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建功在矿山

】 2013-05-16 15:15:43 来源:中国煤炭信息网

  绵延千里的太行山,像一条青色的巨龙,盘踞在中华腹地上。这里有绿浪滔天的林海、千姿百态的山石、飞流直下的瀑布、碧波荡漾的深潭。当然,除此之外,在这片富饶的土地下面,还埋藏着丰富的煤炭,在林海山石间分布着大大小小的矿井。

  “邢台可是个好地方!”在这春回大地的时节,我们来到了太行山脉南段东麓的邢台。刚见面,冀中能源集团有限责任公司副董事长刘建功就这样对我们说,语气里洋溢着的是热爱与自豪之情。的确,古邢台素有“依山凭险、地腴民丰”之美誉,如今放眼望去,也是百泉竟流,青峰挺秀。

  正是这一派如画山川,让刘建功把根扎在了这里,并走过了30年不曾停歇的井上与矿下的行程。当他以一种坚韧和不屈的姿态立于山脊时,他跟很多煤矿人一样,心里涌起的信念是:就把功业建在这里!

  俯身自然,掀起绿色革命

  培根说:“只有顺从自然,才能驾驭自然。”

  然而,传统工业文明中人类中心主义的价值指针把人与自然对立起来,自然被演绎成僵死的原料仓。长期的煤炭矿区开发实践中,人们始终不承认煤炭资源及其环境本身的价值,更认识不到矿区生态环境是资源。其结果必然是大量煤炭资源的过度开采和浪费,矿区生态环境的急剧恶化和难以恢复治理,直至影响煤炭行业的自我发展和人类的自身生存。

  当历史的车轮带着20世纪工业文明的繁华与喧嚣驶入新世纪的时候,饱受环境灾害肆虐的人类开始史无前例地给予环境更多的关注,各行各业都掀起一场以“低碳”为手段的绿色革命,煤炭这个素以“黑色”为标志的行业也不例外。2002年,刘建功一个超乎寻常的大胆设想:“矸石不升井”,掀起了一场由“黑”变“绿”的革命,迈出了生态矿山建设的第一步。

  “矸石山是煤矿的一个地标,见到矸石山就找到煤矿了。”刘建功说。采掘过程中排出的煤矸石不仅占用大量的土地和良田,而且经日晒雨淋、风化侵蚀,天长日久便会发生自燃,释放出大量的烟尘及有毒有害气体,并且,煤矸石中还含有一定量的放射性元素,造成一定程度的放射性污染。

  每一个成功的背后都隐含着一段不为人知的艰辛历程。投产于2001 年的冀中能源股份公司邢东矿,由于离市区太近,不允许建矸石山。这可给当时邢矿集团的领导人出了一个大难题:矸石不让排,就无法建矿了,怎么办?凭着扎实的理论功底和多年矿井实践经验,刘建功果断地提出:矸石不升井,用来井下充填。此言一出,随之而来的是一片哗然,很多人认为这是一个不能实现的想法。但是,刘建功凭着不服输的韧劲着手实施起来了。经过多年潜心研究,他成功发明并实施了矸石井下充填采煤技术,组织了设备的研制,为井下矸石充填和建筑物下资源解放创出了新路。

  建筑物下开采,一直是煤炭业界的一大难题,其中煤炭开采出来后的充填材料和充填技术工艺,就是两大难关。刘建功独创的这套全新的井下矸石充填工艺和技术,专门开辟出巷道用于充填掘进过程中产生的矸石,既减少了矸石提升、运输所产生的成本,又置换出了煤炭资源,实现了建筑物下安全采煤,大大提高了资源产出率。另一方面,矸石回填代替保护煤柱,避免了地面塌陷,不但有效地保护耕地,降低生产成本,防止了矸石山长期风化造成的污染,实现了低碳生态开采,而且不再提升矸石,不再堆矸石山,不再占用土地,不再污染地面空气。这一技术的成功应用,使邢东煤矿已采出建筑物压煤40万余吨,创造利润超过2亿元。

  自2003年邢东煤矿试验成功巷道矸石充填技术以来,刘建功又在冀中能源相继试验成功了粉煤灰与矸石固体充填、矸石膏体充填、矸石似膏体充填和超高水材料充填等适应不同开采条件的成套充填采煤关键技术,并实现综合机械化充填采煤。目前有5 个煤矿在应用综合机械化充填采煤技术,已从“三下”(建筑物下、水体下、轨道下)压煤中回收资源近200 万吨,取得了显著的经济效益。2008年他又主持研究了“建筑物下安全高效综合机械化充填开采技术”及配套设备,并在邢台矿成功实施,成为全国第一个将地面矸石回填井下进行推压密实充填采煤的矿井,目前邢台矿已达百万吨规模化开采能力。这个成果使消灭现存的矸石山变为可能,如果在各个矿成功实施,将来在矿区可能就再也见不到矸石山了,实现真正的“采煤不见矸”,彻底改变我们“有煤矿就有矸石山”的传统思维。

