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媒體報道一：

劉志強：驅走反井中死神陰霾 促進地下工程建設技術發展

2016-06-16 19:14:17　來源: 中國網　

“通過技術、工藝創新，研究先進的機械破巖裝備，改善危險的井巷施工環境，避免職業傷害，避免人員傷亡。這就是我大學和研究生學習艱苦的煤礦建井專業，并一直從事本專業的堅強信念。”——劉志強

搭乘煤炭科學研究總院這艘科研的巨輪，劉志強開始了艱苦的反井鉆機技術的科研工作。他從參與小直徑反井鉆機研制，到帶領團隊進行機械破巖理論研究，最終形成了我國正、反井鉆井鑿井技術裝備體系。三十余年來，他深入煤礦反井umfh施工現場，進行工業性試驗，為調研第一手資料，曾距地面千米深的煤礦井下跟班作業，親身體驗井下反井施工的危險，他曾親自進行應用示范，處理事故的危險時刻在井下連續工作24小時，他不畏艱辛，奔波在礦山、電站、公路鐵路隧道等推廣現場……

通過艱苦卓絕的努力，他帶領團隊先后完成了反井鉆機、破巖刀具、鉆井工藝等一系列的創新成果。在機械設備方面，研制了從鉆孔直徑0.75米到5.3米，鉆井深度從90米到600米的系列反井鉆機，研制出適合不同類型巖石的破巖滾刀;在鉆井技術的應用方面，從反井鉆孔到反井鉆井，形成了新的井筒鉆進工藝。如：鉆井深度第一次突破300米，第一鉆成大傾角斜井，第一次鉆成近600米的瓦斯抽放井，第一次鉆成直徑3.5米的采區通風井，第一鉆成直徑5.3米的井筒。經歷多年的應用和實驗，逐步形成成熟的反井鉆鑿井筒工藝，不斷刷新國內反井鉆井新紀錄，在地下工程技術領域取得巨大成功。因此，礦山井下危險的煤倉、暗井等反井施工由機械取代了人工操作，根本上的解決了人工反井施工的安全問題，大大避免了傷亡事故。為了技術發展和推廣應用，他還帶領團隊將這些技術從煤礦到鐵礦、金礦、鹽礦、非金屬等地下采礦工程進行示范。

“他”就是中國煤炭科工集團首席科學家，中國煤炭學會煤礦建設與巖土工程專業委員會常務副主任劉志強。

驅逐死神陰霾的反井鉆井技術

上世紀80年代以前，煤礦和其它地下開采的礦井，需要在井下建設大量的暗井、礦倉、溜井、通風井、管道井工程，這些工程一般只能采取由下向上掘進的反井施工方法。當時煤礦常用的反井施工方法為木垛法，從下向上搭設木垛，人員站在上面，由下向上鉆眼、裝藥、連線和爆破，作業人員工作環境是難以想象，經常受到臨水、落石、有害氣體等職業傷害，特別是頂、幫坍塌還會造成人員傷亡。據不完全統計，以往施工一條深度40米的反井，就會發生一人以上的傷亡事故，人工施工一條40米需要2-4個月，每個煤礦都需要建設十幾條反井，煤礦每年需要施工超過200條，加上其他地下工程全國需要施工的各種反井超過400條，從安全和效率看，反井是制約井工開采的重要環節!

劉志強從入院讀研究生開始，就致力于解決這一困擾礦建界的難題。他研究生畢業答辯的第二天就去了現場，開始了艱辛的日日夜夜，將自己青春年華貢獻給了建井事業。曾面對現場突發情況的懵懂和忐忑;曾在艱苦礦地干近半年吃不上一塊肉;曾徹夜加班，不成功誓不休。他說，為熱愛的煤礦建井技術研究事業付出，有苦有樂，但沒有后悔。那些技術難點攻克前的煎熬，許多項目創新成功的喜悅，奔波路上直面生死的深刻體驗，這些經歷都充實了他豐滿的人生。

在建井院六十余載的發展歷程中，劉志強是其中的一個縮影，影射出許許多多獻身建井事業人的頑強精神。在這里揮灑青春、汗水、淚水的人永遠不會缺、不會斷。未來，這種傳承仍將繼續，建井院的創新歷程永遠是進行時。創新，在這里是一種方向，一種指引。有了創新，建井人便不會停下探索的腳步，煤礦深處也不再是威脅生命之地。

為改變反井施工的落后面貌，劉志強主持完成國家“7.5”科技攻關的“LM-120型反井鉆機與工藝研究”和“XP型鑲齒盤形滾刀”的工藝研究部分，又先后主持完成包括煤炭科研重點項目“LM-200型反井鉆機”、“300米深井反井鉆井施工技術”、“大傾角深斜井反井鉆井工藝及專用設備研究”、“LM-90型反井鉆機”、“上排下疏立井鑿井新工藝”，以及電力部科研項目“反井鉆應用技術”等行業重點課題，研制小型反井鉆機和反井鉆機鉆井工藝，解決井下反井施工難題，快速、安全鉆成直徑1.0-1.4米溜渣孔技術難題。

