在建井院六十余载的发展历程中,刘志强是其中的一个缩影,影射出许许多多献身建井事业人的顽强精神。

刘志强,中共党员,博士,博士生导师,中国煤炭科工集团一级首席科学家,北京中煤矿山工程公司顾问,矿山深井建设国家工程中心主任,中国煤炭学会煤矿建设与岩土工程专业委员会主任委员。

刘志强1990年被评为中国统配煤矿总公司"优秀青年知识分子";1997年获得中国科学技术发展基金孙越崎科学教育基金"优秀青年科技奖";1998年获得国家"百千万人才工程"煤炭系统专业技术拔尖人才等多项荣誉和奖励;2012年获得国务院政府特殊津贴;2012年“科学中国人”年度人物;2013年度中国煤炭工业协会 “第三届煤炭工业科技创新人才”;2013年获得国务院政府特殊津贴;2015年获得中煤科工集团公司“最美煤科人”称号;2016年获得中华国际科学交流基金会“杰出工程师”鼓励奖;2016年获得“中国煤炭科工集团优秀共产党员”称号;2016年获得“中央企业优秀共产党员”;2016年中国科学技术协会“全国优秀科技工作者”;2022年中国煤炭协会“科技创新领军先进个人”等称号。

一、漫长艰辛的建井科研之路

刘志强出生在河北农村,虽然学习成绩优秀,但是经历了不被推荐高中上学难熬岁月,重启的高中考试让他重获生机,以优异成绩考入徐水中学。谈起与煤矿结缘的经历,他笑称,其实因为崇拜著名地质学家李四光教授,1980年参加高考时,报考志愿为地质专业,最终被山东矿学院地矿系录取,专业为煤矿建井专业,不是一墙之隔的地质专业。从此,让他与煤矿建井结下了不解之缘。

虽然,当初感到专业并不是最初的理想,煤矿建井工作极端非常艰苦,而且建井专业的课程十分艰涩,力学课程非常多,涉及知识面广,学习难度大,但是经过入学教育,又看到老教授们努力,奠定了改变行业发展的信念,凭借着顽强的毅力做到了最好。此后,他不仅不觉得矿建专业枯燥,而且在学习中萌发了愈加浓厚的兴趣,大学毕业选择了继续深造,攻读硕士研究生。为此,他放弃了寒暑假回家的机会,一心“泡”在图书馆和教室,大量阅读和钻研各类资料。功夫不负有心人,他的努力换来了良好的回报,于1984年以优异成绩考入煤炭科学研究院建井所,成为我国第一代钻井法凿井技术方面的研究生。

由于所学钻井法凿井专业为新的特殊性研究领域,研究生基础课学习期间,除了在中国矿业学院北京研究生部上基础课,刘志强还辗转奔波于各个高校,在当时的地质学院、石油大学和钢铁学院等院校选修相关课程。除理论上的学习外,他还凭着坚韧执着的精神在钻井室从事钻井法凿井的各个课题组进行学习实践,最终全面掌握了钻井法凿井的基础知识,并幸运地参与到了一个课题当中。

刘志强回忆说,读研期间反井钻机设计项目已经在钻井室展开,但是,在钻井工艺方面还是空白。所以他除了研究生学习外,还抓紧时间研究反井钻井工艺,通过阅读大量资料,结合掌握的石油钻井相关知识积累,提出了反井导孔刚性满眼钻进控斜的导孔工艺,以及钻具布置的计算方法,编制反井钻机操作程序,并于1986年基础课学习结束后,参加国家“七五”科技攻关项目,反井钻机现场试验验证。实验地点为当时的开滦矿务局赵各庄煤矿,作为百年老矿,开采深度超过1200米,项目在深部的相关延深工程进行。试验采用跟班,了解相关试验情况,积累实验数据,试验条件非常艰苦,需要经过4次竖井罐笼提升,行走800米长的25度斜井,两个小时才能到达试验场地,上下班加上换衣洗澡时间,现场八小时试验,大家每天的平均工作时间都要达到12小时以上。刘志强与大家一起投身在紧张的试验工作当中,解决了钻孔偏斜控制、导孔埋钻、钻杆打捞和扩孔钻头连接等关键技术问题,成功钻成深度超过100m的暗井导井。同时,他利用试验间隙时间完成研究生学习,开始漫长艰辛的建井科研之路!

