烏金人生 桃李芬芳

1987年9月，郭文兵第一次來到焦作，邁進(jìn)焦作礦業(yè)學(xué)院（現(xiàn)河南理工大學(xué)）的校門，在時(shí)任采礦工程系主任柴一言老師一句“未來的總工程師、礦長們”中，開始了大學(xué)生活。“以前從來沒見過總工程師、礦長長啥樣，但入學(xué)教育時(shí)，柴老師那句開場(chǎng)，讓我覺得有朝一日我也能成為總工程師或礦長?！彼貞浀馈?/p>

從1994年碩士畢業(yè)留校至今，郭文兵在河南理工大學(xué)走到了第30個(gè)年頭。他沒有成為“總工程師、礦長”，而是成了母校的二級(jí)教授，行教書育人職責(zé)。他始終堅(jiān)持在教學(xué)科研第一線，從事煤礦“三下”采煤、采動(dòng)損害與保護(hù)方面的教學(xué)科研工作，為煤炭行業(yè)培養(yǎng)出學(xué)者、高級(jí)工程師、總經(jīng)理和礦長等人才。這些年來，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)走遍了河南、河北、山西、內(nèi)蒙古、青海、新疆等我國主要產(chǎn)煤?。▍^(qū)），立足礦區(qū)技術(shù)需求進(jìn)行探索，取得了一系列有特色的成果，為煤礦綠色開采和綠色礦山建設(shè)作出了貢獻(xiàn)。

“鑿開混沌得烏金，藏蓄陽和意最深?！弊怨乓詠?，煤炭就有“烏金”美譽(yù)。作為世界上最廣泛使用的能源之一，煤炭在電力、熱力、化工等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，至今仍在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，煤礦綠色智能開采已成為煤炭工業(yè)的發(fā)展方向。郭文兵帶領(lǐng)學(xué)院師生將“采礦精神”匯聚成了新時(shí)代的“烏金品質(zhì)”，為實(shí)現(xiàn)“烏金”綠色智能高效開采而奮斗，書寫著獨(dú)屬于他們的“烏金人生”。

溯采動(dòng)損害之源

20世紀(jì)90年代初，河南新密、登封等地小煤窯很多，煤礦與煤礦之間，以及煤礦與附近村民之間經(jīng)常發(fā)生糾紛。這些糾紛多是由采動(dòng)損害造成的。

地下煤炭開采破壞周圍巖體原有的應(yīng)力平衡，引起巖層與地表移動(dòng)，從而出現(xiàn)采動(dòng)損害問題，如建（構(gòu)）筑物破壞甚至倒塌、農(nóng)田開裂與下沉?！拔覀兏悴傻V，挖煤過程的安全性當(dāng)然要保證，但開采后造成的地表沉陷等問題，也要想辦法控制，以避免或減輕采動(dòng)損害，這是我們應(yīng)該做的。”郭文兵說。在他看來，鉆研采動(dòng)損害與保護(hù)技術(shù)，既是為了最大限度地開采煤炭資源、提高礦井經(jīng)濟(jì)效益，也是減輕采動(dòng)損害、保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境?！斑@是實(shí)現(xiàn)綠色開采的主要途徑?！?994年留校后，他跟隨導(dǎo)師柴一言奔走在不同的礦區(qū)，開展了不少煤礦“三下”壓煤開采及采動(dòng)損害技術(shù)鑒定等工作。

“我對(duì)采煤地表沉陷規(guī)律的一些認(rèn)識(shí)，也是在這期間慢慢積累起來的?！惫谋硎荆S著經(jīng)驗(yàn)的積累，他越發(fā)感覺到在這一領(lǐng)域，尚有廣袤的未知等著他去挑戰(zhàn)。為此，2001年，他考入中國礦業(yè)大學(xué)大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程專業(yè)，師從鄧喀中教授，希望能換一個(gè)視角去考量地表沉陷問題。“以前我就是做一些簡(jiǎn)單的技術(shù)鑒定項(xiàng)目，讀博之后，科研能力有了顯著的提升?！惫谋谋憩F(xiàn)也得到了母校的認(rèn)可。2005年，他開始擔(dān)任河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院副院長。2009年，“采動(dòng)影響下高壓輸電線路協(xié)同變形理論及應(yīng)用研究”項(xiàng)目獲批，這也是他事業(yè)生涯中第一個(gè)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。

