20世紀70年代，我國煤礦支護條件落后，井下環(huán)境很差，水、火、瓦斯、機電、頂板事故五大災害經(jīng)常發(fā)生。尤其是頂板事故十分嚴重，頂板事故死亡人數(shù)占了全部事故死亡人數(shù)的50%以上，防治頂板災害迫在眉睫。
那時宋振騏老師對這個事情非常上心，他找到當時煤炭部主管科技的副部長葉青，跟他說想解決這個問題。記不清是七幾年了，我在學校的濟南分院招待所，偶遇宋振騏老師，他談及想搞礦壓遙測儀。我當即表態(tài)：我有把握研制遙測儀。
1978年，受宋振騏老師邀請，在科研科長杜亞伯的極力推薦下，院領導果斷決定將從基礎部物理教研室調(diào)到采礦系礦壓研究室。當時一心想的就是怎么幫助宋老師研究開發(fā)礦壓儀表，解決礦壓觀測手段，以便實現(xiàn)宋老師的想法。進行礦壓觀測，摸清頂板活動規(guī)律，完善傳遞巖梁礦壓理論，在該理論指導下，用礦壓儀表監(jiān)測進行頂板來壓預報，提前加強支護度過來壓，實現(xiàn)煤炭安全開采，大幅度降低頂板事故。在這個具有重要意義任務的感召下，加上宋老師敢擔重任和學術(shù)指導思想正確，礦壓研究室除了采煤地質(zhì)人才外，很快聚集了一批機電人才。大家差不多10年沒放暑假，全力以赴進行礦壓儀表的研發(fā)、井下工業(yè)性試驗、組織生產(chǎn)和推廣應用。宋振騏老師、鄭馬克老師負責機械式頂板動態(tài)儀，宋老師的哥哥湯學亮和弟弟湯學華完善設計進行生產(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ξ灰朴?，在采煤工作面觀測頂板動態(tài)實現(xiàn)頂板來壓預報中起到了關(guān)鍵性作用。林紫陽老師負責DCC型頂板動態(tài)遙測儀，在難采工作面頂板來壓預報中發(fā)揮了重要作用；我負責GH型振弦式支柱載荷傳感器和配套的各種DK型測量儀，用以檢測支柱性能，檢測頂板來壓時的支護強度。由于研發(fā)、生產(chǎn)、推廣應用迅速取得全面成功，礦壓研究室于1985年經(jīng)煤炭部批準升級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。電阻應變式對線路絕緣要求太高，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，用一根鋼絲來檢測輸出頻率信號，我確認這正是我所要的。為了能實現(xiàn)自動遙測，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計制造容易，密封防水，堅固耐用，過載能力可達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；它輸出頻率信號抗干擾可接長電纜，易自動精確檢測和數(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數(shù)顯電路。
很快攻克了振弦傳感器結(jié)構(gòu)設計、雙線圈自激式鋼弦激發(fā)電路、振弦傳感器通用精確數(shù)學模型這三個難題，為掌握雙線圈鋼弦傳感技術(shù)打下堅實基礎，為“六五”“七五”兩個國家攻關(guān)項目掃除了障礙。
煤炭部“六五”礦壓攻關(guān)項目“煤礦頂板動態(tài)的監(jiān)測”，由宋老師和我主持。林紫陽老師課題組完成了DCC-2型光電式頂板動態(tài)計算機遙測儀。我的課題組完成了DK-2型振弦式礦壓計算機遙測儀。礦壓組則完成了頂板來壓監(jiān)測預報的原理和方法。這些成果為承擔和高質(zhì)量完成“七五”國家攻關(guān)項目“煤礦頂板預報和計算機監(jiān)測系統(tǒng)”，準備了充分條件。
在煤礦礦壓“七五”國家攻關(guān)項目的競爭中，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)測儀表，并擁有在礦壓理論指導下應用現(xiàn)代化礦壓監(jiān)測儀表實現(xiàn)難采工作面安全開采的專家，如陳孟伯和宋揚等。因此，該項目非山東礦院莫屬，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自動化學院參加，組成國家級攻關(guān)隊，并投資35萬元。
我在設計煤礦頂板來壓計算機監(jiān)測預報系統(tǒng)時，決定將相關(guān)監(jiān)測預報手段綜合在一起，并加大系統(tǒng)的容量（達到32路），可接32只傳感器，以備進一步發(fā)展使用。同時，研制成功振弦式頂板動態(tài)儀代替光電轉(zhuǎn)盤式頂板動態(tài)儀，徹底解決干擾出錯問題，具有高度可靠性，分辨力達到0.01mm；還引進了振弦鉆孔測力計可測煤體的應力變化。合作單位重慶大學的白美卿老師研制了數(shù)字化的巖體聲發(fā)射分機（地音分機）。于是第三代礦壓儀實現(xiàn)了振弦化，可監(jiān)測頂板動態(tài)、支柱載荷、煤體應力變化等參數(shù)。還外加一個地音分機監(jiān)測頂板高應力及斷裂時的聲發(fā)射。參與研制工作的有儀表研究室主任趙振遠、副主任馬俊亭、教師王學水及研究生崔玉亮等。系統(tǒng)的頂板來壓隸屬函數(shù)預測預報方法，由礦壓研究室主任蔣金泉提出，并完成；整個系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)整理及分析預報軟件由微機室主任黃自偉組織人員完成。研制歷時四年，第五年，我與宋揚副所長主持現(xiàn)場工業(yè)性試驗近十個月，系統(tǒng)高度可靠，預報準確，試驗取得圓滿成功。據(jù)我們了解，當時國外并沒有這樣先進的礦壓監(jiān)測預報系統(tǒng)，實際上屬國際首創(chuàng)，煤炭部組織國家級鑒定評為“國際先進水平”。
這一系列礦壓監(jiān)測儀表，工業(yè)性試驗都結(jié)合開采難度非常大的項目進行，我們搞儀表的老師都和搞礦壓老師一起待在現(xiàn)場，下井進行安設維護。儀表監(jiān)測對礦壓老師在現(xiàn)場指揮實現(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我們的關(guān)照和幫助，儀表試驗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）
