瓦斯性暴猛于虎？煤礦工人的福音來了！這位礦山衛(wèi)士有降服“新招”

煤炭在我國能源的構(gòu)成中占73%，是我國能源安全的“壓艙石”。在我國“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦現(xiàn)狀下，對(duì)煤炭資源的開發(fā)利用關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。然而，煤層采掘過程所引發(fā)的瓦斯異常、瓦斯爆炸及煤與瓦斯突出等事故日益嚴(yán)重，一直是困擾著我國煤炭事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

▲趙鵬翔

近些年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，煤礦事故的發(fā)生率明顯下降，但是瓦斯災(zāi)害問題依然不容忽視。扎根在我國煤炭領(lǐng)域攻關(guān)探索十余載，西安科技大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院安全工程系副主任趙鵬翔教授的科研工作，便是圍繞著瓦斯防治問題而展開的。

砥礪深耕，篤行致遠(yuǎn)。趙鵬翔深知：“不怕苦、不怕累”是從事煤炭行業(yè)科研工作的根本。在他的科研生涯中，一年365天，有一半的時(shí)間他都扎根在煤礦一線，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。至今，他仍記得2010年自己初涉科研工作時(shí)，深入陜西彬長礦區(qū)大佛寺煤礦中開展研究調(diào)查的所見所感，雖然勞累，但更多的是收獲和滿足。而正是十幾年來的現(xiàn)場錘煉，讓他在煤層采動(dòng)多場耦合理論與瓦斯抽采技術(shù)方面的研究中，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并做出了一系列創(chuàng)新性科研成果。

降服瓦斯“猛虎”，守護(hù)礦山安全。在煤炭事業(yè)一線，趙鵬翔的科研理想得以燃燒、實(shí)現(xiàn)……

干一行愛一行

1987年，趙鵬翔出生于位于蘭滄水之東的甘肅省蘭州市。這里，是西部地區(qū)重要中心城市，也是絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的重要節(jié)點(diǎn)城市，在這片歷史積淀濃厚的土地上土生土長，鍛造了趙鵬翔吃苦耐勞的性格，也更堅(jiān)定了他學(xué)成報(bào)國的決心。

在上大學(xué)之前，趙鵬翔直言自己沒有太多考慮將來的學(xué)習(xí)、發(fā)展方向，直到2006年被西安科技大學(xué)安全工程專業(yè)錄取之后，才開始對(duì)礦業(yè)安全領(lǐng)域有了全方位的認(rèn)識(shí)。

西安科技大學(xué)是西安礦業(yè)學(xué)院的前身，具有悠久的煤礦研究歷史。而煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域也是學(xué)校專業(yè)與學(xué)科建設(shè)主要依托的領(lǐng)域之一。據(jù)報(bào)道，三秦大地的含煤面積達(dá)5.7萬平方千米，預(yù)測煤炭資源量3800億噸，居全國第四位；累計(jì)探明煤炭儲(chǔ)量1700億噸，居全國第三位。煤炭對(duì)于陜西來說，既是造福民眾的重要資源，又是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。俗話說：“干一行，愛一行?！痹诒镜刎S富的煤炭資源與學(xué)校豐厚的師資力量支撐下，趙鵬翔決心在煤炭安全工程領(lǐng)域做出自己的一番成績。

研究生階段，趙鵬翔就在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下正式深入瓦斯防治這一科研方向，而正是這一階段的研究啟蒙，為他今后的科研之路打開了一扇窗。通過一系列科研實(shí)踐，趙鵬翔真正接觸到了瓦斯防治理論、瓦斯實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場瓦斯防治實(shí)踐，他也從中發(fā)現(xiàn)：“這一方向與傳統(tǒng)意義上的瓦斯防治有很大區(qū)別，主要是煤層開采之后，將上覆巖層垮落的演化規(guī)律與瓦斯防治相結(jié)合來開展相關(guān)領(lǐng)域研究?！鄙钊肫渲兄?，他發(fā)現(xiàn)這一領(lǐng)域有著極大的探索空間，并決心今后延續(xù)這一方向不斷開拓。

矢志創(chuàng)新瓦斯防治技術(shù)

始于興趣，終于熱愛。博士階段，趙鵬翔就一直熱衷于自由探索類的工作，而在煤炭領(lǐng)域的科研探索就給予了他無限的空間。在他看來，做自己喜歡的研究工作，從中汲取營養(yǎng)，并得到一個(gè)圓滿的結(jié)果，就會(huì)有一種成就感。而瓦斯防治研究便是他的心之所向，他甘愿為此付出努力與汗水。