二、踏上建井技术变革新征程

在建井院六十余载的发展历程中,刘志强是其中的一个缩影,影射出许许多多献身建井事业人的顽强精神。在这里挥洒青春、汗水、泪水的人永远不会缺、不会断。未来,这种传承仍将继续,建井院的创新历程永远是进行时。创新,在这里是一种方向,一种指引。有了创新,建井人便不会停下探索的脚步,煤矿深处也不再是威胁生命之地。

刘志强最终选择了机械破岩技术及钻井装备研究作为未来事业的主攻方向。他研究生毕业答辩的第二天就去了现场,去陕西澄合矿务局王村煤矿,接受建井所第一项反井钻井工程和科研任务,开始了艰辛的日日夜夜,将自己青春年华贡献给了建井事业。他曾面对现场突发情况的懵懂和忐忑;曾在艰苦矿地干近半年吃不上一块肉;曾彻夜加班,不成功誓不休。他说,为热爱的煤矿建井技术研究事业付出,有苦有乐,但没有后悔。经历过技术难点攻克前的煎熬,体验过项目创新后的成功喜悦,奔波路上直面生死的深刻感受,这些都充实了他丰满的人生。

有了这样的实践经历,1989年,刘志强和项目组又迎来了新的挑战——在山东汶南煤矿,他们需要采用新研制的钻深200米反井钻机钻进316米深的新立井工程。这是反井钻机第一次在地面施工,需要穿过各种复杂地层,技术难度极高。由于人手少、现场工作复杂,领导把夜班任务全部留给了他,这既是信任又是考验。从技术方案的最初确定到项目动土开始,他始终坚守在现场,连续解决了“地层软,需要将其处理以防坍塌、深井偏斜控制”等一系列难题,最终完成了当时国内最深的316米井筒工程。为此,项目获得原煤炭工业部科学技术奖一等奖。

21世纪初,为了打破国外技术垄断,缩小技术差距,满足新时期煤矿开采和地下工程建设的急需,研发大直径反井钻机技术被提上日程。面临反井钻井技术的快速发展,建井院当仁不让地扛起技术攻关的大旗。

“深井反井钻井技术及装备”“反井钻进竖井导孔轨迹测控装备与技术”“在直径煤矿风井反井钻井技术及装备”……,在连续5个国家科技部专项资金项目支持下,刘志强领导他的团队挑起了技术攻关的重任。

井筒最大钻井直径从0.75米、2.5米、3.5米到5.0米、5.3米、6.5米,钻井深度从90米、200米发展到400米、539米、560米、600米,正在组织研究钻井深度1000米反井钻井装备。在一系列的项目实践中,刘志强针对我国煤矿井下工程特点,深度钻研井筒穿过的地层复杂性和多变性,容易造成钻孔偏斜和无支护反井井帮失稳等技术难题,研发出反井钻井偏斜控制、提高地层自撑能力的地层改性、大倾角斜井钻进等技术,极大地降低了复杂地质条件下大直径反井钻井的工程风险。团队连续打破多项国内反井钻机纪录,每年完成反井工程超过五万米,获得十项省部级一等奖。

促进地下工程建设技术发展

由于反井钻机在技术上与安全上的优越性,这项技术不仅用于矿井建设中,刘志强还组织将该技术运用在许多跨行业领域的重大工程建设中。十三陵抽水蓄能电站便是第一从煤炭跨出的第一项工程,也是这样一个让他至今难忘的项目。

1992年正在建设的十三陵抽水蓄能电站,遇到竖井和斜井施工技术难题,在一次学术会议中,刘志强和团队得到了这一消息,便前去与电站筹备处进行商谈,希望能够利用反井钻井技术为十三陵电站的建设提供帮助 。“其实当时我们心里也没底,煤矿系统的岩石都是软岩,十三陵抽水蓄能电站位于十三陵水库周边的山体内,是由火成岩类的坚硬岩石构成。从滚刀破岩消耗和技术来讲,软硬是两种技术,是一种新的尝试。”他表示。当时,电站建设的许多专家并不看好这一技术在其中的应用,然而筹备处领导及监理却选择相信他们,并到煤矿进行了实地考察,从此,为水电建设开创出一条新的技术途径。

