掘進(jìn)機(jī)在地下幾百米深處強(qiáng)力開鑿前行，所過之處，留下一條狹長、黢黑、通往煤層的礦井巷道，用以運礦、通風(fēng)、排水、行人。開掘后的巷道，需要及時采用巷道支護(hù)來保持巷道暢通和圍巖穩(wěn)定，保證煤礦建設(shè)與生產(chǎn)安全，保障井下人員生命安全。
為巷道做支護(hù)，正是中國煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家、礦山巖層控制煤炭行業(yè)研究中心主任、中煤科工開采研究院有限公司副總經(jīng)理吳擁政20年來始終專注、不斷探求、持續(xù)深耕煤礦巷道礦壓理論與支護(hù)技術(shù)的研究、開發(fā)推廣的領(lǐng)域。
吳擁政（右一）在煤礦巷道中與技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集
中國是世界排名第一的煤炭消費大國、世界最大的煤炭生產(chǎn)國。截至2020年底，全國煤礦數(shù)量近4700處，廣袤國土所造就的迥異的煤礦地質(zhì)條件，讓巷道圍巖控制面臨的問題錯綜復(fù)雜，幾乎沒有完全相同的案例。吳擁政不斷面臨新的挑戰(zhàn)，但他沒有想過退縮或放棄，“巷道安全關(guān)乎采煤工人生命安全，背后連結(jié)著家庭的幸福和國家煤炭生產(chǎn)安全。用科技為生命護(hù)航，是我義不容辭的責(zé)任?！?
“科研就要努力實現(xiàn)從0到1的突破”
2021年11月，2020年度國家技術(shù)發(fā)明獎揭曉。由中國煤科天地科技股份有限公司作為第一完成單位，中國工程院院士、中國煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家康紅普，以及吳擁政、林健、高富強(qiáng)、姜鵬飛等作為主要完成人的項目“煤礦巷道抗沖擊預(yù)應(yīng)力支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)”，獲國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。吳擁政代表團(tuán)隊到人民大會堂領(lǐng)獎。
在我國，煤礦主要是井工開采，每年新掘進(jìn)巷道總長度高達(dá)1.2萬千米以上，其中回采巷道占比達(dá)到80%，規(guī)模為世界第一。隨著開采深度與強(qiáng)度增大，出現(xiàn)了大量沖擊地壓、深部高應(yīng)力及強(qiáng)采動巷道。開采深度越深，地應(yīng)力越高，井下地質(zhì)條件相應(yīng)地也就越復(fù)雜，礦井安全風(fēng)險也隨之提升。與此對應(yīng)，傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)已不適應(yīng)這些復(fù)雜困難巷道，金屬支架損壞、錨桿與錨索破斷、頂板垮落現(xiàn)象時有發(fā)生。而頂板事故多年來一直是煤礦第一大事故，給煤礦安全造成極大威脅。同時，巷道維護(hù)成本大幅增加，加重了煤礦的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)……作為巷道圍巖控制研究者，這些都是吳擁政和同事需要解決的問題?！皩τ趶?fù)雜困難地質(zhì)條件礦井，我們需要創(chuàng)新支護(hù)方式、提高支護(hù)效率、優(yōu)化支護(hù)效果?！眳菗碚浀茫瑢?dǎo)師、中國工程院院士康紅普曾不止一次這樣講。