博士畢業(yè)留校西安科技大學(xué)后，趙鵬翔仍舊沒有停止對(duì)于這一領(lǐng)域科學(xué)前沿的探索。為了接觸更多研究領(lǐng)域的先進(jìn)科研技術(shù)，他還曾前往澳大利亞、美國等地進(jìn)行學(xué)術(shù)交流與訪學(xué)。特別是在美國北亞利桑那大學(xué)訪學(xué)期間，趙鵬翔通過所見所感及與合作導(dǎo)師何俊興（Chun-Hsing Ho）教授的深入交流，對(duì)美國當(dāng)?shù)氐慕虒W(xué)方式、科研模式及“以人為本”的礦山開采理念，有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。這一切也讓他對(duì)自己所在的研究領(lǐng)域有了全新的思考。扎根西安科技大學(xué)開展研究工作多年來，他一直致力于煤層采動(dòng)多場耦合理論與瓦斯抽采技術(shù)方面的技術(shù)提升，并在這一方向上展開了一系列創(chuàng)新性探索。

在趙鵬翔看來，新的時(shí)期，瓦斯的防治手段也要有新的變革。長期以來，瓦斯事故的發(fā)生與煤礦的煤層賦存條件、瓦斯賦存條件、煤層開采工藝及流程等息息相關(guān)，瓦斯的運(yùn)移是隨著煤層開采擾動(dòng)后涌入采動(dòng)空間，會(huì)對(duì)采礦過程造成巨大威脅。因此，開展礦井瓦斯防治不能只根據(jù)瓦斯本身研究瓦斯事故，而應(yīng)該與外界環(huán)境因素相結(jié)合。

“在瓦斯事故的發(fā)生過程中，礦山壓力起著至關(guān)重要的作用?！壁w鵬翔介紹道。礦山壓力指地下巖體在采動(dòng)以前，由于自重的作用在其內(nèi)部引起的應(yīng)力，因?yàn)殚_采前的巖體處于受力平衡狀態(tài)，所以原巖處于平衡狀態(tài)，當(dāng)開掘巷道或進(jìn)行回采工作時(shí)，破壞了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起巖體內(nèi)部應(yīng)力的重新分布，重新分布的應(yīng)力超過煤巖的極限強(qiáng)度時(shí)，使巷道和回采工作面周圍的煤、巖發(fā)生破壞，這種情況將持續(xù)到煤、巖內(nèi)部重新達(dá)到新的應(yīng)力平衡為止。

“如果不將礦山壓力研究與瓦斯防治相結(jié)合，我們很難弄清瓦斯涌出、運(yùn)移、突出及造成相關(guān)災(zāi)害的機(jī)理?！壁w鵬翔說。而將兩者相結(jié)合，就能更全面地了解煤層開采過程中的瓦斯運(yùn)移狀態(tài)，進(jìn)而可以有的放矢地布置瓦斯的抽采系統(tǒng)。

為了更好地開展相關(guān)領(lǐng)域的研究工作，趙鵬翔團(tuán)隊(duì)將瓦斯運(yùn)移的優(yōu)勢通道劃分成“低、中、高”3個(gè)層面的高滲區(qū)，再根據(jù)每個(gè)煤層的實(shí)際情況，進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)選擇，以應(yīng)用于瓦斯的抽采。從瓦斯的致災(zāi)機(jī)理出發(fā)，他們系統(tǒng)研究了影響瓦斯涌出量的主控因素，包括上覆巖層垮落之后，瓦斯會(huì)運(yùn)移、滲流、升浮、擴(kuò)散至上覆巖層的哪些相關(guān)區(qū)域，并對(duì)這些區(qū)域的演化形成過程及空間形態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)化探索，提出了采動(dòng)卸壓瓦斯分域抽采關(guān)鍵技術(shù)，使卸壓瓦斯抽采的效率得到進(jìn)一步提升。

▲訪學(xué)交流

在扎實(shí)的理論基礎(chǔ)及相關(guān)技術(shù)的支撐下，趙鵬翔成功申請(qǐng)了一系列國家及省部級(jí)科研項(xiàng)目。近些年來，他主持及參與國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目11項(xiàng)（主持面上項(xiàng)目2項(xiàng)、青年項(xiàng)目1項(xiàng)），陜西省杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目等省部級(jí)項(xiàng)目十余項(xiàng)。在科研項(xiàng)目的開拓實(shí)踐中，他的科研水平也有了大幅度提升。

