目開(kāi)采,必將發(fā)生重大事故。礦山的停采不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和國(guó)家資源的浪費(fèi),同時(shí)也引發(fā)了社會(huì)就業(yè)問(wèn)題。“當(dāng)時(shí)拉甲坡一個(gè)礦就有3000多人待崗,49個(gè)礦,有多少人?”是否復(fù)采、如何安全開(kāi)采成為這些停產(chǎn)金屬礦山的一大難題。

于是,企業(yè)將這些情況反映到當(dāng)時(shí)的國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局等政府部門,希望能得到幫助。當(dāng)時(shí)的國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局根據(jù)我國(guó)高風(fēng)險(xiǎn)金屬礦山情況,結(jié)合廣西南丹“7·17”事故案例,提出了“高風(fēng)險(xiǎn)金屬礦山安全規(guī)劃和災(zāi)害控制技術(shù)研究”的課題任務(wù),交給了中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院(以下簡(jiǎn)稱“安科院”)。

“上這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候,全國(guó)有20多個(gè)礦區(qū)停產(chǎn),大家都在關(guān)注著我們,課題組面臨的壓力很大。”張興凱坦言,他和安科院礦山安全技術(shù)研究所(以下簡(jiǎn)稱“礦山所”)的同事臨危受命,前往廣西進(jìn)行調(diào)研?！爱?dāng)時(shí)井下是40多度的高溫,連續(xù)兩個(gè)多月,我們都在井下進(jìn)行調(diào)查,把情況一點(diǎn)點(diǎn)的都摸清楚了?！痹S多年后,回憶起那段日子,張興凱仍然感慨萬(wàn)千。

“用了半年時(shí)間,課題組就把廣西南丹礦區(qū)的安全復(fù)產(chǎn)規(guī)劃做完了。復(fù)采后發(fā)現(xiàn)效果很好,這就是這個(gè)項(xiàng)目的起步?！睆埮d凱介紹,后來(lái)安科院又與廣西高峰礦業(yè)有限責(zé)任公司合作,試點(diǎn)進(jìn)行安全規(guī)劃研究。“高峰礦是個(gè)國(guó)有大型礦,停產(chǎn)的話一天就會(huì)損失30萬(wàn)元,于是他們主動(dòng)與項(xiàng)目組一起進(jìn)行安全規(guī)劃,進(jìn)行采空區(qū)探測(cè)。停產(chǎn)后第二個(gè)月就恢復(fù)生產(chǎn)了,這個(gè)礦當(dāng)年凈利潤(rùn)達(dá)到了1個(gè)億?！?/p>

通過(guò)一段時(shí)間的實(shí)踐,安全規(guī)劃程序日趨完善,“高風(fēng)險(xiǎn)金屬礦山安全規(guī)劃和災(zāi)害控制技術(shù)研究”項(xiàng)目于2003年3月正式立項(xiàng)。

研究?jī)?nèi)容

張興凱介紹說(shuō),該項(xiàng)研究的對(duì)象為存在重大事故隱患、不能繼續(xù)組織正常生產(chǎn)、處于整頓、停產(chǎn)整頓或停產(chǎn)關(guān)閉狀態(tài)的金屬礦山。主要研究?jī)?nèi)容包括:金屬礦山危險(xiǎn)源辨識(shí)技術(shù)、開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)、安全規(guī)劃及生產(chǎn)恢復(fù)程序、安全開(kāi)采技術(shù)和技術(shù)成果應(yīng)用。

“金屬礦山恢復(fù)生產(chǎn),是一個(gè)專業(yè)技術(shù)過(guò)程,需要解決一些關(guān)鍵技術(shù)。”張興凱表示,礦山復(fù)采,首先需要解決3項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題。一是礦山安全規(guī)劃技術(shù)。待恢復(fù)生產(chǎn)的金屬礦山如果不從安全生產(chǎn)的角度重新對(duì)礦山進(jìn)行安全規(guī)劃,盲目恢復(fù)生產(chǎn)將留下大量事故隱患。二是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)。在恢復(fù)生產(chǎn)之前,必須評(píng)價(jià)判斷金屬礦山的現(xiàn)狀調(diào)查過(guò)程是否合理、礦山安全生產(chǎn)系統(tǒng)是否具備了基本的安全生產(chǎn)條件、礦山安全管理是否適應(yīng),以及發(fā)生地壓災(zāi)害及地表沉降等重大災(zāi)害的可能性和嚴(yán)重程度。三是安全開(kāi)采技術(shù)。既要確保礦山恢復(fù)生產(chǎn)后的生產(chǎn)安全,又要保護(hù)國(guó)家資源盡量少受損失,必須研究適應(yīng)金屬礦山生產(chǎn)安全、又能夠高效回收資源的采礦方法。

