科技创新领航煤炭绿色开采 赋能行业发展书写科研华章
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2024-12-19 16:07
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——西安科技大学教授 黄庆享

煤炭是我国能源供应的“压舱石”和“稳定器”,是能源结构中的重要组成部分,为国民经济的健康发展提供有力支撑,承载着改善生态环境、实现可持续发展的重任。在“创新驱动发展战略”和“双碳”目标的引领下,国家高度重视科技创新,大力倡导绿色发展,煤炭行业也迎来了深刻的变革。

与研究生进行学术研讨

我国能源科技领域蓬勃发展,众多科研工作者积极响应国家政策,勇攀绿色创新高峰,有力推动科技进步和产业升级,助力国家能源安全和社会经济的可持续发展。西安科技大学能源学院二级教授、《西安科技大学学报》主编、国家百千万人才、享受国务院政府特殊津贴专家、全国优秀教师黄庆享便是其中的杰出代表,在浅埋煤层岩层控制与绿色开采领域取得了突破性进展,为推进我国煤炭行业的绿色发展做出了重要贡献。

潜心科研 开创浅埋煤层岩层控制新篇章

1993年6月,世界目前探明的最大煤田--神府东胜煤田的开发建设全面展开。而神东煤田埋藏浅,地表为黄土层和含水沙土层,生态环境脆弱,采动后强烈的地压和溃水溃沙会对安全高效开采构成巨大威胁,当时国内外关于浅埋煤层的岩层控制理论尚处于空白状态。在这个难题面前,黄庆享教授毅然投身其中,开展了大柳塔煤矿首采工作面的采前物理模拟论证,发现了浅埋煤层存在“台阶下沉”现象,提出了大柳塔煤矿首采面可以由原设计3m采高提升到4m的安全开采高度,大大提高了资源回收率和经济效益。然而,随着大柳塔煤矿首采工作面的开采,初次来压台阶下沉达到1m,工作面中部90m范围的液压支架压毁,严重影响安全开采工作。

“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”,凭借坚定的科研信念和扎实的专业知识不断探索,这是黄庆享教授在面对技术难题时作出的选择。进入中国矿业大学攻读博士,师从钱鸣高院士和石平五教授,深入学习相关理论,结合浅埋大煤田生产实践难题,勇于探索创新,完成了博士论文“浅埋煤层长壁开采顶板控制研究”,阐明了浅埋煤层的定义,建立了初次来压的非对称三铰拱结构理论,创新性地提出了 “台阶岩梁”结构模型,揭示了浅埋煤层埋藏浅顶板压力大的机理是结构易滑落失稳。相关论文于1999年发表在《煤炭学报》后引起了广泛关注,2014和2024 年分别入选《煤炭学报》创刊 50 周年和60周年百篇最具影响力学术论文。2000年,黄庆享教授出版了《浅埋煤层长壁开采顶板结构与岩层控制研究》,钱鸣高院士在序言中高度评价其填补了国内外该方面专著的空白,发展和完善了砌体梁理论和关键层理论。这一系列成果为浅埋煤层岩层控制理论奠定了坚实基础,为我国神东亿吨级特大型矿区浅埋煤层安全高效开采提供了强大的科技支撑。

深入浅埋煤层大采高综采面一线实地研究与实践

绿色开采 守护西部矿区生态环境

随着绿色发展理念的不断深化,进入21世纪,煤炭开采必须走绿色可持续发展之路。西部矿区生态环境脆弱,保水开采和减损开采对于实现可持续发展至关重要,黄庆享教授带领团队开展了一系列深入研究,创新性地提出了隔水关键层理论,并探索了绿色开采的新途径。在研究中发现浅埋煤层顶板隔水层的稳定性不只取决于自工作面向上发育的“上行裂隙”,还受到自上而下发育的“下行裂隙”影响,基于这一发现提出浅埋煤层基岩层和黏土层隔水关键层概念,建立隔水层稳定性判据,并确立了“自然保水开采、限高保水开采和特殊保水开采”分类。这些研究成果为西部矿区的绿色开采提供了理论依据和技术支持,相关成果荣获多项省部级科学技术一等奖,2011年参与完成的“鄂尔多斯盆地生态脆弱区煤炭开采与生态环境保护关键技术”成果,获得了国家科技进步奖二等奖。