多年來扎根煤礦一線，趙鵬翔發(fā)現(xiàn)：在煤礦現(xiàn)場由于受到觀測難度的影響，有時(shí)候很難獲得連續(xù)的數(shù)據(jù)，而這時(shí)候他們就需要將現(xiàn)場工作面以相似的比例搬到實(shí)驗(yàn)室中。在這一背景下，想要保證相關(guān)工作的順利開展，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的模擬材料、模擬裝置的要求會(huì)更高。在趙鵬翔主持的國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目中，他就針對(duì)物理相似模擬實(shí)驗(yàn)的材料研制及固氣耦合機(jī)理，展開了一系列探索。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M與現(xiàn)場相結(jié)合，他發(fā)現(xiàn)：瓦斯的運(yùn)移過程與巖層的每一次垮落之間存在著密切聯(lián)系。為了能夠更好地探究其中的關(guān)系，趙鵬翔針對(duì)煤層采動(dòng)過程中高滲區(qū)的裂隙場和滲流場的聯(lián)動(dòng)演化進(jìn)行了相關(guān)的探究，使相關(guān)成果更具有普適性。

長期以來，煤與瓦斯突出是受地應(yīng)力、瓦斯壓力及煤體結(jié)構(gòu)綜合控制的動(dòng)力災(zāi)害，且易發(fā)生在構(gòu)造煤發(fā)育的煤層中，與構(gòu)造煤的聯(lián)系是廣泛存在的。特別是，原生煤和構(gòu)造煤兩種組合體在受到地應(yīng)力和瓦斯壓力的共同作用下，會(huì)產(chǎn)生一系列的變形、擴(kuò)展、遷移及融合，而瓦斯突出往往就發(fā)生在煤體的“位錯(cuò)結(jié)構(gòu)”上，趙鵬翔的研究就是通過找到構(gòu)造煤中位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的分布提特征、運(yùn)移過程及運(yùn)移規(guī)律后，結(jié)合它與瓦斯解吸、滲流之間的耦合關(guān)系開展更多創(chuàng)新性探索。

在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目子課題的研究中，趙鵬翔還針對(duì)煤層深部開采過程中覆巖的裂隙演化及覆巖當(dāng)中瓦斯富集區(qū)的探測，開發(fā)了一套集成了裂隙觀測、氣體濃度探測、鉆孔空間形態(tài)及巖層識(shí)別功能的綜合性裝備，這套裝備可以將煤層中原本看不見的物質(zhì)呈現(xiàn)在科學(xué)家面前，進(jìn)而加強(qiáng)瓦斯災(zāi)害防治的透明度，使瓦斯抽采系統(tǒng)的布置更加得心應(yīng)手，大幅度提高了瓦斯防治的效率。

將研究惠及礦山一線

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。在趙鵬翔看來，瓦斯防治領(lǐng)域的研究與其他領(lǐng)域有所不同，必須從現(xiàn)場出發(fā)，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。而多年來趙鵬翔的研究經(jīng)驗(yàn)，都是扎根在礦井一線得來的。早在博士畢業(yè)前，他的下井總次數(shù)就高達(dá)900余次。參加工作后，他仍舊堅(jiān)持著這一習(xí)慣，近5年來，每年都要下180～200次井。雖然在井下的日子十分艱苦，有時(shí)候一待就12～13個(gè)小時(shí)，但他仍舊甘之如飴，沒有一句怨言。

多年來，趙鵬翔步履不停，開展企業(yè)合作項(xiàng)目30余項(xiàng)，對(duì)陜西、山西、新疆、甘肅等多個(gè)主要產(chǎn)煤省份的高瓦斯或煤與瓦斯突出礦井進(jìn)行瓦斯災(zāi)害防治現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)。趙鵬翔認(rèn)為，煤礦災(zāi)害是一個(gè)動(dòng)態(tài)演化過程，并不是對(duì)某一個(gè)煤礦、某一個(gè)工作面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究就可以將相關(guān)技術(shù)復(fù)制到其他工作面上，一切技術(shù)參數(shù)都要因礦而異、因面而異。

在這種觀念的指導(dǎo)下，趙鵬翔通過開展煤層瓦斯抽采及瓦斯治理的科研項(xiàng)目合作，革新區(qū)域煤礦開采及災(zāi)害防治技術(shù)，填補(bǔ)了厚及巨厚傾斜綜放工作面瓦斯涌出量預(yù)測方法的空白，促進(jìn)了科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，推進(jìn)了煤礦安全領(lǐng)域的科技進(jìn)步，保障安全高效生產(chǎn)，獲得了管理部門、業(yè)內(nèi)專家的高度評(píng)價(jià)。

功夫不負(fù)有心人。令趙鵬翔慶幸的是，近年來，我國瓦斯事故的嚴(yán)重性逐年降低。據(jù)國際煤炭網(wǎng)報(bào)道，2022年全國礦山生產(chǎn)安全事故起數(shù)、死亡人數(shù)同比分別下降3.4%和2.4%，重大事故死亡人數(shù)同比下降12.3%，煤礦瓦斯事故起數(shù)、死亡人數(shù)均同比下降44%，未發(fā)生沖擊地壓和火災(zāi)死亡事故?！翱吹竭@些下降的數(shù)字，我深深地感覺到自己所做的工作是有價(jià)值的，作為煤礦安全人是自豪的?！壁w鵬翔說。

