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王琦:打造智慧矿井 建设能源强国

   2023-06-26 人民日报海外版
核心提示:  王琦(右)与导师、中国科学院院士何满潮在矿井下开展科研时留影。  王琦(中间正在操作者)在矿山现

  王琦(右)与导师、中国科学院院士何满潮在矿井下开展科研时留影。

  王琦(中间正在操作者)在矿山现场指导学生开展科研。

一个薄阴的夏日,我们一早驱车从位于朝阳区的驻地出发,沿着繁忙的北京东三环前行,约半个小时后转入高等学府林立的海淀区学院路,行至六道口十字路口左转,就到了此次行程的目的地——中国矿业大学(北京)宝源大厦。

在宝源大厦一层一间大会议室,我们如约见到王琦,他看上去比照片上和实际年龄40岁更显年轻。热情的微笑、有力的握手、干练的发型、高挑匀称的身材、深灰色西装,面前的王琦潇洒帅气、充满活力。

王琦是中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室(北京)执行主任,曾荣获诸多奖项,其中包括国家技术发明二等奖、第十七届中国青年科技奖、教育部科技进步一等奖、中国岩石力学与工程学会青年科技奖金奖、全国煤炭青年科学技术奖。

“我们实验室研究的就是如何从‘虎克家到牛顿家串门’的”

“请移步到大厅,我来向大家讲解一下我们实验室的发展历程。”王琦邀我们走出会议室,来到宝源大厦北侧入口处的阳光大厅。该厅依楼而建,面积约200平方米、高约7米。光线从北侧面和顶部的钢化玻璃投射进来,整个大厅显得宽敞、明亮。

大厅东侧墙壁上方正中,是中国矿业大学(北京)的校徽图案、深部岩土力学与地下工程国家重点实验室的标识图案。其下方是该实验室中英文双语名称。名称下方是两行文字:“三十年风雨兼程新时代再创辉煌。”王琦指着这两行文字介绍说:“我们这个实验室已创立30年,回顾发展历程,可以发现,每10年上一个台阶。30年来,实验室在主任、中科院院士何满潮带领下,取得了一系列重大科技创新成就,包括摘得多个国家科学技术进步奖、国家技术发明奖、中国专利金奖和多个国际科技奖项。”

王琦接着结合墙上的发展大事记和资料照片,对实验室进行了详细介绍。他说,该实验室是在力学与地质学交叉融合的基础上创立和发展起来的,其创立者何满潮师承著名力学家陈至达先生和著名地质学家谭周地先生,而陈先生与谭先生的老师分别是冯·卡门的弟子——中国近代力学奠基人钱伟长教授,李四光的弟子——中国工程地质事业的奠基人之一刘国昌教授。

“30年来,我们实验室围绕地下工程岩体的大变形破坏机理等方面,开展了大量科研工作。这些科研工作的目标概括起来其实就是一句话:发现和揭示地下岩体从‘虎克小变形’到‘牛顿运动段’的演变过程和规律。”王琦解释说,包括地下岩体在内任何物体的破坏都是从“弹性小变形”开始的,之后到“大变形”,再到“破坏”产生运动。“小变形”遵循的是“虎克定律”,而发生“破坏”遵循的则是“牛顿定律”。“通俗地说,我们实验室研究的就是如何从‘虎克家到牛顿家串门’的。”王琦笑着说。

“服务国家矿产资源开发和国家重大工程建设”

研究如何从“虎克家到牛顿家串门”的,对现实生产生活有什么意义呢?换句话说,这样的研究有什么价值?为了回答这个问题,王琦在会议室结合相关资料向我们讲述了他在导师何满潮领导下参与栖霞笏山金矿爆炸事故救援的案例。

2021年1月10日,山东烟台栖霞笏山金矿发生爆炸,22人被困井下,一场与时间赛跑的紧急救援行动开始了。由于矿井深、岩石硬、清障难,救援工作进展极其缓慢,举国上下焦灼万分。1月19日晚,何满潮接到国家应急管理部紧急通知,立即组织成立现场救援专家组,王琦是成员之一。“何院士带领我们在救援现场开展实地考察,科学分析研判困难和风险,计算土石方堆积量,严谨论证优化井筒清障救援方案并精确绘制了成套救援方案图纸,精心指导现场救援工作。”王琦回忆说。在专家组指导下,回风井救援通道于1月24日顺利打通,11名幸存矿工成功升井。

此次救援行动充分展示了何满潮、王琦等中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室团队过硬的科研和实战能力。何满潮因此收到中共山东省委、山东省人民政府发来的感谢信;何满潮和救援专家组获此次事故应急救援指挥部赠送的“牢记生命至上,聚力笏山救援”锦旗。

类似笏山金矿爆炸这样的矿井事故救援,何满潮、王琦等中国矿业大学(北京)团队参与过多次,他们多年的科研成果和实践经验,为挽救事故被困人员、恢复生产秩序等提供了基础支撑。

“每名矿工、每名工程建设者都是一个鲜活的生命,其背后都有一个家庭。作为科技工作者,我们的初心和使命是以科技创新助力保障地下工程和施工作业的安全,尽最大可能防止发生意外事故,尽最大努力开展高效救援,助力切实做好安全保障工作,服务国家矿产资源开发和国家重大工程建设。”王琦说。

