掘進機在地下幾百米深處強力開鑿前行，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、排水、行人。開掘后的巷道，需要及時采用巷道支護來保持巷道暢通和圍巖穩(wěn)定，保證煤礦建設與生產安全，保障井下人員生命安全。
為巷道做支護，正是中國煤炭科工集團首席科學家、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技術的研究、開發(fā)推廣的領域。
吳擁政（右一）在煤礦巷道中與技術人員進行數據采集
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國。截至2020年底，全國煤礦數量近4700處，廣袤國土所造就的迥異的煤礦地質條件，讓巷道圍巖控制面臨的問題錯綜復雜，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，“巷道安全關乎采煤工人生命安全，背后連結著家庭的幸福和國家煤炭生產安全。用科技為生命護航，是我義不容辭的責任?！?
“科研就要努力實現從0到1的突破”
2021年11月，2020年度國家技術發(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、中國煤炭科工集團首席科學家康紅普，以及吳擁政、林健、高富強、姜鵬飛等作為主要完成人的項目“煤礦巷道抗沖擊預應力支護關鍵技術”，獲國家技術發(fā)明獎二等獎。吳擁政代表團隊到人民大會堂領獎。
在我國，煤礦主要是井工開采，每年新掘進巷道總長度高達1.2萬千米以上，其中回采巷道占比達到80%，規(guī)模為世界第一。隨著開采深度與強度增大，出現了大量沖擊地壓、深部高應力及強采動巷道。開采深度越深，地應力越高，井下地質條件相應地也就越復雜，礦井安全風險也隨之提升。與此對應，傳統支護技術已不適應這些復雜困難巷道，金屬支架損壞、錨桿與錨索破斷、頂板垮落現象時有發(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，巷道維護成本大幅增加，加重了煤礦的經濟負擔……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趶碗s困難地質條件礦井，我們需要創(chuàng)新支護方式、提高支護效率、優(yōu)化支護效果?！眳菗碚浀茫瑢?、中國工程院院士康紅普曾不止一次這樣講。
解決沖擊地壓、深部高應力及強采動巷道等復雜困難巷道支護難題，保證礦工生命安全、降低煤礦生產成本、提高煤礦經濟效益，也成為團隊下決心開展“煤礦巷道抗沖擊預應力支護關鍵技術”攻關的初衷。吳擁政從項目團隊創(chuàng)建初期加入，不想一研究就是十余年。
這個項目中，錨桿力學性能是一個關鍵環(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。在運用傳統支護方式的礦井巷道中，吳擁政和同事們不知多少次看到支護結構已被壓得變形扭曲，時刻威脅著井下人員生命安全。
錨桿支護，可以解決這些問題，但怎樣使錨桿與來自地層內部的能量相互平衡、有效地分散能量、更好地支護巷道，是一項公認難題。
吳擁政在煤礦巷道中
“2013年，我們開始對錨桿進行精細化研究?？瓷先ブ皇且桓氫摻畹腻^桿，項目組動用了十幾名博士、碩士圍繞展開研究?！眳菗碚Ｍ茉趯嶒炇依锬M真實的力，對錨桿材質、粗細、長度、結構、承重等一系列問題進行測試，探究井下錨桿實際受力工況。但那時，世界上尚未有一臺設備能進行這樣的測試?；蛟S沒有人能說清楚地殼內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，他們著手設計、研發(fā)錨桿力學測試實驗臺。“完全沒有經驗可借鑒，我們把礦井錨桿支護測試時的數據全部調出來，從錨桿受力、圍巖受力、錨桿與圍巖關系等問題入手，倒推設計測試實驗臺，很長時間進展緩慢。”吳擁政坦言那是一段焦慮的時光，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，卻遲遲無法取得進展；實驗的過程反反復復，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，吳擁政和團隊設計完成國際上唯一能夠同時測試錨桿復雜受力狀態(tài)及動靜載組合加載力學性能的實驗臺，能夠用實驗進行模擬測試，揭示了錨桿在井下的受力狀態(tài)及破斷機理。
這項發(fā)明獲得了10余項發(fā)明專利。以此為突破，項目團隊陸續(xù)發(fā)明了高沖擊韌性、超高強度預應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備，提出沖擊地壓巷道錨桿支護原則及材料選擇原則，建立了以預應力全長錨固、高沖擊韌性錨桿與錨索形成的高抗支護體為主，輔以金屬支架與卸壓的巷道圍巖綜合控制技術體系，最終形成煤礦巷道抗沖擊預應力支護關鍵技術成果，解決了沖擊地壓、深部高應力及強采動巷道支護難題。
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)推廣應用，為開采深部與復雜條件煤炭資源提供了技術保障，提升了我國煤礦巷道圍巖控制理論與技術水平，引領了巷道圍巖控制科技進步，經濟和社會效益顯著。
如今，動靜載組合加載力學性能測試臺已經更新至第三代，從手動測試升級為數控操作。第一代至第三代的三臺設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，面向國內外研究者開放，繼續(xù)對來自世界各地、不同地質條件、不同材質的煤礦巷道所用錨桿進行性能測試。
在人民大會堂參加2020年度國家技術發(fā)明獎頒獎典禮前，習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，進入采礦工程專業(yè)。當年，這所學校是煤炭行業(yè)唯一一所211大學，吳擁政是那年村里唯一考上大學的孩子。只不過親朋好友聽說他考了所礦業(yè)大學，原本的羨慕少了許多，而是轉化為不解和調侃：“咱們縣上就有煤礦，還用去大學學下井？”現在回憶起來，吳擁政覺得，“這代表很多人對煤炭行業(yè)的誤解，認為采礦技術含量不高?！?
