高玉兵,中共党员,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讲师、硕士生导师,第七届中国科协青年托举工程入选者,致力于切顶卸压无煤柱自成巷110/N00工法方面的研究。
十年前,硕士研究生高玉兵第一次听到,中国科学院院士、中国矿业大学(北京)何满潮教授对无煤柱自成巷“110/N00工法”的介绍,“现阶段我国采矿主流的‘121工法’诞生于300多年前的欧美技术体系,为什么不能改一改?提出一个我们中国的新工法?目前,改变欧美技术体系的技术条件,我们已经具备了。”这振聋发聩的声音时常在高玉兵耳畔响起,从此,他便与无煤柱自成巷开采工法结下了不解之缘,在深井中探索光明成了他不断前行的动力。
善积跬步,在一线求真知
煤炭是我国的支柱能源,如何把蕴藏在深部地下的煤炭安全、高效、绿色地开采出来,成了迫在眉睫的问题。探索出一种安全、高效的开采体系成为一代代中国煤炭人孜孜以求的目标。
传统煤炭开采采用的“121工法”, 即:一面、双巷、留煤柱的开采方式,是英国人于十八世纪初提出来的。这一具有现代工业技术水平的长壁开采方法较之我国古代粗放的开采方式有了革命性进步,但仍摆脱不了“安全控制难、开采成本高和煤炭采出率低”三大突出问题。
2009年,何满潮院士团队探索提出了无煤柱自成巷110工法。这个方法在提高资源回收率、减少巷道掘进量、缓解采掘接续紧张等方面有显著优势。理论是否行之有效,复杂地质条件是最好的试金石。
2015年,博士刚入学的高玉兵主动请缨要求到现场去。他说:“那时候总觉得虽然已经学习了几年有关采矿的知识,但是这些知识不是具象化的,像是浮在半空中的。”为此,高玉兵参与了陕煤柠条塔矿首个厚煤层“110工法”项目的推进工作。
高玉兵牢牢记住何满潮院士“厚煤层条件下顶板矸石垮落强度大,如何有效保证动压区巷道的稳定是成功的关键”的告诫,几乎每天到项目现场去,认真观察记录,不放过一点细枝末节,坚持每天将现场发现的任何情况及时汇报。
尽管如此,还是有出错的时候。记得那是第一次顶板大规模来压时,他听到动压区临时支护支架“咔咔咔”的响动。等回到地面赶忙汇报时,受到何院士连珠炮式的发问:响动的频率是多少?声音有多大?发声的位置距工作面多远?顶板有什么特殊现象?……高玉兵立马就懵了,赶忙带着师弟们再次下井,测量了响动的特殊规律,等到再次回到地面,已是凌晨3点了。
那次的教训特别深刻,高玉兵谈起时感慨道,“那时刚入学,现场的情况和书本上的知识是不大一样的,得到的教训很多。还好导师一直抓得紧,对我之后去现场负责断层构造高应力条件、千米深井等更加复杂的项目积累了宝贵的经验。”这些对现场的细节摸索也对后续的科研工作开展奠定了基础。
这是高玉兵在现场技术负责的第一个科研项目,经过大家的共同努力,陕煤集团柠条塔煤矿“110工法”项目攻克了7大技术难关。在经济效益上,消除了工作面间煤柱,自成巷直接产生的经济效益达到9840元/米;在技术效益上,改变了矿井采掘比,减少了一半的回采巷道,矿井原煤工效提高了6%。该项目的创新性成果也获得了陕西省科技进步一等奖、中国煤炭工业协会科技进步一等奖等省部级奖励。
锲而不舍,为工程解难题
在深部岩土力学与地下工程国家重点实验室一层,有何满潮院士这样一段话:真正的学问,不在书本里,不在高楼里,而在科学实验中,在现场实际考察中。2017年,刚结束在美国宾夕法尼亚州立大学联培交流的高玉兵立即投入到了新的工程一线中。