开展浅埋煤层群绿色开采实验研究

为了促进绿色开采技术的广泛应用,黄庆享教授密切关注生产实践难题,开展了大采高开采、充填保水开采和煤层群减损开采技术研究,丰富和发展了岩层控制理论与技术,促进了浅埋煤层群安全高效绿色开采。深入矿区进行技术推广和示范应用,通过现场试验和监测,不断优化和完善绿色开采技术,使其更加适应不同地质条件和开采需求。主持开展国家自然科学基金项目“浅埋煤层大采高顶板结构及其稳定性研究”,提出等效直接顶概念和高位台阶岩梁结构理论,揭示了大采高工作面顶板来压机理;主持开展国家自然科学基金项目“浅埋煤层局部柔性充填隔水岩组稳定性研究”,建立柔性条带充填隔水层稳定性判据,提出条带充填保水开采技术;主持开展国家自然科学基金项目“浅埋煤层群开采煤柱群结构及应力场与裂缝场耦合控制”研究,提出浅埋近距离煤层群分类,建立煤层群顶板结构模型,为煤层群采场支护提供了理论依据,揭示了煤层群开采的覆岩裂隙发育规律和应力集中分布规律,制定井下减压和地表减损的煤层群开采方法,发展浅埋煤层群绿色开采技术,形成了“浅埋煤层岩层控制理论和绿色开采技术体系”。相关研究成果获2018年度和2019年度中国煤炭工业科学技术一等奖和2021年度河南省科技进步一等奖。研究成果引起国际关注,发表的“浅埋煤层保水开采岩层控制研究”论文被著名国际检索机构JST全文翻译转载,并荣获2020年度陕西省自然科学优秀学术论文一等奖。出版的《浅埋煤层长壁开采岩层控制》专著被国际岩层控制泰斗、美国工程院院士Syd.S.Peng教授评价为填补国际空白,他本人也入选2024年度全球前2%顶尖科学家年度榜和终身榜。这些成果扩大了我国煤炭绿色开采的国际影响,提高了煤炭开采的生态效益,为我国煤炭绿色发展注入了强大活力。

浅埋煤层岩层控制理论与绿色开采技术体系

育人为本 培养行业栋梁之才

人才是科技创新的第一资源,只有培养出优秀的科技人才,才能推动科技进步和产业发展。“只要学生们有着正确的世界观、人生观和价值观,每个人都是社会需要的人才,希望学生们在搞好事业的同时也能过好自己的生活”,除了在科研领域成果丰硕之外,在人才培养方面黄庆享教授也堪称楷模,先后评为全国优秀教师和陕西省师德楷模,他带领的“西部煤炭绿色开采与环境保护创新导学团队”被评为“五好导学团队”和煤炭行业“优秀教学团队”。自从事采矿工程与岩层控制教学科研工作30多年来,始终秉持创新理念,注重培养学生的优秀品德、实践能力和创新精神,鼓励学生深入矿区一线,发现问题、解决问题,将理论与实践紧密结合。学生遍布陕西、甘肃、新疆、宁夏、内蒙、山西、四川、贵州等矿区,包括董事长、总经理、矿长和总工等复合型人才,在各自的岗位上为西部煤炭事业的发展作出巨大贡献。

立德树人培育英才-五好导学团队合影

煤炭行业的转型升级与高质量的发展,需要重点关注安全生产、生态保护、低碳消费、数字转型等问题。在科技创新与绿色发展战略的驱动下,无数科研工作者将披荆斩棘,努力钻研,不断取得新突破,共同推动我国煤炭行业朝着更加安全、高效、绿色、智能方向发展,为我国社会经济的可持续发展做出重要贡献。(文/高欣)

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