论文部分内容阅读
在我国，煤炭资源分布不均匀、地质条件复杂的特殊性决定了煤炭开采的困难性。近年来，我国煤矿开采技术水平不断提高，作为煤炭行业的一员，中国矿业大学教授黄炳香长期致力于煤岩体水力致裂方面的研究工作，克服重重困难，研制了大尺寸真三轴水力致裂实验研究平台；以水力致裂改造煤岩体结构理论为基础，基于坚硬顶板、顶煤，瓦斯排采及防突消冲等采矿技术难题，形成了煤岩体水力致裂的理论与工艺技术体系，并已成功应用于山西、内蒙古、河南等省（自治区）的数个矿区30多个工作面；同时，对煤层气地面井水力致裂增产，页岩气、可燃冰开采技术难题，开展了相关研究；攻克种种难题，形成了理论→技术→装备→技术服务的发展模式，创下了一个个辉煌的成绩。
铿锵起步：独立开辟水力致裂新方向
在大家的眼中，黄炳香可谓是天子骄子、栋梁之材。1978年出生的他，于2001年在西安科技大学采矿工程专业毕业之后，被免试推荐为这所西北地区唯一一家矿业类院校的硕士研究生。2004年硕士毕业之后，他又来到了世界著名的矿业学府中国矿业大学采矿工程系任教，年轻有为，前途光明。
在中国矿业大学的各项评比中，因为他出类拔萃的表现、兢兢业业的治学态度斩获了多项国家和省部级的奖项。也因此，31岁的他便被破格评为副教授，33岁被评为博导，35岁破格晋升为教授，是中国矿业大学优秀青年骨干教师、中国矿业大学学术骨干。
能者多劳，智者多忧。一直以来，煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科技问题，而水力致裂是实现煤岩体结构改造的有效途径。为了攻克这个难题，在学院的支持下，带着学院的殷切期望，黄炳香成立了水力致裂课题组，主要研究煤岩体水力致裂理论及其在煤矿的各方面应用。
万事开头难。水力致裂在中国矿业大学是一个新的研究方向，他亲力亲为，自行研制了大尺寸真三轴水力致裂实验系统，具备水力致裂、瓦斯驱赶和水力割缝（70MPa）的一体化功能。虽然此时的他已经是破格的副教授，但因为是新进年轻老师，第一年的硕士招考中，只招到一名学生。那段时间，他肩负着本科生、研究生的教学任务，处在博士研究生毕业的关键时期，恰逢课题组刚刚成立，可以说，举步维艰，筚路蓝缕。
虽然这条新路开始是狭窄的，但它却是黄炳香延伸拓宽的序曲。当他与课题组学生埋头钻研，终于取得进展时，却又迎来了新问题。他们知道，采矿是一门很重实践的学科，因此大量的理论分析和实验室研究成果，急需在现场应用中试验验证。但由于水力致裂对于煤矿来说，还是新型技术，很多煤矿不愿去承担风险，使得他们有了技术，却苦于没有用武之地，这使他更加体会到了创业的艰难和不易。
然而，黄炳香坚定地认为自己的研究课题、思路和方法可行，一定能做出实用成果。无论遇到什么困难，他从不放弃不退缩。同样，每当遇到难题的时候，他的学生也向他看齐，常常拿他的“办法总是人想出来的”“办法总比困难多”等这些教诲来激励自己。另外，他的严格也是出了名的，以身作则的他要求自己及课题组学生踏踏实实做实验，认认真真做研究。有时为了一个细节、一个数据，他们没日没夜做实验，一做就是一整天。晚上10点多，课题组学生晚归时经常看到他们的黄老师依然静静地在办公室聚精会神地推敲论文、分析数据。
蓄力崛起：水力致裂开煤岩层的“铜墙铁壁”
没有一个人的成功是轻而易举得来的，成功总是伴随着艰辛。虽然31岁黄炳香就晋升为了副教授，但是他的年轻也引起了学生的担心。然而即使当年只有1个研究生，他也从未懈怠，以个人的实际行动和魅力感召着学生。2010年，仅仅1年时间，他以良好的口碑成为了很多读研学生争夺的香饽饽。2011年，更是有多名保送研究生报名。从2009年至2011年，不到3年的时间，他的课题组从1个研究生发展到了10多位研究生，课题组规模迅速扩大。课题组的壮大，为水力致裂的研究提供了有力的支撑。他开始带领课题组去攀登更高的山峰。