解決沖擊地壓、深部高應(yīng)力及強(qiáng)采動巷道等復(fù)雜困難巷道支護(hù)難題，保證礦工生命安全、降低煤礦生產(chǎn)成本、提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益，也成為團(tuán)隊下決心開展“煤礦巷道抗沖擊預(yù)應(yīng)力支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)”攻關(guān)的初衷。吳擁政從項目團(tuán)隊創(chuàng)建初期加入，不想一研究就是十余年。
這個項目中，錨桿力學(xué)性能是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。位于地下幾百米深的巷道，受到來自各方面的地層壓力沖擊。這些來自四面八方的力，強(qiáng)度、方向、能量各不相同。有些力，是爆發(fā)性的；有些力，則緩慢釋放。在運用傳統(tǒng)支護(hù)方式的礦井巷道中，吳擁政和同事們不知多少次看到支護(hù)結(jié)構(gòu)已被壓得變形扭曲，時刻威脅著井下人員生命安全。
錨桿支護(hù)，可以解決這些問題，但怎樣使錨桿與來自地層內(nèi)部的能量相互平衡、有效地分散能量、更好地支護(hù)巷道，是一項公認(rèn)難題。
吳擁政在煤礦巷道中
“2013年，我們開始對錨桿進(jìn)行精細(xì)化研究?？瓷先ブ皇且桓?xì)鋼筋的錨桿，項目組動用了十幾名博士、碩士圍繞展開研究。”吳擁政希望能在實驗室里模擬真實的力，對錨桿材質(zhì)、粗細(xì)、長度、結(jié)構(gòu)、承重等一系列問題進(jìn)行測試，探究井下錨桿實際受力工況。但那時，世界上尚未有一臺設(shè)備能進(jìn)行這樣的測試?；蛟S沒有人能說清楚地殼內(nèi)部會釋放出怎樣的能量。
吳擁政和同事們下決心試一試。沿著“巷道到底會受到怎樣的地壓沖擊”這個思路，他們著手設(shè)計、研發(fā)錨桿力學(xué)測試實驗臺?！巴耆珱]有經(jīng)驗可借鑒，我們把礦井錨桿支護(hù)測試時的數(shù)據(jù)全部調(diào)出來，從錨桿受力、圍巖受力、錨桿與圍巖關(guān)系等問題入手，倒推設(shè)計測試實驗臺，很長時間進(jìn)展緩慢?！眳菗碚寡阅鞘且欢谓箲]的時光，手頭還有其他科研、測試、推廣項目，但這個難解的問題始終盤桓心頭。每隔一小段時間，大家就坐下來研討一番，稍有成型的想法，就馬上請工人師傅畫圖紙、加工模型、進(jìn)行測試。
三年時間，吳擁政早已記不清多少次失敗。很想把一件事突破，卻遲遲無法取得進(jìn)展；實驗的過程反反復(fù)復(fù)，卻總是不穩(wěn)定，他因此備受煎熬，感到焦慮?！暗@就是科研的規(guī)律，也是魅力所在，科研就要努力實現(xiàn)從0到1的突破，而不是從1到99的模仿與完善?！?
最終，吳擁政和團(tuán)隊設(shè)計完成國際上唯一能夠同時測試錨桿復(fù)雜受力狀態(tài)及動靜載組合加載力學(xué)性能的實驗臺，能夠用實驗進(jìn)行模擬測試，揭示了錨桿在井下的受力狀態(tài)及破斷機(jī)理。
這項發(fā)明獲得了10余項發(fā)明專利。以此為突破，項目團(tuán)隊陸續(xù)發(fā)明了高沖擊韌性、超高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿材料及制造工藝，發(fā)明了新型鉆錨注一體化錨桿、錨固與注漿材料及配套施工設(shè)備，提出沖擊地壓巷道錨桿支護(hù)原則及材料選擇原則，建立了以預(yù)應(yīng)力全長錨固、高沖擊韌性錨桿與錨索形成的高抗支護(hù)體為主，輔以金屬支架與卸壓的巷道圍巖綜合控制技術(shù)體系，最終形成煤礦巷道抗沖擊預(yù)應(yīng)力支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)成果，解決了沖擊地壓、深部高應(yīng)力及強(qiáng)采動巷道支護(hù)難題。
