孫海濤：向解決煤礦瓦斯災害難題前進

衛(wèi)婷婷

孫海濤

對煤炭工人來說，下礦井進行作業(yè)，常常會遇到大量煤屑從煤體中拋出，并伴隨噴出大量瓦斯的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為煤與瓦斯突出。在很多煤炭工人的眼中，瓦斯是當之無愧的“煤礦第一殺手”。這種甲烷含量很高的氣體，在一定濃度下，或者遇明火爆炸，或者讓人窒息。

特別是我國煤層賦存條件復雜，高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井約占1/3，防治煤礦瓦斯事故是安全生產(chǎn)中至關重要的工作。在過去的15年中，中國80%的重大煤礦事故都禍起瓦斯，每年奪去2000多個生命。

如何讓煤炭行業(yè)不流一滴血，是困擾煤炭行業(yè)全體科研工作者的難題，也是擺在中煤科工集團重慶研究院研究員孫海濤面前的課題。若能熟悉和掌握煤與瓦斯突出的前兆，理解瓦斯動力災害防治的應用機制，更安全地進行井下作業(yè)，那將是一項非常有意義的工作。

學有所用

2005年7月，孫海濤從眾多的優(yōu)秀學子中脫穎而出，進入中煤科工集團重慶研究院（下簡稱“重慶煤科院”），成為投身國家煤礦安全科技事業(yè)的科研工作者。當時，全國采礦行業(yè)正在經(jīng)歷著巨變，礦業(yè)工人面臨惡劣的工作環(huán)境，礦山事故頻頻發(fā)生。“我印象特別深刻，在2004年到2005年，僅僅一年多的時間里面，發(fā)生了3起100人以上死亡的瓦斯事故。”這些礦難發(fā)生的時間，與當時孫海濤碩士畢業(yè)的時間，只相差了不到半年。

2004年10月20日鄭煤集團大平煤礦特大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡；2004年11月28日陜西銅川陳家山煤礦特大瓦斯爆炸事故，造成166人死亡；2005年2月14日遼寧省阜新礦業(yè)孫家灣煤礦特大瓦斯爆炸事故，造成214人死亡。這些血淋淋的冰冷數(shù)據(jù)，給了學習采礦工程專業(yè)的孫海濤極大的震撼，他下定決心要與礦山災害斗爭一輩子。

根據(jù)重慶煤科院的統(tǒng)一部署，孫海濤被分配到研究院科技中心從事專項科研攻關、科技規(guī)劃編制、科技項目申報、科技項目驗收、科技項目鑒定等工作。他接手的第一項重大個人項目是協(xié)助國家原“973”項目最后的申報及啟動工作。為此，孫海濤連續(xù)一個月加班到凌晨，完善申報材料、整理會議資料，獲得了寶貴的歷練，他也對以瓦斯為核心的專業(yè)知識迅速熟悉了起來。

2006年3月，孫海濤成功考取了重慶大學博士研究生，在劉東艷教授、胡千庭研究員的悉心指導下開始了新的旅途。當時國內在瓦斯治理方面正面臨著井下瓦斯治理措施不能適應煤礦高產(chǎn)、高效需求的難題，而煤層氣作為一種清潔的寶貴資源，其開發(fā)技術也被寫入了國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃。在導師的指導下，孫海濤迅速選定了“采動影響下地面井的變形破壞機理研究”作為自己的博士學位論文攻關方向，著力解決煤礦采動影響區(qū)地面井抽采面臨的鉆井破壞、抽采困難的科技難題。

與此同時，為了有更多的精力投入科技攻關工作中，孫海濤調動工作崗位進入了瓦斯研究分院，專職從事煤礦采動區(qū)煤層氣地面開發(fā)技術的研究工作。他潛心研究、深入分析、科學實驗、精心設計，一個個難題被攻克、一個個規(guī)律被發(fā)現(xiàn)、一件件產(chǎn)品被發(fā)明，隨著科研工作的推進，煤礦采動區(qū)地面井變形、斷孔的基本規(guī)律終于摸清了。

鉆研無止境

成功是令人喜悅的，然而新的難題接踵而至，煤礦采動區(qū)煤層氣地面開發(fā)最終是要為不同礦區(qū)設計出適用的井型結構，這必須解決一個關鍵的難題——選用何種類型的護井套管才是最安全、最經(jīng)濟的呢？

帶著這一關鍵科學問題，2009年孫海濤進入了中國人民解放軍后勤工程學院博士后科研流動站，師從鄭穎人院士進行“地面井套管破壞極限分析方法研究”方面的博士后工作。在導師的諄諄教誨下，借鑒不同學科的科學方法，孫海濤成功建立了“煤礦采動區(qū)地面井套管變形破壞極限分析判識方法”，為地面井套管的選型奠定了理論基礎。該項理論于2013年成功應用于晉煤集團成莊礦CD-01井，實現(xiàn)了煤層及采空區(qū)的連續(xù)抽采，鉆井結構完整性良好，日抽采量超過了10000m3，淮北礦業(yè)集團、陽泉煤業(yè)集團、河南煤業(yè)化工集團對技術的成功表現(xiàn)出極大的興趣，紛紛表示了合作意向。