为了能够在现场进行水力致裂技术试验，向企业证明水力致裂技术的可行性，他跑遍了徐州周边的煤矿集团，终于神火集团的一个煤矿同意了试用水力致裂技术。为了得到第一手的现场资料，为了使得研究的内容在现场更好地检验出效果，他带领研究生马剑等在现场跟班，一呆就是几十天，他的努力没有白费，为后期的连连成功奠定了基础。
面对着山西大同矿区典型的坚硬顶板，波兰专家多年试验坚硬顶板水力致裂，均未致裂开，每每以失败告终。之后，黄炳香课题组接下了这个难题，现场的很多人员对此表示怀疑：“波兰专家都解决不了的问题，他们能解决？”为了解决好现场的问题，也为了证明自己的技术可行，黄炳香课题组采用自己成套的技术与装备，开始坚硬顶板水力致裂试验。黄炳香带领研究生在塔山矿一呆就是一个月，施工的时候正好赶上春节前后，春节只休息了6天大家便回到矿上继续工作，经过充分的准备，试验取得圆满成功，一次性成功致裂开大同这个铜墙铁壁的顶板，取得突破性的进展。同煤集团领导都赞扬这次成功试验意义重大，集团总工程师于斌说：“矿大黄炳香的技术为我们同煤集团实实在在解决了现场技术难题。”
课题组钻研开发出能控制坚硬顶板、坚硬顶板下沿空留巷、保护临空巷道、应力定向转移等的顶板定向致裂技术，采用这套技术与装备避免了工作面强矿压显现，消除了悬顶突然垮落导致的瓦斯超限，提高了资源采出率，为坚硬顶板煤层井工开采的安全及围岩控制等提供了新的解决思路和方法。这项技术成功解决了塔山、同忻等煤矿坚硬顶板（顶煤）综采（放）面初采顶板垮落与瓦斯防治、临空巷道冲击地压与底臌控制等技术难题；成功解决了神华神东公司综采面端头悬顶控制的安全问题，技术效果更是得到了现场的充分肯定。相关院士、专家鉴定该理论与成套技术达到国际领先水平。
顶板水力致裂控制理论与系统的控制方法将促进煤炭开采的科技进步，为深部煤炭资源开采奠定理论与技术基础。目前，该成套技术已在大同、神东等矿区的十几个煤矿应用，克服了高瓦斯矿井炸药爆破存在的安全隐患，推广应用前景广阔，经济效益显著。 他们的成绩有目共睹。随着水力致裂的成功应用，越来越多的煤矿开始主动找到中国矿业大学寻求水力致裂的技术支持。从2009年至今，课题组从四处寻求煤矿进行试验，到神华神东集团、同煤集团等全国大型煤炭企业主动寻求合作，彻底扭转了被动的局面，得到了大家的一致认可。
勇创辉煌：达到国际领先水平
科学需要忘我的献身精神和严谨的治学态度。黄炳香不在乎名利，坚持项目必须对煤矿有所帮助，坚决不做重复无用的项目。哪怕是很小的煤矿现场问题，他都认真去解决，因此备受煤矿现场技术人员的好评，仅2013年一年签约现场研究项目就达5项。
我们知道，放顶煤开采是特厚煤层的主导采煤方法。我国的坚硬特厚煤层储量丰富，特别是陕、甘、宁、新等西部地区，分布着大量的坚硬特厚煤层。其中，榆林柳巷煤矿3号煤埋藏浅，煤层厚度大，煤质坚硬，煤层裸巷两年后无明显变形，节理裂隙不发育。坚硬顶煤冒放性的安全有效控制成为了一项技术难题。在不采用炸药的条件下，应用小孔径多孔线性水力致裂等技术与装备。一方面定向致裂坚硬老顶，保障工作面初采安全生产，诱导矿压破煤；另一方面水力致裂弱化坚硬顶煤，实现了顶煤的及时充分破碎垮落，顶煤破碎块度满足正常放煤要求。已在多个煤矿应用，尤其在不适宜爆破的高瓦斯矿井可以发挥巨大的经济效益和社会效益，相关院士、专家鉴定该技术达到了国际领先水平。
