我国煤炭开采难度大,-1000m以下煤炭资源量占总资源量的53%,全国95%以上的煤矿为井工开采,瓦斯、水、火、地压、地温等自然灾害严重,瓦斯问题尤为突出,国有重点煤矿70%以上是高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井,且大部分为低透气性煤层。随着煤矿开采深度增加,瓦斯灾害升级,此类煤矿瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故频繁发生。
为解决低透气性高瓦斯煤层瓦斯治理难题,在我国煤矿瓦斯治理领域,有一位专家从基层做起,36岁成为全国千万吨煤矿中最年轻的总工程师,49岁当选中国工程院院士,并成为我国第一个完整地在一个矿区实现煤与瓦斯共采、将瓦斯变害为宝的人。他就是中国工程院院士、中国矿业大学安全工程学院院长、煤矿瓦斯治理国家工程研究中心主任袁亮。2002年以来,袁亮先后获省部级以上科技进步奖16项,其中国家科技进步二等奖6项(排名第一共3项),国家发明专利14项。
“我要走安全技术这条路”
煤矿井下瓦斯研究,就是研究煤矿开采过程中采场内的应力场、裂隙场和瓦斯场的变化规律及应采取的防范措施。研究过程中常常伴随着许多不可预知的危险,说穿了就是在与“死神”打交道。
1982年,袁亮从淮南矿业学院地下采矿工程毕业,放弃了分配到原国家煤炭工业部情报研究所和留校的机会,坚决要求到生产一线去工作。1982年,袁亮来到了煤层赋存条件最为复杂的淮南矿务局下属的条件最差的一个矿井工作,从技术员做起,把技术工作做在井下现场,与矿工同上同下,白天下井,晚上趴在图纸上苦思冥想,探寻科学安全开采之路。
“在一线工作对我来说是一个非常难得的机会,一是淮南的煤炭开采条件很复杂,特别是有较多的低渗透瓦斯煤层,在这里工作使我获得了大量的第一手资料”,袁亮说:“另一个就是当时的国家煤炭工业部有很多大项目都放在了淮南矿务局,参与重大的科研项目研究,培养了我创新研究的能力,其中也得到了很多老师包括像钱鸣高院士、周世宁院士的指导。”
1993年,袁亮还在淮南矿务局谢一矿任副总工程师。当时的局领导决定把他从矿里调到局里时,让他在技术和行政两条路上选择,袁亮当场就给了领导答案:“不用考虑了,我要走安全技术这条路!”
降服瓦斯这只“拦路虎”
淮南矿区资源丰富,探明资源量500亿t,是我国东部和南部最大的一块整装煤田,占我国东部煤炭储量的50%,占安徽省煤炭储量的74%。但淮南矿区也是瓦斯危害最典型的矿区之一,是全国煤矿瓦斯事故的重灾区。
1996年,36岁的袁亮成为全国千万吨煤矿中最年轻的总工程师。工作14年来,他多次下到煤矿井下,曾4次在井下目睹了矿工生命被瓦斯事故吞噬的惨痛场面,并参与和组织、指挥处理了多次瓦斯事故,可以说经常面临生命危险,其感受也是刻骨铭心的。1997年11月,淮南矿区连续发生2起特大瓦斯爆炸事故,牺牲133人。在一次处理井下事故时,很多人都吓跑了,只有袁亮坚持到最后。淮南煤矿近20年来,付出了400多条生命的代价,这个代价太沉重了。看到这些带血的数据,袁亮一直在反思:既然当了这个总工程师,我有什么本事把淮南煤矿的瓦斯问题解决掉?