事業(yè)有條不紊地向前邁進(jìn)，郭文兵卻不忘初心。這些年來，在教書育人的同時(shí)，他憑借扎實(shí)的專業(yè)理論和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在河南、山西等各地礦區(qū)進(jìn)行企業(yè)廠房、村莊民房等建（構(gòu)）筑物采動(dòng)損害技術(shù)（司法）鑒定數(shù)十項(xiàng)?！拔覀儽局焦?shí)事求是的態(tài)度，通過調(diào)研、實(shí)測(cè)和資料分析，去追溯造成采動(dòng)損害的源頭、分析建筑物破壞的原因，鑒定采煤活動(dòng)對(duì)建（構(gòu)）筑物的影響范圍、程度，明確主體責(zé)任，維護(hù)雙方的合法權(quán)益，這是很有意義的?！痹谒磥?，這是利用自己的專業(yè)技術(shù)服務(wù)社會(huì)，都是應(yīng)盡的責(zé)任。

“有時(shí)感覺自己就像警官或法醫(yī)，通過專業(yè)技術(shù)科學(xué)判斷造成地表建筑物損害的原因，損害范圍有多大、損害程度如何等，為地方政府或法院解決采動(dòng)損害賠償問題提供技術(shù)依據(jù)?！惫谋f。

治采動(dòng)損害之“病”

2023年12月，廣西南寧，煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新成果總結(jié)與新技術(shù)交流會(huì)上，郭文兵主持的“高聳構(gòu)筑物采動(dòng)變形理論與保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目被授予中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

這一項(xiàng)目以高壓線鐵塔類高聳構(gòu)筑物下安全采煤為主線。隨著煤炭重心戰(zhàn)略西移，我國中東部礦區(qū)煤炭資源日益枯竭，建（構(gòu)）筑物下壓煤安全開采成為中東部礦區(qū)實(shí)現(xiàn)綠色開采及可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。然而，不同類型建（構(gòu)）筑物受煤礦采動(dòng)影響的響應(yīng)特征具有明顯差異性，尤其是具有連續(xù)、耦合結(jié)構(gòu)體的高聳構(gòu)筑物。因此，研究高聳構(gòu)筑物采動(dòng)變形理論與保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)保護(hù)地表構(gòu)筑物安全運(yùn)行具有重要意義。“2009年拿到第一個(gè)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目時(shí)，我們就在解決高壓線鐵塔受采動(dòng)影響的問題?！惫谋f。

經(jīng)過十余年的產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，郭文兵團(tuán)隊(duì)分析了采動(dòng)影響下高聳構(gòu)筑物變形特征，對(duì)鐵塔類等高聳構(gòu)筑物與地基、基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)協(xié)同變形理論、高聳構(gòu)筑物下壓煤開采技術(shù)方案、高聳構(gòu)筑物采動(dòng)變形三維激光掃描監(jiān)測(cè)方法等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，創(chuàng)立了采動(dòng)高聳構(gòu)筑物“地基-基礎(chǔ)-結(jié)構(gòu)”協(xié)同變形理論，構(gòu)建了“地基注漿-基礎(chǔ)調(diào)斜-井下減損”的井上下立體協(xié)同保護(hù)技術(shù)體系，突破了高聳構(gòu)筑物下采煤安全保護(hù)的技術(shù)瓶頸，豐富和發(fā)展了煤礦特殊開采理論與技術(shù)。

“跟醫(yī)生治病類似。”郭文兵說。為了方便理解，他將整套井上下立體協(xié)同保護(hù)技術(shù)體系比作病人個(gè)性化診療。“簡(jiǎn)單說，一個(gè)人生了病，吃藥能治好的，就不用打針輸液；打針輸液能治好，就不必動(dòng)手術(shù)。針對(duì)不同的體質(zhì)、不同的癥狀，有不同的治療方案。放到我們的工作中，可以通過井下開采方案優(yōu)化減輕采動(dòng)損害，如果效果不好，可以采用地基注漿增強(qiáng)抗變形能力或覆巖離層注漿減沉技術(shù)。如果注漿后，地表構(gòu)筑物還是有變形，怎么辦？那就得采用動(dòng)態(tài)調(diào)斜對(duì)其進(jìn)行糾偏。其中，注漿類似打針輸液，動(dòng)態(tài)糾偏就相當(dāng)于動(dòng)手術(shù)，到底如何處理要具體問題具體分析?！鄙硖幤渲?，郭文兵仿佛也變成了“醫(yī)生”，治療采動(dòng)損害之“病”，為煤炭企業(yè)解決生產(chǎn)技術(shù)難題。

