黑金山的綠色夢

中國是世界上煤炭資源最豐富的國家之一，也是世界上最早利用煤的國家。《山海經》中就有3處有關石涅（煤）的記載。而自從有了采煤業，煤礦的開采與安全問題便始終伴隨著采煤業的發展。如今，在氣候變化的影響下，采煤行業更面臨著“環保降碳”這一重大命題。

煤礦的未來發展究竟要走一條怎樣的道路？這是擺在所有煤炭科技工作者面前的課題。

煤炭科學技術研究院有限公司（以下簡稱“煤科院”）首席專家畢忠偉也是這道世紀問題的一名作答者。然而與許多科學家不同，他回答的方式是躬耕在礦山一線。漆黑的礦井下是他的實驗室，每一塊巖石都是他的實驗數據，每一座礦山在他眼里都是一個個具體的診斷對象。面對這道宏大的命題，畢忠偉決定，要在實踐中去尋找答案。

化“壓力”為動力

2011年，剛剛從清華大學水利系博士后出站的畢忠偉來到煤科院，從事采礦工程工作，重點方向是煤礦開采和礦山壓力（以下簡稱“礦壓”）研究。

國家正值高速發展的時期，經濟需求和科技發展帶來的技術手段升級，使采煤行業發生了巨大的變化，迎來了高產高效的時代。“以前單座礦井的產能每年僅能達到三四百萬噸，現在的產能已經達到了每年3000萬噸。”

持續擴大產能需要以技術革新為動力，采煤技術也就是在這時出現了變革。高強度開采趨勢使得以前的單巷布置逐漸退出歷史舞臺，取而代之的是目前廣泛采用的雙巷布置方式。如此，一條巷道就要承受兩次采動影響，第一次是本工作面的，第二次是相鄰工作面的，礦山所承受的壓力也將與以往不同。

在這樣的背景下，礦壓研究就成了安全生產的重要命題。另外，聚焦房采采空區下綜采的非常規礦壓控制、側向礦壓控制下的小煤柱沿空掘巷等技術研究和實踐，也成了畢忠偉進入煤科院后的主要研究方向。

據畢忠偉介紹，在雙巷布置中，回風巷道受側向應力影響，易發生嚴重的底鼓、變形等問題。為此，他親自走訪礦山一線，足跡從山東到新疆，從黑龍江到云南，開展了大量的現場觀測與理論分析，深入系統地掌握了側向弧形板的礦山壓力及其顯現規律，針對不同的地質條件與開采條件，分別制訂了不同的技術方案。

位于內蒙古的察哈素煤礦是畢忠偉團隊開展試點研究的第一座煤礦，根據煤礦特點，畢忠偉在此采取了將煤柱適當增大的礦壓控制方案；而山東能源集團的巴彥高勒煤礦則采用6米小煤柱沿空掘巷的礦壓控制方案。

為什么有的煤礦是放大煤柱，有的卻是縮小呢？畢忠偉解釋道：“每個煤礦的地質特點都不同，頂板條件也不同，再結合各個煤礦對于產能的具體需求，就需要結合每座煤礦的特點來具體分析、制訂不同的方案。”也因此，親自走進煤礦，下到礦井下，成了畢忠偉從事工程技術研究的必修課。

在現場調研與大大小小的論證會之間奔波，畢忠偉忙碌著，也收獲著。僅在鄂爾多斯地區，他和團隊就為十幾座煤礦提供過技術服務，這些產量都在千萬噸以上的大型煤礦為國家各行各業的運轉提供著能源，而畢忠偉則是保障它們安全生產的守護者。畢忠偉提供的礦壓控制方案陸續取得了巨大的社會影響與經濟效益，他最早開展研究的察哈素煤礦、巴彥高勒煤礦與煤科院簽訂了長期服務合同，這兩個項目均獲得了煤炭科學技術進步獎。

煤礦無小事

如果要深入解釋礦壓研究的重要性及復雜性，神東公司榆家梁煤礦房采采空區大面積冒頂事件就是最好的例子。

榆林地區由于歷史原因，遺留了大量的房采采空區，導致這一地區頻繁發生礦震。有的礦震甚至形成了淺源地震并被地震臺網監測到。“僅2013年一年，就連續發生了4次相當于3級地震的礦震，引起了當地民眾的恐慌，有時候地震導致的塌陷甚至會造成牲畜、鏟車等財產損失。”榆林市政府高度重視這一問題，邀請畢忠偉等專家趕赴現場制訂治理方案。

