礦山脊梁
——記中國(guó)煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家、天地科技開(kāi)采裝備技術(shù)研究所所長(zhǎng)王國(guó)法

文/ 朱曉莉 李錦 攝影/于小川

礦山脊梁
——記中國(guó)煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家、天地科技開(kāi)采裝備技術(shù)研究所所長(zhǎng)王國(guó)法

文/ 朱曉莉 李錦 攝影/于小川

王國(guó)法與聞雪友院士在大同塔山煤礦大采高綜放工作面實(shí)地考察

工程師是企業(yè)的脊梁，是推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步和科技創(chuàng)新的中堅(jiān)。

2016年1月6日，第二屆“杰出工程師獎(jiǎng)”頒獎(jiǎng)典禮在人民大會(huì)堂隆重舉行。

“杰出工程師獎(jiǎng)”由中華國(guó)際科學(xué)交流基金會(huì)發(fā)起，科技部和國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)工作辦公室批準(zhǔn)，旨在獎(jiǎng)勵(lì)和表彰在全國(guó)生產(chǎn)建設(shè)一線(xiàn)作出突出貢獻(xiàn)的工程技術(shù)人員，以激勵(lì)廣大科技工作者為促進(jìn)科學(xué)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，加快產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，提高社會(huì)生產(chǎn)力和綜合國(guó)力作貢獻(xiàn)。該獎(jiǎng)每?jī)赡暝u(píng)選一次，是目前涵蓋領(lǐng)域最廣、最具權(quán)威性的工程技術(shù)人員獎(jiǎng)項(xiàng)。

“獲得杰出工程師獎(jiǎng)我感到非常榮幸，這不僅是對(duì)我所取得的成績(jī)的肯定，更是對(duì)我今后科研工作的鼓舞和鞭策。弘揚(yáng)中國(guó)工程師‘責(zé)任、創(chuàng)新、協(xié)同’精神，在目前煤炭行業(yè)面臨前所未有挑戰(zhàn)的情況下意義重大，也給煤炭科技工作者提出了更多、更高的要求?！鄙碇钌餮b、白色襯衫的王國(guó)法是這樣描述自己獲獎(jiǎng)之后的感受的，誠(chéng)篤、謙和、低調(diào)、實(shí)在。2017年1月12日，中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)主辦的《當(dāng)代礦工》雜志記者專(zhuān)程到煤炭科學(xué)研究總院采訪(fǎng)了他。

王國(guó)法，生于1960年，1985年?yáng)|北大學(xué)研究生畢業(yè)，1991年首批破格晉升為高級(jí)工程師，國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目課題組長(zhǎng)，1995年破格晉升為煤炭部首批研究員，現(xiàn)任中國(guó)煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家、天地科技開(kāi)采裝備技術(shù)研究所所長(zhǎng)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）兼職教授，兼任中國(guó)煤炭工業(yè)技術(shù)委員會(huì)委員、煤礦支護(hù)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)副主任委員、中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)支護(hù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)專(zhuān)家組成員。他是煤炭綜采專(zhuān)家，30多年致力于綜合機(jī)械化采煤（綜采）總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵裝備的研究與工程應(yīng)用，創(chuàng)新提出了集約化綠色高效綜采設(shè)計(jì)方法、液壓支架與圍巖耦合控制原理及設(shè)計(jì)方法，主持研發(fā)了各種系列的綜采成套技術(shù)及相應(yīng)的液壓支架，形成了我國(guó)綠色高效綜采成套技術(shù)裝備體系；主持研發(fā)了世界最大采高的8.2米液壓支架及超大采高綜采技術(shù)和20米特厚煤層高效放頂煤液壓支架及配套技術(shù)，解決了6~20米特厚煤層綜采和綜放的關(guān)鍵技術(shù)難題；主持研發(fā)了世界最小采高（0.6~1.3米）的薄煤層智能化綜采技術(shù)與裝備，突破了無(wú)人開(kāi)采技術(shù)。他主持了煤礦支護(hù)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)，形成了較完整的液壓支架技術(shù)理論體系，獲得了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，發(fā)表的百篇論文和出版的六部專(zhuān)著，被廣泛引用并用作高校教材，為我國(guó)煤炭工業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色高效綜采奠定了基礎(chǔ)，引領(lǐng)了綠色高效綜采技術(shù)發(fā)展，為我國(guó)煤炭科學(xué)技術(shù)事業(yè)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)，1993年被國(guó)務(wù)院授予政府特殊津貼，1996年被煤炭工業(yè)部評(píng)為首批煤炭系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)拔尖人才，1998年被評(píng)為國(guó)家級(jí)有突出貢獻(xiàn)的中青年專(zhuān)家，2006年入選中央聯(lián)系的高級(jí)專(zhuān)家，2015年被黨中央和國(guó)務(wù)院授予“全國(guó)勞動(dòng)模范”稱(chēng)號(hào)。