直到大學三年級開設專業(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，在徐州礦務局的旗山煤礦，吳擁政實習了一周，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生，都關心地勸吳擁政“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，“旗山煤礦當時很老舊，我們下的巷道高度符合規(guī)定，通風做得也到位，就是工作面高度特別矮，我只能爬著進去，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，正逢國內煤炭行業(yè)經歷三年低迷后，開始復蘇，亟需青年科技人才。而當時，全國相關專業(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期間，我懵懵懂懂中去過幾家煤礦實習，既有條件不好的老舊礦，也有現代化的大礦區(qū)，對煤礦結構有了一定了解，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?！彼麤Q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，加上機緣巧合，吳擁政最終進入中煤科工開采研究院（當時為開采所）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理，主要任務就是去煤礦現場對巷道支護技術進行測試。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，周圍沒有配套設施，招待所也沒有，他和同事住在一家農戶開的小飯館里。“我不怕苦，我是采礦專業(yè)出身，工作所需數據都要下井采集。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，連洗臉水都得省著用。那時，基建礦井采用錨噴支護，掘進工作面暴土揚長。他們防護意識不足，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，項目接近結束時，山區(qū)已經飄雪，放在院子里的大水缸早已結了冰。每天早上，他們先把冰敲碎，才能盛水洗臉刷牙。此后至今20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。2006年，吳擁政參與研發(fā)的地質力學原位快速測試方法及裝備，被授權國家發(fā)明專利。目前，他主持開發(fā)的大扭矩玻璃鋼錨桿，和750兆帕級超高強度熱處理錨桿系列材料、1100兆帕級礦用預應力鋼棒等，極大豐富了我國煤礦支護材料品種；開發(fā)的煤礦井下定向水力壓裂頂板控制技術與裝備，揭示煤礦留巷巷道定向水力壓裂卸壓機理，顯著提升了礦山壓力與巖層控制技術水平；提出煤礦巷道高預應力一次支護理論，成為指導煤礦巷道支護工程的有效理論；開發(fā)出煤礦巷道高預應力錨桿支護成套技術，解決了大量復雜困難巷道支護難題。這些研究成果，在大同、潞安、晉城等30余個礦區(qū)成功應用。
一根錨桿，不及成年人手腕粗細，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）和同事研討技術問題
吳擁政現已入選國家重大人才工程項目、國家百千萬人才工程“有突出貢獻中青年專家”、科技部“中青年科技創(chuàng)新領軍人才”、享受國務院政府特殊津貼專家，主持和參與國家自然科學基金、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，始終有一根標桿，那就是他的碩士生、博士生導師康紅普院士，“幾乎所有的周末、節(jié)假日，都在加班。他對待科研、工作、業(yè)務的專注，對行業(yè)的前瞻性、對科學精神的理解，我一直在學習，但始終無法企及。”
只為讓客戶用上性能更強的錨桿
錨桿支護是指在邊坡、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方式。支護時，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先鉆好的孔中，利用其頭部、桿體的特殊構造和尾部托板，或依賴于黏結作用將圍巖與穩(wěn)定巖體結合在一起而產生懸吊效果、組合梁效果、補強效果，以達到支護的目的。
在煤炭開采進程上，錨桿支護已有超過百年歷史。1911年，美國阿伯施萊辛的弗里登斯煤礦首先應用了巖石錨桿支護巷道頂板，因其成本低、支護效果好、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50年代后期，我國錨桿支護技術開始應用，并逐漸從礦山巷道擴展到鐵道隧道、邊坡工程、水庫大壩、地下工程等領域。
