康红普院士：立志解决煤矿支护难题

人物简介：康红普，1965年生，中国工程院院士，中国煤炭科工集团有限公司(以下简称中国煤科)科技委主任、首席科学家，煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室主任，中国煤科开采研究院党委书记、执行董事，国家技术发明奖二等奖“煤矿巷道抗冲击预应力支护关键技术”负责人。

近日，开发历时15年，由天地科技股份有限公司作为第一完成单位，康红普、吴拥政、林健、高富强、姜鹏飞等作为主要完成人的项目“煤矿巷道抗冲击预应力支护关键技术”获国家技术发明奖二等奖。

据了解，该项目在中国煤科人、财、物、试验场地等的大力支持下，共有40多位成员参与了项目开发，项目得到国家科技支撑计划、国家国际科技合作专项、国家“863”计划及国家自然科学基金等资助。

“我们团队研究这项技术的初衷就是要解决冲击地压、深部高应力及强采动巷道等复杂困难巷道支护难题，保证矿工的生命安全，降低煤矿生产成本，提高煤矿经济效益。”康红普说。

从业以来，康红普30年一直专注从事煤矿巷道围岩控制理论与技术研究工作，在领域内研发出一批具有领先性、影响力的重要研究成果。

15载攻关中国复杂地质条件煤矿巷道支护

中国现代化煤矿的建设与煤矿安全生产水平提升得来不易。

我国煤矿开采深度不断加深。目前，开采深度超过1000m的煤矿有50余座，冲击地压矿井320余座。“最深达到1501米，而美国开采深度多为二三百米，澳大利亚也多是四五百米”。康红普表示，开采深度越深，地应力越高，井下地质条件越复杂，矿井安全风险也随之提升。

与此同时，我国煤矿主要是井工开采，每年新掘进巷道总长度高达12000km以上，其中回采巷道占比达到80%，规模世界第一。随着开采深度与强度增大，出现了大量冲击地压、深部高应力及强采动巷道。

“复杂地质条件巷道支护难度大、容易发生冒顶事故。传统支护技术不适应这些困难巷道，导致金属支架损坏、锚杆与锚索破断、顶板垮落，对煤矿安全生产造成极大威胁。同时，巷道维护成本大幅增加，给煤矿带来严重的经济负担。”

据了解，煤矿巷道抗冲击预应力支护关键技术的成功研发，在冲击地压、千米深井、强动压等困难巷道中得到成功应用，提高了巷道支护效果与安全度，降低了支护成本，促进了煤矿安全高效生产，提升了我国煤矿巷道围岩控制理论与技术水平，引领了矿山岩层控制科技的进步。

项目成果已在河南、山东、山西、内蒙古、陕西等10个省区的18个煤矿区得到广泛应用。据康红普介绍，在河南义马矿区，该项技术的应用使得锚杆破断降低98%，巷道围岩变形减小65%，冲击地压影响明显减弱，巷道支护效果显著提高。

“我觉得这项技术推广前景是非常好的。”康红普表示。

事实上，在11月3日举行的2020年度国家科学技术奖励大会上，中国煤科负责和参与的科技成果共有4项获奖，其中，国家技术发明奖二等奖2项、国家科技进步奖二等奖2项，煤矿巷道抗冲击预应力支护关键技术是其中之一。

攻克多项技术难题

科学技术研究的进步从来不会一蹴而就。

在研发煤矿巷道抗冲击预应力支护关键技术的15年间，康红普团队也曾经反复尝试、多次尝到了失败的滋味。

康红普团队却越挫越勇，在历时8年研发锚杆动静载力学性能测试系统的过程中，十几版设计方案反复推翻、重建，不厌其烦，几十次讨论力求完善，终于形成了“卧式拉扭、斜式弯曲、立式剪切及摆锤冲击”复合结构。国际首创能测试锚杆支护系统复杂受力状态的综合试验平台，攻克了动静载复合应力作用下锚杆力学性能测试难题，揭示了锚杆冲击破坏机理，确定出合理的抗冲击预应力锚杆参数。

