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(yè)有限公司發(fā)生頂板大面積垮落導(dǎo)致瓦斯爆炸重大事故，造成20人死亡、1人受傷，直接經(jīng)濟損失2804.377萬元。煤礦事故一直是人們心中的痛點，在科學(xué)界，有一群科學(xué)家正為減少煤礦事故而努力著，中國礦業(yè)大學(xué)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?！崩罟鸪既缡窍蛴浾呓榻B自己的工作，至今，他與煤礦已經(jīng)打了近20年的交道，連他自己都沒想到，當(dāng)初機緣巧合下的人生選擇競成就了現(xiàn)在的一番事業(yè)。

“高中學(xué)習(xí)時，家庭條件不好，為了給家里減輕負(fù)擔(dān)，在報考大學(xué)的時候，我毫不猶豫選擇了中國礦業(yè)大學(xué)采礦專業(yè)，因為在當(dāng)時，這個專業(yè)是有定向獎學(xué)金的?！痹谶@里，李桂臣一路走到了博士，并于畢業(yè)后留校任教。2008年，李桂臣來到淮北礦業(yè)股份有限公司博士后科研工作站深造?！拔业牟┦空撐募安┦亢笱芯抗ぷ?，主要都是針對軟弱夾層頂板巷道與泥質(zhì)軟巖巷道的破壞特征，及控制機理等內(nèi)容開展的?！彼榻B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(zhì)巖體的礦物組分與微觀結(jié)構(gòu)特征，得到了巷道頂板軟弱夾層的基本性能與巷道圍巖穩(wěn)定性規(guī)律?！巴瑫r，我還研究了受載過程中各應(yīng)力階段泥巖遇水強度弱化規(guī)律、滲透性的變化規(guī)律及煤系泥質(zhì)軟巖與水相互作用下巷道滲流場時空分布規(guī)律。”李桂臣補充說。通過不斷的探索，最終他初步創(chuàng)建了較為完善的軟弱夾層頂板巷道與泥質(zhì)軟巖巷道圍巖的控制機理及有關(guān)技術(shù)手段，取得了較為理想的效果。

在當(dāng)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(fù)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(jié)約了5000元/m的支護材料費，為兩礦創(chuàng)造了巨大的經(jīng)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(fā)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(chǎn)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(shù)占所有事故的60.44%，死亡人數(shù)中占32.80%，頂板的安全控制和可靠性已成為重大安全問題?！彼f。

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(wěn)破壞垮冒現(xiàn)象出發(fā)，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(wěn)的規(guī)律，創(chuàng)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(xué)者，來到澳大利亞的昆士蘭大學(xué)進行巖石力學(xué)方面的交流學(xué)習(xí)，師從邢會林老師?！斑@一年間，我深刻體會到國外科學(xué)研究的獨到之處。長期細(xì)致扎實的實驗室工作，嚴(yán)謹(jǐn)周密的數(shù)值計算研究，精益求精的科學(xué)工作態(tài)度，高效簡潔的團隊精神，讓我受益匪淺?！?/p>

一年后，李桂臣返回中國礦業(yè)大學(xué)，開啟了新的科研征程，這次他將研究工作聚焦在泥質(zhì)巷道錨固結(jié)構(gòu)上?！澳噘|(zhì)圍巖巷道采用錨桿支護時常會發(fā)生錨固失效、支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、甚至垮冒致災(zāi)事故，這是巷道圍巖控制棘手的難題之一?！?/p>

李桂臣迎難而上，首先以典型工程條件為背景結(jié)合現(xiàn)場測試或樣本采集，分析了錨固系統(tǒng)失穩(wěn)特征并進行分類。在這一基礎(chǔ)上，他創(chuàng)建了“三介質(zhì)兩界面”錨固體結(jié)構(gòu)力學(xué)模型。所謂的“三介質(zhì)”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(jié)構(gòu)弱化、錨固系統(tǒng)失穩(wěn)破壞的漸進致災(zāi)機理進行了充分的分析研究。

當(dāng)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(yīng)多場耦合三軸試驗儀，測試了不同水質(zhì)（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(dǎo)致錨固系統(tǒng)失穩(wěn)動態(tài)過程中的變化規(guī)律：采用數(shù)值計算方法揭示影響錨固體泥質(zhì)圍巖中分子運移位態(tài)變化、界面裂隙結(jié)構(gòu)發(fā)育、錨固劑蠕變等微觀結(jié)構(gòu)損傷過程的關(guān)鍵影響因素。而且，李桂臣還優(yōu)選適用于泥質(zhì)巷道高性能錨固劑，開展現(xiàn)場錨固技術(shù)應(yīng)用研究，為消除或遏制泥質(zhì)巷道錨固系統(tǒng)失穩(wěn)垮冒致災(zāi)提供理論依據(jù)。

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(tǒng)被動支護與現(xiàn)有主動支護技術(shù)的不足，他針對大松動圈巷道圍巖承載結(jié)構(gòu)與圍巖變形演化規(guī)律的適應(yīng)性，發(fā)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(lián)合支護構(gòu)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(fā)明專利授權(quán)。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(xiàn)場指導(dǎo)礦區(qū)支護實驗，煤礦井中突然發(fā)生井下點柱倒塌事故，“當(dāng)時，倒塌的柱子距離我不足半米遠(yuǎn)，若是再近一點，那么后果不堪設(shè)想?！笔鹿什]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(chǎn)品開發(fā)，解決了淮北、淮南、澄合、兗州、陽泉、新疆、大同、鐵法等多個礦區(qū)支護技術(shù)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(fù)雜條件圍巖控制機理與技術(shù)，取得了顯著經(jīng)濟社會效益。

過去的成果是現(xiàn)在的基石，目前，李桂臣正致力于通過深入細(xì)致研究，揭示泥質(zhì)巖體在綜合因素作用下分子層面的結(jié)構(gòu)變化或位置改變，與圍巖宏觀破壞特征及機理之間的關(guān)系?！拔移惹械叵氚汛隧椆ぷ髯龊谩保f。

一直以來，李桂臣都認(rèn)為科研工作與教學(xué)工作應(yīng)齊頭并進。在教學(xué)中，他特別重視對“創(chuàng)新”能力的培養(yǎng)?！傲?xí)總書記說過，我們應(yīng)將科技創(chuàng)新與社會經(jīng)濟發(fā)展有機結(jié)合，使科技創(chuàng)新成為國家強盛之基，創(chuàng)新是一個國家和民族發(fā)展的必然之路。作為研究生導(dǎo)師，我深刻認(rèn)識到人才培養(yǎng)工作的重要性。現(xiàn)在，各類高校、企業(yè)在選擇人才時著重強調(diào)創(chuàng)新性，這要求我們必須強化創(chuàng)新工作，培養(yǎng)真正具有創(chuàng)新精神的人才，適應(yīng)快速發(fā)展的社會?！?/p>

李桂臣的學(xué)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(xué)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(xué)方面的突出表現(xiàn)，李桂臣先后獲得“百佳本科教學(xué)教師”“教書育人先進個人”“優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師”等稱號。其在擔(dān)任班主任期間帶領(lǐng)的兩個班級也都獲得了集體建設(shè)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(xiàn)在的成果微不足道。

對于未來，李桂臣的目標(biāo)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?！巴瑫r，我還想做好教書育人工作，培養(yǎng)具有創(chuàng)新，踏實、肯干精神的優(yōu)秀人才，這也是我的心愿之一。”李桂臣說。