愿做煤炭一線的科研“哨兵”
——記西安科技大學教授鄧廣哲

衛婷婷

鄧廣哲（左二）在設備專題介紹現場

對于科幻迷來說，提起“侏羅紀”，首先想到的就是“恐龍”“史前世界”等充滿奇幻色彩、與人類社會無關的命題。然而，近日公示的一項陜西省科學技術進步獎申報項目——“提高侏羅紀煤層綜采塊煤率成套技術與裝備研發”，則通過對那個古遠地質時代的煤層開發研究，實現了優質資源利好現在人類生活的目標，攻克了煤炭清潔開采的關鍵技術，解決了侏羅紀煤層開發經濟、環境、社會效益最大化的難題。

當“侏羅紀”遇上“綠色開采”，這種沖破“次元壁”的碰撞還將帶來什么驚喜？帶著一系列問題，記者采訪了項目總負責人——西安科技大學教授、博士生導師鄧廣哲。

鄧廣哲長期從事礦山巖石力學與巖層控制及地下開采工程和空間利用技術的研究工作。其以節理巖體理論與計算技術為核心的研究成果，已應用于數項科學研究中，包括強膨脹軟巖支護技術、堅硬煤層放頂煤技術、水壓致裂技術、戰略能源儲存與安全識別技術等領域。而他的求學和科研工作經歷，也正契合了改革開放后中國煤炭工程行業發展的歷程。鄧廣哲形容自己是“煤炭行業一線的哨兵”，“一線的需求”就是他的需求，而“站在煤炭一線技術人員的角度看問題”，也成了他工作的出發點和落腳點。

采訪中，鄧廣哲說，只有置身于“哨兵”這個角色、做好這個角色，才能真正結合一線工作實際情況開展科研工作，取得產、學、研、用真正有效的成果。

與“煤”結緣36年

1984年，18歲的鄧廣哲考入西安科技大學的前身——西安礦業學院。這是一所在采礦冶金等專業方面擁有深厚淵源的學校。其前身可追溯到1895年成立的北洋大學工學院采礦冶金科。1958年7月，陜西省將西安交通大學的采礦、地質兩系全套設備物資，包括新設的礦山機電專業，帶既定任務調出建立新校，也就是后來的西安礦業學院、現在的西安科技大學。所以，學校的基礎課程底子較好，師資力量也較雄厚。

時光回溯到1984年，當時，我國采礦技術還處于從傳統的粗放開采向現代化機械開采的過渡階段，人們普遍對采礦這個專業不了解，年輕人不愿意從事這個行業的工作。鄧廣哲考入這所專業院校、攻讀采礦相關的專業，也是始于一次“陰差陽錯”。但當他步入校園后，在幾位著名的老教授引領下，逐漸對專業產生了濃厚的興趣。“當時采礦條件非常艱苦，機械化程度和技術裝備都非常落后。在這種背景下，如果能通過我們的科研工作提升我國采煤技術的整體水平，將很有意義。”鄧廣哲說。

大學4年，憑借著扎實的理工科基礎和勤奮好學的態度，鄧廣哲的成績十分優異。本科時期的36門課程，他總成績平均90多分。與此同時，他還熱心于學生工作，積極為同學服務，并連續4年被評為學校標兵。1988年，鄧廣哲有機會參加學校主持的一項原煤炭部科學基金課題研究，當時，還是本科生的鄧廣哲被任命為小組長，帶同屆另外4個同學成立了一個科研小組。他們深入開灤煤礦，一住就是4個多月，最終實現了急傾斜對拉工作面采煤方法的優化，解決了非常復雜的煤層開采方法難題。也是從這個課題開始，鄧廣哲的科研事業拉開了序幕。這一年，鄧廣哲以年級第一的成績保研，繼續在母校攻讀碩士學位。

學業上的進取態度和對科研工作的濃厚興趣，也與生活環境有關。數十年前，一些保密單位的研究所設立在秦嶺、漢中等地，其中不乏院士、博士，鄧廣哲小時候在與他們的朝夕相處中，感受到了醉心科研的那種潛移默化的影響力。