這是一個極度復雜的問題，通過現場勘察，畢忠偉提出了兩個解決辦法：一是填充，把采空的空間填充起來；二是爆破，把潛在的冒落區域人為爆破掉。然而這兩個方案都有自身的局限性，填充法針對已經有局部垮落的礦井，無法精準定位注沙位置；爆破法必須使爆破可控，不能對周邊生活的居民或正在作業的礦井產生影響。

最終，畢忠偉選擇了爆破方案。為了實現百分之百安全爆破，他連續4個月駐守工作現場。“光是爆破場地我們就換了3塊。”第一塊場地毗鄰耕地，第二塊由于頂板破碎導致無法安裝炸藥，第三塊場地又有一個攔水大壩……僅僅是選場工作就頻頻遇阻，除了每天為技術工程殫精竭慮，畢忠偉還需要投入大量時間與耐心，與當地居民溝通。“老百姓真的是天天去盯著我們，他們一定要親眼看到這個大壩不會受影響，因為不遠處就是他們的村莊。”

為了讓百姓放心，畢忠偉會同神東公司進行了大量細致的研究、測試工作，從測試振動波的影響范圍，到合理的炸藥量，以及協調周邊生產礦井的生產安全與撤出工作，他都親力親為，不敢有絲毫懈怠。直至爆破那一天，畢忠偉都保持著高度緊張的狀態。好在他嚴謹的工作使爆破圓滿成功！頂板爆破達到了他預想的效果，礦震的危險得以解除，新華網甚至對此進行了專門的報道。

這4個月的經歷令畢忠偉畢生難忘。他還記得打孔是在炎夏的7月，最終爆破卻已是寒冬的12月，這期間他們連換季的衣物都是托人帶過去的。寒冬里為了測地表，他和團隊里的賈博士穿著軍大氅，每天雪地里滾、山里爬，臉上泥巴里和著的已分不清是鼻涕還是雪水，“當時礦上的工人都以為我們也是工人，認出來就問：‘你們怎么穿成這個樣子？’”最難忘的還不是艱苦的工作環境，而是工程成功后，來自當地政府、企業與百姓的認可，作為一名工程技術人員，實實在在地保障了企業的安全生產，保障了當地群眾的生命財產安全，畢忠偉說，這就是他最大的成就感。

受此項目成功的影響，2014年春節期間，石圪臺煤礦在房采采空區集中煤柱下進行綜采時發生了大面積強礦壓，神東公司再次特邀畢忠偉到現場指導工作。通過現場考察，結合礦壓監測數據，掌握頂板活動規律后，畢忠偉提出并設計了一套“井下煤柱超前底板弱化爆破方案”，在后續的工作面回采過程中推廣應用，取得了非常好的效果，排除了工作面壓架的隱患，取得了近千萬元的經濟效益。這兩個項目也讓畢忠偉成功斬獲煤炭科學技術進步獎。

那個春節畢忠偉是在礦上度過的，他笑著回憶道：“家里人很不解，問我非要大過年的去解決問題嗎？我說是啊，煤礦無小事，現在就必須解決！”多年來畢忠偉就是這樣走來的，煤礦無小事，安全生產在他心里永遠排在第一位。

闖入“綠色開采”的未來

如果說礦壓研究是畢忠偉研究的“舒適區”的話，近年來，他已勇敢踏出舒適區，向著時代發展的新需求邁出了探索的步伐，矸石返井技術就是近年來畢忠偉新的貢獻。

黨的十八大以來，黨中央高度重視生態環境保護。祁連山是我國西部重要生態安全屏障，是黃河流域重要水源產流地，但長期以來，祁連山局部生態破壞問題十分突出。對此習近平總書記多次作出批示，要求抓緊整改。2017年，由黨中央、國務院有關部門組成中央督查組就此開展專項督查。

綠水青山就是金山銀山。對此問題，甘肅省政府高度重視。2017年8月，窯街煤電集團在執行甘肅省政府制訂的礦井關閉退出和職工安置方案過程中，引發了群體事件，窯街煤電集團上下承受著巨大的壓力。受甘肅省安監局邀請，畢忠偉放棄自己的年休假，第一時間趕赴現場調研。

