孫海濤：向解決煤礦瓦斯災(zāi)害難題前進(jìn)

衛(wèi)婷婷

孫海濤

對煤炭工人來說，下礦井進(jìn)行作業(yè)，常常會遇到大量煤屑從煤體中拋出，并伴隨噴出大量瓦斯的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為煤與瓦斯突出。在很多煤炭工人的眼中，瓦斯是當(dāng)之無愧的“煤礦第一殺手”。這種甲烷含量很高的氣體，在一定濃度下，或者遇明火爆炸，或者讓人窒息。

特別是我國煤層賦存條件復(fù)雜，高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井約占1/3，防治煤礦瓦斯事故是安全生產(chǎn)中至關(guān)重要的工作。在過去的15年中，中國80%的重大煤礦事故都禍起瓦斯，每年奪去2000多個(gè)生命。

如何讓煤炭行業(yè)不流一滴血，是困擾煤炭行業(yè)全體科研工作者的難題，也是擺在中煤科工集團(tuán)重慶研究院研究員孫海濤面前的課題。若能熟悉和掌握煤與瓦斯突出的前兆，理解瓦斯動(dòng)力災(zāi)害防治的應(yīng)用機(jī)制，更安全地進(jìn)行井下作業(yè)，那將是一項(xiàng)非常有意義的工作。

學(xué)有所用

2005年7月，孫海濤從眾多的優(yōu)秀學(xué)子中脫穎而出，進(jìn)入中煤科工集團(tuán)重慶研究院（下簡稱“重慶煤科院”），成為投身國家煤礦安全科技事業(yè)的科研工作者。當(dāng)時(shí)，全國采礦行業(yè)正在經(jīng)歷著巨變，礦業(yè)工人面臨惡劣的工作環(huán)境，礦山事故頻頻發(fā)生?！拔矣∠筇貏e深刻，在2004年到2005年，僅僅一年多的時(shí)間里面，發(fā)生了3起100人以上死亡的瓦斯事故?！边@些礦難發(fā)生的時(shí)間，與當(dāng)時(shí)孫海濤碩士畢業(yè)的時(shí)間，只相差了不到半年。

2004年10月20日鄭煤集團(tuán)大平煤礦特大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡；2004年11月28日陜西銅川陳家山煤礦特大瓦斯爆炸事故，造成166人死亡；2005年2月14日遼寧省阜新礦業(yè)孫家灣煤礦特大瓦斯爆炸事故，造成214人死亡。這些血淋淋的冰冷數(shù)據(jù)，給了學(xué)習(xí)采礦工程專業(yè)的孫海濤極大的震撼，他下定決心要與礦山災(zāi)害斗爭一輩子。

根據(jù)重慶煤科院的統(tǒng)一部署，孫海濤被分配到研究院科技中心從事專項(xiàng)科研攻關(guān)、科技規(guī)劃編制、科技項(xiàng)目申報(bào)、科技項(xiàng)目驗(yàn)收、科技項(xiàng)目鑒定等工作。他接手的第一項(xiàng)重大個(gè)人項(xiàng)目是協(xié)助國家原“973”項(xiàng)目最后的申報(bào)及啟動(dòng)工作。為此，孫海濤連續(xù)一個(gè)月加班到凌晨，完善申報(bào)材料、整理會議資料，獲得了寶貴的歷練，他也對以瓦斯為核心的專業(yè)知識迅速熟悉了起來。

2006年3月，孫海濤成功考取了重慶大學(xué)博士研究生，在劉東艷教授、胡千庭研究員的悉心指導(dǎo)下開始了新的旅途。當(dāng)時(shí)國內(nèi)在瓦斯治理方面正面臨著井下瓦斯治理措施不能適應(yīng)煤礦高產(chǎn)、高效需求的難題，而煤層氣作為一種清潔的寶貴資源，其開發(fā)技術(shù)也被寫入了國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，孫海濤迅速選定了“采動(dòng)影響下地面井的變形破壞機(jī)理研究”作為自己的博士學(xué)位論文攻關(guān)方向，著力解決煤礦采動(dòng)影響區(qū)地面井抽采面臨的鉆井破壞、抽采困難的科技難題。

