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科学家精神 | 我国煤矿大直径深井钻井的带头人——中国工程院院士、大直径钻井法凿井专家洪伯潜
字号:[    ] 发布时间:2022-06-17 09:11:02 来源:中国煤炭学会 发布人:马颖
洪伯潜,中国工程院院士,著名矿井建设特殊凿井工程专家,50多年来一直在科研第一线从事矿井建设研究与实践,是我国煤矿深大竖井钻井法凿井技术的开拓者之一。
 
洪伯潜先后主持完成了预应力钢筋混凝土井架、木里煤田高寒地区永冻层煤矿开发的可行性研究及钻井法凿井等国家及部级课题30多项,10次获国家及省、部级科技进步奖,其中国家科学技术进步一等奖1项、二等奖2项,省、部级科学技术进步特等奖2项、一等奖1项。他担任过北京建井研究所钻井室主任、博士生导师,现任中煤科工集团首席科学家、煤炭科学研究总院副总工程师、北京中煤矿山工程有限公司(煤科总院北京建井研究分院)学术委员会主任。他还是中国煤炭学会常务理事,济南煤矿设计研究院高级顾问,1986年被评为国家级有突出贡献的中青年专家,1990年7月首批获国务院政府特殊津贴,1997年当选中国工程院院士,先后发表学术论文40多篇,培养工学硕士2名、博士1名、在读博士1名。

  成才源于执著
 
洪伯潜1931年出生于素有"海上花园"之称的厦门鼓浪屿一个知识分子家庭,1952年考入厦门大学土木工程系,一年后因全国高校院系调整调入浙江大学,攻读他所热爱的工业与民用建筑专业 。1956年,他获得了首批浙江大学"三好优等生"称号,并成为一名中国共产党党员。毕业时,他在毕业分配志愿书上填写下了"服从组织分配,到祖国需要的地方"。
 
人生是丰富多彩的,但也是富有戏剧性的。上世纪50年代中期的中国,正掀起五年计划建设高潮,百业待兴,各行各业都需要大批建设人才。1956年,洪伯潜被分配到煤炭科学研究院,这是他没有想到的。他从建筑设计之梦开始,却以煤矿建井之实步入了人生征程。
 
 1957年秋,洪伯潜参与组织煤炭部预应力混凝土结构新技术学习班,而后负责有关预应力混凝土结构的课题研究。从1966年开始,他连续三年赴海拔近4300米的青藏高原,从事高寒地区开矿可行性研究,经受了低气压、高海拔等恶劣条件的考验。之后的大部分时间,他都是在矿井井筒过含水地层的特殊施工工地和其他科研现场度过的。从1972年起,他担任建井所钻井研究室主任长达20年之久。他深知,对于一个原本对煤矿生产建设一无所知的门外汉,要想很好地完成组织交给的任务,掌握并开拓这一工程领域的技术,除了不断努力学习必要的书本知识外,还必须时刻牢记"不断求知于实践、求师于他人"。他每年都在现场坚守八九个月的时间,在实践中不断摸索实践。"六五"和"七五"期间,他承担并完成了国家重点科技攻关项目《深井钻井法凿井技术的研究》,1986年荣获国家"六五"科技攻关先进个人奖,被人事部授予"有突出贡献的中青年专家"称号。1991年后,他担任了钻井室主任工程师,仍致力于钻井法凿井技术拓展应用于水下桩基工程、混凝土质量检测仪表等技术和设备的开发研究,并取得了丰硕成果。
 
勤奋铸就成功
 
洪伯潜承担的第一个课题,是1958年在鹤壁原鹿楼矿试制我国第一座15米悬臂式预应力钢筋混凝土井架,成为煤炭部推行"钢木代用"的示范工程。1964年,他研制成功32米高预应力混凝土井架,填补了国内矿山预应力混凝土大型特种结构的空白。1969年,他主持完成了煤炭部组织的《青海木里煤田聚乎更矿区高寒地带(海拔4300米)煤田开发的可行性》研究课题,历经三年的现场试验,完成了平巷掘进、高原设备效率、永冻土层地基基础等大量实体工程试验,为以后该类矿区开发提供了可靠依据。
 
 洪伯潜自1972年开始从事钻井法凿井的研究,是我国最早的三种煤矿专用钻机中两种钻机的主要研究设计者。他参与了潘三西风井(508米)、龙固主井(582.75米)等赶超世界水平的井筒施工方案的制定和施工,承担了包括谢桥西风井、龙固主井和风井、龙口梁家风井在内的十几个疑难钻井井壁设计或审查,与团队共同完成了国家"六五"和"七五"科技攻关项目《深井钻井法凿井技术的研究》,使钻井法成为我国首先通过440米表土不稳定含水地层、钻井深度508米、独具优势的大直径井筒特殊施工方法,综合技术达到国际先进水平,获得国家"六五"重点科技攻关项目奖和国家科学技术进步一等奖。
 
