20世紀(jì)70年代,我國煤礦支護(hù)條件落后,井下環(huán)境很差,水、火、瓦斯、機(jī)電、頂板事故五大災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生。尤其是頂板事故十分嚴(yán)重,頂板事故死亡人數(shù)占了全部事故死亡人數(shù)的50%以上,防治頂板災(zāi)害迫在眉睫。
那時(shí)宋振騏老師對(duì)這個(gè)事情非常上心,他找到當(dāng)時(shí)煤炭部主管科技的副部長葉青,跟他說想解決這個(gè)問題。記不清是七幾年了,我在學(xué)校的濟(jì)南分院招待所,偶遇宋振騏老師,他談及想搞礦壓遙測(cè)儀。我當(dāng)即表態(tài):我有把握研制遙測(cè)儀。
1978年,受宋振騏老師邀請(qǐng),在科研科長杜亞伯的極力推薦下,院領(lǐng)導(dǎo)果斷決定將從基礎(chǔ)部物理教研室調(diào)到采礦系礦壓研究室。當(dāng)時(shí)一心想的就是怎么幫助宋老師研究開發(fā)礦壓儀表,解決礦壓觀測(cè)手段,以便實(shí)現(xiàn)宋老師的想法。進(jìn)行礦壓觀測(cè),摸清頂板活動(dòng)規(guī)律,完善傳遞巖梁礦壓理論,在該理論指導(dǎo)下,用礦壓儀表監(jiān)測(cè)進(jìn)行頂板來壓預(yù)報(bào),提前加強(qiáng)支護(hù)度過來壓,實(shí)現(xiàn)煤炭安全開采,大幅度降低頂板事故。在這個(gè)具有重要意義任務(wù)的感召下,加上宋老師敢擔(dān)重任和學(xué)術(shù)指導(dǎo)思想正確,礦壓研究室除了采煤地質(zhì)人才外,很快聚集了一批機(jī)電人才。大家差不多10年沒放暑假,全力以赴進(jìn)行礦壓儀表的研發(fā)、井下工業(yè)性試驗(yàn)、組織生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。宋振騏老師、鄭馬克老師負(fù)責(zé)機(jī)械式頂板動(dòng)態(tài)儀,宋老師的哥哥湯學(xué)亮和弟弟湯學(xué)華完善設(shè)計(jì)進(jìn)行生產(chǎn)。宋老師要求分辨力為0.01mm~0.02mm,這種高靈敏度的KY型頂?shù)装逑鄬?duì)位移計(jì),在采煤工作面觀測(cè)頂板動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)頂板來壓預(yù)報(bào)中起到了關(guān)鍵性作用。林紫陽老師負(fù)責(zé)DCC型頂板動(dòng)態(tài)遙測(cè)儀,在難采工作面頂板來壓預(yù)報(bào)中發(fā)揮了重要作用;我負(fù)責(zé)GH型振弦式支柱載荷傳感器和配套的各種DK型測(cè)量儀,用以檢測(cè)支柱性能,檢測(cè)頂板來壓時(shí)的支護(hù)強(qiáng)度。由于研發(fā)、生產(chǎn)、推廣應(yīng)用迅速取得全面成功,礦壓研究室于1985年經(jīng)煤炭部批準(zhǔn)升級(jí)為山東礦院礦山壓力研究所,煤炭部出資興建了著名的礦壓所藍(lán)色大樓。宋老師任所長,我任副所長主持礦壓儀表的研發(fā)。
選用哪種原理的傳感器測(cè)量支柱載荷,這是決定成敗的關(guān)鍵問題,我必須通過調(diào)研慎重決定。電阻應(yīng)變式對(duì)線路絕緣要求太高,在井下潮濕環(huán)境使用壽命不長;蘇聯(lián)機(jī)械式易過載損壞,且誤差大讀數(shù)麻煩;油壓式與前者存在同樣問題。當(dāng)看到宋老師、鄭老師從北京拿來的鋼弦式傳感器,用一根鋼絲來檢測(cè)輸出頻率信號(hào),我確認(rèn)這正是我所要的。為了能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遙測(cè),我沒有選用巖土工程大量使用的單線圈他激式鋼弦傳感器,而是選定那時(shí)剛起步技術(shù)很不成熟的雙線圈自激式鋼弦傳感器作為主攻方向。橫式弦雙線圈鋼弦傳感器設(shè)計(jì)制造容易,密封防水,堅(jiān)固耐用,過載能力可達(dá)200%以上,50t的壓力盒足夠金屬摩擦支柱放在頂上使用。它工作電流很小,為本質(zhì)安全防爆型,可在煤礦使用;它輸出頻率信號(hào)抗干擾可接長電纜,易自動(dòng)精確檢測(cè)和數(shù)字化。可以說性能非常理想,但難度在鋼弦激發(fā)電路的研制及選用什么樣的檢測(cè)數(shù)顯電路。
很快攻克了振弦傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、雙線圈自激式鋼弦激發(fā)電路、振弦傳感器通用精確數(shù)學(xué)模型這三個(gè)難題,為掌握雙線圈鋼弦傳感技術(shù)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),為“六五”“七五”兩個(gè)國家攻關(guān)項(xiàng)目掃除了障礙。