與此同時(shí)，為了有更多的精力投入科技攻關(guān)工作中，孫海濤調(diào)動(dòng)工作崗位進(jìn)入了瓦斯研究分院，專職從事煤礦采動(dòng)區(qū)煤層氣地面開發(fā)技術(shù)的研究工作。他潛心研究、深入分析、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、精心設(shè)計(jì)，一個(gè)個(gè)難題被攻克、一個(gè)個(gè)規(guī)律被發(fā)現(xiàn)、一件件產(chǎn)品被發(fā)明，隨著科研工作的推進(jìn)，煤礦采動(dòng)區(qū)地面井變形、斷孔的基本規(guī)律終于摸清了。

鉆研無止境

成功是令人喜悅的，然而新的難題接踵而至，煤礦采動(dòng)區(qū)煤層氣地面開發(fā)最終是要為不同礦區(qū)設(shè)計(jì)出適用的井型結(jié)構(gòu)，這必須解決一個(gè)關(guān)鍵的難題——選用何種類型的護(hù)井套管才是最安全、最經(jīng)濟(jì)的呢？

帶著這一關(guān)鍵科學(xué)問題，2009年孫海濤進(jìn)入了中國人民解放軍后勤工程學(xué)院博士后科研流動(dòng)站，師從鄭穎人院士進(jìn)行“地面井套管破壞極限分析方法研究”方面的博士后工作。在導(dǎo)師的諄諄教誨下，借鑒不同學(xué)科的科學(xué)方法，孫海濤成功建立了“煤礦采動(dòng)區(qū)地面井套管變形破壞極限分析判識方法”，為地面井套管的選型奠定了理論基礎(chǔ)。該項(xiàng)理論于2013年成功應(yīng)用于晉煤集團(tuán)成莊礦CD-01井，實(shí)現(xiàn)了煤層及采空區(qū)的連續(xù)抽采，鉆井結(jié)構(gòu)完整性良好，日抽采量超過了10000m3，淮北礦業(yè)集團(tuán)、陽泉煤業(yè)集團(tuán)、河南煤業(yè)化工集團(tuán)對技術(shù)的成功表現(xiàn)出極大的興趣，紛紛表示了合作意向。

孫海濤的研究腳步并沒有停歇，從2011年開始，他成為科技部國家科技重大專項(xiàng)“采動(dòng)區(qū)地面井采動(dòng)損壞防護(hù)技術(shù)的集成與優(yōu)化”負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)圍繞“降低井下采場空間瓦斯?jié)舛仁欠乐瓮咚钩藓屯咚贡ê诵拇胧边@一主線，對煤礦采動(dòng)區(qū)瓦斯地面井抽采技術(shù)進(jìn)行了集中攻關(guān)。

孫海濤及其團(tuán)隊(duì)建立了煤礦采動(dòng)區(qū)瓦斯抽采地面井變形破壞的“層面拉剪變形”理論框架，創(chuàng)新了以“分源迭代”為核心的老空區(qū)煤層氣富集區(qū)優(yōu)選技術(shù)、煤礦采動(dòng)區(qū)地面井區(qū)域布井位置優(yōu)選、井型結(jié)構(gòu)逐級優(yōu)化、局部固井、懸掛完井等特色技術(shù)，形成了“局部固井+懸掛完井”、“兩級固井+懸掛完井”和“地面L型頂板水平井”等實(shí)用性高的井型結(jié)構(gòu)。該技術(shù)成果、工程經(jīng)驗(yàn)在山西晉城、大同和安徽兩淮、重慶綦江等重點(diǎn)礦區(qū)進(jìn)行了大范圍應(yīng)用和推廣，使得地面井抽采成功率由“十一五”期間的不足30%提高到“十三五”中期的95%以上，極大地提高了煤礦采動(dòng)區(qū)涌出瓦斯地面抽采的效果，保障了規(guī)模化開采條件下大產(chǎn)量、高瓦斯涌出量礦井的瓦斯安全治理。