1991年，碩士研究生畢業后，鄧廣哲留在了當時的西安礦業學院礦壓教研室工作，圍繞厚煤層的安全高效開采方法開展工作。而他的科研“主戰場”就在大西北。

“新疆的煤層比陜西、山西乃至國內其他地方的都要厚，當時的開采條件也不是很好。僅煤層的厚度普遍就達到40多米，甚至有的達到100多米。所以突破急傾斜大段高綜放開采采煤方法，是那個時候我們面臨的一個很大難題?！编噺V哲介紹。

其實，早在兩年前，鄧廣哲做碩士論文時就已經對急傾斜大段高采煤方法問題進行研究，并且幾年來一直圍繞這個問題進行研究工作。

從秦嶺到賀蘭山，從山西呂梁再到新疆阿克蘇、和田……鄧廣哲的足跡遍布了西北的大煤田，也通過實際勘探對我國西部煤炭開采有了更多的認識?！捌鋵崳袊鞑棵簩雍苤匾囊粋€特點是——明顯受到了板殼運動殘余應力的作用和改造，新疆尤為典型。天山把新疆分成了南北兩部分的自然條件，這種造山運動加上板殼運動，對新疆的煤田開發帶來了影響。那里的煤層一個很大的特點就是應力很高——屬于高應力煤層?！编噺V哲說，這也是他在新疆長時間開展煤層開采方面工作的一個重要背景?！靶陆拿旱V資源非常豐富,其中不乏高應力特厚煤層，煤的開采過程中應力高，會遇到頂板的問題、動力災害的問題，還可能遭遇瓦斯、地下水的地質構造斷層威脅，開采難度顯著增加了。所以在新疆做的早期研究，就是這種條件下圍繞開采方法的研究，其中包括高瓦斯特厚煤層綜合開采、急傾斜特厚煤層綜放開采、大采高（6～8m）綜合開采……”

“我們當時還做了第一個國內急傾斜綜采放頂煤的井下試驗，而且試驗的條件與我國之前兩套緩傾斜綜放條件都不一樣，這個試驗非常有意義。”可以說，這是我國第一次關于厚煤層大段高綜放安全高效開采方法的研究，其成果直到現在還不斷得到推廣應用，取得了良好的經濟、社會效益。此后，鄧廣哲還基于科研工作成果，發表了《放頂煤采場上覆巖層運動和破壞規律研究》等論文，均取得了不錯的反響。

如今，這套方法已經很成熟了，但是在他們利用現代化裝備和新技術不斷改造的過程中，又遇到了新的問題——采收率和提高生產力的問題。“總體來說，節能、降耗、提質、增效方面的空間，成了一個新問題，又擺到了采礦、巖石力學和巖層控制等專業工作的面前?！编噺V哲笑道，這也是他當年博士專業選擇巖土力學的原因。

研究小組團隊

1994年，鄧廣哲進入中國科學院攻讀巖土力學博士學位?！爱敃r，我正在從事的工作是通過巖層控制改進采煤環境，提高開采效率。在這個過程里，會涉及很多領域。那個時候，我意識到必須在力學方面去深入學習、提升，就下功夫往這方面努力。而巖土力學的專業知識，在后來我做采礦方法深度改進的時候，起到了很大的支撐作用。”

1997年，鄧廣哲博士畢業。他同時收到了幾所國外知名院校遞出的橄欖枝，但他還是選擇回到母校繼續工作?！皬那楦猩蟻碇v，我的母校雖然十分普通，但在那里我接受了比較好的專業教育。有一批非常好的前輩為我們開創了路子，指明了方向。此外，西部這些年發展也很快，而且隨著學校規模不斷增加，學科門類也相對齊全了，現在有6個博士后科研流動站，7個一級學科博士點，25個一級學科碩士點?！编噺V哲談起母校飽含深情。

從1984年至今，鄧廣哲與煤結緣36年，也與西安科技大學結緣36年。

36年來，鄧廣哲聚焦巖層控制與計算機方法、煤巖水壓致裂與清潔開采、高應力軟巖支護技術等研究方向，成績斐然。迄今為止，他已在國內外核心刊物上發表論文70余篇，檢索20余篇；出版《裂隙巖體流變學》《煤體致裂軟化理論與應用》等4部學術專著；主持和參加國家自然科學基金項目、陜西省“13115”科技創新工程重大科技專項項目、教育部“春暉計劃”項目、新疆生產建設兵團科技援疆重大專項、教育基礎研究重點項目及水力壓裂技術開發與推廣項目等課題研究項目100余項，獲得省部級科學技術獎7項，參與制定行業標準4項；授權發明專利20項。

