——记中煤科工集团沈阳研究院有限公司总工程师曹垚林

郑 心  蔡巧玉  吕腾波　　

　　岁月更替，盛景维新，2025年的能源行业发展依然稳定，万家灯火中蕴含着人民群众的获得感、幸福感、安全感。

　　虽然，近年来，我国能源行业正在面临大力转型，朝着更加环保、高效的方向前进，但这并不意味着“富煤、贫油、少气”的资源禀赋特点得到颠覆——我国依旧是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国。也就是说，未来，在不短的时间里，煤炭资源依旧将作为能源供应的“压舱石”和“稳定器”，起到不可忽视的作用。因此，挑战和问题还将不断涌现，煤炭开采安全依旧是重中之重，不可掉以轻心。其中，煤与瓦斯突出正是防治事业中关键的一环。

　　“毫不夸张地讲，煤与瓦斯突出是地下煤矿开采中最为严重的动力灾害之一。”在中煤科工集团沈阳研究院有限公司（简称“沈阳研究院”）致力于煤与瓦斯突出防治理论及关键技术研究30年有余的总工程师曹垚林如此说。在沈阳研究院煤矿瓦斯突出灾害防治队伍中，可以说，他是担当领军职责的“头号人物”，但即便参与“八五”规划，到如今站在“十五五”规划的开端，对于每一次煤炭开采瓦斯突出防治计划或是相关标准及规定的制订和推行，他仍然小心翼翼、未敢自专，因为曹垚林很清楚，隐匿在煤层中的瓦斯是隐秘而致命的，能在顷刻之间带走鲜活的生命。

　　所以，要真正理解瓦斯防治的本质从而一绝后患，并非易事——不仅要深刻理解地质学、化学等多方面知识，还需要结合现场实际情况进行综合分析。这就要求科研人员不仅要“读过万卷书”，还要“行过万里路”。由此，先后主持、参与国家重点基础研究发展计划、国家科技重大专项、国家重点研发计划等纵向项目21项的曹垚林不遑多让，制修（订）国家及行业标准12项，出版专（编）著5部，授权发明专利22件，并创立推广两个“四位一体”综合防突技术体系，构建突出煤层“参数精准测定—动态监测预警—区域卸压增透—智能抽采管控”的全周期防控技术体系……他早已在因地制宜的方法论下，掌握了对时与势的准确判断，并始终秉持与时俱进、自我革新的胆魄与勇气。“赶路的人，虽苦犹乐。安全无小事，其研究及格线必须在不断进取中无限逼近100分，因此我还有很多事要做。”这是曹垚林的愿景，也是他一直以来渴望并一直为之奔跑的目的地。

岁月奔涌，丹心如一

　　人生是一场马拉松，科研也是。只有在奔跑中不断调整呼吸，才有望坚持到终点；而把握好前进节奏，则是始终保持充沛体力与后劲的首要前提。对于这一点，1995年毕业便毅然加入沈阳研究院的曹垚林再熟悉不过——岁月奔涌，丹心如一。漫漫30年科研路，时光留给曹垚林的不仅是矿井下的重重磨难，更是看到科技成果被落地、被推广的“恩重如山”。

　　毋庸置疑，成立于1952年的沈阳研究院在中国煤炭工业的发展历程中扮演着重要角色。20世纪50年代至60年代，沈阳研究院便完成了多个“第一”的项目，为新中国的煤炭工业奠定了基础。到了70年代末期至90年代，随着改革开放的推进，沈阳研究院进入了快速发展阶段，承担了国家煤炭行业多个灾害防治体系建设，并在多个关键技术领域取得了突破。但与此同时，行业对于瓦斯防治措施的研究和认知，却远未达到应有的高度。

　　“最初的防治措施可以说是十分有限，主要仰赖于增加通风量和简单的人工或机械抽放方法来降低工作面的瓦斯浓度。逐渐，随着对瓦斯危害认识的加深，我国才开始引入国外先进的瓦斯抽采技术和设备，并逐步开展自主研究。”曹垚林将我国瓦斯突出防治的发展史娓娓道来，同时他表示自己很幸运，是在前人的肩膀上、在发展的“上坡段”走入行业的。如他所言，我国在20世纪80年代至21世纪初便开发了高负压瓦斯抽采系统，提高了抽采效率；同时推广使用了地面钻孔抽采技术，有效降低了矿井内的瓦斯浓度；还出台了一系列关于煤矿安全生产的标准和规范，强化了对瓦斯灾害的防控要求，实施了更加严格的瓦斯管理制度。

