张村：煤海逐浪十五年

来源：米乐m6网页    发布时间：2024-09-24 08:52:03

  从2009年在采矿工程专业的课堂上与煤炭结缘，到第一次下井测试；从发表第一篇SCI论文，到独立主持科研项目；从研究，到煤矿矿井水利用，他说，“这十五年，每一个与煤炭打交道的日子，都亦如初见”。

  中国矿业大学（北京）能源与矿业学院副教授、博士生导师张村的研究对象从瓦斯到地下水，皆是在煤矿井下的煤岩体里淌动的流体，他也像在这片“煤海”上逐浪一样，不断探寻科学的前沿。

  2013年，张村第一次下矿井，是在大四做毕业设计，虽已学了四年采矿工程专业课，对综采一线的生产环境有一定心理上的准备。但是，真正到了井下，昏暗的工作面、从顶煤掉落的煤块……还是让张村紧张得心里直打鼓。安装完传感器后匆匆升井，张村结束了第一次的煤矿实地调查。

  研究生阶段，张村在学习中遇到慢慢的变多的问题，推着他去一线寻找答案，他说：“只有结合一线实际问题做出来的学问，才有生命力和说服力。”

  研一时，张村和师兄到山西大同金庄煤矿采集数据，他们在煤矿一待就是两个月。有一次，为得到矿山压力数据，需到井下安装钻孔应力计。安装的地点是煤矿的回风大巷，煤尘浓度高，可见度低。为了加快安装进度，他们从早上八点下井，到第二天早上八点升井，在井下一待就是一天一夜。

  升井时，浑身煤粉，只剩下牙齿雪白，眼睛闪亮。这两个月的一线学习，让张村直观、系统地了解了煤矿的整个生产系统，并据此发表了第一篇EI检索论文。

  读博后，张村确立了博士阶段研究方向——高瓦斯煤层群的安全高效开采。我国煤层瓦斯储量巨大，与天然气总量相当，但因为煤层渗透率普遍较小，国内煤矿的瓦斯抽采效率普遍偏低。

  随着煤炭资源开采向深部发展，煤层瓦斯含量逐步升高，瓦斯灾害问题的一天比一天突出，也直接制约矿井安全生产。怎么来实现高瓦斯煤层群煤与瓦斯共采，学术界提出了“卸压开采与瓦斯抽采相结合”的解决方案。但卸压开采参数的选择、开采工艺的优化等一系列关键参数的取得，必须到煤矿生产一线要答案。

  结合导师863计划项目，需要去淮南朱集煤矿调研薄煤层工作面开采现状。淮南矿区，在国内矿井高瓦斯治理、卸压开采地面瓦斯抽采技术方面，有着一整套完备的系统。

  张村主动请缨前往淮南。在到达朱集煤矿的当天，张村放下行李就迫不及待地跑到瓦斯科去向技术人员请教。要现场资料，抄每天的瓦斯报表……他在繁复并且重复的资料搜集和整理工作中乐此不疲、乐在其中。前后近半年的忙碌，让他有了沉甸甸的收获，发表第一篇SCI检索论文。

  “建立了高瓦斯煤层群重复采动应力-裂隙-渗流耦合模型，分析了其耦合作用机理，提出了卸压开采效果评价方法，掌握了采动围岩稳定与渗透率演化的时空关系，提出了卸压开采及瓦斯抽采参数的量化设计方法。”张村的研究成果除在两淮矿区应用，还推广至贵州、新疆、山西等高瓦斯矿区等单位，累计创造直接经济效益5亿元。

  张村的研究不仅在减少瓦斯事故的发生、提高矿井生产效率、增加瓦斯抽采效率、提高矿井煤炭采出率等方面取得很明显的成效，而且构建了高瓦斯煤层卸压增透高效开采技术体系，对于推动我们国家高瓦斯煤层的开采技术发展具备极其重大作用。

  依托该项目研究成果，张村整理的研究成果累计发表SCI、EI检索论文20余篇，授权发明专利5项，获贵州省自然科学二等奖1项，安徽省科学技术进步二等奖1项，他的博士论文《高瓦斯煤层群应力-裂隙-渗流耦合作用机理及其对卸压抽采的影响》获中国岩石力学与工程学会优秀博士论文奖（2018年）

  近年来，随着我们国家中东部煤炭资源日渐枯竭，煤炭主产区由东部地区逐渐向西部转移，西部地区千万吨级别、高强度开采矿井逐渐增多。但西部矿区气候干旱，蒸发量是降雨量的6倍左右。再加之西部矿区高强度的开采，对本已经脆弱的西部矿区生态水环境导致非常严重的影响。

  据统计，中国每年因煤炭开采破坏地下水约80亿吨，损失的矿井水资源相当于中国每年工业和生活缺水量的60%。怎么来实现煤炭开发与水资源保护相协调，是煤炭科学开发的重大难题之一，也是矿区生态文明建设的核心内容。

