刘志强:驱走反井中死神阴霾 促进地下工程建设技术发展_新浪地产网
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刘志强:驱走反井中死神阴霾 促进地下工程建设技术发展

  刘志强:驱走反井中死神阴霾 促进地下工程建设技术发展

  中国科技网讯(记者 马爱平)“通过技术、工艺创新,研究先进的机械破岩装备,改善危险的井巷施工环境,避免职业伤害,避免人员伤亡。这就是我大学和研究生学习艰苦的煤矿建井专业,并一直从事本专业的坚强信念。”——刘志强

  搭乘煤炭科学研究总院这艘科研的巨轮,刘志强开始了艰苦的反井钻机技术的科研工作。他从参与小直径反井钻机研制,到带领团队进行机械破岩理论研究,最终形成了我国正、反井钻井凿井技术装备体系。三十余年来,他深入煤矿反井umfh施工现场,进行工业性试验,为调研第一手资料,曾距地面千米深的煤矿井下跟班作业,亲身体验井下反井施工的危险,他曾亲自进行应用示范,处理事故的危险时刻在井下连续工作24小时,他不畏艰辛,奔波在矿山、电站、公路铁路隧道等推广现场……

  通过艰苦卓绝的努力,他带领团队先后完成了反井钻机、破岩刀具、钻井工艺等一系列的创新成果。在机械设备方面,研制了从钻孔直径0.75米到5.3米,钻井深度从90米到600米的系列反井钻机,研制出适合不同类型岩石的破岩滚刀;在钻井技术的应用方面,从反井钻孔到反井钻井,形成了新的井筒钻进工艺。如:钻井深度第一次突破300米,第一钻成大倾角斜井,第一次钻成近600米的瓦斯抽放井,第一次钻成直径3.5米的采区通风井,第一钻成直径5.3米的井筒。经历多年的应用和实验,逐步形成成熟的反井钻凿井筒工艺,不断刷新国内反井钻井新纪录,在地下工程技术领域取得巨大成功。因此,矿山井下危险的煤仓、暗井等反井施工由机械取代了人工操作,根本上的解决了人工反井施工的安全问题,大大避免了伤亡事故。为了技术发展和推广应用,他还带领团队将这些技术从煤矿到铁矿、金矿、盐矿、非金属等地下采矿工程进行示范。

  “他”就是中国煤炭科工集团首席科学家,中国煤炭学会煤矿建设与岩土工程专业委员会常务副主任刘志强。

  驱逐死神阴霾的反井钻井技术

  上世纪80年代以前,煤矿和其它地下开采的矿井,需要在井下建设大量的暗井、矿仓、溜井、通风井、管道井工程,这些工程一般只能采取由下向上掘进的反井施工方法。当时煤矿常用的反井施工方法为木垛法,从下向上搭设木垛,人员站在上面,由下向上钻眼、装药、连线和爆破,作业人员工作环境是难以想象,经常受到临水、落石、有害气体等职业伤害,特别是顶、帮坍塌还会造成人员伤亡。据不完全统计,以往施工一条深度40米的反井,就会发生一人以上的伤亡事故,人工施工一条40米需要2-4个月,每个煤矿都需要建设十几条反井,煤矿每年需要施工超过200条,加上其他地下工程全国需要施工的各种反井超过400条,从安全和效率看,反井是制约井工开采的重要环节!

  刘志强从入院读研究生开始,就致力于解决这一困扰矿建界的难题。他研究生毕业答辩的第二天就去了现场,开始了艰辛的日日夜夜,将自己青春年华贡献给了建井事业。曾面对现场突发情况的懵懂和忐忑;曾在艰苦矿地干近半年吃不上一块肉;曾彻夜加班,不成功誓不休。他说,为热爱的煤矿建井技术研究事业付出,有苦有乐,但没有后悔。那些技术难点攻克前的煎熬,许多项目创新成功的喜悦,奔波路上直面生死的深刻体验,这些经历都充实了他丰满的人生。

  在建井院六十余载的发展历程中,刘志强是其中的一个缩影,影射出许许多多献身建井事业人的顽强精神。在这里挥洒青春、汗水、泪水的人永远不会缺、不会断。未来,这种传承仍将继续,建井院的创新历程永远是进行时。创新,在这里是一种方向,一种指引。有了创新,建井人便不会停下探索的脚步,煤矿深处也不再是威胁生命之地。