按照《甘肅省國土資源廳關于加快推進祁連山國家級自然保護區內已設礦業權扣除式退出工作的通知》，在現場調研和研究后，畢忠偉提出3種扣除式退出技術改造方案：第一，利用現有主、副井筒，井下系統及工業場地方案進行生產；第二，在保護區實驗區外重新選擇的場地內布置主斜井和副斜井，與現有的+2400米運輸大巷連接，利用現有不在實驗區內的生產系統進行生產；第三，在保護區實驗區外對天祝煤礦原一號主斜井進行擴修延深，副斜井進行延深，在+2500米水平形成井底車場和等候室，新建+2500米運輸大巷與一采區皮帶下山連接，形成礦井各生產系統，擴掘并恢復風井功能。3種方案生產能力均為90萬噸/年，服務年限為14年。

為了制訂出一份令政府、企業和職工都滿意的方案，畢忠偉通宵加班、廢寢忘食，最終提前兩天將制訂的扣除式退出祁連山保護區方案交付于甘肅省安監局。此報告作為《祁連山生態環境整治取得進展，筑牢生態安全屏障尚需攻堅——習近平總書記考察甘肅、青海專題回訪調研報告》的重要一節，經黨中央領導審閱并獲得肯定。

也是通過這次事件，畢忠偉真正意識到，煤礦的綠色開采已是必然趨勢，然而當時面臨的卻是技術跟不上思想的現實。“矸石不出井”這幾個字重重砸在畢忠偉的心頭，他也下定決心在綠色開采的未知技術領域走出一條可行的路線。

人們印象中的礦山總是堆積著一座座矸石山，這種煤礦開采產生的廢棄物易燃且可通過大氣降水淋濾污染環境。要還自然以綠水青山，首先要整治的就是矸石污染。從2016年開始，煤科院就已經在布局矸石返井項目，但由于矸石返井作為一項致力于環保治理的項目，對生產效益幫助不大，以致很多煤礦積極性不高，再加上技術和人員匱乏等原因，這一技術遲遲沒有落地。

煤礦綠色開采的發展方向是確定的，是毋庸置疑的，因此煤科院并沒有因為暫時的困難放棄對技術的發展。直至2021年陵川崇安公司蘇村煤業邀請煤科院合作開展井下矸石充填示范項目，煤科院多年的技術積累終于等到了一個大展拳腳的舞臺。

合同簽訂后，煤科院安全分院迅速統籌協調隊伍力量，成立了“矸石井下充填攻關黨員突擊隊”，畢忠偉擔任副隊長，并負責項目的設計和現場施工任務，開啟了提速引擎，吹響了與時間賽跑的“集結號”。

在項目開始之初，煤科院對畢忠偉團隊提出了3個要求：一是項目必須在當地產生積極影響；二是要打造出一個行業標桿項目；三是要把項目成果蔓延出去，讓成果在更多礦山推廣落地。

這是巨大的信任，也是巨大的壓力。為了完成好這項任務，畢忠偉從初步設計到廠房土建都親力親為，矸石破碎系統、儲料與制漿系統、供電設備、壓風系統、給排水系統、消防系統……這些跨領域的系統，幾百個部件與型號，他都要一一確認。

除此之外，畢忠偉每天都要與設計院、設備廠家、蘇村煤礦等溝通，居間調度，就為在規定時間內搶工完成。他一度因為連續與設計院、設備廠家電話和視頻交流6個小時而失聲，被緊急送去醫院輸液后，仍堅持與設計院和設備廠家不間斷地進行溝通。

從設備采購，到環境影響評價試驗；從管理制度制定，到市場調研，在畢忠偉的帶領下，突擊隊一路過關斬將，通過可行性研究、完成初設、拿下環評、獲批水保……在短短1年內就完成了項目的所有手續。這是一個前所未有的速度，同期早于煤科院開始的其他單位項目甚至被他們遠遠落在了身后。

畢忠偉帶領團隊不僅彰顯了煤科院的速度，更向所有人證明了煤科院的卓越品質。項目受到了晉城市能源局、陵川縣能源局的一致好評，且縣、市領導多次到工程現場指導，并推薦項目申報2023年的綠色開采示范工程。

這一矸石井下充填系統工程預計今年投產，投運后將實現礦井矸石零排放目標。另外，項目建成后通過對大巷煤柱和邊角煤的區域進行充填開采，將有力緩解蘇村煤礦資源開采受限，提高煤炭資源采出率，改善礦山安全生產條件，將資源開采和環境保護融為一體。同時，項目建成后通過噴射機進行充填將全面形成“近水平粗粒矸石充填置換開采工藝”的綠色開采新模式，將有力解決近水平煤層普遍采用膏體充填的成本居高不下的問題。