  此外，随着我们国家经济社会的发展和煤炭资源的持续开发，部分矿井资源渐枯竭，部分落后产能矿井面临关闭或者已经关闭，形成大量关闭/废弃矿井。简单地封井处置，不仅会造成数万亿地面地下固定资产的废弃和浪费，间接地造成宝贵的地质和矿业遗址的损坏。同时，因为封井导致的地下水位上升，还将造成地下水系污染，威胁水源地与矿区生态安全。

  如何合理开发利用矿井采空区的储滤水能力，解决矿区生态安全，改善矿区水资源匮乏？科研的目的是服务生产、服务社会。在国内院士专家的研究基础上，张村敏锐地捕捉到这一重大科学难题，并展开了自己的研究。

  结合国内外已有工程案例，以顾大钊院士为首的专家学者提出了矿井地下水库储净水技术，因地制宜的实现矿井地下水的井下高效处理。建设煤矿地下水库技术涉及水源预测、煤柱坝体与人工坝体稳定性控制、地下水库水质演化、安全保障技术等多个基础理论和技术难题。这一些内容研究难度大，需要耗费的精力多。

  从研究瓦斯到研究矿井地下水，离开熟悉的研究领域，意味着张村此前所有的研究基础都要重新再积累。但张村只有一句话，他愿意做一个解决一线工程难题的答卷人，一线企业要、能够创造更大的经济价值与生态环境价值，这才是科研的意义所在。

  评估煤矿采动损伤是矿井水保护利用的第一步，煤矿开采引起的地表沉陷开裂直接影响地表水赋存和生态修复。由于井下采动影响，矿山测量不仅讲究快，更要准。

  张村和他的研究团队在烈日直射的矿山上，一遍遍地校准、核对数据，确保采集的数据符合标准要求。矿山上没有路，需要张村和研究团队自己找路，往往是在没有一点阴凉的山顶，一待就是一天。张村说：“之前一直觉得在井下比较辛苦，进行矿山测量后才发现，这项工作更辛苦。”

  近年来，煤矿智能开采、精准开采、绿色开采、保水开采等一系列变革性新技术、新成果在我国煤炭领域的推广应用，推动着煤炭行业大型化、机械化、自动化程度大幅度的提高，让矿山旧貌换新颜。

  然而，由于人类对于煤炭产业的固有印象，导致人类对于煤炭的认识往往停留在粗放式开采、燃烧式利用等方面。加之缺乏对煤矿智能化开采技术和煤炭清洁高效利用技术的有效科普及宣传，导致人们“谈煤色变”，煤炭也因此成为了很多人眼中的夕阳产业、落后产业、不清洁产业。

  科普从娃娃抓起，科研工作者更要成为科普的主力军。2017年，在赵毅鑫教授的带领下，张村等人参与构建矿山智能开发的5G全景直播和回播体系，形成矿山智能开发全景视频“科普-教学”素材库；创建矿山智能化开采作业和灾害孕育的AR-VR虚拟人机交互系统，实现整个矿井漫游与人机互动。

  这个系统不但可以用于矿大的本科生教学，用于中小学科普，是否也会产生较好的社会价值？挺膺担当、躬身入局，张村立马着手实施中小学科普工作。

  在赵毅鑫教授带领下，张村和他的科普团队最终形成了“国重开放日+科普进校园+线上科普+本科暑期实践+大学生支教团”的科普模式，先后在101中学矿大校区、八一小学、国家科普展布展科普，相关活动被中央广播电视总台、人民日报、科技时报进行了报道。

  张村说：“我们在科普展上一直有人在排队，不停的有人来找我们聊煤矿现在的样子，效果意外的好。我自信地说，你们看我们的VR内的场景，都是矿井下的工程实拍，是不是跟之前的印象不一样。”2023年，张村申报的“煤矿智能开采”科普活动，获得了中国科协全国优秀科普活动。

  “人生若只如初见”，跟着时间的流逝，事物似乎总比不上初见般美好。然而，十五年的求学生涯与教学科研奋斗，并没有让张村厌倦与煤打交道的生活。于他而言，煤海逐浪的人生，每一天都“亦如初见”。

  张村，中国矿业大学（北京）能源与矿业学院副教授、博士生导师。中国岩石力学与工程学会优秀博士学位论文奖获得者，入选国际先进材料学会会士（IAAM Fellow），中国科协青年人才托举工程，2022和2023年全球前2%顶级科学家榜单（斯坦福大学）；兼任SCI期刊《Journal of Geophysics and Engineering》副主编，《Sustainability》编委，国内多个中国科协卓越期刊青年编委。

  主持国家重点研发计划子课题1项、国家自然科学基金2项、教育部外专项目1项，北京市自然科学基金项目2项。曾获省部科学技术进步二等奖4项，三等奖1项；行业协会教学成果一等奖1项，科学技术进步一等奖3项，二等奖5项。累计发表论文160余篇，其中以第一作者（通讯作者）80余篇，ESI高被引论文6篇，出版专著4部，第一发明人授权发明专利10余项。