在開采研究院，業(yè)務版塊分為三部分，吳擁政所在的運維版塊，既負責技術攻關，也負責把成熟的技術推向市場，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，恰逢國內煤礦行業(yè)錨桿支護技術處于快速推廣期，中國煤炭工業(yè)協會連續(xù)在安徽六安和山西晉城召開了兩場煤炭行業(yè)錨桿支護技術現場推進會，“原煤炭部副部長都到了現場”。年輕的吳擁政不停地在各地煤礦間奔忙，將錨桿支護技術帶到井下。
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。此前，傳統巷道支護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，打了兩根細鋼筋，就說止住事故……”吳擁政至今記得煤礦技術人員難以置信的表情，“大家根本不相信”。
面對質疑，吳擁政他們往往不多說話，介紹完錨桿支護原理，取得礦上領導和技術人員的理解和認同后，立即到井下開始打錨桿，測數據。
“當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，他們害怕冒頂了?！泵慨斆鎸@種情況，吳擁政就帶頭往里走。“我們不是純粹的基礎科研院所，作為中央科技型企業(yè)，我們的主要任務之一就是讓科研成果迅速產業(yè)化、造福企業(yè)?！彼f，要用數據和實踐檢驗，讓大家相信科學的力量。
創(chuàng)得出口碑，還要守得住客戶。2008年，吳擁政負責對接的潞安集團某重點礦井發(fā)生冒頂事故。趕到事故現場，他有些不解：“設計圖紙、制定的標準都沒問題，為什么會出事故？”經過與煤礦相關人員溝通，吳擁政意識到，一項新技術引入礦井后，只靠最初的技術服務遠遠不夠，還需要長期監(jiān)督和管理。
為此，吳擁政在原有技術開發(fā)、技術轉讓、技術咨詢、技術服務“四技服務”的基礎上，提出“技術+管理”的“潞安模式”，即以技術人員駐礦和巡礦的方式服務礦井。以前只靠技術服務，巷道所在潞安集團每年簽約的項目資金不到300萬元。按照“潞安模式”，巷道所與潞安集團每年簽約的項目資金達950萬元。
翻了兩番的項目資金，在于加強監(jiān)管，幫助煤礦消除重大隱患，以及通過培訓和授課，為煤礦培養(yǎng)技術人才?！拔覀儗ｉT指定15名技術人員，為潞安集團提供服務?！眳菗碚f。
遇到重大問題或隱患，派駐人員向上級匯報；遇到傳統的“三違”問題，派駐人員就地解決。近年來，吳擁政團隊在服務礦井過程中，發(fā)現安全隱患數萬條，防范重大隱患數百次。
“潞安模式”也已逐步推廣至晉煤集團、西山煤電集團、霍州煤電集團、陽煤集團、晉能集團等煤礦企業(yè)，每年技術合同額累計2億元。
除了一對一進行指導，巷道所每年會組織現場技術人員、管理人員進行培訓?！熬褪且鲃尤ソ涣?，告訴大家每年有什么新的技術進展?！眳菗碚f。但他仍不滿足，“我國煤礦地質條件太復雜，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多名學生中，非常優(yōu)秀的學生?！白龅昧丝蒲?、跑得了市場，是難得的兩方面能力都很強的人才?！?
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、快速掘進等技術的最新研發(fā)進展。每次他到礦井，領導、技術員，甚至礦工見到他，都會追著問“有沒有新技術給我們”？
“大家對新技術的渴求度非常高，這是我們不斷研發(fā)、創(chuàng)新的動力。但是我們必須把經過充分驗證的、成熟的技術應用到煤礦。我們的技術，要對下礦人員的生命安全負責。”
2021年11月，吳擁政代表團隊，領取2020年度國家技術發(fā)明獎
2021年，吳擁政擔任中煤科工開采研究院有限公司副總經理，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，以新技術服務一線、引領行業(yè)進步。
作為中央企業(yè)科研單位，吳擁政看重以實際需求為導向開展課題研究，并保持行業(yè)領先地位。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、引領性的項目，其目的在于提升技術水平、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。“盡管不成熟，也要試一試?？蒲胁缓ε率?，發(fā)現問題是好事，根據問題再深度研發(fā)，合作關系會愈發(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。“企業(yè)更多聚焦怎樣維護礦井安全，怎樣獲得更大利潤，但未必關注到行業(yè)前瞻性的信息、技術；我們作為科研企業(yè)，更多關注技術前沿課題，但同時需要企業(yè)根據開采時的實際情況，提出訴求，為技術攻關帶一帶路?！?
來源：中華兒女
