煤炭是我国的主体能源。然而，其深处却潜藏着无数的危险，时刻威胁着矿工们的安全。煤与瓦斯突出就是一种威胁煤矿安全生产的典型动力灾害。近年来，随着我国矿井开采深度的增加，煤与瓦斯突出等一系列工程地质灾害日益严重，尤其是，瓦斯动力灾害还存在着机理不清、预测难、防治瓶颈等难题，给煤矿安全生产带来重大挑战。

天地之间，生命为贵。他是新时代的探索者，年轻有为，以科学为剑，守护井下安全，以创新之力致敬生命的伟大；他是全国煤炭青年科技奖获得者，创新突破，以理论、技术、应用为一体，铸就煤矿生产安全屏障。

他就是中国石油大学（华东）安全科学与工程系副教授、硕士生导师王超杰。

 

理论先行　揭示煤与瓦斯突出机理

作为新时代的科学家，王超杰早在读书时期就厚植了扎根科研的文化沃土。在中国矿业大学安全科学与工程专业读博期间，有幸师从蒋承林教授（国内防治煤与瓦斯突出灾害领域权威专家，煤与瓦斯突出的球壳失稳机理提出者，初始释放瓦斯膨胀能指标发明者）和杨胜强教授。2019年博士毕业进入中国石油大学（华东）安全科学与工程系工作至今。

“关于安全课题的学习和研究，从我本科读书开始一直延续至今。”一直以来，王超杰主要从事非常规油气安全开采及灾害防治研究，一方面延续了博士以来的研究方向—煤层气高效开采及动力灾害防治，一方面拓展了油气领域研究方向—油气输运工艺安全风险防控。

“煤与瓦斯突出是井工煤矿最严重的煤岩瓦斯动力灾害之一。煤与瓦斯突出，是煤矿井下含瓦斯煤岩体多以块状和碎粉状由工作面向采掘空间急剧运动、并伴随大量瓦斯喷出的一种具有典型时间属性的突变动力过程。煤与瓦斯突出极具破坏力，能够大量破坏巷道内的设备设施，而且常造成人员伤亡，严重威胁着煤矿安全生产。”在向我们科普煤与瓦斯突出灾害时，王超杰时而眉头紧锁，因为他深知煤与瓦斯突出对井下作业危害的严重性。

“做国家迫切需要的研究。”身处以石油石化为特色高等学府的王超杰始终认为安全无小事，国家需要的科研，再小的阵地，一点不能少！

爱因斯坦曾说，“在科学上，每一条道路都应该走一走，发现一条走不通的道路，就是对科学的一大贡献”。　王超杰发挥当代青年勇无畏的挑战精神，向煤与瓦斯突出吹响了科技进军的时代号角。

王超杰在研究中发现，煤与瓦斯突出虽然已经过了180余年的研究，但是随深部开采的常态化，其孕育、发动、发展过程因受多源、多场耦合叠加效应，至今仍有众多难题未得到解答。剖析背后的核心问题，由于地层产状、构造条件、采掘工艺、煤岩结构、人员管理等因素，在有限时间内难以实现灾害的精细、精准、精确防控。而制约这一难题的关键是突出发生的微宏观机制尚有待进一步揭示，煤与瓦斯突出机理依然成为了世界性难题。

科研就是要面对难点，直击理论痛点。“我记得一部影片《功勋》中于敏（雷佳音扮演）对他儿子说过这样一句话：只要理论扎实，不管这飞机是木头的，铁的，塑料的，纸的，它都能飞。”每当遇到科学难题，王超杰都会将影片的励志话语进行自勉，这也让他更加坚定了要挑理论中的硬骨头啃。针对煤与瓦斯突出机理这一世界性难题，王超杰创新科研，取得了突破性理论成果。

王超杰说，从博士期间就开始思考煤与瓦斯突出机理，当时心中已经有了初步的新见解。参加工作后，带着研究生反复论证，终于通过实验证实了内心的理论分析。发现了含瓦斯煤体破坏过程中的扩容特征与突出孕育的关联，创新性提出煤与瓦斯突出的新机理－－“扩容突变机理”。煤与瓦斯突出的扩容突变机理在一定程度上破解了地应力与瓦斯压力及煤体力学强度在突出孕育过程中的耦合作用及主控阶段性特征，量化了突出孕育的阶段性过程。在此基础上，提出了一种以阻断突出孕育过程关键阶段发展的新式工作面突出防治方法，目前已申请国家发明专利。该方法有望实现工作面突出的精细防控。