以鄭煤集團(tuán)白坪煤業(yè)公司為例，某工作面區(qū)域內(nèi)有一座電視信號(hào)鐵塔。工作面巷道已經(jīng)準(zhǔn)備好了，不開采的話，礦上損失非常大且面臨停產(chǎn)；但電視信號(hào)鐵塔是衛(wèi)星廣播站的重要設(shè)施，對(duì)地表變形很敏感，一旦傾覆，也會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患和不良影響。當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門對(duì)此心存疑慮，礦方“尋醫(yī)問藥”找到了郭文兵，希望能有一個(gè)兩全其美的方案。郭文兵和團(tuán)隊(duì)經(jīng)過調(diào)研分析監(jiān)測(cè)論證，憑借過硬的技術(shù)實(shí)力和可靠的數(shù)據(jù)，說服了有關(guān)部門，使其相信能夠確保鐵塔下采煤的安全，提出并實(shí)施了電視信號(hào)鐵塔動(dòng)態(tài)調(diào)斜保護(hù)技術(shù)和地基注漿加固技術(shù)等保護(hù)方案，使開采后的塔基傾斜度小于采動(dòng)極限傾斜變形值，確保了電視信號(hào)鐵塔的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了其下壓煤資源的順利開采。“這個(gè)工作面共采出了200多萬噸煤，經(jīng)濟(jì)效益巨大?！惫谋f。

這只是眾多應(yīng)用案例中的一個(gè)縮影。郭文兵團(tuán)隊(duì)接觸過高壓/特高壓/超高壓鐵塔、通信信號(hào)鐵塔、煙囪、煤倉等各種形式的高聳構(gòu)筑物。用郭文兵的話說，很多煤礦并不會(huì)面對(duì)高聳構(gòu)筑物壓煤?jiǎn)栴}，但“少見病也要有人治”。正是憑借這一手，“高聳構(gòu)筑物”相關(guān)研究成了郭文兵團(tuán)隊(duì)的重要特色之一，在行業(yè)內(nèi)產(chǎn)生了較大的影響。多年來，他們接受了來自河南鄭煤集團(tuán)、焦煤集團(tuán)及山西晉煤集團(tuán)等的委托，相關(guān)成果在其麾下的部分煤礦成功進(jìn)行了推廣應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益十分顯著。

研綠色開采之術(shù)

“實(shí)際上，高聳構(gòu)筑物只是我研究工作的一部分。說到底，還是在研究由煤礦開采造成的上覆巖層移動(dòng)與地表沉陷?！惫谋f。在他看來，煤炭是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，也是我國能源安全保障的基礎(chǔ)。隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，郭文兵認(rèn)為提高煤炭資源利用率、研究推動(dòng)綠色開采是他們的使命。這些年來，他帶領(lǐng)“煤礦采動(dòng)損害與保護(hù)”河南省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聚焦地表沉陷規(guī)律、綠色開采技術(shù)、“三下”壓煤開采等問題，針對(duì)密集村莊建筑物下、水體（水庫、河流等）下、鐵路公路下、高壓線鐵塔下等采煤技術(shù)及覆巖離層注漿減沉技術(shù)等持續(xù)攻關(guān)，取得了豐碩的成果。

“山西、內(nèi)蒙古、新疆等煤炭大省、自治區(qū)，資源豐富；但在河南、山東、安徽等省份，煤炭相對(duì)稀缺。考慮運(yùn)輸成本問題，我們還是會(huì)盡量把煤炭開采出來，這時(shí)候，科學(xué)提高采出率就變得很重要?！苯?jīng)過多年的努力，郭文兵團(tuán)隊(duì)提出了建筑物下條帶式旺格維利減沉控?fù)p高效采煤關(guān)鍵技術(shù)，有效控制了礦區(qū)地表沉陷；揭示了水體下厚煤層開采“覆巖破壞-致災(zāi)機(jī)制-地表響應(yīng)”鏈?zhǔn)津?qū)動(dòng)機(jī)理，構(gòu)建了水體下厚煤層安全開采源頭防控技術(shù)體系，有效遏制了采煤對(duì)水體及生態(tài)的破壞，實(shí)現(xiàn)了煤礦安全生產(chǎn)與水資源保護(hù)。他們還建立起了清潔能源綜合利用與礦區(qū)生態(tài)保護(hù)的“安全+綠色+智能”礦山建設(shè)新模式，實(shí)現(xiàn)了松軟厚煤層智能開采與綠色低碳生產(chǎn)的協(xié)調(diào)發(fā)展。從2019年起，團(tuán)隊(duì)在綠色開采技術(shù)方面獲得河南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)4項(xiàng)。