傾心培育煤炭領(lǐng)域人才

心懷感恩，方能致遠(yuǎn)。一路走來，能取得現(xiàn)在的成績，趙鵬翔想要感謝的人有很多。研究生導(dǎo)師李樹剛教授就是其中一位。從事科研多年來，李樹剛教授提出的“三自方針”（自我為主、自成體系、自圓其說）對(duì)趙鵬翔的科研思維的形成產(chǎn)生了潛移默化的影響。導(dǎo)師幾十年如一日嚴(yán)謹(jǐn)而又認(rèn)真的科研態(tài)度與行事風(fēng)格，也進(jìn)一步影響了趙鵬翔的科研習(xí)慣，讓他在攀登科研高峰的道路上更加嚴(yán)格要求自己。

博士后階段，導(dǎo)師來興平教授也給予趙鵬翔很多幫助與指導(dǎo)。除此之外，團(tuán)隊(duì)的林海飛教授、安全科學(xué)與工程學(xué)院的潘紅宇教授，也在趙鵬翔研究方向的選擇、事業(yè)規(guī)劃、研究項(xiàng)目等方面，給予了他很多中肯的建議。在趙鵬翔看來，他們是自己的良師益友，更是自己科研之路的領(lǐng)路人。能和他們一起在科研路上攜手共行，他是幸運(yùn)的，內(nèi)心也充滿了感激。

薪火相傳，生生不息。在眾多良師益友的影響下，趙鵬翔如今也希望能夠在煤炭領(lǐng)域相關(guān)人才的培養(yǎng)上貢獻(xiàn)自己的一份力量。近些年來，隨著就讀煤炭專業(yè)大學(xué)生數(shù)量的減少及現(xiàn)有技術(shù)人才隨年齡增長陸續(xù)退休，相關(guān)專業(yè)人才供給難以為繼，煤礦企業(yè)所需的專業(yè)技術(shù)人才將會(huì)出現(xiàn)更大的斷層。面對(duì)這一行業(yè)現(xiàn)狀，趙鵬翔深感憂心。如何讓學(xué)生由衷地喜歡這一領(lǐng)域的研究工作？趙鵬翔始終在思考。

在多年的人才培養(yǎng)過程中，趙鵬翔始終認(rèn)為：教育不能破壞孩子的天性。因此，根據(jù)不同學(xué)生的不同特點(diǎn)，他總會(huì)制訂不同的培養(yǎng)方案?！坝械膶W(xué)生比較外向和靈活，我就會(huì)讓他們多去研究現(xiàn)場待一待，再讓他們將在現(xiàn)場學(xué)到的東西帶回到實(shí)驗(yàn)室中；而有的學(xué)生比較內(nèi)向，我就會(huì)讓他們多參與一些實(shí)驗(yàn)室的工作，當(dāng)他們在研究中取得一些成績后，再讓他們將相關(guān)成果投稿到國際會(huì)議中。”趙鵬翔說。學(xué)習(xí)之外，趙鵬翔還鼓勵(lì)自己的學(xué)生積極參加全國安全工程大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等比賽項(xiàng)目，鼓勵(lì)他們在實(shí)踐中鍛煉自己的能力。

作為一名大學(xué)老師，趙鵬翔始終堅(jiān)守著身上的責(zé)任感，多年如一日地保持著相同的作息時(shí)間，每天堅(jiān)持給研究生開早會(huì)，用實(shí)際行動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成“當(dāng)天事當(dāng)天畢”的做事習(xí)慣。他用科學(xué)指導(dǎo)，提高研究生的科研效率；通過悉心的培養(yǎng)，養(yǎng)成研究生“不為失敗找理由，只為成功想辦法”的迎難而上的品質(zhì)。正是在這樣“因材施教”“以身作則”的教學(xué)思想引領(lǐng)下，趙鵬翔為煤炭領(lǐng)域培養(yǎng)了多位優(yōu)秀的青年學(xué)子。

“極目金黃千里秀，自成一景閱滄桑。天荒弱木根須絕，地老孤枝葉脈昂?！倍嗄陙?，西安科技大學(xué)的“胡楊精神”一直在鼓舞著趙鵬翔在科研與教學(xué)中不斷扎根。未來，在這片理想的熱土之上，他還將繼續(xù)砥礪前行，為我國的煤炭安全事業(yè)發(fā)展不懈奮斗！