  为改变反井施工的落后面貌,刘志强主持完成国家“7.5”科技攻关的“LM-120型反井钻机与工艺研究”和“XP型镶齿盘形滚刀”的工艺研究部分,又先后主持完成包括煤炭科研重点项目“LM-200型反井钻机”、“300米深井反井钻井施工技术”、“大倾角深斜井反井钻井工艺及专用设备研究”、“LM-90型反井钻机”、“上排下疏立井凿井新工艺”,以及电力部科研项目“反井钻应用技术”等行业重点课题,研制小型反井钻机和反井钻机钻井工艺,解决井下反井施工难题,快速、安全钻成直径1.0-1.4米溜渣孔技术难题。

  进入21世纪,为了煤矿大直径井筒建设和水电极坚硬岩石建设电站的需要,作为第一负责人,刘志强组织进行了科技部科研院所专项资金项目“深井反井钻井技术及装备”、“反井钻进竖井导孔轨迹测控装备与技术”、以及自主研发科研项目“ZFY3.5/400电控型反井钻机技术”、“反井正钻综合凿井新技术及装备研究”等。

  为适应煤矿高产采区建设和整合矿井改造,刘志强还组织进行科技部科研院所专项资金滚动开发项目“大直径煤矿风井反井钻井工艺技术研究”,包括三个子课题“大直径反井钻机关键技术及装备研究”、“新型大直径扩孔钻头结构及配套钻具开发研究”、“大直径煤矿风井反井钻井工艺技术研究及应用”,项目完成研制了钻井深度600米、直径5米电液控制型反井钻机研制,形成了国内最先进大型反井钻机和钻井工艺,实现了从反井钻机钻孔到钻进井筒的转变,形成了一种新的井筒钻进工艺-反井钻井工艺,在坚硬岩石条件下,机械破岩钻成井筒,钻进全部地面作业,安全、环保、高效、无职业伤害,反井钻井技术进步及创新促进了建井技术的发展。

  促进地下工程建设技术发展

  由于反井钻机在技术上与安全上的优越性,这项技术不仅用于矿井建设中,还运用在许多跨行业领域的重大工程建设中。十三陵抽水蓄能电站便是第一从煤炭跨出的第一项工程,也是这样一个让刘志强至今难忘的项目。

  当时十三陵抽水蓄能电站正在筹建,在一次会议中,刘志强和团队得到了这一消息,便前去与电站筹备处进行商谈,希望能够采用反井钻井技术为十三陵电站的建设提供帮助 。

  “其实当时我们心里也没底,煤矿系统的岩石都是软岩,十三陵抽水蓄能电站位于十三陵水库周边的山体内,是由火成岩类的坚硬岩石。从滚刀破岩消耗和技术来讲,软硬是两种技术,是一种新的尝试。”他表示。当时,电站建设的许多专家并不看好这一技术在其中的应用,然而筹备处处长及当时的三峡监理却选择相信他们,并到煤矿进行了实地考察,从此,为水电建设开创出一条新的技术途径。

  为了使反井钻井技术走出煤炭,走向新的地下工程领域,他们付出艰苦的劳动,和巨大的精神压力。以前,水电地下工程系统的通风很不好,由于采用的是柴油吊车将设备吊到洞中,所以施工人员往往在里面待上一天便会头痛,晚上常常连饭都吃不下。刘志强他们每天早上8点蹭监理单位的车抵达现场,晚上12点又蹭车回来。"四五个人就天天这么干。每个人带点咸鸭蛋火腿肠,在洞里一干就是一天,攻克了一项又一项技术难题。半个月之后,当一个直径 1.4 米、深度160 米的高精度电梯井导井钻呈现在甲方面前时,得到的是惊奇、感叹和赞扬。被水电誉为“造福工人、功德无量”的技术。此后,又进行反井钻机施工大倾角倾斜压力管道技术研究,在国内第一尝试钻成倾角50度,长度203米的斜井,打破国外爬罐技术垄断,根除了爬罐施工的安全隐患。

  “在云南的那段日子令人难忘。” 他回忆说,为了使反井钻机技术能够在水电系统推广,他们又开始了云南大朝山电站的远征,第一次将反井钻机推广在普通水力发电工程。在澜沧江大峡谷内的工程,充满了不确定性,设备供应困难,人员紧张,需要解决的技术问题多,有时为了一个配件,从昆明到电站需要开几天的车,走的都是泥泞的山路。“下面热得要命,上面却在下雪,车旁就是深不见底的山涧,掉下去都找不到人。”那时候,一会瓢泼大雨、一会冰雹、一会大雾弥漫,山路泥石流频发,有时在山路上被堵几天,渴了饿了就和当地的老乡商量着吃口饭。“那时候我常想,干不好我就不回来了。”好在上天没有辜负他的努力,通过多项技术创新后,工程顺利而圆满地结束了,他也靠着敬业与专业为钻井事业在电站建设领域赢得了口碑。此后,在我国重点水电建设工程中如三峡、小湾、龙滩、溪洛渡、白鹤滩、乌东德等几十座电站,都有他们的反井钻机身影,在我国新型的抽水蓄能电站领域,如山东泰山、江苏宜兴、安徽琅琊山、河北张河湾,山西溪龙池等都利用了他们的技术。此后,跟随我国水电建设走出去的脚步,反井钻井技术也在马来西亚、哈萨克斯坦、厄瓜多尔、赞比亚、老挝、巴基斯坦等一显身手,成为我国电站建设行业走出去的施工利器。