  刘建功在冀中能源各煤矿实施的矸石、膏体、粉煤灰、超高水材料等井下充填技术工艺,先后引来了美国、英国、波兰、印度、澳大利亚、越南等国家和全国煤炭企业216个团次参观学习,使这一自主知识产权技术工艺逐步推向了世界和全国其他煤炭企业。

  2009 年3 月14 日,充填开采技术顺利通过专家组鉴定,鉴定结论为“填补国内空白,达到国际领先水平”,并获得了中国煤炭工业科技进步一等奖。中国工程院院士钱鸣高、彭苏萍等将充填开采技术誉为“煤炭开采方式的一次革命”。

  建设生态矿山,领跑煤炭发展

  长期以来,黑色的煤炭支撑起中国经济的繁荣的同时,也像其他重化行业一样呼唤着低碳经济时代的到来。从邢东矿成为全国第一家“采煤不见矸”的煤炭企业开始,刘建功就带领冀中能源逐步理出了一条“绿色发展”的思路,并在此基础上提出了“绿色开采生态矿山建设”的理念。

  “建设绿色开采的生态矿山,研究煤炭生产过程中的生态化建设技术,建立环境责任意识,研发煤矿共生资源的集约利用和循环使用。在煤炭生产满足社会能源需求的同时,不对自然生态环境体系造成重大影响,实现环境保护与经济增长的和谐发展。”刘建功是饱含激情地向我们阐释他的理念的。

  如何将这一理念付诸实践?刘建功提到,目前我国的煤炭开采对生态环境的影响有两方面:一是煤矿生产排污对生态的影响,主要表现为废水、废气、废渣的排放和生产过程中的噪声等对生态环境的影响;二是煤炭开采引起的地表沉陷对生态环境的直接破坏。“生态矿山”建设是一项系统工程,更是一项集成创新式技术。

  在摸索中前进,刘建功集成现有技术,开发新技术,使之成为一个整体。除了实施充填开采外,还应该包括:利用煤矿地热源,减少碳排放;保护水资源,维护环境生态;利用科技进步,实现节能创新;优化产业链,构建循环经济。

  用地热来完成低碳运行,是煤炭行业得天独厚的一个条件。刘建功意识到,煤矿在开采过程中,井下作业环境是一个非常大的地热库,这是一个巨大的绿色资源,把地热这个资源运用起来,可以节约大量煤炭资源。于是,他开创了一个新方法,利用回风源热泵对这些低温热能进行回收,冬天时可制出热水作为供暖、夏天用于制冷。东庞煤矿应用风源热泵技术后,取消了锅炉房,每年可实现节约标准煤2万吨。近年来,冀中能源已有6个煤矿研究利用了矿井风源和水源热量,用于供热和制冷,实现煤炭企业不建锅炉房,不消耗煤炭,取得了非常好的效果。

  水是生态之基,尤其是地下水,对生态而言是非常关键的一个指标。在采煤活动中,如不采取技术措施,难免导致对地下水系的破坏,在水资源缺乏的华北地区尤为重要。刘建功通过对地下水探测方法的研究,在采矿活动中采用注浆的方式让地下水不流经采场,减少地下水涌出,取得了很好的效果。在梧桐庄矿,没采取措施以前,每分钟的流量是17.5方,通过处理以后,每分钟只有5方。同时,在采用过程中,对地下水进行了保护,地下水位没有因采动而下降。对于排出的污水,他们通过净化处理,进行消毒,然后又回灌到含水层里面去,真正做到了保水采煤,对水资源进行有效的保护。

  瓦斯,一直以来直至现在都被认为是“煤矿杀手”,如今,随着在高浓度矿井瓦斯抽采发电技术的创新成功,它便成为了一种资源。事实上,如果抹去瓦斯留给人们的有害气体的形象,其实它是一种优质燃料,通过发电等利用,既可实现可观的利润,又能减排二氧化碳,减少对大气的污染。在瓦斯突出矿井宣东煤矿,刘建功组织高瓦斯矿井进行钻孔和巷道抽采,抽出的瓦斯进行发电,不仅降低了矿井瓦斯涌出和回采空间中的瓦斯浓度,降低了煤层中的瓦斯压力和含量,保证安全生产,而且利用瓦斯发电,还取得经济效益,可为“变害为宝”。