進入21世紀，為了煤礦大直徑井筒建設和水電極堅硬巖石建設電站的需要，作為第一負責人，劉志強組織進行了科技部科研院所專項資金項目“深井反井鉆井技術及裝備”、“反井鉆進豎井導孔軌跡測控裝備與技術”、以及自主研發科研項目“ZFY3.5/400電控型反井鉆機技術”、“反井正鉆綜合鑿井新技術及裝備研究”等。

為適應煤礦高產采區建設和整合礦井改造，劉志強還組織進行科技部科研院所專項資金滾動開發項目“大直徑煤礦風井反井鉆井工藝技術研究”，包括三個子課題“大直徑反井鉆機關鍵技術及裝備研究”、“新型大直徑擴孔鉆頭結構及配套鉆具開發研究”、“大直徑煤礦風井反井鉆井工藝技術研究及應用”，項目完成研制了鉆井深度600米、直徑5米電液控制型反井鉆機研制，形成了國內最先進大型反井鉆機和鉆井工藝，實現了從反井鉆機鉆孔到鉆進井筒的轉變，形成了一種新的井筒鉆進工藝-反井鉆井工藝，在堅硬巖石條件下，機械破巖鉆成井筒，鉆進全部地面作業，安全、環保、高效、無職業傷害，反井鉆井技術進步及創新促進了建井技術的發展。

促進地下工程建設技術發展

由于反井鉆機在技術上與安全上的優越性，這項技術不僅用于礦井建設中，還運用在許多跨行業領域的重大工程建設中。十三陵抽水蓄能電站便是第一從煤炭跨出的第一項工程，也是這樣一個讓劉志強至今難忘的項目。

當時十三陵抽水蓄能電站正在籌建，在一次會議中，劉志強和團隊得到了這一消息，便前去與電站籌備處進行商談，希望能夠采用反井鉆井技術為十三陵電站的建設提供幫助 。

“其實當時我們心里也沒底，煤礦系統的巖石都是軟巖，十三陵抽水蓄能電站位于十三陵水庫周邊的山體內，是由火成巖類的堅硬巖石。從滾刀破巖消耗和技術來講，軟硬是兩種技術，是一種新的嘗試。”他表示。當時，電站建設的許多專家并不看好這一技術在其中的應用，然而籌備處處長及當時的三峽監理卻選擇相信他們，并到煤礦進行了實地考察，從此，為水電建設開創出一條新的技術途徑。

為了使反井鉆井技術走出煤炭，走向新的地下工程領域，他們付出艱苦的勞動，和巨大的精神壓力。以前，水電地下工程系統的通風很不好，由于采用的是柴油吊車將設備吊到洞中，所以施工人員往往在里面待上一天便會頭痛，晚上常常連飯都吃不下。劉志強他們每天早上8點蹭監理單位的車抵達現場，晚上12點又蹭車回來。"四五個人就天天這么干。每個人帶點咸鴨蛋火腿腸，在洞里一干就是一天，攻克了一項又一項技術難題。半個月之后，當一個直徑 1.4 米、深度160 米的高精度電梯井導井鉆呈現在甲方面前時，得到的是驚奇、感嘆和贊揚。被水電譽為“造福工人、功德無量”的技術。此后，又進行反井鉆機施工大傾角傾斜壓力管道技術研究，在國內第一嘗試鉆成傾角50度，長度203米的斜井，打破國外爬罐技術壟斷，根除了爬罐施工的安全隱患。

“在云南的那段日子令人難忘。” 他回憶說，為了使反井鉆機技術能夠在水電系統推廣，他們又開始了云南大朝山電站的遠征，第一次將反井鉆機推廣在普通水力發電工程。在瀾滄江大峽谷內的工程，充滿了不確定性，設備供應困難，人員緊張，需要解決的技術問題多，有時為了一個配件，從昆明到電站需要開幾天的車，走的都是泥濘的山路。“下面熱得要命，上面卻在下雪，車旁就是深不見底的山澗，掉下去都找不到人。”那時候，一會瓢潑大雨、一會冰雹、一會大霧彌漫，山路泥石流頻發，有時在山路上被堵幾天，渴了餓了就和當地的老鄉商量著吃口飯。“那時候我常想，干不好我就不回來了。”好在上天沒有辜負他的努力，通過多項技術創新后，工程順利而圓滿地結束了，他也靠著敬業與專業為鉆井事業在電站建設領域贏得了口碑。此后，在我國重點水電建設工程中如三峽、小灣、龍灘、溪洛渡、白鶴灘、烏東德等幾十座電站，都有他們的反井鉆機身影，在我國新型的抽水蓄能電站領域，如山東泰山、江蘇宜興、安徽瑯琊山、河北張河灣，山西溪龍池等都利用了他們的技術。此后，跟隨我國水電建設走出去的腳步，反井鉆井技術也在馬來西亞、哈薩克斯坦、厄瓜多爾、贊比亞、老撾、巴基斯坦等一顯身手，成為我國電站建設行業走出去的施工利器。