在山西柳林县的下山峁煤矿和山东郓城县的郭屯煤矿,高玉兵进一步推进开展了复杂条件“110工法”的实施。下山峁煤矿是典型的近距离煤层开采,受到断层构造和上覆采空区叠加影响,巷道围岩应力高,成巷难度大。
传统支护表现出明显的局限性,为了保证参数的有效性,根据现场矿压情况及时改进支护措施,新工法最终得以顺利推行,采区回收率提高了10%,大大缓解了采掘接续紧张问题。
山东郓城的郭屯煤矿是“110工法”第一次在近千米的深井中实施,千米深井工作面较远,有时遇到关键问题,在井下一待就是八九个小时,“披星戴月”成为他们的工作常态。检验切顶效果的关键是探测爆破后顶板的预裂情况,需要将钻孔窥视仪的探头塞进爆破后的预裂孔中。
千米深井的井下环境温度高、湿度大,高玉兵带领师弟常常上衣一脱就提着窥视仪爬上脚手架检查顶板状况。郭屯煤矿是典型的冲击地压矿井,通过实施“110工法”,有效降低了冲击能量,提高了安全效益。
近年来,煤矿冲击动力灾害日趋严重。在此背景下,高玉兵跟随团队作为专家组秘书处成员,参与了近六十余处矿井的调研,并作为主要执笔人完成了报告编写。2019年参与了国家煤监局组织的全国30处千米深井的冲击地压调研,2020年参与了陕西省煤监局组织的陕西全省23处冲击地压矿井的调研,2021年作为组织联系人参与了内蒙古自治区能源局组织的全区15处冲击地压矿井安全专项检查论证工作。他说:“对各矿井技术问题的总结交流,是一个重要的学习过程,也是一位普通煤矿科研基层工作者扎根科研一线、勇担社会责任的体现。”
诲人不倦,做合格引路人
自2015年,高玉兵就开始跟随导师何满潮院士学习。高玉兵说:“何老师在指导我学习的过程中对我启示很大的一点就是要狠抓细节,简单的事情重复做,重复的事情用心做。”
在指导本科生导师制的学生时,高玉兵除了时常与学生交流、沟通,有针对性地开展思想引导及职业规划,还会对他们所学的知识设置一些提问环节,从细节中就能看出学生到底对知识是否理解充分了。
在做博士后期间,高玉兵的合作导师是北京市教学名师宋彦琦教授。当时,高玉兵负责《计算机辅助设计》这门课程。“刚上这门课时,常常是我讲我的,学生听他的,一节课结束零互动是常有的事。”
高玉兵回忆起刚刚接手本科生教学的情况时皱起了眉头。他苦恼地向宋彦琦请教过,宋彦琦在教室听了他的课后,提出很多宝贵的建议,要主动地设置环节跟学生互动,把课堂的气氛调动起来,把课堂还给学生。高玉兵尝试着这样做以后,课堂效果好了许多。
为了更加贴近学生,高玉兵向力建学院申请成为土木工程专业本科生班主任,在教学过程中,与学生共同成长。当了解到同学们有考研需求时,立即组织开展考研交流座谈,邀请了同济大学、中科院等名校硕博研究生作报告,交流分享经验,答疑解惑。
高玉兵所带领的班级30人中有9人保研双一流高校,有浙江大学、哈尔滨工业大学、山东大学、武汉大学等,其余21位同学也在积极备战考研,他也被评为2021-2022学年学院和学校优秀班主任。
读博以来,高玉兵始终聚焦于深井复杂条件无煤柱自成巷开采技术的研究。在无煤柱自成巷开采研究方向,以第一/通讯作者发表论文30余篇,重要的科研成果多发表在祖国的期刊上,代表性论文入选了中国百篇最具影响国内学术论文、第四届中国科协优秀科技论文、中国精品科技期刊顶尖学术论文等。
高玉兵说,入选中国科协青年托举工程,一方面是对自己前期科研工作的肯定,另一方面也说明未来需要学习探索的未知领域还有很多。作为一名青年教师,他要不断督促自我,坚守立德树人初心,牢记教书育人使命,在科研上创新突破,为学校发展和祖国建设贡献一份力量。