“低透气性煤层瓦斯治理是世界性难题,传统的治理办法是‘拼刺刀’,即直接在低透气性高瓦斯、煤与瓦斯突出煤层进行治理措施和采掘活动,对瓦斯是‘堵’而不是‘疏’。而且这个路子已经证明是行不通的,大量瓦斯仍然存留在煤层之中,治理效果差。要想降伏瓦斯这只‘拦路虎’,消除瓦斯威胁,实现安全生产,就必须走出一条新路子。”袁亮说。
1996年4月,在分析过去技术问题的基础上,根据淮南矿区煤层群开采的实际情况,通过大量试验研究和理论论证,袁亮提出了“卸压开采煤与瓦斯共采”的技术原理,即:打破传统自上而下的开采顺序,首先开采瓦斯含量相对较低的薄煤层,造成上下岩层移动,膨胀卸压,从而增加煤层透气性,使得相邻煤层的瓦斯被解析为游离瓦斯,再通过预先布置的巷道和钻孔“抽采”到地面。这样,既实现了煤与瓦斯共采,煤层得以在低瓦斯状态下安全开采,又能将抽采到地面的瓦斯通过地面永久抽采系统进行综合利用,实现低碳经济。
这一理论提出来后,当时在推广实施的过程中却遇到了很大的阻力,因为煤矿技术创新不像其它行业技术创新,如果失败风险很大,不但耗费人力、物力、财力,还极有可能威胁到安全生产。因此,需要大胆设想,小心求证。于是1996年10月,淮南矿业举行了“卸压开采煤与瓦斯共采技术”专家论证会,邀请了煤炭行业的专家。当与会人员听到这个方案后,一片哗然,不约而同地提出了质疑。有的人认为这是异想天开,其中一位专家说:“对于卸压开采,我们在50年代就已经搞过,都没有成功”。另外一位专家担心:“卸压瓦斯不进入钻孔,在巷道里四处乱窜,会给安全造成巨大的威胁”。
淮南煤炭赋存条件差,为低透气性煤层群开采条件,渗透率极低地质条件极为复杂,煤层瓦斯含量高,瓦斯事故多发,矿区煤炭产量一直徘徊在1000万t左右,丰富的煤炭资源和良好的区位优势难以发挥。淮南煤矿已经别无选择,袁亮顶住压力,还是决定开展实验室研究和现场验证试验,并强推该项新技术,在新区的潘一矿和老区的新庄孜矿各选择一个工作面进行试验。
1998年9月,令人惊喜的事情发生了。“卸压开采抽采瓦斯煤与瓦斯共采技术”取得了巨大的成功,仅潘一矿一条巷道就抽出了1000多万m3的瓦斯,煤层透气性增加了2880倍,低透气性煤层卸压增透后,煤层中60%以上瓦斯被抽采出来,瓦斯威胁得到了解除,实现了高瓦斯煤层在低瓦斯状态下安全开采。
2000年之后,“卸压开采煤与瓦斯共采”技术逐步成熟并在淮南矿区全面铺开,形成了井上下立体的卸压开采抽采瓦斯、煤与瓦斯共采和先抽瓦斯后采煤的工程技术体系。
“卸压开采煤与瓦斯共采”技术推行以来,淮南矿业没有发生一起瓦斯爆炸事故,百万吨煤炭的死亡率降到了0.01。
2008年,在中国(淮南)煤矿瓦斯治理技术国际研讨会上,波兰国家中央研究院院长杜宾斯基说:“袁亮先生提出的卸压开采抽采瓦斯、无煤柱煤与瓦斯共采技术是一个具有国际先进水平的新技术。”
“通过我的科学研究带动安全学科的发展”
目前,国外煤炭开采的发展水平普遍较高,而我们国家30亿t煤生产中有20亿t达不到先进的技术标准。我国采煤技术的进步之快是世界公认的,特别是近10年,但仍存在发展不平衡的问题,有很多先进的煤炭企业,也有大量落后的企业。袁亮指出,煤炭行业的院士和专家有责任和义务帮助政府做好这些事情。
2010年2月2日,袁亮(左)受聘担任中国矿业大学安全工程学院院长
2009年12月8日,当选中国工程院院士不到一周的时间,袁亮辞去了淮南矿业集团常务副总经理和总工程师的职务。袁亮表示,院士是行业的院士、国家的院士,不是某一个单位的院士,他要把自己多年治理瓦斯的经验上升为行业标准,要研究国家能源战略的发展规划,引导政府决策,为国家的煤炭安全生产、为矿工的生命安全提供更多的保障。
2010年2月2日,袁亮受聘担任中国矿业大学安全工程学院院长。很多人都不解他为什么要放弃企业优厚的待遇,转身进入学校做学问。面对大家的疑惑,袁亮解释道:“身为院士,我是属于国家的,我想通过自己的科学研究带动行业院校安全学科的发展。在大学做学问和在企业搞科研都是为煤炭的安全生产服务,我自身有着非常好的优势,因为我是从生产一线成长起来的,煤矿企业存在的问题我都明白;我长期从事科研工作,大学的学术研究我也清楚。纯粹的大学研究和企业研究都有一定的局限性,必须把二者结合起来,这是与国际接轨的科研体制,这样会鼓励大家深入到实践中搞科学研究。”
在袁亮的带领下,中国矿业大学(徐州)和淮南矿业集团合作成立了“煤矿瓦斯治理国家工程研究中心”。该中心主要围绕瓦斯重(特)大灾害的控制与防治,建设瓦斯地质保障技术、煤与瓦斯共采及利用技术、瓦斯灾害预警技术、煤矿安全监测监控技术、煤矿救援技术等方面的研究开发设施,对控制瓦斯灾害的重大科研成果进行完整的工程化和集成化研究开发,消化、吸收和集成创新引进的先进技术,为煤矿瓦斯灾害防治提供成套成熟的先进工艺、技术和装备;推动国际合作与交流,培养高水平的煤矿安全工程技术与管理人才,为煤炭行业安全生产提供技术支持和服务。
面对变化多端的瓦斯,袁亮依然选择坚定地斗下去。“好多人说,有两大行业最难做,天上的航天和地下的煤矿。的确,天上的事无法预测,地下的事更是难上加难,不变应付不了煤矿的万变。我们的科研之路会愈发艰难,彻底制伏瓦斯这个‘老虎’,还有漫漫长路要走。”对未来,袁亮有清晰的认识。
编辑 吕楠俊