三十余年來，他帶領團隊，團結一心，克服困難，努力拼搏，從天寒地凍的塞外北國到酷熱難耐的西南邊陲，每項研究和每一工程都是挑戰，他們的足跡遍布煤礦井下、偏遠高海拔(3000m)水電、鐵路隧道建設的各個角落，在包括泥石流頻繁發生的地區和艱苦的工作環境，為反井鉆井技術推廣付出艱苦的勞動，取得了顯著的經濟效益，創造良好的社會效益。

機械破巖鉆井加速我國建井技術變革

在“十一五”期間，承擔國家科技支撐項目，針對我國鉆井技術發展的瓶頸，劉志強提出“一擴成井”和“一鉆成井”鉆井新工藝，大大提高鉆井法鑿井成井速度，推進了鉆井技術發展和推廣，該項目獲得國家科技進步二等獎。在“十二五”期間，組織研制出我國首臺豎井掘進機，提出了井筒全面綜合機械化鉆井的不同工藝，包括反井鉆機、豎井掘進機、豎井鉆機等適合不同條件的鉆井方法，逐漸取代人工爆破作業，根本改善井筒施工安全狀況。為了創建機械破巖鉆井基礎研究條件，劉志強同志還組織建設了“煤礦深井建設國家工程實驗室”，服務于特殊鑿井技術領域。

2015年12月，劉志強主持研發的我國首臺礦山豎井掘進機在寧夏銀川完成加工調試，標志著我國礦山井巷掘進向機械化、智能化和無人化方向邁出了重要的一步，是我國建井技術的重要革命，對提高地下工程建設水平具有重要推動作用。

為解決我國礦山豎井井筒傳統鉆爆法施工速度慢、勞動強度大等問題，天地科技建井研究院聯合天地科技控股子公司寧夏天地奔牛實業集團有限公司，依托國家“863”計劃課題“礦山豎井掘進機研制”開展聯合攻關并取得重要進展。以劉志強研究員為課題負責人的研究團隊，制定并按照“整體框架架構、多點支撐推進、4臺變頻電機驅動、電液伺服控制、鉆進方向智能控制”的總體方案，成功研制鉆井直徑5.8~6.0m、鉆井深度800~1000m、推力6000kN、扭矩1000kN·m、總重量約140t的國內首臺套有導孔條件下的豎井掘進機樣機，并于2015年8月通過國家科技部現場檢查。2016年4月13日通過科技部的技術驗收。

劉志強表示，豎井掘進機課題的總體任務是研制一套豎井掘進機樣機，實現用鉆頭機械化破巖代替傳統的鉆眼、爆破鑿井方法，使建井向智能化方向發展，使鑿井工作人員從礦山最危險、最艱苦、安全條件差、職業傷害嚴重的井筒施工中逐漸解脫出來，實現建井技術的革命。據了解，豎井掘進機除可廣泛用于礦山井筒建設外，在水電、人防、科學實驗等其他地下工程領域也具有廣闊應用前景。

劉志強同志任曾職總工程師，始終本著誠懇、熱情的態度對待自己的職工，他毫無保留地向大家傳授自己的專業技術知識和常年積累的實際工作經驗。歷年來，他培養了十多名博士和碩士研究生。為了幫助年輕同志盡快取得進步，他總是在研究過程中進行實地指導，對他們提出的問題不厭其煩的解答，并且鼓勵他們不斷總結、提煉實際操作中的好做法、金點子，并指導團隊為俄羅斯研究新型上向反井鉆機，達到鍛煉人才開辟新技術、新工藝和新裝備目的。

目前，已是學科領域帶頭人的劉志強，不僅在反井鉆機項目上投入了精力，他還在思索著更多的計劃。以礦山井巷建設中實現機械化代替普通法爆破法為主攻方向，在完成承擔國家‘十二五'、‘863 '“ 礦山豎井掘進機”項目同時，參與“十三五”“深地資源勘查開采”規劃的“深部礦建井與提升技術”重大科研項目，將堅硬巖石機械破巖、智能定向技術及裝備作為研究方向，促進井筒建設技術的變革。讓機械代替人工作業避免安全事故和職業傷害發生。”

媒體報道二：

讓創新的燈塔在煤海閃耀

——訪中國煤炭科工集團有限公司首席科學家、天地科技建井研究院副院長劉志強

1957年，煤炭科學研究總院北京建井研究所成立。建于新中國工業發展初期，肩負煤炭行業井巷施工工藝、技術及裝備研究的科技使命，這艘地下工程建設領域的科研巨輪起航了，破浪前行，至今已有56年歷史。經歷幾番流變，當初的煤炭科學研究總院北京建井研究所如今已發展成為天地科技建井研究院(以下簡稱“建井院”)。作為我國煤炭行業唯一從事地下特殊施工技術的綜合專業研究機構，建井院引領了國內鉆井、注漿、凍結等特殊鑿井和巖巷掘進支護配套技術的發展方向，多項技術國際領先。中國煤炭科工集團有限公司首席科學家、天地科技建井研究院副院長劉志強是建井院培養起來的高級技術與管理人術1984年，當他考入煤炭科學研究總院攻讀碩士研究生時.他的事業便與建井院緊緊連在了一起。“學礦建，我不覺得枯燥”1980年，崇拜李四光的劉志強將長春地質大學作為第一志愿，最后卻被山東礦學院錄取，進入建礦系，從此與煤礦結緣。剛剛進入大學的劉志強在班上的成績并不突出，然而從小一直名列前茅的... (本文共6頁) 閱讀全文>> 權威出處： 《中國科技獎勵》2013年06期