　　“可以说，发展的洪流给了我们续写故事的机遇，所以我想看准了就抓紧干，努力把技术指标转化成民众的幸福指数。”在扎根沈阳研究院的几十年里，曹垚林是这么说的，也是这么做的。首先，他带领团队提出并建立了我国煤与瓦斯突出矿井区域和局部“四位一体”综合防突技术体系，从力学-能量致突机理出发，提出了工作面突出预测敏感指标“三率法”和“灰色关联法”，形成了煤与瓦斯突出危险性鉴定、区域预测、局部预测、效果检验指标参数。最终，成果被写入《煤矿安全规程》和《防治煤与瓦斯突出细则》等国家规范，他也相继主持或参与制订了《煤矿瓦斯等级鉴定规范》等国家强制标准，规范了我国突出灾害防治工作。

　　另外，在瓦斯灾害综合治理保障体系方面，曹垚林带队建立了瓦斯动态涌出采掘工作面连续实时预测机理和数学模型，研发了突出煤层综合防突技术和装备、石门快速揭煤技术和装备，严重突出矿区煤与瓦斯突出防治技术和管理体系、煤与瓦斯突出区域预测决策分析系统，瓦斯灾害预警系统、煤矿瓦斯智能抽采系统、煤与瓦斯突出“参数测定—监测预警—卸压增透—抽采管控”的综合防突技术、装备体系等一大批先进的技术与装备，实现了瓦斯突出全周期高效防控，有力促进了我国煤矿瓦斯灾害治理技术和装备水平的提高。并且，他实现了突出煤层卸压手段由单一向多元的重大突破，为煤层快速消突提供技术装备支撑。是曹垚林团队率先将高能空气、二氧化碳多种气相致裂技术应用于煤层增透领域，填补了我国气体增透技术空白；也是他们率先构建了水力化、机械扩孔和超声波等煤层多次增透技术装备体系，大幅提升高应力区低渗煤层瓦斯抽采效果；成果在山西、陕西、贵州、河南、辽宁等突出严重的矿区进行了推广应用，解决了突出煤层快速消突工程技术难题。

　　最后，在瓦斯防治技术标准体系的制订工作中，曹垚林曾作为负责人之一，组织或参与编写我国《防治煤与瓦斯突出规定》《防治煤与瓦斯突出细则》《煤矿瓦斯等级鉴定办法》，参与修改《煤矿安全规程》中“通风、瓦斯和煤尘爆炸防治”和“煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出防治”章节；制修订《煤与瓦斯突出危险性区域预测方法》《煤矿井下煤层瓦斯抽采半径直接测定方法》《煤与瓦斯突出矿井反向风门设置技术条件》《煤矿瓦斯抽放规范》《突出矿井安全生产基本条件》《煤的瓦斯放散初速度指标(△p)测定方法》《顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯防突措施效果检验方法》《煤层瓦斯含量井下直接测定用煤样采取方法——空气反循环法》等国家及行业标准12项，参加修订《矿井瓦斯涌出量预测方法》《水力驱动扩孔增透技术要求》《可解吸瓦斯含量测定装置》《被保护层膨胀变形量电子式测定装置技术条件》标准4项，并作为国家煤矿安全监察局指定的主讲老师，在全国范围内进行瓦斯治理规定标准宣贯，有效支撑瓦斯防治先进理念执行落实和技术装备推广应用。

　　把困难甩在身后，让信心激荡于胸，坚决战胜前进道路上的一切风险挑战，致力让煤炭安全开采从“不一定能”变为“一定能”。为达此愿，曹垚林仍然跨越山海，持续奔走在每个煤矿资源聚集的地方。

始于理论，臻于实践

　　“除了预防瓦斯突出灾害，其实抢险救灾也是我工作中极其重要的一部分。”曹垚林说。自2009年以来，他便作为我国安全生产专家，积极参与矿山事故抢险救援工作，全力支持国家煤矿灾害救援和事故调查活动20余次，8次担任调查专家组组长。作为煤矿现场技术组组长，他还曾多次参加国家矿山局组织的贵州、云南、新疆、山西、陕西、黑龙江、吉林等地区的煤矿安全生产帮扶督导工作。