無悔“架橋人”

從進入煤科院算起的十幾年來，畢忠偉除了收獲了一項又一項成功的工程之外，最大的收獲是來自行業內的肯定。他曾經在一年之內出差超過280天，戲謔自己“一年出兩次差，一次出差半年”。他待在礦上的時間比在家里的時間還多，過年期間還在礦上忙碌也是家常便飯。

生活的全部仿佛都被工作填滿，畢忠偉也經常被人問過“值不值”？畢忠偉用行動作答——每次當礦上給他打電話求助的時候，他都會毫不猶豫地出發。被自己幫助過的企業肯定著、依賴著，這就是最好的回答。“這么多年在礦上幫忙解決問題，我們已經跟朋友一樣了，有時候小聚一番后，礦上的人都要給我安排一個必備‘節目’，吃完飯去下礦，看看還有什么問題需要解決。”

對于畢忠偉來說，礦企的任何求助都不是負擔，而是他滿滿的價值感。在礦上，他是所有人信賴的“畢老師”，為礦上提供24小時咨詢，任何問題無論大小，他都想盡辦法實實在在地幫助大家解決。

曾經有個小問題困擾了礦上很久——頂板在斷裂過程中會產生振動，這種振動會使錨桿上的螺絲慢慢發生退絲現象，業內叫作“退錨”。如何把螺絲鎖緊？“就是這么個小問題，困擾了大家很久。別看問題小，日本針對退絲現象有幾十項專利呢。而我們不是為了拿專利，我們是要幫礦上解決問題。”經過思考與試驗，最后畢忠偉用雙墊片解決了這個問題。“對我們來說，這都不叫創新，這只是一個小小的改造，也發不了文章，但就是這個小小的改造，卻解決了煤礦安全生產的大問題。”

這項小小的改造的意義，像極了畢忠偉工作的意義——一頭連接著科學，一頭連接著生產，畢忠偉仿佛一位架橋人，實實在在地讓藏于殿堂的科學原理變成了驅動生產實踐的力量。“我挺為自己的工作自豪的，我從不敢說自己是一名科學家，作為一個科技人員，可以做一些力所能及的實事，成為科學和工程之間的一段紐帶，我覺得這已經很有意義了。”畢忠偉樸實地說道。

對于價值感的認知，源于畢忠偉從小的經歷。出身于山西的煤炭世家，他從小在煤礦上生，在煤礦上長。礦工、礦山是他最熟悉的人和物，采礦的辛苦他也從小就深深體會。“那時候跟著家里人去礦上，經常看到一些專家去解決實際問題，作講座和報告。大家對這些專家都非常尊敬，因為他們是真正來解決實際問題的人。”

這些來煤礦解決問題的專家，成了畢忠偉進入這一領域最早的領路人。此后，他從本科到博士學的一直都是采礦工程，“一條道走到黑”，從沒換過專業。他從沒有對自己的專業產生過懷疑，也從沒有打過退堂鼓，去做實事、去解決煤礦的實際問題的信念，一直支撐著他走到現在。張楚漢院士、金峰教授、丁德馨教授、孫其誠研究員……這些曾指導過他的師長也都身體力行地為煤礦事業發展作出過巨大的貢獻。沿著他們的軌跡繼續將這份事業做下去，也是畢忠偉的夢想。

如今，畢忠偉已經是一個百人團隊的帶頭人，其中十余人做科研，其余的皆為現場技術人員。對于自己的事業，畢忠偉始終感懷煤科院給予他的無限信任與支持，也正是因為有了這樣的保障和底氣，他才能心無旁騖地投入技術的研究與落地中。

盡管經常奔波于煤礦之間，很少有整塊的時間從事具體研究，但畢忠偉從來沒有停止過學習，“如果最新的技術、最新的知識你不知道，那又要如何去跟企業交流，如何去解決問題呢？”好在，他還有一支過硬的團隊，他也希望能有更多的年輕人加入，一起去創造價值，收獲價值感。“以前我們是為了多采煤，提高產能去做技術；現在我們更多是為了保護環境。綠色開采的方向大有可為，沿著這條路走下去，我們一定會收獲光明的未來！”

未來幾年，做行業標桿項目，做出行業標準，這些都是畢忠偉計劃清單里的項目。朝著一個方向，堅定地深扎下去，畢忠偉仍在挖掘煤礦開采事業的寶藏。