为了适应经济社会发展需要,中国每年都要修建大量矿山隧道、交通隧道、水网涵道等。据介绍,中国仅煤矿巷道年掘进长度就超过地球直径,约1.3万公里;改革开放以来,中国建成的交通隧道总长度与地球周长相当,约4万公里。深部岩土力学与地下工程国家重点实验室(北京)就是瞄准国家战略需求,全面服务于国家深部资源开发与重大地下工程建设。“我们实验室的创建人何满潮院士,长期致力于矿山工程岩体大变形灾害控制理论和技术的研究和实践,取得了系统的、创造性的成果。目前,他正领衔开展关于川藏铁路的重大科技专项研究,为早日建成这项世界铁路建设史上地形地质条件最为复杂的工程而努力。” 王琦说。

“这是在山东菏泽郓城赵楼煤矿,我第一次下井”

煤炭是我国重要的基础性能源,是国家能源安全的“压舱石”。王琦长期从事煤矿巷道安全控制理论与方法的教学科研工作,聚焦煤炭安全高效开采难题,扎根工程现场一线开展理论与技术研究,守护煤矿安全,探索煤炭开采新工法并取得突出成就。

2009年,王琦的科学研究事业实现重要跨越。他完成了在山东科技大学本科和硕士阶段的学习,顺利考入山东大学,师从中国工程院院士李术才,攻读博士学位。“我的本科专业是土木工程,聚焦民用建筑工程。一次偶然的机会,在硕士生导师王来老师引荐下,我见到李术才教授并当面聆听到他的论断——21世纪将是中国地下工程大发展的世纪。我深受影响,在成为李术才教授的博士生后,开始从事煤矿巷道大变形控制研究。”王琦回忆说。

“这是在山东菏泽郓城赵楼煤矿,我第一次下井。这张就是当时拍摄的。”王琦指着一张照片介绍说。照片上的他站在矿工装备架前,戴着安全帽,身着矿工服,笑容中透着几分青涩。当时,王琦按照导师李术才的要求深入井下,获取第一手的监测数据并指导工人按照新工艺进行矿井施工,不仅锻炼了吃苦耐劳的意志品质,而且进一步培养了“从事科研创新,必须深入工程一线”的理念。后来,王琦在李术才指导下,带领课题组长期深入山东巨野煤田千米矿井下,开展科研试验,研发出复杂条件围岩分阶段高强控制体系及成套关键技术装备,有效实现了矿井巷道的稳定控制,该项科技成果获山东省科技进步奖一等奖,同时支撑了国家技术发明奖二等奖。王琦的科研由此迈上一个新台阶。

值得一提的是,在推进创新过程中,王琦在政府和企业大力支持下,积极整合资源,在巨野煤田中心位置主持建立了协同创新现场科研基地,依托该基地建立了山东省地下空间安全控制工程实验室、山东省院士工作站、深部岩土力学与地下工程国家重点实验室菏泽实验中心等科研平台,大大促进科研试验的开展和科技成果的应用转化。

“智能化和无人化是实现采矿安全的根本之道”

在博士后研究阶段,王琦在导师何满潮院士学术思想引领下,带领课题组探寻巷道自动形成新工法即无煤柱自成巷N00平衡开采方法。为了推进该工法关键核心技术攻关,在何满潮院士指导下,他与课题组连续数月在井下开展现场试验,联合20余家单位进行了25项工程试验,对约160项技术进行了改进,最终形成了具有中国完全自主知识产权的N00采煤成巷核心装备体系,并首次在陕西榆林的柠条塔煤矿进行了成功实践,取消了巷道掘进,取消了煤柱留设,节约了煤炭资源。N00工法经行业权威专家鉴定,被认为是煤炭开采技术的重大突破、重大创新与升级,达到国际领先水平。

桃李不言,下自成蹊。王琦坚持深入生产一线搞科研,特别是把科研基地建到煤田矿区之举,深深地感染着他的学生,大家都把下到千米之下的采掘巷道做科研作为必修课和家常便饭。谈到这一点,王琦说,他只是在学习和传承前辈治学、科研的方法和精神;自己的导师和业内其他前辈学人一直坚持到工程现场,有的已80多岁高龄,但是仍然亲自下到井下工程现场。

王琦积极参与无煤柱自成巷技术的推广和应用。在他的努力下,山东菏泽郭屯煤矿开展了无煤柱自成巷现场试验并获得成功。此外,该技术还被应用到陕西神木红柳林煤矿等重大煤矿工程中,取得预期效果。“据了解,截至目前,国内采用无煤柱自成巷开采技术的矿井工作面达到300多个;在国际上,无煤柱自成巷开采技术已进入越南,开始服务该国煤炭开采。我们正在起草相关标准,以促进该技术在国内外的进一步推广和应用。”王琦说。

展望未来,王琦表示,无煤柱自成巷N00工法体系将融合5G技术,建成智能化5GN00矿井,建立煤、气共采智能化矿山,创建远程无人化智慧采矿模式。

“智能化和无人化是实现采矿安全的根本之道,是建设能源强国的必然选择,也是我们梦寐以求的愿景。在老师前辈们的指导下,我们青年科技工作者将继续携手前行,向着这一宏伟目标努力奋进。”王琦坚定地说。张保淑 卢西奥

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