30余載砥礪前行，在團(tuán)隊(duì)成員眼中，郭文兵是一名不折不扣的戰(zhàn)士——走遍礦區(qū)解決技術(shù)難題的是他，脖子上戴著充氣頸椎牽引器伏案工作的是他，從不因神經(jīng)衰弱耽誤教研進(jìn)度的也是他。他的精氣神感染著身邊人，化為共同奮斗的動(dòng)力。至今，作為全國煤炭教育先進(jìn)工作者，他培養(yǎng)博士后、博士、碩士研究生80余人，指導(dǎo)的多名本科生、研究生獲得校級(jí)、省級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)論文/設(shè)計(jì)，可謂桃李芬芳。培養(yǎng)的博士譚毅、白二虎等也在留校后成為團(tuán)隊(duì)的新秀，譚毅已成為河南理工大學(xué)歷史上第一個(gè)國家“優(yōu)青”?！爸饕克麄冏约号??！惫谋t遜地說。他主張“無為而治”，給團(tuán)隊(duì)成員和學(xué)生最大的自由度，為他們創(chuàng)造優(yōu)良的創(chuàng)新和發(fā)展環(huán)境，充分發(fā)揮他們的創(chuàng)造性，成為他們最堅(jiān)實(shí)的后盾?！懊旱V采動(dòng)損害與保護(hù)”團(tuán)隊(duì)已有30余人，形成了一支結(jié)構(gòu)合理、多學(xué)科交叉融合、專業(yè)知識(shí)扎實(shí)、科研水平高的省級(jí)創(chuàng)新型科研團(tuán)隊(duì)。

過去30年，郭文兵腳踏實(shí)地、開拓創(chuàng)新，在煤礦采動(dòng)損害與保護(hù)領(lǐng)域走出了一條特色鮮明、產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的道路。這也令他堅(jiān)定了搞一流學(xué)術(shù)研究，并將技術(shù)成果寫到祖國大地上的信心。近年來，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)又獲得了國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目：中原礦糧復(fù)合區(qū)采煤沉陷規(guī)律及耕地?fù)p毀驅(qū)動(dòng)機(jī)制。致力于解決耕地是如何因采動(dòng)而損毀的、如何修復(fù)因采煤已損毀的耕地、如何減少損毀耕地的同時(shí)穩(wěn)定煤炭產(chǎn)能等這些新的科學(xué)問題?！耙郧叭鄙龠@方面的系統(tǒng)研究。河南屬于中部礦糧復(fù)合區(qū)，從這里著手，極具代表性。”郭文兵說。站在新的起點(diǎn)上，除了做好教書育人工作，他也將直面新的挑戰(zhàn)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)把道路越走越遼闊，他們的“烏金人生”也將煥發(fā)出更璀璨的光芒。

專家簡(jiǎn)介

郭文兵，二級(jí)教授、博士生導(dǎo)師、國務(wù)院特殊津貼專家?，F(xiàn)任河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院院長、河南省煤炭資源綠色智能開采重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、礦業(yè)工程河南省重點(diǎn)學(xué)科帶頭人、河南理工大學(xué)綠色開采研究院院長。兼任教育部礦業(yè)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員、中國煤炭學(xué)會(huì)煤礦開采損害技術(shù)鑒定委員會(huì)委員、中國煤炭學(xué)會(huì)礦山測(cè)量專業(yè)委員會(huì)委員、中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)礦山采動(dòng)損害與生態(tài)修復(fù)專委會(huì)副主任委員，《煤炭學(xué)報(bào)》《采礦與安全工程學(xué)報(bào)》《煤炭科學(xué)技術(shù)》《礦業(yè)科學(xué)學(xué)報(bào)》《綠色礦山》等期刊編委。長期從事煤礦綠色開采、“三下”采煤、采動(dòng)損害與保護(hù)等方面研究與應(yīng)用工作，主持國家自然科學(xué)基金聯(lián)合重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)、面上項(xiàng)目3項(xiàng)，教育部博士點(diǎn)基金、中國博士后科學(xué)基金、中原科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項(xiàng)目、河南省科技創(chuàng)新杰出人才項(xiàng)目等省部級(jí)項(xiàng)目十余項(xiàng)，獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)5項(xiàng)、二等獎(jiǎng)16項(xiàng)。共發(fā)表論文200余篇，其中SCI/EI收錄120余篇；出版專著、譯著、國家級(jí)/省級(jí)規(guī)劃教材等共計(jì)12部?！伴_采損害與環(huán)境保護(hù)”國家級(jí)一流課程負(fù)責(zé)人，河南省煤礦采礦損害與保護(hù)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人。獲全國教材建設(shè)先進(jìn)個(gè)人、河南省優(yōu)秀專家、中原科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才等稱號(hào)。