薛湖煤矿采用深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采技术后，突出煤层掘进节省了10个区域孔的工程量和施工时间，减少了瓦斯抽采时间，具有显著的技术经济效益。深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采也适用于突出煤层底抽巷穿层钻孔的增透与消突，已在3个煤矿的6条煤巷掘进工作面和多个采煤工作面应用。深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采为瓦斯开采、突出煤层特别是单一低透煤层的消突提供了新的理念和技术途径。实践证明，突出煤层掘进头超前深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采的消突技术通过深孔水力致裂和浅孔瓦斯抽采相结合的方式，实现增透、弱化、瓦斯驱赶、抽采与注水湿润的有机结合，有效地提高了瓦斯抽采率和消除了突出危险性。
他主持的多项国家自然科学基金项目、教育部新世纪优秀人才、江苏省优势学科建设等项目受到同行的认可和好评。发表论文50余篇（SCI、EI检索29篇），出版《煤岩体水力致裂理论及其应用》等专著2部，获发明专利5项、实用新型专利10项，申请发明专利6项。
他学术思想活跃、治学态度严谨求实，因此，获得了孙越崎青年科技奖（2012）、教育部新世纪优秀人才支持计划（2012）、江苏省“333人才培养工程”中青年科学技术带头人（2013）、江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师（2012）、江苏省优秀博士学位论文（2010）等奖项。
如今，作为一名国家级重点学科的年轻教授，黄炳香正带领课题组研究生，以更加饱满的热情、科学严谨的治学态度，齐力承担起多项国家自然科学基金、省部级科研项目，奔走在水力致裂理论与技术的不同分支方向，埋首在煤层气地面井水力致裂增产技术、煤层压裂滤失机理等中石油科技攻关项目以及页岩气、可燃冰开采方面的基础研究中，向一道道水力致裂解决煤炭高效开采和安全的工程难题发起了挑战，为祖国的能源事业源源不断地奉献着自己全部的力量。
铿锵起步：独立开辟水力致裂新方向
在大家的眼中，黄炳香可谓是天子骄子、栋梁之材。1978年出生的他，于2001年在西安科技大学采矿工程专业毕业之后，被免试推荐为这所西北地区唯一一家矿业类院校的硕士研究生。2004年硕士毕业之后，他又来到了世界著名的矿业学府中国矿业大学采矿工程系任教，年轻有为，前途光明。
在中国矿业大学的各项评比中，因为他出类拔萃的表现、兢兢业业的治学态度斩获了多项国家和省部级的奖项。也因此，31岁的他便被破格评为副教授，33岁被评为博导，35岁破格晋升为教授，是中国矿业大学优秀青年骨干教师、中国矿业大学学术骨干。
能者多劳，智者多忧。一直以来，煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科技问题，而水力致裂是实现煤岩体结构改造的有效途径。为了攻克这个难题，在学院的支持下，带着学院的殷切期望，黄炳香成立了水力致裂课题组，主要研究煤岩体水力致裂理论及其在煤矿的各方面应用。
万事开头难。水力致裂在中国矿业大学是一个新的研究方向，他亲力亲为，自行研制了大尺寸真三轴水力致裂实验系统，具备水力致裂、瓦斯驱赶和水力割缝（70MPa）的一体化功能。虽然此时的他已经是破格的副教授，但因为是新进年轻老师，第一年的硕士招考中，只招到一名学生。那段时间，他肩负着本科生、研究生的教学任务，处在博士研究生毕业的关键时期，恰逢课题组刚刚成立，可以说，举步维艰，筚路蓝缕。