为了使反井钻井技术走出煤炭,走向新的地下工程领域,他们付出艰苦的劳动,和巨大的精神压力。以前,水电地下工程系统的通风很不好,十三陵抽水蓄能电站也是这样,由于采用的是柴油吊车将设备吊到洞中,所以施工人员往往在里面待上一天便会头痛,晚上常常连饭都吃不下。刘志强他们每天早上8点蹭监理单位的车抵达现场,晚上12点又蹭车回来。"四五个人就天天这么干。每个人带点咸鸭蛋火腿肠,在洞里一干就是一天,攻克了一项又一项技术难题。半个月之后,当一个直径 1.4 米、深度160 米的高精度电梯井导井钻呈现在甲方面前时,得到的是惊奇、感叹和赞扬。被水电誉为“造福工人、功德无量”的技术。此后,又进行反井钻机施工大倾角倾斜压力管道技术研究,在国内第一尝试钻成倾角50度,长度203米的斜井,为解决大倾角斜井施工技术难题闯出新路,根除了爬罐施工的安全隐患。

“在云南的那段日子令人难忘。” 他回忆说,为了使反井钻机技术能够在水电系统推广,他们又开始了云南大朝山电站的远征,第一次将反井钻机推广在普通水力发电工程。在澜沧江大峡谷内的工程,充满了不确定性,设备供应困难,人员紧张,需要解决的技术问题多。有时为了一个配件,从昆明到电站需要开几天的车,走的都是泥泞的山路。“下面热得要命,上面却在下雪,车旁就是深不见底的山涧,掉下去都找不到人。”那时候,一会瓢泼大雨、一会冰雹、一会大雾弥漫,山路泥石流频发,有时在山路上被堵几天,渴了饿了就和当地的老乡商量着吃口饭。“那时候我常想,干不好我就不回来了。”好在上天没有辜负他的努力,通过多项技术创新后,工程顺利而圆满地结束了,他也靠着敬业与专业为钻井事业在电站建设领域赢得了口碑。此后,在我国重点水电建设工程中如三峡、小湾、龙滩、溪洛渡、白鹤滩、乌东德等几十座电站,都有他们的反井钻机身影。特别是白鹤滩电站,大型反井钻机发挥巨大作用,一次钻成直径3.5m的井筒40多条,为电站早日发电发挥巨大作用,这些技术为长江重点“绿色能源”电力走廊建设起到重要支撑作用。

我国新型的抽水蓄能电站领域,如山东泰山、江苏宜兴、安徽琅琊山、河北张河湾,山西溪龙池等都利用了他们的技术。此后,跟随我国水电建设走出去的脚步,反井钻井技术也在马来西亚、哈萨克斯坦、厄瓜多尔、赞比亚、老挝、巴基斯坦等国家一显身手,成为我国电站建设行业走出去的施工利器。

三十多年来,他带领团队,团结一心,克服困难,努力拼搏,从天寒地冻的塞外北国到酷热难耐的西南边陲,每项研究和每一工程都是挑战,他们的足迹遍布煤矿井下、偏远高海拔(3000米以上)水电、铁路隧道建设的各个角落,在包括泥石流频繁发生的地区和艰苦的工作环境,为反井钻井技术推广付出艰苦的劳动,取得了显著的经济效益,创造良好的社会效益。

机械破岩钻井加速我国建井技术变革

在“十一五”期间,承担国家科技支撑项目,针对我国钻井技术发展的瓶颈,刘志强提出“一扩成井”和“一钻成井”钻井新工艺,大大提高钻井法凿井成井速度,推进了钻井技术发展和推广,该项目获得国家科技进步二等奖。在“十二五”期间,组织研制出我国首台竖井掘进机,提出了井筒全面综合机械化钻井的不同工艺,包括反井钻机、竖井掘进机、竖井钻机等适合不同条件的钻井方法,逐渐取代人工爆破作业,根本改善井筒施工安全状况。为了创建机械破岩钻井基础研究条件,刘志强还组织建设了“煤矿深井建设国家工程实验室”,服务于特殊凿井技术领域,并成功纳入国家工程中心系列,成为“矿山深井建设国家工程中心”。