他先后獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)6項(xiàng)，省部級(jí)特等獎(jiǎng)2項(xiàng)、一等獎(jiǎng)8項(xiàng)、二等獎(jiǎng)9項(xiàng)，2013年以來(lái)獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，獲發(fā)明專(zhuān)利15項(xiàng)（第一發(fā)明人）。

創(chuàng)新進(jìn)取屢次首創(chuàng) 顛覆傳統(tǒng)采煤模式

“我是恢復(fù)高考后的第一屆大學(xué)生，本來(lái)是非煤院校非煤專(zhuān)業(yè)畢業(yè)的，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)讓我走進(jìn)了煤炭行業(yè)，這一干就是30多年。”王國(guó)法這樣告訴記者。

煤礦井下采場(chǎng)頂板及圍巖是多層非連續(xù)介質(zhì)不穩(wěn)定力學(xué)結(jié)構(gòu)，斷層、構(gòu)造和強(qiáng)烈礦壓沖擊等多種地質(zhì)災(zāi)害對(duì)開(kāi)采是極大的威脅。工作面支護(hù)是開(kāi)采的首要條件，液壓支架要支得住、走得動(dòng)，這是綜采系統(tǒng)的核心，其投資約占煤礦采掘裝備的60%。

上世紀(jì)80年代初，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外綜采裝備試驗(yàn)綜采，由于缺乏技術(shù)理論基礎(chǔ)，引進(jìn)裝備因不適應(yīng)復(fù)雜圍巖條件而出現(xiàn)沖擊、倒架、壓垮等多種事故，導(dǎo)致綜采失敗。上世紀(jì)80年代中期，我國(guó)以測(cè)繪仿制為主，開(kāi)始了綜采裝備的國(guó)產(chǎn)化研發(fā)。針對(duì)地下采場(chǎng)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜多變、圍巖失穩(wěn)制約煤炭開(kāi)采難題和引進(jìn)百套綜采裝備不適應(yīng)我國(guó)開(kāi)采條件而導(dǎo)致壓垮等事故教訓(xùn)，王國(guó)法研制了采場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，并進(jìn)行了大量觀(guān)測(cè)和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)影響液壓支架對(duì)圍巖控制的6個(gè)可控參數(shù)——初撐力、工作阻力、合力作用點(diǎn)、水平力、梁端距和推移速度，并提出了確定工作阻力等6個(gè)可控參數(shù)的新方法，代替了國(guó)內(nèi)外一直沿用的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法，并經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證了其科學(xué)有效性。在此基礎(chǔ)上，他首次提出大采場(chǎng)液壓支架與圍巖強(qiáng)度耦合、剛度耦合和穩(wěn)定性耦合原理，開(kāi)創(chuàng)性完成了《液壓支架系列優(yōu)化設(shè)計(jì)與提高可靠性研究》課題，在全國(guó)推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了普通中厚煤層液壓支架及綜采成套技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化，于1998年獲國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

針對(duì)我國(guó)煤礦開(kāi)采系統(tǒng)復(fù)雜、低效的問(wèn)題，他率先提出了長(zhǎng)工作面集約化綠色高效綜采理念和集約協(xié)調(diào)配套設(shè)計(jì)方法，先后主持了上千個(gè)綜采工作面總體設(shè)計(jì)，改變傳統(tǒng)開(kāi)采設(shè)計(jì)，提高了資源回收率并改善了地表沉陷對(duì)生態(tài)的損害；同時(shí)，針對(duì)國(guó)外壟斷高端綜采裝備的局面，他承擔(dān)國(guó)家重大裝備研發(fā)項(xiàng)目，發(fā)明液壓支架三維動(dòng)態(tài)可靠性設(shè)計(jì)方法，代替了國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的二維靜態(tài)設(shè)計(jì)方法，開(kāi)發(fā)了設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù)，主持設(shè)計(jì)研發(fā)了高端大采高液壓支架及總體配套技術(shù)，支架壽命由15000次工作循環(huán)提高到60000次，于2009年獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

在此基礎(chǔ)上，王國(guó)法再接再厲，主持完成的《高端液壓支架及其先進(jìn)制造關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化》項(xiàng)目，攻克了高端液壓支架可靠性關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高端液壓支架的國(guó)產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)高端裝備完全國(guó)產(chǎn)化，并出口到世界主要采煤國(guó)家，結(jié)束了我國(guó)高端液壓支架長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的局面，取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

攻克厚及特厚煤層開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)裝備 實(shí)現(xiàn)綜采新突破