虽然这条新路开始是狭窄的，但它却是黄炳香延伸拓宽的序曲。当他与课题组学生埋头钻研，终于取得进展时，却又迎来了新问题。他们知道，采矿是一门很重实践的学科，因此大量的理论分析和实验室研究成果，急需在现场应用中试验验证。但由于水力致裂对于煤矿来说，还是新型技术，很多煤矿不愿去承担风险，使得他们有了技术，却苦于没有用武之地，这使他更加体会到了创业的艰难和不易。
然而，黄炳香坚定地认为自己的研究课题、思路和方法可行，一定能做出实用成果。无论遇到什么困难，他从不放弃不退缩。同样，每当遇到难题的时候，他的学生也向他看齐，常常拿他的“办法总是人想出来的”“办法总比困难多”等这些教诲来激励自己。另外，他的严格也是出了名的，以身作则的他要求自己及课题组学生踏踏实实做实验，认认真真做研究。有时为了一个细节、一个数据，他们没日没夜做实验，一做就是一整天。晚上10点多，课题组学生晚归时经常看到他们的黄老师依然静静地在办公室聚精会神地推敲论文、分析数据。
蓄力崛起：水力致裂开煤岩层的“铜墙铁壁”
没有一个人的成功是轻而易举得来的，成功总是伴随着艰辛。虽然31岁黄炳香就晋升为了副教授，但是他的年轻也引起了学生的担心。然而即使当年只有1个研究生，他也从未懈怠，以个人的实际行动和魅力感召着学生。2010年，仅仅1年时间，他以良好的口碑成为了很多读研学生争夺的香饽饽。2011年，更是有多名保送研究生报名。从2009年至2011年，不到3年的时间，他的课题组从1个研究生发展到了10多位研究生，课题组规模迅速扩大。课题组的壮大，为水力致裂的研究提供了有力的支撑。他开始带领课题组去攀登更高的山峰。
为了能够在现场进行水力致裂技术试验，向企业证明水力致裂技术的可行性，他跑遍了徐州周边的煤矿集团，终于神火集团的一个煤矿同意了试用水力致裂技术。为了得到第一手的现场资料，为了使得研究的内容在现场更好地检验出效果，他带领研究生马剑等在现场跟班，一呆就是几十天，他的努力没有白费，为后期的连连成功奠定了基础。
面对着山西大同矿区典型的坚硬顶板，波兰专家多年试验坚硬顶板水力致裂，均未致裂开，每每以失败告终。之后，黄炳香课题组接下了这个难题，现场的很多人员对此表示怀疑：“波兰专家都解决不了的问题，他们能解决？”为了解决好现场的问题，也为了证明自己的技术可行，黄炳香课题组采用自己成套的技术与装备，开始坚硬顶板水力致裂试验。黄炳香带领研究生在塔山矿一呆就是一个月，施工的时候正好赶上春节前后，春节只休息了6天大家便回到矿上继续工作，经过充分的准备，试验取得圆满成功，一次性成功致裂开大同这个铜墙铁壁的顶板，取得突破性的进展。同煤集团领导都赞扬这次成功试验意义重大，集团总工程师于斌说：“矿大黄炳香的技术为我们同煤集团实实在在解决了现场技术难题。”
课题组钻研开发出能控制坚硬顶板、坚硬顶板下沿空留巷、保护临空巷道、应力定向转移等的顶板定向致裂技术，采用这套技术与装备避免了工作面强矿压显现，消除了悬顶突然垮落导致的瓦斯超限，提高了资源采出率，为坚硬顶板煤层井工开采的安全及围岩控制等提供了新的解决思路和方法。这项技术成功解决了塔山、同忻等煤矿坚硬顶板（顶煤）综采（放）面初采顶板垮落与瓦斯防治、临空巷道冲击地压与底臌控制等技术难题；成功解决了神华神东公司综采面端头悬顶控制的安全问题，技术效果更是得到了现场的充分肯定。相关院士、专家鉴定该理论与成套技术达到国际领先水平。