當“侏羅紀”遇上“煤層綜采”

近日，在陜西省科學技術進步獎的申報名單里，有這樣一個項目引起了廣泛關注——“提高侏羅紀煤層綜采塊煤率成套技術與裝備研發”。而其總負責人就是鄧廣哲。

鄧廣哲介紹，該項目在立足開采破碎問題的基礎上，解決提升開采中煤粒塊度控制問題，是在陜西省重大專項項目、有關地方政府相關提高塊煤率專項項目資助下，借助校企合作和科研院所合作平臺聯合開展的重大項目。項目由西安科技大學、陜西省煤炭科學研究所、兗礦集團有限公司、陜西煤業股份有限公司共同完成。項目解決了高產高效礦井塊煤率瓶頸問題，提升了大型設備效益，實現提質增效、節能降耗，為礦井煤產品供給側改革、創新煤炭潔凈開采方法、實現企業與社會環境總效益最大化，提供了關鍵支撐技術保障。

“項目適用于硬度1.5～3.6的煤層，是不同采高綜合機械化礦井煤炭產品分類分級開采，提高塊煤率、控制線下率的關鍵技術，也是提升綜采裝備利用效率及滿足企業社會與環境總效益最大化的關鍵技術。在塊煤綠色高效開采，防止高瓦斯、煤塵和沖擊災害條件下的硬厚煤層塊煤開采中發揮重大作用?！编噺V哲告訴記者，該項目成果屬于煤炭產品分類分質綠色開采的專利技術成果。

據悉，項目針對侏羅紀煤層賦存條件和開采技術特點，研究分析了煤巖特性，創建了塊煤控制開采技術理論體系，研發了提高綜采塊煤率和塊煤轉載止損技術；揭示了煤層脈沖自激水壓破碎機理，提出了高壓脈沖預裂和CO2活性壓裂耦合致裂方法，研發了壓裂技術、工藝和裝備；研究了采煤機設計參數、運行工況與塊煤產出率之間的關系，開發了有利于提高塊煤率、適合不同采高的采煤機滾筒；基于能量耗散和表面積單耗原理，研究了煤炭轉載儲運系統限下率的控制機理與方法，開發了塊煤止損技術和工藝。

鄧廣哲告訴記者，項目的成功還要得益于4家主要完成單位各司其職，相輔相成。

作為項目的依托單位，西安科技大學擔當起項目總體組織、設計與策劃，以及計劃書與實施方案制定等工作，完成了塊煤開采方法推廣應用工作；針對侏羅紀煤層創建了塊煤控制開采技術理論體系，研發了提高綜采塊煤率和塊煤轉載止損技術；開發了煤層脈沖自激水壓破碎機理，提出了高壓脈沖預裂和CO2活性壓裂耦合致裂方法，研發了壓裂技術、工藝和成套裝備；基于能量耗散和表面積單耗原理，研究了煤炭轉載儲運系統限下率的控制機理與方法，開發了塊煤線下率控制技術和工藝裝備。

作為項目的主要完成單位，陜西省煤炭科學研究所研究了塊煤專用采煤機設計參數、運行工況與塊煤產出率之間的關系，開發了有利于提高塊煤率、適合不同采高的塊煤專用采煤機滾筒，提出綜采面煤層淺孔綜合預爆提高塊煤率工藝方法；兗礦集團有限公司協助提出了硬厚煤層綜采預裂塊煤增產技術與工藝方法，以及礦壓、水壓與采煤工藝綜合協調的壓裂新方法，參與提出了大采高淺埋煤層綜采工作面煤壁穩定性控制技術，開發了萬利礦區類似淺埋硬厚煤層綜采提高塊煤率開采成套技術與方法；陜西煤業股份有限公司協助參加研究了大型礦井主運輸系統轉載點塊煤限下率控制技術與方法，參與給出了適合陜北超大型礦主運系統轉載點塊煤止損的成套工藝，參與開發了榆神礦區類似淺埋硬厚煤層綜采提高塊煤率開采成套技術與方法。