來源：《中國科技獎勵》 2013年06期

媒體報道三：

聚焦鉆井主業 踔厲奮發創新科技驅動 砥礪前行

——記中國煤炭科工集團北京中煤反井鉆機鉆井技術創新團隊

北京中煤礦山工程有限公司隸屬于國務院國資委直接監管的中國煤炭科工集團有限公司，為煤炭科學研究總院建井研究院的轉制院所，是機械破巖鑿井的開創者。作為國內唯一從事地下特殊鑿井技術與裝備研究的專業機構，致力于研發礦山特殊鑿井方面共性技術、前瞻性技術和新興技術，推動礦山建設轉型升級，以需求拉動科技創新和產業發展，在豎井鉆機、反井鉆機、導井式豎井掘進機等鉆井技術、工藝及裝備研發方面具有顯著優勢，全面提升了大直徑井筒鉆井技術與裝備的創新能力和國際競爭力。

北京中煤礦山工程有限公司下屬鉆井研究所是我國最早從事反井鉆機鉆井理論、技術、裝備、工藝一體化研究的專業團隊，研發了BMC100至BMC600型反井鉆機和國內首臺移動式上向反井鉆機，市場占有率高達60%，從服務于傳統的井工礦產資源開采，現已拓展應用到鐵路/公路隧道、城市地下空間、水力發電站、大科學實驗和國防等領域的功能井筒建設，為國家重大戰略和重點工程實施做出了重要貢獻。

求實鼎新 推動井筒建設技術變革井

筒作為進入地下空間的“咽喉”通道，承擔通風、運輸和安全等重要使命，每年需要建設各類井筒上千條，總長約500千米。廣泛應用于地下礦物開采、水力發電、抽水蓄能電站、鐵路與公路隧道、地下儲油、儲氣及核廢料儲存及軍事人防。以鉆眼、爆破為基礎的傳統井筒施工方法，機械化水平低，井筒內人員作業環境惡劣、職業傷害嚴重、安全事故時有發生，爆破法難以實現連續、自動化和智能化。傳統人工蹬渣反井施工和爬罐法反井施工，工作面在作業人員的頭頂上方，頂部爆破新揭露的井筒圍巖容易出現掉石、塌方、片幫、淋水和有害氣體聚集等風險，人工作業空間范圍狹小，存在作業環境惡劣、勞動強度高、職業傷害嚴重等缺點。

針對普通反井作業風險高和機械化程度低等問題，2000年在科技部科研院所專項資金“深井反井鉆機技術及裝備”支持下，劉志強研究員依托北京中煤礦山工程有限公司成立“反井鉆井技術創新團隊”，經過20余年的精心培育，形成了32人的科研團隊。創新團隊聘請洪伯潛院士、陳湘生院士擔任顧問，團隊成員中擁有中國煤炭科工集團有限公司一級首席科學家1名，三級首席科學家2名，孫越崎青年科技獎5人，全國煤炭青年科技獎1人，具有高級職稱11人，擁有博士學位4人，獲得國家自然科學基金資助2人次。團隊成員專業覆蓋了理論研究、技術研發、裝備研制以及工程示范等各個研究方向，涉及礦井建設、采礦工程、巖石力學、巖石破碎學、機械設計與制造、工程材料、安全技術與工程、信息工程等多學科專業，形成了在地下工程領域反井鉆井研究方向上、在競爭性關鍵技術上，從基礎理論、技術攻關到裝備研發、工程推廣應用的全鏈條、一體化的反井鉆機鉆井關鍵技術研發能力。

創新團隊以機械破巖為基礎，利用正、反向鑿井優勢，創新鑿井方法，以反井鉆機一次導孔鉆進和擴孔鉆進形成井筒，有力的支撐了礦山和地下工程領域反井鉆鑿的快速發展，在基礎理論、鉆具材料、關鍵技術及工程實踐方面均取得了重大進展。反井鉆機鉆井利用下部巷道的空間和生產系統，擴孔鉆進時巖渣依靠自重下落，實現了大體積破巖和無重復破碎的高效鉆進。目前，全國煤炭、金屬礦山和水力發電系統采用團隊研發反井鉆機達到200多臺，并銷售和應用于馬來西亞、巴基斯坦、贊比亞、土耳其、俄羅斯等“一帶一路”國家水力發電站、煤礦、金屬礦、鉆石礦等工程，提升了我國鉆井技術與國產高端裝備核心競爭力。砥