顶板水力致裂控制理论与系统的控制方法将促进煤炭开采的科技进步，为深部煤炭资源开采奠定理论与技术基础。目前，该成套技术已在大同、神东等矿区的十几个煤矿应用，克服了高瓦斯矿井炸药爆破存在的安全隐患，推广应用前景广阔，经济效益显著。 他们的成绩有目共睹。随着水力致裂的成功应用，越来越多的煤矿开始主动找到中国矿业大学寻求水力致裂的技术支持。从2009年至今，课题组从四处寻求煤矿进行试验，到神华神东集团、同煤集团等全国大型煤炭企业主动寻求合作，彻底扭转了被动的局面，得到了大家的一致认可。
勇创辉煌：达到国际领先水平
科学需要忘我的献身精神和严谨的治学态度。黄炳香不在乎名利，坚持项目必须对煤矿有所帮助，坚决不做重复无用的项目。哪怕是很小的煤矿现场问题，他都认真去解决，因此备受煤矿现场技术人员的好评，仅2013年一年签约现场研究项目就达5项。
我们知道，放顶煤开采是特厚煤层的主导采煤方法。我国的坚硬特厚煤层储量丰富，特别是陕、甘、宁、新等西部地区，分布着大量的坚硬特厚煤层。其中，榆林柳巷煤矿3号煤埋藏浅，煤层厚度大，煤质坚硬，煤层裸巷两年后无明显变形，节理裂隙不发育。坚硬顶煤冒放性的安全有效控制成为了一项技术难题。在不采用炸药的条件下，应用小孔径多孔线性水力致裂等技术与装备。一方面定向致裂坚硬老顶，保障工作面初采安全生产，诱导矿压破煤；另一方面水力致裂弱化坚硬顶煤，实现了顶煤的及时充分破碎垮落，顶煤破碎块度满足正常放煤要求。已在多个煤矿应用，尤其在不适宜爆破的高瓦斯矿井可以发挥巨大的经济效益和社会效益，相关院士、专家鉴定该技术达到了国际领先水平。
薛湖煤矿采用深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采技术后，突出煤层掘进节省了10个区域孔的工程量和施工时间，减少了瓦斯抽采时间，具有显著的技术经济效益。深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采也适用于突出煤层底抽巷穿层钻孔的增透与消突，已在3个煤矿的6条煤巷掘进工作面和多个采煤工作面应用。深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采为瓦斯开采、突出煤层特别是单一低透煤层的消突提供了新的理念和技术途径。实践证明，突出煤层掘进头超前深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采的消突技术通过深孔水力致裂和浅孔瓦斯抽采相结合的方式，实现增透、弱化、瓦斯驱赶、抽采与注水湿润的有机结合，有效地提高了瓦斯抽采率和消除了突出危险性。
他主持的多项国家自然科学基金项目、教育部新世纪优秀人才、江苏省优势学科建设等项目受到同行的认可和好评。发表论文50余篇（SCI、EI检索29篇），出版《煤岩体水力致裂理论及其应用》等专著2部，获发明专利5项、实用新型专利10项，申请发明专利6项。
他学术思想活跃、治学态度严谨求实，因此，获得了孙越崎青年科技奖（2012）、教育部新世纪优秀人才支持计划（2012）、江苏省“333人才培养工程”中青年科学技术带头人（2013）、江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师（2012）、江苏省优秀博士学位论文（2010）等奖项。
如今，作为一名国家级重点学科的年轻教授，黄炳香正带领课题组研究生，以更加饱满的热情、科学严谨的治学态度，齐力承担起多项国家自然科学基金、省部级科研项目，奔走在水力致裂理论与技术的不同分支方向，埋首在煤层气地面井水力致裂增产技术、煤层压裂滤失机理等中石油科技攻关项目以及页岩气、可燃冰开采方面的基础研究中，向一道道水力致裂解决煤炭高效开采和安全的工程难题发起了挑战，为祖国的能源事业源源不断地奉献着自己全部的力量。