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科大学子/校友

姜福兴:为煤矿工人撑起“保护伞”
发布时间:2025-09-29 点击:

我1983年、1988年先后本科、硕士毕业于山东矿业学院采矿工程专业,1994年毕业于中国矿业大学采矿工程专业,获博士学位;1983年9月至2004年7月,在山东科技大学留校任教;2004年8月至今,在北京科技大学土木与资源工程学院担任主任、教授、博导,同时兼任中国煤炭工业劳保学会顶板防治专业委员会副主任。

我国是煤炭生产和消耗的大国,煤炭在我国一次能源结构中占70%左右,煤炭能源是国家经济发展的命脉,是影响我国经济和社会稳定的重要因素。但是由于矿井井下环境复杂多变,致使煤炭开采困难重重,危害矿工生命安全的煤矿重大灾害亟待解决。据资料显示,矿难多发,多少年来一直严重影响我国生产安全。随着开采深度的不断增加,煤矿冲击地压、矿震、煤与瓦斯突出、突水淹井等重大动力灾害愈演愈烈。能不能在矿山生产的全过程中预知危险,实时监控潜在危险源,及时加以排除,防患于未然?这是我一直关注和思考的问题。

导致矿山伤亡事故的主要原因之一是对采矿过程中的覆岩破坏规律认识不清,顶板垮落、瓦斯突出、突水淹井等事故导致的伤亡在矿山事故中占有很大的比例,而这都与开采后应力重新分布引起的覆岩破裂有关。我主持的“煤矿覆岩破裂灾变的机理、监测与控制研究”项目,通过实时监测岩体破裂情况,及时圈定灾害危险区,从而在一定程度上实现灾害的预测和防治,对减少伤亡事故还是很有意义的。

我深入研究了高精度岩石破裂自动定位的机理和软件,研制了适合井下使用的微地震监测系统,设置了“采动应力、岩体破裂、微震的动态关系及预测机理”“采动岩体中的微震传播与解析”“井下微震检测系统的设计与试制”3个子课题,重点解决层状介质中三维动态应力状态下岩体破裂机制与微震事件的关系、不同岩体破裂类型的地震信号自动识别与分析方法和微震监测揭示的破裂分布与覆岩灾变结构的关系等科学问题,最终达到揭示岩体三维应力环境下微震发生及传播的机理,并将之编入微震信号采集和定位处理软件中,按本质安全要求,设计国际上第一套井下微震定位监测系统,用于实时监测岩体破裂及灾变过程,实现降低矿山人员伤亡、减少经济损失、改善矿业生产状况等目标。

通过多年的科研公关,我的团队已经对“微地震”及“应力在线”两套产品做了大量相关基础和理论研究工作,并且在全国十几家矿山企业成功地试用了这些技术,使得“微地震预警成套技术与装备”和“应力实时在线监测预警成套技术与装备”应运而生。

高精度微地震监测系统和应力实时在线监测系统加在一块,就是人们所说的“矿山CT”。它的作用原理是根据岩石在应力作用下发生破坏时,会以微震和声波的形式扩散能量的自然规律,利用微地震监测系统,通过安装在采动区顶板和底板内的多组检波器(拾震传感器)实时采集微震数据,经过震源定位后,来确定冲击(矿震、破裂)发生的位置、时间和能量,并在三维空间上显示出来。应力实时监测系统,则是通过实时监测采掘工作面周围采动应力场的变化规律,找到高应力差及其变化规律,实现冲击地压及煤与瓦斯突出危险区和危险程度的实时监测预警和预报。

现在,我们这支由北京科技大学的教授、博导和高材生组成的科研团队,密切结合生产实际开展科研,秉承“安全来自科技,创新源于使命”的理念,将我国矿山灾害的预警技术水平提升到了新的高度,在为生产一线服务的过程中也凭借多项核心自主知识产权,先后获得了2项发明专利、8项软件著作权的授权,此外还有3项发明专利正在受理,获批11个行业认证标志(煤炭安全标志MA)。多项科研成果中的煤矿动力灾害控制的产品成果应用 2010年获得了国家科技进步二等奖,海下金矿突水预警的成果应用获 2012年获得了国家科技进步二等奖,岩土工程失稳灾害监测预警的成果应用获 2012年获得了国家科技进步二等奖。

作为一名和煤矿打了几十年交道的科研人员,我一直在为减少煤矿事故而努力着,多次深入矿井一线,不断探索实践,为煤炭工人的生命撑起了一把“保护伞”。经常深入到矿区调查研究,针对矿区存在的实际问题,提供高效的解决方案和解决手段。

老骥伏枥,志在千里。在教学与科研路上,我承担了教学与学科建设以及科学研究中的相关工作,还在积极探索采矿新型复合人才培养新模式。

我个人的体会,教学和科研相辅相成。只研究不教学,就无法把自己的研究成果传授给别人;只教学不研究,知识成果就无法产业化,转化为生产力。在学生培养方面,教育不只是知识的传授,更是人才的培育。生命不息,对科学的追求不会停止,教学与科技成果产业化之路正长,无论前路如何,不忘初心,砥砺前行,继续发扬艰苦奋斗和辛勤攻关的精神,是我应该坚持的;教书育人,科学研究,努力为教育事业、我国的能源科技事业做出应有的贡献,是我终身奋斗的方向。

【姜福兴:采矿工程专业1979级校友

选自《科大故事③》(2021年9月出版)材料提供:姜福兴 整理:任波