長期深入礦山生產(chǎn)一線的何滿潮，只為研究深部巖體力學(xué)，給深部礦山安全開采提供理論支撐。在礦山工程巖體大變形災(zāi)害控制理論和技術(shù)的研究和實踐方面，他取得了系統(tǒng)的、創(chuàng)造性的成果。

作為從河南山村走出的院士，全國政協(xié)委員、中國科學(xué)院院士何滿潮身上有典型河南人的樸實與溫和。36歲成為中國礦業(yè)大學(xué)（北京）教授，57歲榮膺中國科學(xué)院院士。長期深入礦山生產(chǎn)一線的何滿潮，只為研究深部巖體力學(xué)，給深部礦山安全開采提供理論支撐。在礦山工程巖體大變形災(zāi)害控制理論和技術(shù)的研究和實踐方面，他取得了系統(tǒng)的、創(chuàng)造性的成果。

在2016年全國科技創(chuàng)新大會上，“向地球深部進(jìn)軍”正式拉開了帷幕。何滿潮作為深部巖體力學(xué)專家，對深部開采有著獨到見解。3月7日，在結(jié)束了下午的小組討論后，何滿潮接受了《中國黃金報》特派兩會記者的專訪。

深部開采困難重重

隨著淺部資源的逐漸開采殆盡，我國黃金礦山開始轉(zhuǎn)向深部開采。何滿潮表示，井下開采如果到1000米以深，甚至到2000米，高地應(yīng)力、高地溫、高水壓等問題便會嚴(yán)重影響到作業(yè)安全。

“首先遇到的就是高地應(yīng)力引起的巖爆問題。這會給井下生產(chǎn)的作業(yè)人員造成嚴(yán)重安全威脅。”何滿潮說。

巖爆是一種巖體中聚積的彈性變形，能在一定條件下的突然猛烈釋放，導(dǎo)致巖石爆裂并彈射出來的現(xiàn)象，殺傷力極強。

對于高地溫，何滿潮表示，平均地下深度每增加100米，溫度會上升2.5攝氏度；在地下1000米深度，加上地表溫度，井下溫度接近40攝氏度至50攝氏度；而到了地下2000米，溫度將上升到60攝氏度至70攝氏度。而且，井下濕度很高，對深部開采影響非常大。

按照國家規(guī)定，作業(yè)面溫度達(dá)到26攝氏度以上就要采取措施降溫，到了30攝氏度就必須停止生產(chǎn)。何滿潮說，在深部進(jìn)行開采，普通的通風(fēng)方式基本沒有效果，只能采用特殊降溫方式。

同時，深部開采還存在高水壓，容易導(dǎo)致高滲透壓的突水問題。何滿潮表示，進(jìn)入深部以后，隨著地應(yīng)力的升高，將會伴隨著水壓的升高，從而使得礦井突水災(zāi)害尤為嚴(yán)重。

“高地應(yīng)力、高地溫、高水壓是深部開采必然面臨的三大致命問題。”何滿潮說。除此之外，何滿潮表示，由于深度過大，提升的方式、提升系統(tǒng)的改進(jìn)，也是深部開采必須要面對的難題。

據(jù)了解，到2000米以深，為了保證井筒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，采用常規(guī)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)就需要3米至4米厚。“這要求必須要有新的結(jié)構(gòu)、新的材料、新的技術(shù)才能解決這一問題。”何滿潮說。

解決難題的重要手段

何滿潮告訴記者：“新材料、新技術(shù)是解決深部開采的重要手段。隨著科技的發(fā)展，解決深井開采所面臨的主要災(zāi)害，目前有一些行之有效的方法。”

據(jù)了解，我國對深部開采所面臨問題的研究始于2004年。當(dāng)時，國家自然科學(xué)基金委員會設(shè)立了“深部巖體力學(xué)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用”重大項目，動員了全國13所大學(xué)和科研機構(gòu)，70多個教授、副教授和一流專家參與。應(yīng)該說，這個項目奠定了我國深部巖石力學(xué)理論研究的先河和基礎(chǔ)。其研究成果最終形成了《深部巖體力學(xué)基礎(chǔ)》一書。

據(jù)何滿潮介紹，這本書系統(tǒng)地介紹了該重大項目所建立的深部巖體力學(xué)理論和技術(shù)初步框架，總結(jié)了深部開采工程穩(wěn)定性及災(zāi)害防治技術(shù)，以及研發(fā)的適用于深部礦產(chǎn)開采的原創(chuàng)性試驗平臺及軟件系統(tǒng)。其研究成果對于我國深部資源安全開采提供了強有力的技術(shù)支撐。同時，也為我國深部巖體力學(xué)理論的發(fā)展奠定了堅實科學(xué)基礎(chǔ)。

為了有效控制巖爆帶來的巨大災(zāi)害，何滿潮長期深入礦井生產(chǎn)一線，研究礦山工程巖體大變形災(zāi)害控制，設(shè)計發(fā)明出一套對巖爆進(jìn)行實驗的設(shè)備系統(tǒng)，通過設(shè)備，掌握巖爆規(guī)律，再實際進(jìn)行控制。“目前，國外許多專家，如澳大利亞、加拿大、意大利、美國的，都到我們這里來做實驗。”他說。