厚煤層占我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量的50%，過(guò)去采用分層開(kāi)采方式，效率低，效益差，一次采全高綜采技術(shù)是8米以下厚煤層最合理開(kāi)采方法。由于采高增加，導(dǎo)致頂板活動(dòng)空間增大，基本頂來(lái)壓對(duì)液壓支架產(chǎn)生強(qiáng)礦壓沖擊，工作面片幫、冒頂難以控制，成為制約生產(chǎn)的重大難題。國(guó)內(nèi)外曾普遍認(rèn)為，最大采高不能超過(guò)5.5米，導(dǎo)致西部礦區(qū)6~8米厚煤層因無(wú)法實(shí)現(xiàn)全煤厚開(kāi)采造成資源損失達(dá)10億噸以上。為突破一次采全高極限，2006年，王國(guó)法首次提出7米一次采全高技術(shù)，發(fā)明了厚煤層一次采全厚端頭大梯度過(guò)渡無(wú)三角煤損失的高效綜采方法和新架型，設(shè)計(jì)研發(fā)了7米大采高液壓支架及成套綜采技術(shù)，2013年獲得煤炭工業(yè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。2014~2016年，他深入研究了超大采高產(chǎn)生的超大空間、超強(qiáng)礦壓、超高煤壁、強(qiáng)擾動(dòng)巖層運(yùn)動(dòng)與支架的耦合作用規(guī)律，以及超大采高液壓支架大尺度、高動(dòng)壓敏感結(jié)構(gòu)特有的服役行為與失效機(jī)理，攻克了圍巖穩(wěn)定性控制和可靠性難題，創(chuàng)新微隙準(zhǔn)剛性四連桿機(jī)構(gòu)、三級(jí)協(xié)動(dòng)護(hù)幫機(jī)構(gòu)、端頭大梯度過(guò)渡、智能耦合群組協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù)，解決了超大采高工作面煤壁片幫、冒頂和支架失穩(wěn)等重大安全生產(chǎn)難題，創(chuàng)新超大采高長(zhǎng)工作面系統(tǒng)協(xié)調(diào)配套、超大采高工作面端頭大梯度過(guò)渡配套模式及快速推進(jìn)高回收率開(kāi)采技術(shù)，與兗礦集團(tuán)合作研發(fā)了世界首套8.2米超大采高液壓支架及成套技術(shù)與裝備，在金雞灘煤礦成功使用，月產(chǎn)達(dá)到150萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)了特厚煤層一次采全厚超大采高技術(shù)的新突破，大大超過(guò)國(guó)外最大采高5米的水平，解決了西部大型煤炭基地8米厚煤層高效、高回采率開(kāi)采的技術(shù)難題。

王國(guó)法在中國(guó)工程院工程科技論壇作學(xué)術(shù)報(bào)告

王國(guó)法從1986年開(kāi)始參與綜放開(kāi)采試驗(yàn)，經(jīng)歷了高位、中位和低位放頂煤三個(gè)階段，證明放頂煤液壓支架是綜放技術(shù)的核心。通過(guò)大量觀(guān)測(cè)分析，他發(fā)現(xiàn)了綜放支架與頂煤相互作用的動(dòng)態(tài)不均衡耦合特征，首創(chuàng)新型高效低位放頂煤液壓支架及提高回采率技術(shù)，獲2001年煤炭工業(yè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，使我國(guó)的綜放技術(shù)發(fā)展成為世界領(lǐng)先的安全高效采煤技術(shù)。針對(duì)9~20米特厚煤層，他又首次提出了大采高綜放技術(shù)方案，發(fā)明了強(qiáng)擾動(dòng)放煤機(jī)構(gòu)、大通道過(guò)渡支架等，研制了大采高綜放技術(shù)中處于核心地位的放頂煤支架及系統(tǒng)集成配套裝備，解決了一次開(kāi)采煤層厚度大、煤壁高度大、頂煤厚度大引發(fā)的超大空間采場(chǎng)頂板控制、超厚頂煤放出規(guī)律及提高頂煤回收率等重大技術(shù)難題，放煤效率提高40%，在塔山煤礦創(chuàng)下月產(chǎn)130萬(wàn)噸的世界綜放紀(jì)錄，獲2014年國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

為解決自動(dòng)化放煤難題，王國(guó)法承擔(dān)“863”重大專(zhuān)項(xiàng)，發(fā)明了三級(jí)強(qiáng)擾動(dòng)放煤機(jī)構(gòu)及智能放煤控制方法，成功研制兩柱式超強(qiáng)力自動(dòng)化綜放支架，輸出到澳大利亞，成功地在奧斯達(dá)煤礦實(shí)施澳洲首次綜放開(kāi)采，并獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

煤礦智能化開(kāi)采 引領(lǐng)世界開(kāi)采技術(shù)