如今，這些成果已在河南義馬、山東新汶、山西潞安等全國十多個礦區(qū)推廣應(yīng)用，為開采深部與復(fù)雜條件煤炭資源提供了技術(shù)保障，提升了我國煤礦巷道圍巖控制理論與技術(shù)水平，引領(lǐng)了巷道圍巖控制科技進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。
如今，動靜載組合加載力學(xué)性能測試臺已經(jīng)更新至第三代，從手動測試升級為數(shù)控操作。第一代至第三代的三臺設(shè)備同時安置在煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室里，面向國內(nèi)外研究者開放，繼續(xù)對來自世界各地、不同地質(zhì)條件、不同材質(zhì)的煤礦巷道所用錨桿進(jìn)行性能測試。
在人民大會堂參加2020年度國家技術(shù)發(fā)明獎頒獎典禮前，習(xí)近平總書記接見全體與會人員并合影留念。如今，這張大合影，被吳擁政精心裝裱在長長的相框里，特意擺放在辦公室高高的書柜頂上。如不介紹，外人并不容易看見。吳擁政自己卻一抬眼就能看到，“時時激勵自己更勤勉努力，多出成果”。
“希望為改變煤礦安全狀況做點什么”
河南焦作，是吳擁政的家鄉(xiāng)。在這座因煤而建、因煤而興的城市成長，他從小對煤礦并不陌生。但因為家里沒人在煤礦工作，吳擁政對礦井到底什么樣、礦工到底如何工作，又沒有具體認(rèn)知。
然而，1998年高考時，或許因為冥冥之中的吸引，吳擁政報考了中國礦業(yè)大學(xué)，進(jìn)入采礦工程專業(yè)。當(dāng)年，這所學(xué)校是煤炭行業(yè)唯一一所211大學(xué)，吳擁政是那年村里唯一考上大學(xué)的孩子。只不過親朋好友聽說他考了所礦業(yè)大學(xué)，原本的羨慕少了許多，而是轉(zhuǎn)化為不解和調(diào)侃：“咱們縣上就有煤礦，還用去大學(xué)學(xué)下井？”現(xiàn)在回憶起來，吳擁政覺得，“這代表很多人對煤炭行業(yè)的誤解，認(rèn)為采礦技術(shù)含量不高?！?
直到大學(xué)三年級開設(shè)專業(yè)課，真實的煤礦樣貌和科技賦予煤炭開采的力量，才在吳擁政面前徐徐展開。2001年，在徐州礦務(wù)局的旗山煤礦，吳擁政實習(xí)了一周，他第一次下礦，看到井下的世界。在井下，師傅們看到說話文氣十足的大學(xué)生，都關(guān)心地勸吳擁政“以后可不要搞煤礦，又苦又臟”?！翱唷焙汀芭K”，的確是煤礦給吳擁政的第一印象，“旗山煤礦當(dāng)時很老舊，我們下的巷道高度符合規(guī)定，通風(fēng)做得也到位，就是工作面高度特別矮，我只能爬著進(jìn)去，再爬著出來，加上地層的熱量，感覺很悶，工作環(huán)境非常惡劣?！?
2002年，吳擁政畢業(yè)時，正逢國內(nèi)煤炭行業(yè)經(jīng)歷三年低迷后，開始復(fù)蘇，亟需青年科技人才。而當(dāng)時，全國相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生每年不過千余人，就業(yè)形勢一片大好?！坝浀靡粋€大型煤炭集團(tuán)校招時，招聘人員說‘保證你上班三年能開上一輛桑塔納’，我們一下子都心動了。那時，哪敢想自己買車呢?！?