煤炭部“六五”礦壓攻關(guān)項(xiàng)目“煤礦頂板動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)”,由宋老師和我主持。林紫陽老師課題組完成了DCC-2型光電式頂板動(dòng)態(tài)計(jì)算機(jī)遙測(cè)儀。我的課題組完成了DK-2型振弦式礦壓計(jì)算機(jī)遙測(cè)儀。礦壓組則完成了頂板來壓監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的原理和方法。這些成果為承擔(dān)和高質(zhì)量完成“七五”國家攻關(guān)項(xiàng)目“煤礦頂板預(yù)報(bào)和計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”,準(zhǔn)備了充分條件。
在煤礦礦壓“七五”國家攻關(guān)項(xiàng)目的競爭中,只有山東礦院礦壓所有自創(chuàng)的礦壓理論和現(xiàn)代化礦壓監(jiān)測(cè)儀表,并擁有在礦壓理論指導(dǎo)下應(yīng)用現(xiàn)代化礦壓監(jiān)測(cè)儀表實(shí)現(xiàn)難采工作面安全開采的專家,如陳孟伯和宋揚(yáng)等。因此,該項(xiàng)目非山東礦院莫屬,煤炭部決定由山東礦院牽頭,中科院武漢巖土所和重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院參加,組成國家級(jí)攻關(guān)隊(duì),并投資35萬元。
我在設(shè)計(jì)煤礦頂板來壓計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)時(shí),決定將相關(guān)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)手段綜合在一起,并加大系統(tǒng)的容量(達(dá)到32路),可接32只傳感器,以備進(jìn)一步發(fā)展使用。同時(shí),研制成功振弦式頂板動(dòng)態(tài)儀代替光電轉(zhuǎn)盤式頂板動(dòng)態(tài)儀,徹底解決干擾出錯(cuò)問題,具有高度可靠性,分辨力達(dá)到0.01mm;還引進(jìn)了振弦鉆孔測(cè)力計(jì)可測(cè)煤體的應(yīng)力變化。合作單位重慶大學(xué)的白美卿老師研制了數(shù)字化的巖體聲發(fā)射分機(jī)(地音分機(jī))。于是第三代礦壓儀實(shí)現(xiàn)了振弦化,可監(jiān)測(cè)頂板動(dòng)態(tài)、支柱載荷、煤體應(yīng)力變化等參數(shù)。還外加一個(gè)地音分機(jī)監(jiān)測(cè)頂板高應(yīng)力及斷裂時(shí)的聲發(fā)射。參與研制工作的有儀表研究室主任趙振遠(yuǎn)、副主任馬俊亭、教師王學(xué)水及研究生崔玉亮等。系統(tǒng)的頂板來壓隸屬函數(shù)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法,由礦壓研究室主任蔣金泉提出,并完成;整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理及分析預(yù)報(bào)軟件由微機(jī)室主任黃自偉組織人員完成。研制歷時(shí)四年,第五年,我與宋揚(yáng)副所長主持現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)近十個(gè)月,系統(tǒng)高度可靠,預(yù)報(bào)準(zhǔn)確,試驗(yàn)取得圓滿成功。據(jù)我們了解,當(dāng)時(shí)國外并沒有這樣先進(jìn)的礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng),實(shí)際上屬國際首創(chuàng),煤炭部組織國家級(jí)鑒定評(píng)為“國際先進(jìn)水平”。
這一系列礦壓監(jiān)測(cè)儀表,工業(yè)性試驗(yàn)都結(jié)合開采難度非常大的項(xiàng)目進(jìn)行,我們搞儀表的老師都和搞礦壓老師一起待在現(xiàn)場,下井進(jìn)行安設(shè)維護(hù)。儀表監(jiān)測(cè)對(duì)礦壓老師在現(xiàn)場指揮實(shí)現(xiàn)安全開采發(fā)揮了重要作用,我們也很佩服和感謝勇敢能干的礦壓老師對(duì)我們的關(guān)照和幫助,儀表試驗(yàn)成功也有他們的一份功勞!
選自《科大故事①》(2016年9月出版)(講述:鄧鐵六 整理:衛(wèi)雪)