与此同时，通过不懈的努力与联合攻关，自主研发出高冲击韧性、超高强度、低成本锚杆制造新工艺与新钢材，创新提出中频加超音频感应加热普通钢筋热处理工艺。

“首先要到煤矿井下去了解锚杆支护状态，之后研究锚杆是怎么受力、怎么变形破坏的，然后才能确定合理的锚杆结构、材料及加工工艺。”该项目开发的锚杆材料与加工工艺攻克了锚杆在冲击载荷下易破断的难题。同时，发明了锚杆、锚索预应力施加设备，解决了高预应力施加难题。

在锚固与注浆技术相结合方面，“我们发明了新型钻锚注一体化锚杆、锚固与注浆材料及配套施工设备，攻克了全长预应力锚固难题，显著提高了锚固效果及抗冲击能力。”康红普表示。

“项目的开发历时15年，团队付出了艰辛的努力。”对于中国煤科的支持与研发团队的付出，康红普表示感谢。他感谢国家对科技创新与科技人员的重视：“国家给予了我们很高的荣誉，使我们倍受鼓舞，进一步增强了科技创新自信，激励我们出更多创新成果，为我国实现科技高水平自强自立作出更大贡献。”

康红普团队在煤矿巷道围岩控制理论与技术上的研究并未止步。

“智能化是煤矿实现安全高效的一个非常重要的途径。如果巷道支护工艺装备能够实现智能化、无人化，掘进效率将会大幅提高，这对于煤矿高效建设与安全生产是很大的贡献。我们现在正组织有关团队进行智能化快速掘进与支护的研究。”康红普表示，相关研究与试验正在进行中，争取在1-2年内获得突破。

“科学家要专注、甘于坐冷板凳”

绝大多数的科学家“一生只专注于做一件事”，康红普也是如此。

采访过程中，康红普几次强调，此次煤矿巷道抗冲击预应力支护关键技术获得认可，正是取决于团队长期连续不断地攻关研究，取决于研究人员长期深入煤矿一线，取决于他们对解决煤矿支护问题专注、执着的精神。

“一项研究成果好不好，必须在井下进行实验，而不只是在办公室、实验室”。康红普介绍，团队成员在项目研究期间，一年出差200余天，很多时间与一线工人一同下井。

“上来的时候，大家都带着安全帽，脸都是黑的，看不出来是项目研究人员还是煤矿工人。一定要理论结合实际，一定要在现场与工人打成一片，才能够保证项目的顺利完成并取得比较好的效果”。康红普说。

作为博士生导师，康红普对学生的教诲也是要深入一线，打牢基础。

他感叹，通常一个技术的研究成功都要经历至少7、8年的研究。“攻关是需要甘愿坐冷板凳的，要坚持一个方向十几年，不能老是跟风去研究热点，朝三暮四。”

青年是国家的未来，也是科技创新的中坚力量。

康红普寄语青年科技工作者：“一是要选定目标，专注、执着，坚持不懈地努力;二是要理论联系实际，深入现场掌握一线资料与数据;三是要把学习作为一辈子的事，要向书本学习、向实践学习、向他人学习;四是要向老一辈科学家看齐，热爱自己所从事的专业，甘于奉献，长期奋斗”。

近年来，康红普所在的中国煤科全面落实“1245”总体发展思路，大力实施创新驱动战略，持续加大科技投入，强化关键核心技术攻关，研发出一大批具有突破性、引领性的重大科技成果。

新中国成立以来，我国涌现出了一大批甘于奉献的科学家，他们躬耕专业领域，极大地推动了社会的进步，提高了人民的生活质量，推动了中国科技创新的崛起。随着我国把科技自立自强作为国家发展的战略支撑，他们已经成为年轻人奋斗的新精神力量。

新时代呼唤新作为，中国科技工作者们还将前仆后继，砥砺前行，推动我国科技事业取得更大进步，更多具有开创性、引领性的研究成果也定会不断涌现。