礪奮進 取得重大技術與工藝突破

創新團隊研發的反井鉆機鉆井技術是煤礦、金屬礦山、水力水電、隧道等地下工程中井孔鉆鑿的根本性變革技術。創新團隊以大型反井鉆機、鉆桿和鉆頭作為裝備保障，地層改性技術相關鉆井工藝作為安全保障，以破巖滾刀作為核心保障，通過創造新工藝、發明新結構，建立了反井鉆機技術、工藝和裝備體系。反井鉆機鉆井團隊經過20多年持續不斷的科研攻關與創新實踐，形成了以機械破巖理論研究、鉆具材料與性能研發、鉆進導向控制、鉆進動力系統控制和井筒圍巖穩定控制等反井鉆井技術、裝備及工藝體系，解決了地下軟弱夾層、富水、瓦斯、堅硬巖石等復雜地層條件下反井鉆井中的關鍵技術難題，實現了由人工挖掘、爆破破巖到井下無人化、機械化、自動化鉆井的根本性變革，保障了反井鉆井中人員與設備的安全，并正逐步向信息化、智能化鉆井邁進。

團隊繼承原建井研究所機械鉆井法鑿井研究形成的優良文化和創新傳統，得到洪伯潛院士等老同志的指導和幫助，團隊以機械破巖實現井筒破巖掘進過程中的無人化，并向智能化方向發展，聚焦鑲齒滾刀擠壓破巖、鉆進軌跡控制等理論、技術和工藝，在大型反井鉆機、系列高強度鉆桿、大直徑擴孔鉆頭等裝備設計制造方面取得突破。首創了豎井井筒機械破巖大直徑反井鉆井鑿井工藝，發明了局部開挖預支護反井鉆井、不穩定地層凍結或注漿改性反井、基于反井鉆井技術的瓦斯管道井建設等技術與工藝，實現了鉆井井幫穩定控制；首創了“長斜井定向反井鉆井技術與工藝”，突破了超前導孔定向軌跡控制技術，研發了防卡防墜錐形擴孔鉆頭結構，保障了鉆井質量和安全；研制了滿足鉆井工藝的系列反井鉆機裝備，發明了“L”型和倒“T”型鉆架結構、分體式擴孔鉆頭結構、大直徑鉆桿輸送裝置、鉆桿鋸齒形螺紋聯接結構、系列鑲齒滾刀等，實現了反井鉆機穩定、高效、安全鉆井。

踔厲奮發 不斷提高創新能力

科研平臺建設方面，在團隊負責人劉志強研究員帶領下組織、申報并建設了國家發改委批準設立的“礦山深井建設技術國家工程研究中心”，研制了適合反井鉆機刀具旋轉破巖和直線破巖試驗臺、刀具密封試驗臺，以及其他巖石性能及可鉆性試驗裝備，能夠滿足機械破巖、刀具材料測試、鉆具性能測試等方面理論與技術的研發需求，成為技術領先、獨具專業特色的深井建設技術研發與交流平臺。

創新團隊以反井鉆機鉆井技術與裝備為核心研究方向，團隊成員先后主持、參加國家重大科技專項研究任務、國家科技攻關項目、國家科技支撐項目、國家“863”計劃、國家重點研發計劃、國家自然科學基金項目、國家國際科技合作項目等各類縱向項目30余項和橫向科技項目100余項，近10年來，團隊承擔著大量國家縱向項目，科研經費屢創新高。其中省部級及以上項目數量方面，2011年為3項，截止2020年累計數量為12項；科研經費方面，2011年為115萬元，2020年增加至5440萬元。本創新團隊近年獲得國家科技進步二等獎1項，省部級科技進步獎17項（其中一等獎9項），出版《反井鉆機》等專（譯）著5部，授權發明專利52項，學術論文150余篇。

 

創新推動建設行業協同創新平臺，參與編制與深井建設相關的國家及行業發展規劃，主持制修訂國家、行業技術標準規范，培養高水層人才，服務經濟社會發展。創新團隊承擔了國家能源技術創新《“十四五”規劃編制和煤炭工業中長期科技發展戰略》中礦井建設部分的編寫，承擔了國家自然科學基金委組織的《礦業與冶金學科發展戰略研究報告（2021～2025）》中深井建設部分的編寫；創新團隊完成了反井鉆機相關標準體系規劃建設，主持制訂“煤礦用反井鉆機通用技術條件”、“礦用反井鉆機鉆桿失效技術規范”等國家、行業標準和規范20余項。

立足煤炭 科研成果向全國應用推廣

創新團隊研發技術與裝備服務國家金礦、以及鉛、鋅、鍺等戰略性資源開發，成果應用于中國五礦集團、中國黃金集團、山東黃金集團、河北鋼鐵集團、貴州甕福和開磷集團、馳宏鋅鍺股份公司等國內大型企業。

