人类发展历史与实践证明,经济的增长离不开能源的支撑。自然界中,有些能源获得相对容易,如太阳辐射的热能、地球表面或地下的水资源等,而有些能源的获取就需要费一番周章,如矿产资源中的煤炭资源。
中国是世界上最早开发利用煤炭资源的国家之一,远在六七千年前的新石器时代,先民们就开始利用煤精(也称煤玉、炭精,是煤层中一种特殊品种的腐泥煤)刻制煤雕,作装饰品用,当时已对煤田进行过开发。不过那时人口稀薄,生产力也低,对于这一矿产资源开发利用得少。
宣化辽墓壁画《备茶图》,图中煮水的火炉烧的是煤块
随着社会生产力的发展,战国时期工匠将煤雕饰物雕琢得更为精巧,有妇女便将其作为发饰,1971年冬在重庆市风箱峡崖壁残棺及1977年春在四川省荥经县战国时期的古墓中,均发现过煤精发簪,大小有异,但同为八棱柱形。
先秦古籍《山海经》最早记述了中国煤的地理产地的分布。据《山海经译注》,国内当时探明的煤炭产地有6处,其中有2处位于今四川境:其一为“岷山之首,曰女几之山,其上多石涅”,位于今四川省双流和什邡一带;另一为“又东一百五十里,曰风雨之山,其上多白金,其下多石涅”。在今四川省通江、南江、巴中一带。另有《汉书》言:“豫章郡出石,可燃为薪。”这说明先民们最迟在2000多年以前,不仅发现了煤田并对其进行记录,而且已懂得将煤炭作为燃料。后煤炭又用于冶铁等,唐时运用已比较醇熟,苏轼有《石炭诗》语:“为君铸作百炼刀。”
至宋时,我国对煤的开采量居世界第一,宋庄绰《鸡肋篇》做笔记,记“昔汴都数百万家,尽仰石炭,无一家燃薪者”,意思说宋代百万人口的汴京都在烧炭,没有一家烧木柴,可见煤炭利用的普及之广。
《天工开物》关于采煤的记载
历朝历代开采煤矿积累了不少经验、教训,明代宋应星编著的《天工开物》对如何应对瓦斯中毒和冒顶已有比较详尽的记载,文载:“初见煤端时,毒气灼人,有将巨竹凿去中节,尖锐其末。插入炭中,其毒烟从竹中透上,人从其下施蠼拾取者。”采煤时,“其上支板,以防压崩耳。凡煤炭去空,而后以土填实其井”。
海陆变迁,也即地壳运动,是成煤的主导因素,所以煤炭资源基本都深埋地下。煤炭的生产开采都在地下完成,因地质条件多变、作业不规范等因,煤矿可能会发生水灾、火灾、瓦斯爆炸、煤尘、地压、冒顶之类的事故,给人民的生命财产造成损失,也影响煤矿生产,故而煤矿安全历来受到当政的重视。
现代社会中,我国从2 0世纪70年代开始探索和掌握各地煤矿矿井中煤尘、瓦斯爆炸的规律,寻求适合我国煤矿的防爆和隔爆措施,以降低这两类常见矿难发生的概率,推进煤炭工业安全作业。
1974年,重庆煤矿设计研究院接受了重庆煤研所煤尘瓦斯爆炸试验站的设计任务。这是我国第一个大型的煤尘瓦斯爆炸试验站,用来研究煤尘瓦斯爆炸机理、测试各种爆炸参数和各项防隔爆措施的试验基地。其主要工程是爆炸试验巷道,它由主平巷、主斜巷、起爆室和通风运输辅巷组成,共计896.8米。
试验巷道布置示意图(www.xing528.com)
20世纪70年代初至80年代中期,我国的煤炭装备制造业以引进、消化、吸收国外综采掘成套设备及技术为主,所以这条爆炸试验巷道也是我国初尝试,是国内第一条煤尘瓦斯爆炸试验巷道。试验巷道主要用于进行爆炸试验,要求穿过特定岩层的巷道在一定爆炸压力多次作用下,不破坏、不开裂、不漏水。
试验不是一蹴而就,需要收集大量的数据进行研究、计算,对工程或者相关参数改进、优化后又再进行反复试验,这就需要一套与之配套的测控设备,既要能实现人为控制爆炸试验按预定方案有序进行,又要能精确测量爆炸过程中希望了解的所有物理参数。
我国当时的科研事业处在起步和奋起直追的交叉年代,没有生产过这种产品,且在国外也不能订购到现成的产品,所以重庆煤研所把目光投向设有遥控遥测专业教研室的成都电讯工程学院。
1976年2月,成都电讯工程学院与重庆煤研所签订研制“煤尘瓦斯爆炸试验巷道遥控遥测系统”项目的协议,代号“2303”。
“2303”项目由教研室遥控组和遥测组王蔚然、陈国敏、周玉光、殷世昌、张友端、黄桂华、皮德忠、郑浩元、陈辅南、吴坛年十位老师共同承担,项目的设计、论证、焊装、查线、调试、试验等均需由课题组老师一一完成。这是国家极其看重的项目,仅“煤尘”项目的总经费就70万(当时科研老师的月工资大概是四五十元,加班、出差没有额外补贴),相当于近万吨煤炭的价值。项目需要设计出控制台,要求控制台的数字式数据处理系统具备重现爆炸过程、传播速度数据及重演传播状态的功能,供试验后重现数据,方便以后的研究。人手少任务重,具有相当的挑战性。
那个年代的交通不比现在,从成都到重庆的距离不算近,在一些关键问题上,合作双方仅通过方案论证、联机试验很难取得共识,为了更好且尽快完成研发任务,“2303”课题组多次去往重庆清水溪试验站联试。
1981年,重庆的试验站建成,建成的试验巷道在支护形式上自主创新,提出并采用了锚喷网联合支护结构方案,摒弃国外常用的厚壁式整体现浇钢筋混凝土结构方案,在当时是世界上最长、断面较大、而且是唯一具有斜坡的巷道。
为了测试爆炸环境对整套系统的影响,“2303”课题组安排了两次小管道爆炸试验和两次大巷道爆炸试验,一次试验爆炸48次,测得近500组参数。试验站爆炸巷道竣工后,“2303”课题组同年将全套设备安装完毕,这年七八月又在巷道内进行了近2个月的实地爆炸试验。后又试用半年,未见差池。
1982年5月中旬,煤炭部在重庆煤研所召开了煤尘瓦斯爆炸试验站的技术鉴定验收会。与会专家一致肯定近似于矿井实际规模的试验巷道,控制台及测控系统都具有我国独自的特点,经过了实际爆炸试验的检验,可投入实际应用。应用“2303”课题组研制的系统,试验站又做了防、隔爆措施之一的水槽试验,利用系统反馈的数据很快改进成功,完成了煤炭部多年来一直无法完成的重点科研项目,并使水槽作为安全措施在矿井中正式使用。
在电子科技大学的校史馆公开的信息中,我们查到,这套遥控遥测系统不仅是我国首个煤尘瓦斯爆炸试验站遥控遥测系统,还全部使用国产器件,且在自动化、数字化以及传输方式等性能方面均优于当时的波兰、日本、英国。1983年,这项研究成果荣获电子工业部科技成果一等奖。
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