我國(guó)薄煤層分布廣泛，由于賦存不穩(wěn)定、開(kāi)采空間狹小，設(shè)備能力與尺寸矛盾突出，國(guó)外綜采裝備僅適用于1.5米以上煤層，無(wú)法完成1.3米以下煤層的高效開(kāi)采。為攻克這一難題，王國(guó)法應(yīng)用上述液壓支架與圍巖智能耦合技術(shù)，發(fā)明了無(wú)人自動(dòng)化開(kāi)采模式及支護(hù)系統(tǒng)自組織協(xié)同控制方法，解決了自動(dòng)跟機(jī)移架及斜切進(jìn)刀割三角煤難題；發(fā)明了超大伸縮比薄煤層液壓支架，突破了最小高度極限，解決了設(shè)備小尺寸、大功率和無(wú)人自動(dòng)控制技術(shù)難題；主持開(kāi)發(fā)了世界首套0.6~1.3米薄煤層綜采自動(dòng)化裝備，在峰峰集團(tuán)等企業(yè)成功應(yīng)用，使薄煤層開(kāi)采效率提高3倍以上，獲得2013年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

從2011年起，王國(guó)法與陜煤化集團(tuán)黃陵礦業(yè)公司合作進(jìn)行智能化綜采研究，主持了黃陵一礦智能化綜采工作面總體設(shè)計(jì)研究，針對(duì)1.4~2.5米較薄煤層研制了智能化綜采成套裝備及控制系統(tǒng)，建立單機(jī)自動(dòng)控制及基于感知系統(tǒng)反饋的動(dòng)態(tài)決策機(jī)制，創(chuàng)新液壓支架、采煤機(jī)、運(yùn)輸設(shè)備間多信息融合智能化協(xié)調(diào)控制技術(shù)和工作面視頻圖像拼接全景實(shí)時(shí)呈現(xiàn)地面控制采煤技術(shù)，建立了智能化綜采生產(chǎn)精準(zhǔn)管理體系，首次實(shí)現(xiàn)常態(tài)化遠(yuǎn)程監(jiān)控和工作面內(nèi)無(wú)人操作的全自動(dòng)化安全高效生產(chǎn)，獲得2016年中國(guó)工業(yè)大獎(jiǎng)。國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局還為此授牌成立了“煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)創(chuàng)新中心”，開(kāi)啟了智能化無(wú)人開(kāi)采的新探索。

35~55度大傾角煤層是許多礦區(qū)的主采煤層，由于工作面設(shè)備極易傾倒下滑，頂?shù)装咫y以控制，成為世界性的開(kāi)采難題。王國(guó)法通過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)研究，提出了液壓支架三維耦合支護(hù)、“自撐-鄰拉-底推-頂擠”防倒防滑技術(shù)，使液壓支架互為依托，形成與圍巖動(dòng)態(tài)耦合的穩(wěn)定系統(tǒng)，解決了大傾角煤層安全高效開(kāi)采設(shè)備、工藝難題，研制的成套大傾角綜采裝備在福城煤礦55度大傾角煤層、5米大采高條件下月產(chǎn)30萬(wàn)噸，創(chuàng)造了大傾角綜采世界紀(jì)錄，獲得了2012年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

王國(guó)法與大同煤礦集團(tuán)合作，進(jìn)行了億噸礦區(qū)特大型礦井群資源協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)總體設(shè)計(jì)研究，首次提出特大型礦井群資源協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)理念與評(píng)價(jià)模型，并基于大同礦區(qū)11個(gè)千萬(wàn)噸礦井的開(kāi)采條件，提出了礦井群裝備系列型譜，制定了礦井群開(kāi)采裝備系列化、通用化、適應(yīng)化、自動(dòng)化和智能化的研發(fā)方案，使回采率提高6%，設(shè)備流轉(zhuǎn)使用效率提高20%以上，獲得了2015年度山西省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

王國(guó)法先后主持完成了全國(guó)上千個(gè)煤礦的綜采工作面總體設(shè)計(jì)和液壓支架設(shè)計(jì)，并通過(guò)技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)咨詢(xún)、技術(shù)服務(wù)在全國(guó)75%以上的煤礦推廣應(yīng)用創(chuàng)新成果，推動(dòng)我國(guó)綜采技術(shù)、裝備邁上高端水平，由原來(lái)“引進(jìn)消化吸收，跟隨國(guó)外發(fā)展”跨越到“創(chuàng)新引領(lǐng)世界綜采技術(shù)發(fā)展”，使我國(guó)的綜采裝備、技術(shù)出口到美國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、印度、俄羅斯和烏克蘭等世界主要產(chǎn)煤國(guó)，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

開(kāi)拓創(chuàng)新，是科技工作者努力的方向。王國(guó)法正在用一項(xiàng)項(xiàng)科技成果筑造中國(guó)煤炭裝備事業(yè)的長(zhǎng)城，用熾熱的激情創(chuàng)造中國(guó)煤炭工業(yè)的輝煌。

王國(guó)法接受本刊記者采訪(fǎng)