在水利水電建設領域，反井鉆井技術與裝備的推廣，改變了水電站出線豎井的傳統施工方法，采用反井成井或反井刷大的工藝，工效提高1倍以上，安全風險極大降低，反井鉆井技術與裝備已全面應用于國內抽水蓄能電站豎井施工，服務于國家“十四五”規劃提出的“加快抽水蓄能電站建設和新型儲能技術規模化應用”戰略任務。應用于三峽、白鶴灘、烏東德、溪洛渡、錦屏為代表的國內20余座國家大型水電站和抽水蓄能電站的建設，保障國家每年水力發電量超2000億千瓦時，助力“碳達峰、碳中和”戰略，全力攻堅打贏藍天保衛戰，為國家清潔能源產業做出貢獻。

在公路、鐵路等交通隧道建設中，反井鉆機一次成井技術為極端惡劣環境下通風豎井的施工提供了解決方案，破解了施工組織和安全管控的難題。應用大型反井鉆井技術和裝備，完成了北京冬奧會配套工程中京張高鐵、崇禮鐵路隧道通風井建設，助力京津冀協同發展，為2022年北京冬奧會提供支持，并完成了敦格鐵路、蒙華鐵路、秦嶺鐘南山秦嶺隧道等近10條鐵路公路隧道風井，服務國家鐵路公路網建設和國防工程建設。

創新團隊承擔“一帶一路”沿線國家井筒建設項目，為共建“一帶一路”高質量發展做出貢獻。在俄羅斯、巴基斯坦、津巴布韋等29個“一帶一路”沿線國家礦山、電站工程建設中發揮重要作用，完成各種工程總長度超過200千米，工程產值超過10億元，增加工程附加產值超過100億元，提高了國產裝備的國際影響力。

篤行不怠 保障持續發展與服務能力

2020年團隊啟動了“千米級7米大直徑反井鉆機”研制。目前團隊承擔著國家重點研發計劃項目2項，國家自然科學基金1項，中國煤炭科工集團有限公司創新項目6項，國家標準和行業標準各1項。2018—2020年新增銷售額12.24億元，新增利潤2.68億元。

中國煤炭科工集團有限公司為公益類企業，全面實施“1245”總體發展思路，以創新驅動為手段，通過科研項目的實施，加大力度打造創新型科研隊伍，并給予人財物上的支持，每年科研創新基金不低于1.5億元；在激勵政策上也十分完善，股權激勵等科技成果轉化獎勵政策也非常優厚。此外，創新團隊與相關研究領域的國際一流企業、團隊一直保持密切的、長期的、穩定的科研合作關系和良好的學術交流。綜上，這些保障和支撐條件為創新團隊的發展提供了較好的環境。

機械化、信息化、智能化的地下工程建設是必然趨勢，實現減人提效、高效安全是地下工程建設技術與裝備研發的根本任務。在未來發展方向上，團隊將以前期研究成果為基礎，立足現狀梳理短板領域，主動關聯高相關度跨行業成果，實現反井鉆機鉆井技術和裝備能力的提升。重點是從掘進裝備的“材料—結構—性能”一體化設計、“設計—制造—運行”全過程協同攻關，保證掘進裝備關鍵構件和功能單元的可靠性；同步研究破巖鉆進巖機作用感知反饋系統、不良地質超前探測、推進驅動和支撐系統、掘進機整體機構和功能結構、控制系統的設計以及制造和配置方法等，建立智能掘進機結構與功能（運動學、動力學）之間的映射關系，形成面向深大豎井工程掘進、排渣和支護等功能以及可靠、穩定、高效、精準等性能要求的機構系統建模、性能評價、運行狀態、智能反饋、系統控制等一體化設計理論與方法，實現反井鉆機鉆井智能化，為我國地下工程井筒安全高效綠色建設提供堅實的技術、裝備支撐，為推動我國地下工程開發利用的發展貢獻力量。

 

媒體報道四：

劉志強優秀事跡

劉志強現任中國煤炭科工集團首席科學家，天地科技建井研究院副院長、北京中煤礦山工程有限公司總工程師。中國煤炭學會會員，“煤礦建設與巖土工程專業委員會”專委會委員、專業委員會副主任，煤炭行業煤礦專用設備標準化委員會“井巷分會”主任委員，中國煤炭工業協會“煤炭科學技術委員會礦山建設專家委員會”委員、秘書長。我國第一批鉆井法鑿井技術研究生，長期從事煤礦建井技術研究，主攻反井鉆井技術、鉆井法鑿井技術，基本奠定我國反井鉆機技術基礎，在反井鉆井工藝方面，進行巖石破碎、偏斜控制、鉆進參數、風險評價等技術研究，在反井鉆井裝備方面，組織完成系列反井鉆機、鉆桿、鉆頭、滾刀研究，取得了多項創新性成果，反井鉆機、反井鉆井工程已形成產業，不完全統計國內地下工程每年完成反井工程超過萬米，累計設備、工程和提高產量綜合產值超過百億元，取得十分顯著社會效益和經濟效益。劉志強1990年被評為中國統配煤礦總公司"優秀青年知識分子"，1997年獲得中國科學技術發展基金孫越崎科學教育基金"優秀青年科技獎"，還獲得了 1998年國家"百千萬人才工程"煤炭系統專業技術拔尖人才等多項榮譽和獎勵。2012年獲得國務院政府特殊津貼。