  除了技术的创新与集成外,减少作业人员,提高劳动效率也是刘建功一直致力的目标,为此,他组建了一支“大学生采煤队”,颠覆了人们印象中煤矿工人“傻大黑粗”的形象,给煤矿发展注入了无限的生机。技术操作员鼠标轻轻一点,自动化工作面采煤机隆隆启动,滚滚煤流哗哗涌动,综采支架自动、有序向煤壁推移,支架后部充填物料同时将采空区填满、夯实……随后,煤炭通过密闭通道进入洗煤厂、专用储装仓,直接装车外运。随着大学生采煤队在矿区组建,冀中能源综采“黄埔军校”将开创我国煤炭工业自动化高效开采的新局面。

  这一系列的措施对煤矿发展是有革命性意义的,回答了今后的煤矿怎么建的问题——煤矿要走绿色开采的生态矿山之路。

  何为“生态矿山”?刘建功阐释其核心为:在煤炭开采的过程中,不只把煤炭看作是资源,更要把空气、土地、地下水、周围环境等与煤相关,构成环境生态的各种因素,都当作是一种重要的资源,科学开发,综合利用,将矿区地貌、人文环境、生态环境、资源环境和技术经济环境相互联系起来,对采煤方法提升改造,构建科学、生态、环保的煤矿生产系统,以最小的生态扰动获取最大经济效益,并在采矿活动结束后通过最小的末端治理,使矿山工程与生态环境融为一体。

  在刘建功的规划和推动下,冀中能源已陆续建成东庞矿、邢东矿、章村矿、邢台矿、梧桐庄矿、云驾岭矿等6个低碳运行生态矿山示范矿井。这些矿井都集成应用近年来企业和行业最新的科研成果,按照具体标准分类研究集成各项关键技术,达到煤炭生产与矿区生态环境有机控制的目的,使资源开发与环境保护达到最佳效果。

  绿色开采生态矿山建设,正在领跑中国煤炭工业发展方式转变和结构优化升级,得到业内外高度关注和充分肯定。国家能源局、中国煤炭工业协会已将其成功经验纳入“煤炭科技十二五规划”在全国煤炭行业推广。刘建功创立的低碳运行生态矿山建设,是中国煤炭生产领域开创性的科研成果。他带领冀中能源以坚实的步伐,开辟出了转方式、调结构、促升级、增效益的科学发展之路!

  敢于创新,攀登科研高峰

  “什么叫创新?创新就是深思熟虑之后打破思维定势的超常行为。首先,深思熟虑本身就是学习和研究的过程;其次,打破思维定势才能有质的跨越;此外还要大胆地采取超出常规的行为。”说起对创新的理解,刘建功侃侃而谈。

  一个敢于创新的人总是一个具有魄力的人,总是能在一片质疑声中把事情做好。井陉矿是一座百年老矿。经历过朝代的更替与战争的烽火,这座矿已经被开采得十分充分了,再加上以前发生的突水事件把矿井淹了,里面的很多资源开采不了,恢复成本很高,这座矿的挖掘潜力不被大多数人看好。然而,通过详尽的实地考察,刘建功却作出了一个大胆的决定,顶着很多人质疑的压力,恢复井陉矿。如今,井矿集团在河北的煤矿企业里是效益较好的一个,事实再次验证了他的眼光与决策。

  这种信心来源于他骨子里不懈的追求,他总是能不断地发现新的东西,探索新的领域,攀登新的高峰,始终追逐着煤矿技术的前沿;来源于他敢为人先、永不言败的精神,以及认准了就一定要干成的信念。正是凭着这样的追求和信念,多年来,除了开创了建筑物下综合机械化充填采煤新技术、提出并实践生态矿山建设之外,他还冲破了一道道技术上的难关:

  针对煤炭企业原矿井提升系统存在效率低、安全保障程度低的问题,刘建功成功研究并改造了矿井交流提升机计算机控制系统,取代了原TKD控制系统,彻底解决了原控制系统存在的安全隐患,节能降耗成效显著,属国内首创。还研究出多计算机冗余的直流提升机全数字计算机控制系统,替代了进口,控制效果达国际先进水平。2007年他创造性提出并成功研制了交流绕线电机转子双馈变频调速系统,实现了交流提升机的无级调速,达到国际领先水平,并获得国家科技进步二等奖。此项技术应用后增加矿井提升能力和节电效益非常可观,在集团公司九龙矿、临漳矿,以及开滦、平顶山集团公司等国内五十多个矿井应用,创直接效益1.5亿元。

  他成功研制了电磁调速电牵引采煤机,创新地实现了采煤机变转矩调速方式,拓宽了采煤机使用范围,为采煤机牵引控制研究了一种新方法。该系列产品适合中国国情,应用市场前景广阔,对促进我国采煤技术的机械化、高产高效化有重要实用意义。先后由西安煤机厂、邢矿机械厂、金牛电控厂等厂家得到应用,制造出系列产品在国内多数煤矿得到普及,综合社会效益重大。

