第三次矿业技术革命为矿工安全撑腰，让科技下井才是开采未来

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煤炭开采的未来在哪里？

在我国能源转型的大趋势下，越来越多的相关从业者开始思考这个问题。

作为地球上储量最为丰富、分布地域最广的化石燃料，煤炭资源对人类社会发展的推动作用，自不必多说。对于我国来说，煤炭，也一直是稳定能源结构的支柱之一。在前不久发布的《中国矿产资源报告（2021）》中，我国最新勘探到的煤炭资源储量就有119.64亿吨。

但在煤炭资源所带来的巨大利益背后，矿山开采率低、矿难事故频发等问题，一直存在。

有数据显示，我国煤炭开采事故最严重时，曾在一年内造成7000人伤亡。哪怕是2019年，这类事故所造成的伤亡人数，仍高达2800人。

如何为深入地底的矿工打造一条安全的巷道，正是我国矿山工程岩体力学专家，何满潮院士一直在做的事。

何满潮院士

恩师的难题

1991年，何满潮顺利完成了博士后的研究工作，被任命为当时岩土工程研究所的所长。

保障煤炭开采安全，该从哪里下手？

何满潮想到了自己的恩师，陈至达教授的话：煤炭开采到一定深度以后，要解决的是一个大变形力学问题。这里面包含两个内容，物理材料的大变形问题和非线性力学的数学问题。只有解决好了这两个内容，才能真正解决大变形力学所导致的灾害问题。

但在环境复杂的地下，既要保证矿内巷道安全，又要保证工程进度，并不容易。

此前的很长一段时间，我国的煤矿一直采用的是比较传统的“121工法”。地底长长的巷道被分割为两个部分，一个用来掘进，一个用来采煤。为了维持巷道的稳定，这两部分之间往往还要预留出一部分“煤柱”，用来支撑整个巷道的平衡。

可这种工法的效果却不如人意。

用煤柱维稳，前后要浪费煤柱资源不说，采空区形成的塌陷还不利于生态环境的修复。最主要的是，这种方法往往需要同时挖掘两条并行巷道。而约有90%的事故，都集中在了巷道掘进过程。

旧时煤矿工人工作图

于是，何满潮有了一个大胆的想法：不要煤柱，只挖一条巷道，能不能行？

这个想法并不是空想。

何满潮在实地考察了大量煤矿巷道后发现，只要计算好矿山的压力和岩石碎胀系数，利用好巷道内原有的支护和空间，他的设想完全可以实现。而这个设想，就是后来被誉为我国“第三次矿业技术革命”的“110工法”——即一条巷道、一个工作面、零煤柱的采煤方法。

用这种工法，工人们下矿井后只需要掘进1条顺槽巷道，另一条巷道则会通过切顶卸压自动成巷，有效降低了巷道的周期性压力，还能大大降低巷道开掘成本。

后来，何满潮又在这种工法的基础上进行了改良，省略了“110工法”仍然需要依赖的掘进巷道。升级后的工法，被他命名为“N00”，一个巷道都不用掘了。

三种工法对比图

解决致命热害

少开掘一条巷道，虽然在一定程度上可以降低矿内事故发生概率，但威胁井下矿工生命安全的，绝不仅仅有巷道开掘这一项。矿井热害，同样可以在极短的时间里，伤害一位矿工。

所谓矿井热害，指的是矿井内环境气温超过人体正常热平衡所能忍受的温度，导致工人出现中暑、休克甚至死亡的现象。

2007年，何满潮曾到一个热害非常严重的煤矿井下考察，亲眼看到矿工因为环境内温度过高，直挺挺地晕倒在井下。像这样的情况，短短几个月内，那个矿井就能发生163例。其中有三、四例被救出来不久也去世了。

这样的画面深深刺进了何满潮的心里。在科技如此发达的今天，他很难想象，矿井工人的每一次下井，仍要面临生命威胁。

影响井下气温变化的因素有很多，其中比较主要的，是矿井的进风温度、井下风流的压缩和膨胀、机电设备散热以及围岩和井下空气的热交换。

以前，人们缓解井下温度过高的问题，用的都是传统的方法——要么把大量的冰块运到井下，利用冰块的温度去中和井下的热度，要么就是从地面往井下输送冷气，来降低井下温度。这两种方法的效果，显然不太奏效。

何满潮仔细研究了井下的整个系统，他发现，我们完全可以利用不断排出的矿井水做一套水循环系统，只需要在矿井外接上一个降温装置，保证回输到矿井内的水温在18℃以下，就能在流经工作面的时候达到水冷换热的效果。而这套系统应用后，也的确达到了何满潮的设计预期。

目前，何满潮提出的“110工法”已经被写入《国务院关于煤炭行业化解过产能实现脱困发展的意见》，“N00工法”及其关键装备也已经被写入《中国制造2025——能源装备实施方案》。

煤炭开采的未来在哪里？

这就是。

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