一、反井鉆機 為生命護航

上世紀8 0 年代以前，煤礦井下暗井、煤倉、風井等小型反井工程靠人工反井法施工，井下施工環境非常惡劣，且完全不能保障安全。據統計，每超過40米的反井就有1人傷亡，在全國煤礦傷亡事故中占很大比重。如何將井下工作人員從最惡劣、最繁重、最艱苦、最危險的反井工作環境中解脫出來，是當時國家迫切需要解決的技術難題。劉志強從基層環境中成長起來，煤礦工人經歷的苦與危險，他都深有感觸。“搞反井鉆井技術，利用機械化破巖裝備，就是為了讓人從工作面解脫出來，實現安全環境下操作，避免人員傷亡，減輕工人體力勞動，減少職業傷害，提高反井施工速度。”劉志強說。1982年，反井鉆機項目便開始在建井院研究試驗，1986年他們已完成了現場試驗。回憶起項目的建設過程，劉志強說那時很苦。第一臺樣機在開溧趙各莊煤礦做試驗，在1200米深的井下，經過4次豎井罐籠，行走800米斜井，才能到達工作面，早上6點起床，晚上6點才能回到宿舍。“第一臺樣機設計完需要進行工藝研究，因為我當時學的是鉆井工藝，于是作為在讀研究生，進行反井鉆井工藝研究，提出反井鉆進總體方案，對鉆具布置、鉆進參數控制理論進行研究，為第一次反井鉆機工業性試驗成功打下基礎。”為了第一臺樣機的成功，劉志強和項目組帶頭人每天待在現場，身上的衣服都是臟的，“那時候真是玩命兒，出了事故就爬上去，現在想起來很恐怖，那會兒卻不害怕。”

1989年，劉志強和項目組來到山東汶南煤礦迎接新的挑戰。他們采用新研制的鉆深2 0 0米反井鉆機鉆進3 1 6米深的新立井工程，反井鉆機第一次在地面施工，需要穿過各種復雜地層，技術難度高。從技術方案確定到項目動土開始，劉志強便在現場，類似“地層軟，需要將其處理以防坍塌、深井偏斜控制等"的難題不勝枚舉，他們最后鉆成了當時國內最深的316米井筒工程，?此后的十幾年間都未有超過該深度紀錄的反井鉆井出現。因此，200型反井鉆機獲得了原煤炭工業部科學技術獎一等獎。

進入2 1 世紀，建井院迎來反井鉆機技術的快速發展時期，在科技部科研院所專項資金連續5個項目共計9 0 8 萬元國撥經費的支持下，劉志強帶領他的團隊再一次肩挑重任，承擔起“深井反井鉆井技術及裝備”“反井鉆進豎井導孔軌跡測控裝備與技術”“?大直徑煤礦風井反井鉆井技術及裝備”研究。這一次，他們創造了鉆井深度600米和鉆井直徑2.5米、3.5米、5.0米多項紀錄。

二、締造反井鈷機“神話”

“ 5 米大直徑反井鉆井技術及裝備"是劉志強擔任負責人的又一創新力作，包括“大直徑反井鉆機關鍵技術及裝備研究”“?新型大直徑擴孔鉆頭結構及配套鉆具開發研究”“大直徑煤礦風井反井鉆井工藝技術研究”等3項研究內容，已分別通過驗收，項目通過煤炭協會技術鑒定，總體技術達到國際領先水平。

這個項目是劉志強一直引以為驕傲，這是建井院3 0 年來技術積淀的成果，是匯集以往經驗的集大成之作。項目完成了我國首臺套鉆孔直徑達到5米的特大型反井鉆機、組裝式大直徑擴孔鉆頭、新型聯結鉆具結構和相應的反井鉆井工藝研究，以及反井鉆井風險評價和地層改性處理技術，形成了完善的煤礦風井大直徑反井鉆井技術、工藝和裝備，并且開始應用到煤礦風井建設中，目前已完成井筒6個鉆井總深度2 2 4 6 . 2米，完成的井筒最大鉆井直徑5.3米(深度201米）、最深的鉆井539米（直徑1.8米）。

劉志強帶領團隊研發了反井鉆機新型鋸齒形鉆桿絲扣連接、新型擴孔鉆頭中心管螺母鎖緊與拆卸裝置、新型高保徑自擴孔滾輪式穩定鉆桿，滿足了大直徑擴孔鉆頭分體組裝和鉆頭中心管快速更換與檢修的需求，提高了導孔鉆頭的保徑能力和鉆具運行的穩定性，保證了鉆孔精度。