  他领先课题攻关,不断提升我国矿山装备制造业科技创新实力。为将煤矿机械装备向更高水平发展,他承担了国家863重点项目“掘进机和采煤机远程检测与控制关键技术”的研究。随着“掘进机智能型恒功率自动成形截割与定位控制系统”的研制成功,创出了厚煤层月进尺1210米的纪录,年进尺超万米,成功解决了煤矿普遍存在的采掘紧张问题,掘进自动化水平大幅度提高,技术水平达国际领先水平;研制成功我国首台集掘进、钻孔、装运功能于一身的综合掘钻机,适用于煤矿、化工、铁路、水电等行业的隧道工程,可有效提高掘进效率、降低掘进成本,提高安全生产水平。

  利用科学技术手段,他组织实施科技攻关,实现了岩溶陷落柱快速综合治理。“华北型煤田隐伏含水陷落柱预探评价与快速治理理论及管件技术”项目以其突出的技术和应用成果获得了2011年度国家科学技术进步奖二等奖。如今,这项研究成果已在河北、河南和山东等30多个矿区中推广应用,安全开采近亿吨受水害严重威胁的煤炭资源,同时也为进一步安全开采我国上千亿吨的华北型煤田下组煤提供了理论依据。

  正像他说的那样:“像外行那样去思考,像内行那样去行动。”在多年的研制中,刘建功以踏实的行动、严谨的作风、科学的态度、大胆的设想,把冀中能源强大的融合能力、创新能力和斩关夺隘的团队攻关能力诠释得淋漓尽致,使自己与企业实现了共同的快速而稳健的前行。

  青山碧水,倾尽人生豪情

  华罗庚说:“面对悬崖峭壁,一百年也看不出一条缝来,但用斧凿,能进一寸进一寸,得进一尺进一尺,不断积累,飞跃必来,突破随之。”刘建功的辉煌正是30年一寸一尺不断积累的成果。

  从艰苦的岁月里走过来的人最不怕的就是困难。刘建功的少年时代是在“文革”中度过的,下过乡当过农民,做过工人。当改革开放恢复高考的第一年,凭着扎实的功底和苦学苦拼考上了大学。

  1982年,从山东矿业学院电气工程系毕业的刘建功分配到河北邢台矿务局,就此走上了矿山,走下了矿井,从一名普通的煤矿技术人员做起,历任邢台矿副总工程师、邢台矿业(集团)有限责任公司副总工程师兼生产处长、河北金牛能源股份公司总经理、邯郸矿业集团公司董事长、河北金牛能源集团有限责任公司副董事长、总经理、冀中能源集团有限责任公司副董事长、副总经理。可谓一步一个脚印,走得那么稳健而扎实。30年中,他收获了数不清的荣誉;30年来,他始终坚持学习、勤于研究、勇于创新,为企业,也为煤炭行业技术水平进步做出了突出贡献。

  “我们做科研是为了解决生产中遇到的实际问题,我们的实验室在现场。”刘建功经常这样说。他说的现场是几百米深又黑又脏的煤矿井下,是轰隆声震耳欲聋的开采现场,是发生透水事故、陷落事故的生产一线,在这些地方,他必须争分夺秒,他必须在众人慌乱中保持理智。

  2003年4月12日,冀中能源的主力矿井东庞矿发生突水事故。陷落柱出水把矿井淹了,出水达到一个小时7万方的程度,在中国陷落柱出水事故中是最大的一次。刘建功时任股份公司总经理,是事故处理的总指挥,他第一时间赶到现场,认真研究突水机理,制定方案,面对突发的奥灰水,他采取果断措施,提出了两步处理方法和“高浓度、大流量、间歇换孔式和骨料、水泥双孔同注”的注浆工艺,仅用了7个月的时间,便堵住了透水,使煤矿恢复了生产,创造了全国大型煤矿突水治理的纪录,技术水平达到国际领先。2009年,九龙矿淹井,又是9个月的井下奋战,刘建功凭借该技术又立奇功,实现了矿井完全恢复生产。

  有人问他一共下了多少次矿井,他想也不想地说,365乘以14除以2。他说的14年是指刚参加工作时在矿山的14年,而事实上,即使是到了现在,已经是企业领导人的他仍然坚持每个月都挤出时间下几次井,深入生产现场。

  “下矿井又累又苦,但是他跟有瘾似的。”刘建功的同事这样说。“现在冀中能源没几个人知道他大学是学电的,有人以为他是学地质的、有人以为他是学水文的、有人以为他是学采煤的,因为他在这些方面都是专家了。”

  “郡斋西北有邢台,落日登临醉眼开。春树万家漳水上,白云千载太行来。”这是古人登临邢台的青山时写下的诗篇。30年来,刘建功已不知多少次背上厚重的行囊,走在通往矿井的山路上,观山色葱茏,看碧水悠悠。每当此时,他的心里都跟山风一样和畅,就为这山、这水,倾尽人生豪情又何妨!

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