平靜下來，吳擁政思考未來的路?！按髮W(xué)期間，我懵懵懂懂中去過幾家煤礦實習(xí)，既有條件不好的老舊礦，也有現(xiàn)代化的大礦區(qū)，對煤礦結(jié)構(gòu)有了一定了解，也看到了礦工們對煤礦又愛又恨的狀態(tài)，希望為改變煤礦安全狀況做點什么。”他決定去科研院所，“桑塔納的夢”被忘在了腦后。
憑借優(yōu)異的專業(yè)成績，加上機(jī)緣巧合，吳擁政最終進(jìn)入中煤科工開采研究院（當(dāng)時為開采所）巷道室。按照規(guī)定，新員工9月1日入職?？导t普說：“你可以早點過來熟悉工作?！庇谑牵厴I(yè)離校才10天，吳擁政就扛著包裹北上，直奔開采所報到，成為巷道室第13名員工。
初到巷道所，吳擁政在項目辦任項目經(jīng)理，主要任務(wù)就是去煤礦現(xiàn)場對巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行測試。入職不到一個月，他就跟著兩位同事出差了，去山西晉城長平煤礦。當(dāng)時，那里還是小趙莊煤礦長平礦基建礦井，是在建項目，周圍沒有配套設(shè)施，招待所也沒有，他和同事住在一家農(nóng)戶開的小飯館里?！拔也慌驴?，我是采礦專業(yè)出身，工作所需數(shù)據(jù)都要下井采集。井都不能下，怎么行！”吳擁政苦惱的是，每天收工后不但沒條件洗澡，連洗臉?biāo)嫉檬≈?。那時，基建礦井采用錨噴支護(hù)，掘進(jìn)工作面暴土揚長。他們防護(hù)意識不足，甚至沒戴口罩就下井，每天上來，鼻孔里都堵滿了混凝土塊兒。
第一次出差就歷時一個多月，吳擁政還記得，項目接近結(jié)束時，山區(qū)已經(jīng)飄雪，放在院子里的大水缸早已結(jié)了冰。每天早上，他們先把冰敲碎，才能盛水洗臉?biāo)⒀馈４撕笾两?0多年，這樣艱苦的工作環(huán)境、長期出差的狀態(tài)，始終伴隨著他和同事們?！拔易铋L一次出差75天，跨過了一個季節(jié)。”
對于艱辛付出，吳擁政并不多談。在開采所20年，他認(rèn)為吃苦和勤奮是必備技能。他更專注于科技對礦山安全的防護(hù)。2006年，吳擁政參與研發(fā)的地質(zhì)力學(xué)原位快速測試方法及裝備，被授權(quán)國家發(fā)明專利。目前，他主持開發(fā)的大扭矩玻璃鋼錨桿，和750兆帕級超高強(qiáng)度熱處理錨桿系列材料、1100兆帕級礦用預(yù)應(yīng)力鋼棒等，極大豐富了我國煤礦支護(hù)材料品種；開發(fā)的煤礦井下定向水力壓裂頂板控制技術(shù)與裝備，揭示煤礦留巷巷道定向水力壓裂卸壓機(jī)理，顯著提升了礦山壓力與巖層控制技術(shù)水平；提出煤礦巷道高預(yù)應(yīng)力一次支護(hù)理論，成為指導(dǎo)煤礦巷道支護(hù)工程的有效理論；開發(fā)出煤礦巷道高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)成套技術(shù)，解決了大量復(fù)雜困難巷道支護(hù)難題。這些研究成果，在大同、潞安、晉城等30余個礦區(qū)成功應(yīng)用。
一根錨桿，不及成年人手腕粗細(xì)，卻在地下幾百米深處，合力支撐起煤礦巷道，宛若打開人與地殼能量對話的通道，成為采掘者生命所系。這已足夠令吳擁政感受到職業(yè)成就感、自豪感。
吳擁政（右二）和同事研討技術(shù)問題
吳擁政現(xiàn)已入選國家重大人才工程項目、國家百千萬人才工程“有突出貢獻(xiàn)中青年專家”、科技部“中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”、享受國務(wù)院政府特殊津貼專家，主持和參與國家自然科學(xué)基金、國家“863”計劃、國家科技支撐計劃等科研項目40余項。但在他心中，始終有一根標(biāo)桿，那就是他的碩士生、博士生導(dǎo)師康紅普院士，“幾乎所有的周末、節(jié)假日，都在加班。他對待科研、工作、業(yè)務(wù)的專注，對行業(yè)的前瞻性、對科學(xué)精神的理解，我一直在學(xué)習(xí)，但始終無法企及?！?