孫海濤的研究腳步并沒有停歇，從2011年開始，他成為科技部國家科技重大專項“采動區(qū)地面井采動損壞防護技術的集成與優(yōu)化”負責人，帶領團隊圍繞“降低井下采場空間瓦斯?jié)舛仁欠乐瓮咚钩藓屯咚贡ê诵拇胧边@一主線，對煤礦采動區(qū)瓦斯地面井抽采技術進行了集中攻關。

孫海濤及其團隊建立了煤礦采動區(qū)瓦斯抽采地面井變形破壞的“層面拉剪變形”理論框架，創(chuàng)新了以“分源迭代”為核心的老空區(qū)煤層氣富集區(qū)優(yōu)選技術、煤礦采動區(qū)地面井區(qū)域布井位置優(yōu)選、井型結構逐級優(yōu)化、局部固井、懸掛完井等特色技術，形成了“局部固井+懸掛完井”、“兩級固井+懸掛完井”和“地面L型頂板水平井”等實用性高的井型結構。該技術成果、工程經(jīng)驗在山西晉城、大同和安徽兩淮、重慶綦江等重點礦區(qū)進行了大范圍應用和推廣，使得地面井抽采成功率由“十一五”期間的不足30%提高到“十三五”中期的95%以上，極大地提高了煤礦采動區(qū)涌出瓦斯地面抽采的效果，保障了規(guī)模化開采條件下大產(chǎn)量、高瓦斯涌出量礦井的瓦斯安全治理。

面向未來

2015年年底，孫海濤作為科研骨干參與的科技部原“973”項目“深部采動破斷煤巖體中瓦斯運移與富集機理及規(guī)律”結題。他和團隊在研究中發(fā)現(xiàn)深井煤巖瓦斯復合動力災害防治技術將是困擾未來煤炭開采的主要需求之一，該技術主要是解決針對深部礦井沖擊、突出災害耦合性高、發(fā)生機理不明的難題，為此，孫海濤連續(xù)攻關，建立了煤巖瓦斯動力災害全過程相似模擬方法，提出了煤巖系統(tǒng)組合結構動力失穩(wěn)破壞過程的臨界判別條件，獲得了煤巖系統(tǒng)動力災害過程中的“應變回彈”現(xiàn)象及其對應的能量耗散量化分析規(guī)律，發(fā)現(xiàn)埋深愈深煤巖系統(tǒng)失穩(wěn)過程中巖層彈性能的貢獻度愈大，動力破壞效應成指數(shù)關系增加。孫海濤還提出了強沖擊頂板能量瞬間釋放作用于突出煤體極限平衡區(qū)，加快、加強突出危險性的觀點，并進行了能量量值及演化的遠場+近場耦合效應研究，成功為深部礦井復合型煤巖動力災害的防治工藝、防治裝備提供良好的借鑒。該技術成果獲得中國煤炭科工集團科技進步獎一等獎。

2018年，孫海濤憑借其踏實穩(wěn)重的工作作風、超強的科研創(chuàng)新能力、全面的管理才能獲得了組織的認可，開始擔任煤炭科學研究總院重慶分院科技發(fā)展部副主任。在短短兩年的時間里，他圍繞應急科技部、管理部布局“十四五”煤炭發(fā)展科技規(guī)劃的需求，作為中國煤炭科工集團有限公司的代表參與完成了“重大災害事故防治國家科技重大專項”論證工作、“大型油氣田及煤層氣開發(fā)國家科技重大專項”的2035接續(xù)項目和面向2030“煤炭清潔高效利用國家科技重大專項”的立項申報工作，為煤礦安全科技創(chuàng)新中長期發(fā)展做好了鋪墊。2020年11月，孫海濤成為中煤科工集團重慶研究院有限公司科技發(fā)展部主任，入選中國煤炭科工集團首席科學家，也成功獲得第四屆中華國際科學交流基金會杰出青年工程師獎。

面向未來的三到五年，孫海濤也有自己的規(guī)劃。他目前申請到的重慶市自然科學基金-杰出青年科學基金項目“深井煤巖組合結構動力失穩(wěn)特征及其氣固耦合作用機制研究”是他研究工作的重中之重。“項目目前正在執(zhí)行期，我想得很清楚，哪怕精力沒有原來那么充足，但是最核心的科學研究還是要自己去做，期待能在煤與瓦斯復合動力災害機理研究上有所建樹。”

因為對孫海濤來說，只有積極開展煤巖瓦斯動力災害防治的研究工作才能為徹底消除煤礦瓦斯災害貢獻力量，才能朝著“不讓煤炭行業(yè)流一滴血”的終極目標邁進一步，未來我國的煤炭生產(chǎn)必將更加安全、綠色、智能。