　　而2021年的“6·5”黑龙江龙煤矿业集团鸡西矿业公司滴道盛和煤矿立井煤与瓦斯突出事故至今仍是扎在曹垚林心头的刺。虽然，第一时间连夜赶赴事故现场的他亲眼见证了灾难中失联的8名被困矿工最终顺利升井的全过程，也亲自参与了现场调度与救灾方案设计工作，但是一天一夜的营救过程足以让他深思良多。复盘阶段，他选择将大部分原因归结于一线工作人员的自救能力，“即便这些与煤矿打交道的工作人员非常懂得井下自救的方法，我国开采突出煤层的各类保护措施也已取得长足进步，但各类事故还没有被杜绝，这说明防控煤与瓦斯突出灾害工作还有提升空间，我们的探索脚步更加不能懈怠，尤其是在我国煤炭开采加速向深部进军的背景下”。

　　正如曹垚林所言，在我国已探明的煤炭资源储量中，浅部资源占比不足20%，且已逐渐枯竭。当前，部分老矿区的浅部煤炭资源开发已经进入后期，产能接续和生产安全问题随之而来，推进深部资源开采成为“必由之路”。但向深探索的道路仍存挑战，高地温、高应力、高瓦斯含量、压力等复杂地质条件让开采面临的灾害风险更大。有关专家表示：“伴随浅层煤炭开发进入后期，浅部剩余资源位置分散，机械化效率随之降低，导致单位开采成本居高不下。同时，传统综采设备对这些不规则煤层的适应性较差，部分矿井的资源回收率甚至不足50%。”此外，矿井进入断层带、破碎带或受老空区积水影响，面临的地质条件逐步复杂化。浅部残留煤柱引发冲击地压、瓦斯异常涌出风险也逐步上升。

　　尽管面临一系列挑战，但如何在地球深处安全采煤，仍是必须回答的课题。所幸曹垚林早有觉察，“十三五”期间，他便带队依托国家重点研发计划课题“深部开采煤与瓦斯突出多相分源防控技术与装备”，针对深部开采煤质变软、地应力增高、瓦斯压力增大的特点，从改变煤与瓦斯突出的3个因素源头入手，利用气、液和固三相介质，开展钻孔、扩孔、造穴、压裂、固化煤体等解危技术与装备研究，实现深部煤体多相分源卸压增透、煤体固化防突，形成系列化适用于深部矿井煤与瓦斯突出防控的技术与装备。

　　由此，曹垚林率先提出：“煤层卸压增透是防治煤与瓦斯突出的有效手段，煤岩体结构改造是煤层卸压增透的核心问题，水力化技术也许就是防治煤与瓦斯突出的有效手段。”告别了“拼刺刀”“短兵相接”的单纯钻孔阶段，曹垚林规划了煤层注水、水力压裂、水力割缝、水力冲孔造穴等手段。但他逐渐发现，单一的水力化煤与瓦斯突出防治技术特点虽明显，却各有其针对性和适用性。由于煤矿井下条件复杂限制了部分水力化措施的使用，如煤层注水对低渗透煤层效果有限，水力压裂难以在高应力粉碎煤中产生长久裂隙；且不同的水力化措施在工艺和设备方面存在共性，如高压水力、卸压增透等，因此催生了复合水力化煤与瓦斯突出防治技术。

蓬勃发展，守正创新

　　在传统中寻根，在奋斗中沉淀，在创新中前行。复合水力化煤与瓦斯突出防治技术在之后一段时间内，都是曹垚林乃至沈阳研究院的重点发展方向。据曹垚林介绍，复合水力化煤与瓦斯突出防治技术发展方向的重点，在于“钻—冲—割”耦合卸压防突措施、“压—钻—冲”一体化综合防突措施、基于水力压裂的超声波增透防突等综合措施。