钻井井筒永久支护是地面分段预制的钢筋混凝土井壁,通过特殊的技术措施,下沉安装并与井筒固结。对于深达四五百米的大直径深井钻井工程,井筒支护技术是保证钻井法成功的重要技术环节。根据深井条件,洪伯潜首次提出依据井筒深度采用不同厚度井壁的结构设计方法和构造措施,解决了深大井筒钻井井壁总体设计的关键问题;引入建筑工程的约束混凝土结构基本原理,将拥有知识产权的单内钢板-钢筋混凝土复合井壁成功应用于钻井法凿井深部的井筒支护;研究解决了井壁节间注浆材料和工艺问题,实现了井壁竖向荷载的均匀传递;根据压杆的稳定原理,探索并首次提出井壁悬浮下沉整体轴向失稳的问题,创立了采用力矩平衡法安全控制第一段合理充填高度和配重水添加量计算公式;首次提出在内钢板预留泄水孔的方案,从而杜绝了钢板井壁鼓包事故的发生,保证了井筒长期使用安全。在此期间,洪伯潜还负责完成了"钻井壁后充填机械化"的研究,实现了钻井法凿井全部工序机械化,建成当时性能最齐全、工艺最先进的井壁试验装置,并将钻井技术扩大应用至水下大型桥基工程,主持和参加了3个型号大型工程钻机(直径3米)的研究设计工作,参与了珠海横琴大桥和浙江上虞人民路大桥主桥墩水下直径3米群桩钻孔施工技术方案的制定、设计和实施。
 
再攀新高峰
 
进入新世纪,已是古稀之年的洪伯潜院士在科研的道路上更加忘我投入。
 
随着改革开放的深入和国民经济的发展,国家对能源的需求量越来越大。2002年,国家关于建设大型煤炭基地的部署唤醒了沉睡多年的巨野煤田,深藏于地下的煤田急需高新技术的支持才可能顺利开发。鲁西南巨野煤田龙固矿井是设计生产能力600万吨/年的特大型矿井,地处巨野煤田中部。巨野煤田已探明地质储量为48.69亿吨,煤质优良,为低灰、低磷、特低硫、中高发热量的优质煤,且煤类齐全,可采区煤层平均厚度7.16米,适合建设大型矿井,具有很高的开发价值。巨野煤田已被发现20余年,迟迟没有开发的原因是该煤田被平均厚度620米的特厚冲积层所覆盖,由此带来的一系列技术问题前所未有,使建井难度倍增。洪伯潜院士受邀于这一关键时刻,投入到龙固矿井井筒施工方案的研究和制定当中。
 
洪伯潜院士负责钻井井壁结构设计和计算,重大责任系于一身。从2002年6月起,历时18个月,年过七旬的洪伯潜院士按照2002年发布的《混凝土设计新规范》,走上了殚精竭虑的设计之途。他伏于桌前,与电脑为伴,缜密构思井壁抵抗巨大地层压力的合理计算方法,经常夜不成寐,几次午夜起身记下自己的奇思妙想。他总结多年井壁设计的经验,潜心研究这次井壁结构的新特点,形成了完整的设计思路和可靠的计算方法,完成了龙固矿3个钻井井筒的井壁设计和计算,并与济南煤矿设计研究院合作完成了3个井筒的设计图纸。一份份严格推敲的计算书,一张张严谨绘制的蓝图,无不凝聚着他500多个日日夜夜的思虑,无不记载着他引领中国煤矿钻井技术攀登世界高峰的历程。
 
 2004年4月,12种型号、121节、22000多吨、相当于200层楼房高度的主1井壁开始悬浮下沉。这是前所未有的宏大工程,不能有丝毫闪失,否则已钻凿的井筒将前功尽弃。洪伯潜院士亲自制定了井壁悬浮下沉和壁后充填的施工工艺,力保施工和设计环环相扣,不出现任何差错。下沉井壁的30多天里,洪伯潜院士一直守在现场,对现场技术人员和工人进行指导,及时召开会议研究解决偶发问题。巨大的压力使他寝食难安,需要靠安眠药才能入睡。工作责任感使他顾不上高龄和身体不适,白天奔波在工地,晚上仍然加班加点进行工序的检查和验证、数据的反复验算与核对,就连"五一"节也是在工地度过的。2004年4月28日,121节井壁安全下沉到位,标志着世界矿山史上一个钻井工程的新纪录诞生了!
 
从2002年开始,洪伯潜院士作为国家"十五"科技攻关项目《龙固主井(双井筒)近600米钻井法凿井技术研究与应用》的技术负责人,主持项目可行性论证和主要参数的确定,负责井壁结构形式及设计方法研究,承担结构设计计算,解决了深井井壁承受巨大外力对强度的要求和悬浮下沉安装与自重限制的矛盾。该项目的完成,解决了山东巨野煤田发现20多年未能开发的难题,获得国家科技进步二等奖和煤炭行业科技进步特等奖。龙固主井钻井深度582.75米,穿过冲积层546.48米,均属当时国内外第一,综合技术达到国际领先水平,带动了一大批条件类似矿井的建设。 
 
2007年5月,洪伯潜院士应国投新集能源股份有限公司的邀请,承担钻井法凿井深度超过650米的板集煤矿主井、风井井壁悬浮下沉竖向结构稳定控制的设计和实施指导,又迈向新的征程。
 
艰辛探索,百味人生。洪伯潜院士坚守"得寓于失,乐寓于苦,成功源于奋斗"的信念,从一个非矿业院校毕业的青年,成长为矿井建设领域的领军人物,在钻机设计、钻井工艺、井筒支护技术等方面取得了巨大成就,是该领域能够熟练掌握跨机械、矿建施工工艺及工程结构等几个不同专业的难得的专家。洪伯潜院士50余年辛勤探索、执著奉献的科学人生,是几代煤炭行业科技人员创新攻关、无私奉献的缩影。
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