盤點“ 5 米大直徑反井鉆井技術及裝備”項目會發現，15項創新中，僅“首創”便有6項：

首次全面研究提出適合不同地層條件的大直徑煤礦風井反井鉆井工藝，解決了不同地層鉆進的安全、偏斜控制等影響大直徑反井鉆井發展的技術難題。提出采用大直徑反井鉆機快速建設煤礦采區風井，?解決高產工作面通風和安全問題的新理念，首次創建了大直徑反井鉆機機械化快速建設采區風井新工藝，通過技術、工藝、裝備研究和創新，達到了工業應用的目的。首次針對影響反井鉆進安全、地層風險因素做了全面評價，為不同鉆井工藝選擇打下基礎。首創動力頭中心管整體浮動、自動卡抱鉆桿聯結結構，?提高了浮動范圍，避免連接、拆卸過程對鉆桿絲扣造成的損傷，實現鉆桿連接、拆卸的無人化，為實現鉆進過程無人化打下基礎。首創了反井鉆機新型鋸齒形鉆桿絲扣連接，解決了API標準扣型難以承載鉆進過程巨大工作扭矩和拉力問題，提高了連接螺紋的承載能力及可靠性。首次在國內采用大直徑反井鉆機一次擴孔鉆進成功，最大直徑達到5.3米，破巖面積達到23.7㎡豎井井筒。

這一成果雖是針對煤炭行業施工采區風井井筒施工設計的，?但同時也可應用于部分新建井筒，?特別是在西部采用先施工斜井或其它豎井，?形成下部生產系統，再利用反井鉆機施工，在其它地下工程建設領域，如水電站、抽水蓄能電站、公路隧道、地鐵、鐵路、金屬非金屬礦山、人防工程、軍事設施等地下工程建設領域，?都有廣泛的應用前景，所以可覆蓋全國、跨行業系統。

現在，該項目已形成固定資產約1428萬元，完成井筒工程6個，直接工程產值5 0 2 7 . 6萬元，間接增加煤礦生產能力產值52665萬元，為煤礦增收節支2 . 4 7億元，新增利稅約8 1 0 0萬元。經濟效益十分顯著。

三、成功的背后

人們往往看得到成功時的鮮花與掌聲，卻往往看不到成功背后的汗水與淚水。對于劉志強來說，成功是用腳趟出來的路，成功是每個苦思冥想的黑夜與白晝串聯起來的一年又一年。

由于反井鉆機在技術上與安全上的優越性，這項技術不僅用于礦井建設中，還運用在許多跨行業領域的重大工程建設中。十三陵抽水蓄能電站便是這樣一個讓劉志強至今難忘的項目。

當時十三陵抽水蓄能電站正在籌建，在一次會議中，劉志強和團隊得到了這一消息，便前去與電站籌備處處長進行商談，希望能夠采用反井鉆井技術為十三陵電站的建設提供幫助。“其實當時我們心里也沒底,煤礦系統的巖石都是軟巖，十三陵水庫是硬巖。從材料消耗和技術水平來講，軟硬是兩種技術。”當時，電站建設的許多專家并不看好這一技術在其中的應用，然而籌備處處長卻選擇相信他們。

電站給的第一項工程是電梯井，幾十米外就是用其他工藝施工失敗的項目。劉志強他們每天早上8點蹭監理單位的車抵達現場，?晚上1 2 點又蹭車回來。“四五個人就天天這么干。每個人帶點咸鴨蛋火腿腸，在洞里一干就是一天。”半個月之后，當一個直徑1 . 4米、深度1 6 0米的電梯井導井鉆呈現在甲方面前時，得到的是驚奇、感嘆和贊揚。

電站建設中，傾角為50度的斜度、長度為203米的壓力管道，成為制約電站進展的技術難題，施工單位購買了兩套國外爬罐設備,總價值達到150萬美元。而劉志強提出用反井鉆機打。這在當時的反井鉆井技術和裝備技術水平來講是一個巨大的難題，?做成后也將意味著一項巨大的突破。在技術上他提出斜井反井鉆井工藝，在工程上提出兩種反井鉆機和兩種爬罐施工方法同時進行，擇優而定。卯足一股勁兒，劉志強帶著團隊展開了與國外先進技術設備的競爭。三四個月后，他們利用反井鉆井技術順利完成了任務，實現了突破，而國外的設備卻在此時出了問題，導致塌方，最后這些問題還是被反井鉆井技術解決的。

劉志強和同志們不懈努力，終于成功將反井鉆井技術應用在抽水蓄能電站的建設中，很快，國家便支持建井院進行2米反井鉆機的研制。

現在，已是副院長的劉志強不僅在反井鉆機項目上投入了精力，他還在思索著更多的計劃。“在煤礦井巷建設中實現機械化代替普通法爆破法，正在承擔國家‘十二五'、‘863?'?豎井掘進機項目，將逐漸改變井筒建設技術的面貌。讓機械代替人就會安全很多，能夠避免很多安全事故。”

劉志強還將繼續守護著創新的燈塔，照耀著煤海中耕耘不輟的人們。