　　“钻—割—压—抽”综合防突技术，可通过射流深穿透射孔技术或水力割缝技术在煤体中预先形成导向槽，控制水力压穿的方向，使钻孔之间的煤体形成裂隙网，达到可观的增透效果。但同时，由于煤层地质条件的影响，裂缝方向不易控制，裂缝发育不均匀，局部区域存在压裂不充分现象，在压裂钻孔影响范围边界又容易形成瓦斯富集和应力集中区。为解决这一问题，沈阳研究院又进一步提出了“压—钻—冲”一体化技术，结合保压水力压裂、径向回转钻进、大直径分级冲孔造穴技术，在保持高压水力冲孔的基础上，通过径向回转钻进在煤层中形成“十”字形通道增加煤体暴露面积，再通过大直径分级冲孔造穴装置将钻孔周围的煤体分多次大量冲出，形成直径可达1.2m的球形孔洞，大幅度地释放了煤层中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能，解决瓦斯富集和应力集中区的问题。

　　此外，对于近些年兴起的超声波卸压增透技术，曹垚林团队也颇为关注。“其原理是超声波的机械振动作用使煤岩骨架及颗粒相互摩擦和松动产生微裂隙，同时液体中微小气泡核在超声场的作用下空化，冲破裂煤体，从而提高煤体渗透性能。在超声波致裂煤体过程中水分起着重要作用，水为超声波提供了足够的空化核，空化核的快速膨胀收缩和溃灭可以对煤体内产生强大冲击波，形成新的孔隙并增加煤体内壁的连通性，提高煤体渗透性。实验表明，超声波激励实验中高含水率的煤样新产生的孔隙更多，致裂效果更明显。或许，这在未来又是一条可推广的新路。”曹垚林说。

　　为研为工，曹垚林30年如一日兢兢业业、克己奉公；为师育人，他也同样殚精竭虑、甘作“指路灯”。2014年至今，曹垚林一直担任沈阳研究院瓦斯研究分院负责人及瓦斯防治领域学科带头人。在任期间，他积极谋划学科发展和人才梯队建设，根据研究方向组建了瓦斯灾害预测、动力灾害防治、瓦斯突出治理等专业技术团队，培养了一批科研创新专家型人才梯队和专业型队伍，团队成员先后获得国务院政府津贴、辽宁省优秀科技工作者、辽宁省“百千万人才工程”、煤炭青年科技奖等荣誉称号。目前已培养博士研究生3名、硕士研究生5名、博士后2名，为行业进步作出了突出贡献。

　　更加难能可贵的是，在企业经营管理方面，曹垚林也颇有成就。2019年至2021年，由他全面负责沈阳研究院瓦斯分院期间，曹垚林立足全国各高突矿区技术服务市场，积极开拓瓦斯治理工程，提出了以技术带产品的一体化经营理念，并连续3年实现瓦斯研究分院最好经营业绩，为企业连续2年荣获集团公司经营管理优秀进步企业提供重要支撑。目前，他仍主要负责沈阳研究院技术咨询和工程项目经营及管理工作，近2年主管的各类项目都获得了较高的社会经济效益，确保了行业的安全高效运行。

　　正所谓，众志劈开千仞嶂，同心踏破万重关，当能源发展的巨轮起航之时，每一朵浪花都是前行的动力，每一个人都是追梦的旅人。如今，我国煤炭能源的发展势头仍然蓬勃昂扬，日月经天、江河奔流般势不可挡。草木蔓发，春山可望，从当下看长远，曹垚林表示将持续开拓“功成不必在我”的精神境界；从长远看当下，他也将秉持“功成必定有我”的历史担当。“近年，我们已经建成了一批复杂难采智能化煤矿，实现‘提效增产、提质增盈’。这说明，可复制、可推广的深部煤炭开采经验场景能被成功培育，因此我们绝不会放弃护航希望”。曹垚林说。

专家简介

　　曹垚林，研究员、博士生导师，国家安全生产专家，辽宁省、陕西省煤矿安全监察局专家组专家，贵州省能源局专家，山西省煤炭学会千人智库高级专家。现任中煤科工集团沈阳研究院有限公司总工程师、一级首席专家，煤矿安全技术国家重点实验室副主任，国家矿山安全监察局重点实验室副主任，沈阳研究院学术委员会主任。兼任国家能源行业煤矿瓦斯治理与利用标准化技术委员会委员、矿山安全行业标准化技术委员会通风与瓦斯防治分技术委员会委员、中国煤炭学会煤矿动力灾害防治专委会副秘书长、中国煤炭学会瓦斯专业委员会委员。荣获全国瓦斯防治先进个人、煤炭行业技能大师、抚顺市劳动模范、抚顺市十佳优秀青年等荣誉称号。