針對(duì)金屬礦山安全、高效地恢復(fù)生產(chǎn)所遇到的技術(shù)問(wèn)題,課題組針對(duì)井下不明采空區(qū)及水體的勘測(cè)提出了相應(yīng)的技術(shù)方法。針對(duì)不同地質(zhì)區(qū)域和采空區(qū)的賦存條件,綜合利用高密度電法、瞬變電磁法、微重力法和三維激光掃描系統(tǒng),查明礦山內(nèi)的采空區(qū)及水體分布及其參數(shù),為合理確定采空區(qū)及水體對(duì)井下安全生產(chǎn)和地表及地面建筑物的影響程度、制定采空區(qū)災(zāi)害控制技術(shù)措施和礦山安全規(guī)劃方案提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)金屬礦山的現(xiàn)狀調(diào)查過(guò)程合理性、生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性及管理系統(tǒng)的適應(yīng)性,提出了相應(yīng)的安全評(píng)價(jià)指標(biāo),采用了層次分析法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行了科學(xué)的分配,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的評(píng)價(jià)表。提出了基于數(shù)值模擬技術(shù)的礦山地壓災(zāi)害定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,對(duì)現(xiàn)用采礦方法的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證,預(yù)測(cè)了采場(chǎng)及采空區(qū)地壓災(zāi)害可能發(fā)生的主要部位,為地壓控制或采取措施提供指導(dǎo)。采用“三帶理論”和概率積分計(jì)算方法對(duì)采空區(qū)對(duì)地表的影響進(jìn)行了定性和定量評(píng)價(jià)分析。

“我們是摸著石頭過(guò)河”

“做這項(xiàng)研究,我們是在摸著石頭過(guò)河。”張興凱告訴記者,如今安全規(guī)劃工作發(fā)展的相對(duì)成熟穩(wěn)定,已經(jīng)走上正軌。但是在項(xiàng)目研究之初,課題組并沒(méi)有太多可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

據(jù)張興凱介紹,國(guó)外安全規(guī)劃領(lǐng)域研究主要集中在城市公共安全規(guī)劃、城市工業(yè)災(zāi)害安全控制規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及電力系統(tǒng)等領(lǐng)域的安全規(guī)劃技術(shù),這些技術(shù)是在人、物、環(huán)境和管理問(wèn)題的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,與生活緊密聯(lián)系,很難用于礦山這種特定的環(huán)境條件。

而采礦方法研究領(lǐng)域?qū)τ跉埖V回采方案的研究,都是從安全生產(chǎn)的角度出發(fā),是在特定的開(kāi)采條件下提出的,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)具有一定的指導(dǎo)意義。但從廣泛意義上來(lái)說(shuō),很難適應(yīng)其他礦山特定條件,對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)金屬礦山必須因地制宜,重新提出相應(yīng)的開(kāi)采和監(jiān)測(cè)方案,在保證安全的前提下提高資源利用率,提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

“沒(méi)有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒,我們只能自己研究。項(xiàng)目組形成了好幾套方案,每一套都要親自測(cè)試、驗(yàn)證?！睆埮d凱告訴記者,為了對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行驗(yàn)證,安科院礦山所的胡家國(guó)、馬海濤、李全明等科研人員冒著生命危險(xiǎn),帶著檢測(cè)裝備,下到廢棄的采空區(qū)里進(jìn)行檢測(cè),“這樣的采空區(qū)隨時(shí)面臨著危險(xiǎn),但是大家為了驗(yàn)證這項(xiàng)技術(shù),每個(gè)人都下井十多次甚至二十幾次,這就是科研的精神?！?/p>

“實(shí)踐證明是成功的”