只為讓客戶用上性能更強(qiáng)的錨桿
錨桿支護(hù)是指在邊坡、巖土深基坑等地表工程及隧道、采場等地下硐室施工中采用的一種加固支護(hù)方式。支護(hù)時，用金屬件、木件、聚合物件或其他材料制成錨桿桿柱，打入地表巖體或硐室周圍巖體預(yù)先鉆好的孔中，利用其頭部、桿體的特殊構(gòu)造和尾部托板，或依賴于黏結(jié)作用將圍巖與穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起而產(chǎn)生懸吊效果、組合梁效果、補強(qiáng)效果，以達(dá)到支護(hù)的目的。
在煤炭開采進(jìn)程上，錨桿支護(hù)已有超過百年歷史。1911年，美國阿伯施萊辛的弗里登斯煤礦首先應(yīng)用了巖石錨桿支護(hù)巷道頂板，因其成本低、支護(hù)效果好、操作簡便、使用靈活、占用施工凈空少等優(yōu)點，迅速推廣開來。上世紀(jì)50年代后期，我國錨桿支護(hù)技術(shù)開始應(yīng)用，并逐漸從礦山巷道擴(kuò)展到鐵道隧道、邊坡工程、水庫大壩、地下工程等領(lǐng)域。
在開采研究院，業(yè)務(wù)版塊分為三部分，吳擁政所在的運維版塊，既負(fù)責(zé)技術(shù)攻關(guān)，也負(fù)責(zé)把成熟的技術(shù)推向市場，是實驗室和市場的橋梁，很考驗人。
工作最初三年，吳擁政主要跟著有經(jīng)驗的同事跑市場、盯項目，由此了解了整個行業(yè)的狀態(tài)。2002年至2005年，恰逢國內(nèi)煤礦行業(yè)錨桿支護(hù)技術(shù)處于快速推廣期，中國煤炭工業(yè)協(xié)會連續(xù)在安徽六安和山西晉城召開了兩場煤炭行業(yè)錨桿支護(hù)技術(shù)現(xiàn)場推進(jìn)會，“原煤炭部副部長都到了現(xiàn)場”。年輕的吳擁政不停地在各地煤礦間奔忙，將錨桿支護(hù)技術(shù)帶到井下。
那也是吳擁政面對挑戰(zhàn)最多的三年。
不過拇指粗的鋼筋，就能頂住地下深處的巷道？這是很多人初見錨桿的第一反應(yīng)。此前，傳統(tǒng)巷道支護(hù)一般用氣旋式石頭壘起來，或者用U型鋼制成支架，但還是事故頻發(fā)?！八麄冋f，你就打了兩個小孔，打了兩根細(xì)鋼筋，就說止住事故……”吳擁政至今記得煤礦技術(shù)人員難以置信的表情，“大家根本不相信”。
面對質(zhì)疑，吳擁政他們往往不多說話，介紹完錨桿支護(hù)原理，取得礦上領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員的理解和認(rèn)同后，立即到井下開始打錨桿，測數(shù)據(jù)。
“當(dāng)時面臨最大的難題是啥？是我們打完錨桿的巷道，工人都不進(jìn)，他們害怕冒頂了?！泵慨?dāng)面對這種情況，吳擁政就帶頭往里走?！拔覀儾皇羌兇獾幕A(chǔ)科研院所，作為中央科技型企業(yè)，我們的主要任務(wù)之一就是讓科研成果迅速產(chǎn)業(yè)化、造福企業(yè)?！彼f，要用數(shù)據(jù)和實踐檢驗，讓大家相信科學(xué)的力量。
創(chuàng)得出口碑，還要守得住客戶。2008年，吳擁政負(fù)責(zé)對接的潞安集團(tuán)某重點礦井發(fā)生冒頂事故。趕到事故現(xiàn)場，他有些不解：“設(shè)計圖紙、制定的標(biāo)準(zhǔn)都沒問題，為什么會出事故？”經(jīng)過與煤礦相關(guān)人員溝通，吳擁政意識到，一項新技術(shù)引入礦井后，只靠最初的技術(shù)服務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要長期監(jiān)督和管理。