控制巖爆的另外一種方法就是使用新材料。何滿潮說，巖爆其實就是一種能量的釋放，普通的材料無法吸收能量，自然就無法控制巖爆。

而由何滿潮研發(fā)的NPR材料具有負(fù)泊松比效應(yīng)，拉伸后變粗，能夠吸收能量。“實驗證明，這種材料對于吸收能量非常有效，由此材料做成的NPR新型錨索給解決巖爆問題提供了有力的途徑。”何滿潮說。

在解決高地溫方面，我國也取得了很好的原始創(chuàng)新的進(jìn)展。據(jù)何滿潮介紹，目前國際上有兩大降溫技術(shù)，一是德國的技術(shù)，二是南非的技術(shù)。德國的降溫技術(shù)是在地表制成冷凍水，然后輸送到井下平衡空氣中的熱量，從而達(dá)到降溫效果。南非的降溫技術(shù)則是將水做成冰片運到井下，然后調(diào)制成冷凍水，從而實現(xiàn)降溫。這兩種技術(shù)都存在問題，一是戰(zhàn)線過長，二是熱效率較低，三是混風(fēng)降溫效果差。

“我國的深井降溫技術(shù)則是利用井下自有的低溫水，將其中的冷能與作業(yè)面的熱能相平衡，然后將熱水通過排水系統(tǒng)抽離到地表。到達(dá)地表后，再將其熱能提取出來，用于員工的日常使用，例如洗澡、供暖等。”何滿潮說。德國和南非的降溫方式都是通過外力降溫，是花錢的手段，而我國的深井降溫技術(shù)則是充分利用水所蘊含的能量，是一個掙錢的系統(tǒng)。

但是，何滿潮也強調(diào)，高地應(yīng)力、高地溫、高水壓是深部開采時必然面臨的問題，只能控制，不能消除。“深部開采的根本出路在于機械化、自動化、智能化，最終采礦用機器人代替，而礦井也會成為無人礦井。這是最理想的狀態(tài)，也是深部開采的未來。”何滿潮表示，從目前的技術(shù)水平來看，還需要20到30年才會有明顯的進(jìn)步。

黃金礦山有望突破

在煤炭行業(yè)，最為著名的技術(shù)莫過于由何滿潮發(fā)明的“110工法”，以及在“110工法”基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)明的“N00工法”。

何滿潮將“110工法”解釋為1個工作面、1條巷道、0個煤柱。該工法回采一個工作面，只需掘進(jìn)一個順槽巷道，另一個順槽巷道自動形成，從而實現(xiàn)無煤柱開采。

這是利用了頂板的垮落產(chǎn)生的碎狀充填。“碎裂巖石的體積相較完整礦石要增加30%到40%。如果要采集2米厚的礦體可以讓5米的頂板垮落，垮落的巖層隨著體積膨脹就能夠?qū)崿F(xiàn)完全的碎狀充填。這是利用巖石物理性質(zhì)進(jìn)行充填，成本非常低。”何滿潮說。

對于金屬礦山能否采用這種充填方式，何滿潮表示，這種充填方式在煤炭行業(yè)已經(jīng)取得了很好的嘗試，對于金屬礦山來說至少是可以借鑒的。

據(jù)何滿潮介紹，目前在新疆就有一個15米厚的金礦，計劃做這種充填方式的試驗。“這個工法可以用于厚礦體的金礦。如果礦帶有10米到20米厚，是可以用這種方法的。”何滿潮表示，理論上來說這個方法可以使采富率達(dá)到100%，實際上也能達(dá)到90%以上，對于厚礦體金礦來說這個技術(shù)是非常有前景的。

創(chuàng)新應(yīng)適應(yīng)國家需求

目前，中國發(fā)明專利申請量和授權(quán)量居世界第一，國際科技論文總量居世界第二，有效發(fā)明專利保有量世界第三，已經(jīng)成為全球有重要影響力的科技大國。然而，與科技成果數(shù)量和專利數(shù)量相比，目前我國國家創(chuàng)新能力排在第17位，科技成果轉(zhuǎn)化率及對經(jīng)濟社會的貢獻(xiàn)度仍然有較大提升空間。

“我國的科技成果轉(zhuǎn)化率相對較低。這是由于過去的研究針對性不強，不適應(yīng)國家重大需求。”何滿潮指出。

黨的十九大報告提出，建立以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系，加強對中小企業(yè)創(chuàng)新的支持，促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化。何滿潮認(rèn)為，這種融合就是將生產(chǎn)的需要、國家的重大需求與科學(xué)家的興趣有機結(jié)合起來，以國家重大需求為導(dǎo)向攻克關(guān)鍵技術(shù)。

同時，何滿潮建議，在科研的體制機制的改革上，國家應(yīng)進(jìn)一步支持科研院所、高校與企業(yè)融通創(chuàng)新，加大科研人員對科研經(jīng)費、科研思路的決策權(quán)，探索科研人員對科研成果的所有權(quán)和長期使用權(quán)，激發(fā)科研人員原始創(chuàng)新的積極性，真正讓科研成果符合市場需求。

在今年的政府工作報告中，李克強總理提出，強化基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，啟動一批科技創(chuàng)新重大項目，高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)國家實驗室。鼓勵企業(yè)牽頭實施重大科技項目，支持科研院所、高校與企業(yè)融通創(chuàng)新，加快創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用。同時，落實和完善創(chuàng)新激勵政策，對承擔(dān)重大科技攻關(guān)任務(wù)的科研人員，采取靈活的薪酬制度和獎勵措施。

“可以預(yù)見，在這些政策的大力支持下，我們一定能夠打造‘雙創(chuàng)’升級版。”何滿潮說。