“高風(fēng)險(xiǎn)金屬礦山安全規(guī)劃和災(zāi)害控制技術(shù)研究”經(jīng)過(guò)反復(fù)的驗(yàn)證、推敲,終于形成一套成熟完善的方案,針對(duì)金屬礦山企業(yè)具有普遍的應(yīng)用價(jià)值。目前已經(jīng)在廣西高峰礦業(yè)有限責(zé)任公司、邯邢冶金礦山管理局和河北省武安鐵礦區(qū)及楊溝礦區(qū)等試點(diǎn)礦山應(yīng)用,取得了良好的實(shí)施效果?！皩?shí)踐證明,這項(xiàng)研究是成功的。”張興凱很欣慰。

通過(guò)對(duì)金屬礦山災(zāi)害辨識(shí)技術(shù)的研究,廣西高峰礦業(yè)有限責(zé)任公司對(duì)100號(hào)主礦體開(kāi)采區(qū)域采空區(qū)、地表塌陷區(qū)隱患和突水事故隱患進(jìn)行了有效治理,對(duì)100號(hào)主礦體采空區(qū)處理后實(shí)施封閉,保持了充填體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,基本消除了重大事故隱患。通過(guò)對(duì)無(wú)空區(qū)分條完全充填采礦法的研究,公司在生產(chǎn)過(guò)程中殘礦回收基本沒(méi)有礦山損失,并且保障了礦山生產(chǎn)的安全可靠?；謴?fù)生產(chǎn)后,解決了1077名職工和近700人的外包施工人員的就業(yè)問(wèn)題,給當(dāng)?shù)卣疁p少了就業(yè)壓力,避免了因此造成的社會(huì)不穩(wěn)定因素。

在河北武安下團(tuán)城村村北鐵礦區(qū),課題組通過(guò)定性、定量評(píng)價(jià)確定了礦區(qū)內(nèi)采空區(qū)最終崩落區(qū)和地表移動(dòng)區(qū)的范圍。明確了斷層、地下爆破的長(zhǎng)期震動(dòng)、地下水過(guò)量開(kāi)采等因素加劇了采空區(qū)地表的變形和破壞。根據(jù)地表變形對(duì)建構(gòu)筑物破壞影響的不同程度,確定了建構(gòu)筑物保護(hù)方案,并采取地表移動(dòng)的安全監(jiān)測(cè)措施,搬遷了影響范圍內(nèi)的居民,避免了傷亡事故的發(fā)生。

“科研最終要應(yīng)用于實(shí)踐”

“高風(fēng)險(xiǎn)金屬礦山安全規(guī)劃和災(zāi)害控制”項(xiàng)目的研究工作一直由安科院礦山所承擔(dān)。礦山所作為安科院的科研部門,主要從事礦山安全生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、礦山安全規(guī)劃、礦山災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與控制、礦山重大危險(xiǎn)源辨識(shí)、礦山應(yīng)急救援技術(shù)、礦山事故調(diào)查分析鑒定等安全領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用技術(shù)研究。目前,礦山所11名科研人員平均年齡40歲左右,全部為碩士以上學(xué)歷,其中博士以上學(xué)歷7人,高級(jí)研究人員4人。

談到礦山所這支科研隊(duì)伍,曾分管該所工作的張興凱語(yǔ)氣里透出掩不住的自豪?！案憧蒲幸蝎I(xiàn)身精神,要踏踏實(shí)實(shí)做一些事情,少說(shuō)一些空話。能將科研成果充分應(yīng)用于實(shí)踐,這是最令我們科研人員高興的。”

將科研應(yīng)用于實(shí)踐,礦山所用實(shí)際行動(dòng)詮釋了這一理念。在邯邢冶金礦山管理局西石門鐵礦,礦山所通過(guò)采用高密度電法、瞬變電磁法和三維激光掃描系統(tǒng)等勘查手段,查明了邯邢冶金礦山管理局西石門鐵礦區(qū)內(nèi)采空區(qū)和不明水體分布,為礦區(qū)隱患和災(zāi)害治理提供了依據(jù)與方法,為防止發(fā)生井下重特大事故提供了技術(shù)支持,不僅使礦山安全生產(chǎn)得到保障,還使得積水采空區(qū)附近近2億元的資源得以開(kāi)發(fā)利用,延長(zhǎng)了礦山開(kāi)發(fā)壽命。

編輯 楊 璇