面向未來

2015年年底，孫海濤作為科研骨干參與的科技部原“973”項(xiàng)目“深部采動(dòng)破斷煤巖體中瓦斯運(yùn)移與富集機(jī)理及規(guī)律”結(jié)題。他和團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)深井煤巖瓦斯復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害防治技術(shù)將是困擾未來煤炭開采的主要需求之一，該技術(shù)主要是解決針對深部礦井沖擊、突出災(zāi)害耦合性高、發(fā)生機(jī)理不明的難題，為此，孫海濤連續(xù)攻關(guān)，建立了煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害全過程相似模擬方法，提出了煤巖系統(tǒng)組合結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)破壞過程的臨界判別條件，獲得了煤巖系統(tǒng)動(dòng)力災(zāi)害過程中的“應(yīng)變回彈”現(xiàn)象及其對應(yīng)的能量耗散量化分析規(guī)律，發(fā)現(xiàn)埋深愈深煤巖系統(tǒng)失穩(wěn)過程中巖層彈性能的貢獻(xiàn)度愈大，動(dòng)力破壞效應(yīng)成指數(shù)關(guān)系增加。孫海濤還提出了強(qiáng)沖擊頂板能量瞬間釋放作用于突出煤體極限平衡區(qū)，加快、加強(qiáng)突出危險(xiǎn)性的觀點(diǎn)，并進(jìn)行了能量量值及演化的遠(yuǎn)場+近場耦合效應(yīng)研究，成功為深部礦井復(fù)合型煤巖動(dòng)力災(zāi)害的防治工藝、防治裝備提供良好的借鑒。該技術(shù)成果獲得中國煤炭科工集團(tuán)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

2018年，孫海濤憑借其踏實(shí)穩(wěn)重的工作作風(fēng)、超強(qiáng)的科研創(chuàng)新能力、全面的管理才能獲得了組織的認(rèn)可，開始擔(dān)任煤炭科學(xué)研究總院重慶分院科技發(fā)展部副主任。在短短兩年的時(shí)間里，他圍繞應(yīng)急科技部、管理部布局“十四五”煤炭發(fā)展科技規(guī)劃的需求，作為中國煤炭科工集團(tuán)有限公司的代表參與完成了“重大災(zāi)害事故防治國家科技重大專項(xiàng)”論證工作、“大型油氣田及煤層氣開發(fā)國家科技重大專項(xiàng)”的2035接續(xù)項(xiàng)目和面向2030“煤炭清潔高效利用國家科技重大專項(xiàng)”的立項(xiàng)申報(bào)工作，為煤礦安全科技創(chuàng)新中長期發(fā)展做好了鋪墊。2020年11月，孫海濤成為中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司科技發(fā)展部主任，入選中國煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家，也成功獲得第四屆中華國際科學(xué)交流基金會杰出青年工程師獎(jiǎng)。

面向未來的三到五年，孫海濤也有自己的規(guī)劃。他目前申請到的重慶市自然科學(xué)基金-杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目“深井煤巖組合結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)特征及其氣固耦合作用機(jī)制研究”是他研究工作的重中之重?！绊?xiàng)目目前正在執(zhí)行期，我想得很清楚，哪怕精力沒有原來那么充足，但是最核心的科學(xué)研究還是要自己去做，期待能在煤與瓦斯復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理研究上有所建樹?！?/p>

因?yàn)閷O海濤來說，只有積極開展煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害防治的研究工作才能為徹底消除煤礦瓦斯災(zāi)害貢獻(xiàn)力量，才能朝著“不讓煤炭行業(yè)流一滴血”的終極目標(biāo)邁進(jìn)一步，未來我國的煤炭生產(chǎn)必將更加安全、綠色、智能。