同时得益于导师蒋承林教授提出的初始释放瓦斯膨胀能概念，王超杰另辟蹊径，从瓦斯动力效应角度，首次引入物理动力学中的物理量，深入揭示了构造煤易突出的瓦斯作用力学成因，并量化了瓦斯膨胀能实质参与突出过程占比，进而构建了瓦斯能量动力学特性理论体系。仅工作一年即系统地提出了煤层量化注水控能消突精准布控技术，并获得了中国煤炭工业科技进步二等奖，那一年他还未满28岁。

 

科技突破　构建突出防治新技术

扎实的理论研究，使王超杰的技术突破有了更精准的方向。在机理研究成果基础上，王超杰遵循“四位一体”防突策略，以突出灾害精准防治需求为牵引，面对分源、分强度及分时空精准防治技术瓶颈，开展了突出灾害的精准监测、精确预警、精细防控技术研究，并取得首创性科研成果。

王超杰说，煤层瓦斯治理作为消除突出危险性的前提措施，因我国煤层地质结构的复杂性，仍面临众多挑战，尤其针对深部高应力煤层。为此，通过揭示动压致裂水力裂缝发育的影响机制，构建了“压裂－冲孔”接替式强化增透技术，研发了分时介入抽采钻孔动态密封技术，创新了煤层量化注水控能消突精准布控技术，整体构建了煤层瓦斯抽－抑协作精准治理技术，显著地提升了瓦斯治理效果。

“煤层瓦斯治理后的突出预测是突出防治最后一道“防护墙”，而长期以来不间断的突出事故表明了突出预测技术存在短板。而这一短板一定程度上在于对过去方法的依赖，尤其是深入借鉴了前苏联的技术。”王超杰很无奈的说。同时，他说，要想根治突出灾害这一顽疾，防治理念要变一变。“采掘工作面突出预测涉及4个方面，是个系统工程，因此，应系统地形成查缺补漏式的技术体系，即从突出预测指标的选择及临界值的判定、预测钻孔布局及预测钻孔动力现象表征突出危险性辨识等方面出发，各技术间应环环相扣。”王超杰从博士期间开始至现在，联合中国矿业大学研发了新式预测指标－－“初始瓦斯流量预测指标”及其智能测定成套装备，率先将本质安全化理念嵌入突出预测模型构建，创新性提出了可表征工作面突出煤体最危险状态的“采掘工作面突出预测理想采动模式”，进而建立了工作面突出预测指标临界值实验室判定模型和方法，提出了预测钻孔动力现象与突出危险性间关联的辨识方法，发明了预测钻孔均布调控技术。这在一定程度上填补了行业空白。

转化应用　推动发展新质生产力

创新驱动，发展新质生产力。王超杰还积极促进成果转化应用，推动研究成果在我国6个省份的10余座矿井推广应用，产生直接经济效益2亿元左右。以第一／二完成人完成科技成果鉴定6项，整体技术水平达到国际领先或国际先进水平。研究成果包括在采矿与矿物加工领域世界排名第一的期刊等国内外权威期刊发表学术论文30余篇，被SCI／EI检索收录论文28篇，SCI他引900余次，申请和授权发明专利25件，其中美国发明专利1件。

由于创新贡献，王超杰获得了诸多奖项和荣誉：包括省部级科研奖励5项，其中全国煤炭青年科技奖1项、科技进步二等奖3项；由他独著的学术专著（煤与瓦斯突出主控机制及瓦斯能量动力学特性）获得中国博士后优秀学术专著出版资助；作为团队负责人组建的非常规油气安全开采及灾害防治研究团队，获批山东省高等学校青年创新团队。王超杰还担任多个国家一级学会和协会的专委会委员、国家重大人才工程项目、国家能源标准等评审专家，以及7本中英文期刊编委或青年编委，近30个中科院一／二区SCI期刊特邀审稿专家。

“未来，我们团队将继续深耕煤层气高效开采及动力灾害防治研究，同时加快推进油气输运工艺安全风险防控方向研究。”站在未来科技创新制高点，王超杰始终牢记领导人对青年人的嘱托，“争做有理想、敢担当、能吃苦、肯奋斗的新时代好青年”，将科学研究持续推向深入，谱写科技创新篇章！（文／李杰）

 

 

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