從2012年至2019年，鄧廣哲和團隊已經依托這項技術在侏羅紀煤層五大礦區不同礦井開展了近8年研究實驗與推廣，取得了系統成套技術和設備研發成果。

尤為值得關注的是，通過在紅石巖煤礦、安源煤礦、轉龍灣煤礦、紅草溝煤礦、東川煤礦、常家梁煤礦、檸條塔煤礦、誼豐煤礦、海灣煤礦、紅巖煤礦等侏羅紀煤層典型條件下的13套綜采工作面進行工業試驗與推廣使用，其綜合技術性能指標顯示：工作面塊煤率達到62.5%，提高了23.7%；轉儲系統塊煤損失降低了10.5%；材料節支8.9%，能耗降低了7.8%，成本降低8.68元/噸，煤塵濃度降低45%，創造了清潔安全的生產環境。項目試驗與推廣應用過程中，累計新增銷售16.12億元，經濟、社會、環境效益均十分顯著。

“站在煤炭一線技術員的角度看問題”

當前，正處于我國煤炭行業轉型深化期，煤炭能源結構要求向資源節約型、環境友好型、低碳導向型轉變。面對我國煤炭資源現狀，結合我國煤炭企業發展的實際情況，煤炭行業產學研發展模式正在成為推動煤炭行業進步的重要力量。多年來，鄧廣哲深耕煤炭相關領域，主持和參加重大課題研究項目100余項，在產學研用方面取得了良好的成效。對此，鄧廣哲認為，采礦這個學科的特點就是要結合一線的生產實際情況。

“有很多問題來源于生產實踐中的提煉和總結。解決重大工程里的這些技術的難點、理論的焦點、科學的熱點，非常重要。聚焦這些問題，科研工作取得成果的過程可能非常不容易，但我們起碼在研究方向上是正確的?！编噺V哲在項目中與企業合作較多，久而久之，“一線的需求”就成了他的需求，而“站在煤炭戰線一線上技術人員的角度看問題”，也成了他工作的出發點和落腳點。

“我國采礦工程技術是從過去很落后的技術逐步發展起來的，目前也只有幾十年的歷史，時間并不長。這么快取得好成績，就是因為結合實際，然后從實際當中去發現問題，解決煤礦工業發展的所急所需。我們培養人才，也是要圍繞著實際生產需求來做?！编噺V哲表示。

其實，改革開放以來，我國煤炭行業整體面貌發生了巨大的變化，煤炭資源的高效安全開發與清潔高效利用水平已進入世界先進行列?？梢哉f，中國煤炭行業無論是開采還是規?；_發的理念，都在改變。短短幾十年，煤炭技術、裝備的水平與過去相比已有天壤之別。綠色開采、煤炭產品的優化、產品供給的清潔，受到了行業越來越多的關注，煤炭全產業鏈的發展理念在不斷升華。而這一切的背后，正是許許多多像鄧廣哲一樣的科研工作者共同努力的結果。

對比今夕，與煤結緣36年的鄧廣哲置身其中，也對時代洪流中的行業進步感到欣喜。未來，他還將帶著他的團隊，結合煤炭行業一線所急所需，不斷攻堅克難，站好科研“哨兵”崗！

專家簡介

鄧廣哲，1965年出生，中國科學院工學博士，教授，博士生導師。

日本九州大學訪問教授，霍英東優秀青年基金獲得者，加拿大達爾豪斯（Dalhousie）大學合作教授。教育部重點實驗室學術帶頭人，巖層預裂控制技術研究室主任，西安科技大學煤炭綠色開采巖層壓裂控制研究所所長。現從事礦山巖石力學與巖層控制的研究與教學。

多年來，圍繞裂隙水巖耦合理論和巖層控制，開辟了我國煤礦井下原位煤巖層水壓致裂軟化綠色開采、高應力圍巖卸壓控制等系列應用技術。針對我國西部煤礦開采巖層控制，系統地提出了以高瓦斯特厚煤層減災增效成套理論與技術為代表的系列綠色開采方法，經陜西省科技廳、中國煤炭工業協會鑒定達到國際領先水平。針對深部開采低滲高應力煤層開采及圍巖智能支護與修復理論和技術，達到國際先進水平。成果獲得省部級獎勵7項，獲得國家發明專利20項，在國內外核心期刊發表論文70余篇。