為此，吳擁政在原有技術(shù)開發(fā)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)“四技服務(wù)”的基礎(chǔ)上，提出“技術(shù)+管理”的“潞安模式”，即以技術(shù)人員駐礦和巡礦的方式服務(wù)礦井。以前只靠技術(shù)服務(wù)，巷道所在潞安集團(tuán)每年簽約的項目資金不到300萬元。按照“潞安模式”，巷道所與潞安集團(tuán)每年簽約的項目資金達(dá)950萬元。
翻了兩番的項目資金，在于加強(qiáng)監(jiān)管，幫助煤礦消除重大隱患，以及通過培訓(xùn)和授課，為煤礦培養(yǎng)技術(shù)人才。“我們專門指定15名技術(shù)人員，為潞安集團(tuán)提供服務(wù)?！眳菗碚f。
遇到重大問題或隱患，派駐人員向上級匯報；遇到傳統(tǒng)的“三違”問題，派駐人員就地解決。近年來，吳擁政團(tuán)隊在服務(wù)礦井過程中，發(fā)現(xiàn)安全隱患數(shù)萬條，防范重大隱患數(shù)百次。
“潞安模式”也已逐步推廣至?xí)x煤集團(tuán)、西山煤電集團(tuán)、霍州煤電集團(tuán)、陽煤集團(tuán)、晉能集團(tuán)等煤礦企業(yè)，每年技術(shù)合同額累計2億元。
除了一對一進(jìn)行指導(dǎo)，巷道所每年會組織現(xiàn)場技術(shù)人員、管理人員進(jìn)行培訓(xùn)。“就是要主動去交流，告訴大家每年有什么新的技術(shù)進(jìn)展?！眳菗碚f。但他仍不滿足，“我國煤礦地質(zhì)條件太復(fù)雜，沒有兩個開采環(huán)境相同的礦區(qū)，一項理論從實驗室到應(yīng)用于一個礦井，再推廣至更多礦井，有很長的路要走。我們永遠(yuǎn)面臨新的問題，科研永無止境。”
康紅普說，吳擁政是在他所帶的50多名學(xué)生中，非常優(yōu)秀的學(xué)生?！白龅昧丝蒲?、跑得了市場，是難得的兩方面能力都很強(qiáng)的人才?！?
平日，打給吳擁政的電話很多，其中很大一部分是向他咨詢煤礦巷道支護(hù)、快速掘進(jìn)等技術(shù)的最新研發(fā)進(jìn)展。每次他到礦井，領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)員，甚至礦工見到他，都會追著問“有沒有新技術(shù)給我們”？
“大家對新技術(shù)的渴求度非常高，這是我們不斷研發(fā)、創(chuàng)新的動力。但是我們必須把經(jīng)過充分驗證的、成熟的技術(shù)應(yīng)用到煤礦。我們的技術(shù)，要對下礦人員的生命安全負(fù)責(zé)。”
2021年11月，吳擁政代表團(tuán)隊，領(lǐng)取2020年度國家技術(shù)發(fā)明獎
2021年，吳擁政擔(dān)任中煤科工開采研究院有限公司副總經(jīng)理，繁重的工作之余，他依然利用晚上、周末時間忙于課題研究，依然奔走于煤礦一線，問需于基層，以新技術(shù)服務(wù)一線、引領(lǐng)行業(yè)進(jìn)步。
作為中央企業(yè)科研單位，吳擁政看重以實際需求為導(dǎo)向開展課題研究，并保持行業(yè)領(lǐng)先地位。他提出，巷道所每年必須有一個重點創(chuàng)新項目，這個項目不考慮盈虧。作為重大的、引領(lǐng)性的項目，其目的在于提升技術(shù)水平、提高影響力。每年巷道所比較大的創(chuàng)新，他都要從研發(fā)基地開始試驗?！氨M管不成熟，也要試一試?？蒲胁缓ε率。l(fā)現(xiàn)問題是好事，根據(jù)問題再深度研發(fā)，合作關(guān)系會愈發(fā)緊密。如果一個合作項目做完就撤了，那就真完了?！彼f。
在吳擁政看來，科研與實踐是雙向奔赴的旅程?！捌髽I(yè)更多聚焦怎樣維護(hù)礦井安全，怎樣獲得更大利潤，但未必關(guān)注到行業(yè)前瞻性的信息、技術(shù)；我們作為科研企業(yè)，更多關(guān)注技術(shù)前沿課題，但同時需要企業(yè)根據(jù)開采時的實際情況，提出訴求，為技術(shù)攻關(guān)帶一帶路?！?
來源：中華兒女