2015年12月,刘志强主持研发的我国首台矿山竖井掘进机在宁夏银川完成加工调试。为解决我国矿山竖井井筒传统钻爆法施工速度慢、劳动强度大等问题,天地科技建井研究院联合天地科技控股子公司宁夏天地奔牛实业集团有限公司,依托国家“863”计划课题“矿山竖井掘进机研制”开展联合攻关并取得重要进展。以刘志强为课题负责人的研究团队,制定并按照“整体框架架构、多点支撑推进、4台变频电机驱动、电液伺服控制、钻进方向智能控制”的总体方案,成功研制钻井直径5.8~6.0m、钻井深度800~1000m、推力6000kN、扭矩1000kN·m、总重量约140t的国内首台套有导孔条件下的竖井掘进机样机,并于2015年8月通过国家科技部现场检查。2016年4月13日通过科技部的技术验收。

刘志强表示,竖井掘进机课题的总体任务是研制一套竖井掘进机样机,实现用钻头机械化破岩代替传统的钻眼、爆破凿井方法,使建井向智能化方向发展,使凿井工作人员从矿山最危险、最艰苦、安全条件差、职业伤害严重的井筒施工中逐渐解脱出来,实现建井技术的革命。2021年成功在白鹤滩以礼河电站应用,钻成直径5.8米,深度282.5米国内首条竖井掘进机钻井井筒。项目获得煤炭工业协会科技进步特等奖。标志着我国矿山井巷掘进向机械化、智能化和无人化方向迈出了重要的一步,是我国建井技术的重要革命,对提高地下工程建设水平具有重要推动作用。据了解,竖井掘进机除可广泛用于矿山井筒建设外,在水电、人防、科学实验等其他地下工程领域也具有广阔应用前景。

刘志强担任总工程师,始终本着诚恳、热情的态度对待自己的职工,他毫无保留地向大家传授自己的专业技术知识和常年积累的实际工作经验。历年来,他培养了二十名博士和硕士研究生。为了帮助年轻同志尽快取得进步,他总是在研究过程中进行实地指导,对他们提出的问题不厌其烦的解答,并且鼓励他们不断总结、提炼实际操作中的好做法、金点子,并指导团队为俄罗斯研究新型上向反井钻机,达到锻炼人才开辟新技术、新工艺和新装备目的。

目前,已是学科领域带头人的刘志强,不仅在反井钻机项目上投入了精力,他还在思索着更多的计划。以矿山井巷建设中实现机械化代替普通法爆破法为主攻方向,在完成承担国家‘十二五'、‘863 '“ 矿山竖井掘进机”项目同时,参与“十三五”“深地资源勘查开采”规划的“深部矿建井与提升技术”重大科研项目,作为“十四五”重点研发项目的咨询专家,以及中国科学技术协会“中国科技决策咨询首席专家”,继续向“将坚硬岩石机械破岩、智能定向技术及装备作为研究,促进井筒建设技术的变革。让机械代替人工作业避免安全事故和职业伤害发生方向继续前进。”他带领的团队获得中国煤炭协会“创新团队”一等奖。

搭乘煤炭科学研究总院这艘科研的巨轮,刘志强开始了艰苦的反井钻机技术的科研工作。他从参与小直径反井钻机研制开始,到带领团队进行机械破岩理论、工艺及装备研究,奠定了我国竖井钻机、反井钻机和竖井掘进机正、反井钻井凿井技术装备体系。近四十年来,他深入煤矿反井施工现场,进行工业性试验,为调研第一手资料,曾距地面千米深的煤矿井下跟班作业,亲身体验井下普通反井施工的危险,他曾亲自进行反井钻机工艺及操作应用示范,进行处理事故的危险时刻在井下连续工作24小时。他首次将反井钻机引进的水电系统,推动了竖井施工的技术变革。他不畏艰辛,奔波在矿山、电站、公路铁路隧道以及国外工程等推广现场……,为反井钻机技术的研发、推广做出了卓越的贡献!