  三十余年来,他带领团队,团结一心,克服困难,努力拼搏,从天寒地冻的塞外北国到酷热难耐的西南边陲,每项研究和每一工程都是挑战,他们的足迹遍布煤矿井下、偏远高海拔(3000m)水电、铁路隧道建设的各个角落,在包括泥石流频繁发生的地区和艰苦的工作环境,为反井钻井技术推广付出艰苦的劳动,取得了显著的经济效益,创造良好的社会效益。

  机械破岩钻井加速我国建井技术变革

  在“十一五”期间,承担国家科技支撑项目,针对我国钻井技术发展的瓶颈,刘志强提出“一扩成井”和“一钻成井”钻井新工艺,大大提高钻井法凿井成井速度,推进了钻井技术发展和推广,该项目获得国家科技进步二等奖。在“十二五”期间,组织研制出我国首台竖井掘进机,提出了井筒全面综合机械化钻井的不同工艺,包括反井钻机、竖井掘进机、竖井钻机等适合不同条件的钻井方法,逐渐取代人工爆破作业,根本改善井筒施工安全状况。为了创建机械破岩钻井基础研究条件,刘志强同志还组织建设了“煤矿深井建设国家工程实验室”,服务于特殊凿井技术领域。

  2015年12月,刘志强主持研发的我国首台矿山竖井掘进机在宁夏银川完成加工调试,标志着我国矿山井巷掘进向机械化、智能化和无人化方向迈出了重要的一步,是我国建井技术的重要革命,对提高地下工程建设水平具有重要推动作用。

  为解决我国矿山竖井井筒传统钻爆法施工速度慢、劳动强度大等问题,天地科技建井研究院联合天地科技控股子公司宁夏天地奔牛实业集团有限公司,依托国家“863”计划课题“矿山竖井掘进机研制”开展联合攻关并取得重要进展。以刘志强研究员为课题负责人的研究团队,制定并按照“整体框架架构、多点支撑推进、4台变频电机驱动、电液伺服控制、钻进方向智能控制”的总体方案,成功研制钻井直径5.8~6.0m、钻井深度800~1000m、推力6000kN、扭矩1000kN·m、总重量约140t的国内首台套有导孔条件下的竖井掘进机样机,并于2015年8月通过国家科技部现场检查。2016年4月13日通过科技部的技术验收。

  刘志强表示,竖井掘进机课题的总体任务是研制一套竖井掘进机样机,实现用钻头机械化破岩代替传统的钻眼、爆破凿井方法,使建井向智能化方向发展,使凿井工作人员从矿山最危险、最艰苦、安全条件差、职业伤害严重的井筒施工中逐渐解脱出来,实现建井技术的革命。据了解,竖井掘进机除可广泛用于矿山井筒建设外,在水电、人防、科学实验等其他地下工程领域也具有广阔应用前景。

  刘志强同志任曾职总工程师,始终本着诚恳、热情的态度对待自己的职工,他毫无保留地向大家传授自己的专业技术知识和常年积累的实际工作经验。历年来,他培养了十多名博士和硕士研究生。为了帮助年轻同志尽快取得进步,他总是在研究过程中进行实地指导,对他们提出的问题不厌其烦的解答,并且鼓励他们不断总结、提炼实际操作中的好做法、金点子,并指导团队为俄罗斯研究新型上向反井钻机,达到锻炼人才开辟新技术、新工艺和新装备目的。

  目前,已是学科领域带头人的刘志强,不仅在反井钻机项目上投入了精力,他还在思索着更多的计划。以矿山井巷建设中实现机械化代替普通法爆破法为主攻方向,在完成承担国家‘十二五'、‘863 '“ 矿山竖井掘进机”项目同时,参与“十三五”“深地资源勘查开采”规划的“深部矿建井与提升技术”重大科研项目,将坚硬岩石机械破岩、智能定向技术及装备作为研究方向,促进井筒建设技术的变革。让机械代替人工作业避免安全事故和职业伤害发生。”

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