李嘉峰 | 深耕圍巖控制技術，向材料要安全

在千米深井的幽暗巷道中，頂板破碎、圍巖變形的警報時刻牽動著采煤人的心弦。2024年5月，隨著中國煤科開采研究院科創(chuàng)中心新材料研究所成立，一項突破性技術——強黏結親煤型復合注漿材料，正以每年服務40余座煤礦的速度，重塑深部開采的安全防線。這支平均年齡35歲的科研團隊的帶頭人——科創(chuàng)中心項目經(jīng)理李嘉峰，用3年時間交出了一份“從實驗室到礦井”的硬核答卷。

▲李嘉峰

從實驗室到礦井

2017年，在鄭州大學材料科學與工程學院的一次實驗室參觀活動中，申長雨院士主導的航天防護材料項目為李嘉峰打開了新世界的大門。他沒想到——神舟飛船面罩等“大國重器”竟源自校園實驗室。這份觸動推動他不斷深耕材料科學的專業(yè)細分領域，向縱深發(fā)展。7年后，當煤礦深部開采千米深井中的注漿材料突破黏結強度極限時，李嘉峰仍清晰記得那個改變?nèi)松壽E的午后和那份讓他栽種下科研種子的震撼。

在鄭州大學材料科學與工程學院經(jīng)歷4年本科生涯后，李嘉峰以優(yōu)異的專業(yè)成績叩開四川大學高分子材料加工全國重點實驗室的大門。在導師帶領下，他開啟產(chǎn)學研融合探索。李嘉峰介紹，研究生期間的一個橫向課題，是他科研觀形成的關鍵節(jié)點：“面對企業(yè)提出的‘可降解高分子材料的結晶控制’難題，我們反復實驗，最終解決了難題?！?/p>

這段經(jīng)歷重塑了李嘉峰的科研坐標系。碩士畢業(yè)前夕，當同窗紛紛進入外企研發(fā)中心時，他卻選擇繼續(xù)深耕。在復旦大學材料科學系的實驗室，李嘉峰說他的科研視野從宏觀加工轉向微觀合成，導師范仲勇教授的科研精神則更為深遠地影響著他。

2022年春，帶著9篇第一作者《科學引文索引》（SCI）論文成果入職開采研究院的李嘉峰，在煤礦迎來“入職禮”——連續(xù)12小時井下跟班作業(yè)。

“下井時，高溫的井下環(huán)境給我上了‘入職第一課’。”李嘉峰回憶，當他目睹千米深井中因圍巖變形導致支護失效，傳統(tǒng)注漿材料在煤體表面遭遇“注不進、黏不住”的困境時，更加堅定了“材料必須從實驗室走到巷道”的決心。潮濕悶熱的巷道里，老師傅指著破碎的注漿點嘆息：“這材料就像餃子餡，看著飽滿一動就散。”此情此景刺激他重新校準科研方向，將博士期間的前沿合成技術“降維”應用于煤礦場景。

3年間，李嘉峰帶領團隊夜以繼日地做組分試驗，終于取得親煤型注漿材料的重要研發(fā)成果。那些曾在生物材料中應用的核殼結構技術，經(jīng)創(chuàng)新改造后化作pH響應型調節(jié)劑，使井下注漿材料的性能大幅提升。如今，他主持建設的材料研發(fā)實驗室，已成為連接高?；A研究與礦山工程應用的轉化樞紐。

除了做實驗室與礦山的聯(lián)結者，“辦公室在路上”也是李嘉峰的真實寫照。入職首年出差260天、次年突破300天的紀錄，都印證著他“把論文寫在煤巷中”的執(zhí)著，以及用腳步丈量深井的決心。

構建創(chuàng)新生態(tài)

“在我國已探明煤炭資源儲量中，埋深1000米以淺的煤炭資源量占比為19.97%，埋深1000～2000米為21.08%，而埋深2000～4000米的煤炭資源占比則高達58.95%，深部開采是保障能源安全的必然選擇?！崩罴畏逶陉U述其科研方向時著重強調。

▲李嘉峰在王洼煤礦

近年來，李嘉峰主持國家自然科學青年基金1項、國家重點研發(fā)計劃子課題兩項、中國煤科面上項目1項、開采研究院面上項目1項，參與國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目13項……這些研究經(jīng)歷不僅鍛造其專業(yè)素養(yǎng)，更構建起完整的科研方法論體系?；谠鷮嵉墓こ虒嵺`，他系統(tǒng)揭示了巷道圍巖控制技術和注漿材料-煤巖界面作用機理，相關成果在20余篇學術論文中得以體現(xiàn)，其中以第一作者發(fā)表的9篇SCI論文，還包含多篇行業(yè)頂刊論文，為深部開采理論研究提供了新視角。此外，他在技術創(chuàng)新層面構建起立體化知識產(chǎn)權網(wǎng)絡，累計申請發(fā)明專利40余項，授權15項，形成具有自主知識產(chǎn)權的技術防護體系。

尤為值得一提的是，李嘉峰團隊在深部開采的圍巖控制這一世界級難題方面的研究取得了重要突破。這個項目還要從2017年說起——當時，開采研究院牽頭承擔、康紅普院士負責的國家重點研發(fā)計劃“煤礦千米深井圍巖控制及智能開采技術”，經(jīng)過4年的全面實施，項目創(chuàng)新開發(fā)出巷道圍巖支護-改性-卸壓“三位一體”協(xié)同控制技術，實現(xiàn)高預應力、高強度、高沖擊韌性錨桿主動支護，高壓劈裂注漿主動改性及水力壓裂主動卸壓“三主動”協(xié)同作用，解決了千米深井軟巖巷道圍巖控制難題。但是在注漿材料上遇到了一些亟待解決的問題。于是，李嘉峰和團隊受命在國家重點研發(fā)計劃“煤礦千米深井圍巖控制及智能開采技術”研究成果基礎上，自主研發(fā)一種施工工藝和設備要求簡單，適用于深部大變形煤巷的強黏結親煤型納米改性無機有機復合單液新型注漿材料。

“傳統(tǒng)無機注漿材料因粒徑大、與疏水煤體黏結弱，難以應對0.2毫米以下的微裂隙；有機材料雖黏結性強，卻存在污染和老化缺陷?！崩罴畏褰榻B，面對這些問題，在康紅普院士指導下，他和團隊從分子界面入手，開辟出3條創(chuàng)新路徑，最終攻克了煤巖界面浸潤性差的技術難關。

“在材料的合成與制備方面，我們前期已經(jīng)進行大量的研究，取得了豐富的研究成果。我們所掌握的分子鏈端基活化技術，可以克服通常大分子聚合到一定階段反應活性弱、鏈生長緩慢、分子量不高的問題。從前期共聚物的合成實驗結果來看，完成數(shù)均分子量30萬以上嵌段共聚物的目標完全可行。同時，前期我們在合成材料的一系列實驗中積累了大量分子結構設計、催化體系、合成條件及工藝等方面的實施經(jīng)驗、研究成果、理論基礎，實驗證明這一合成的思路和路線高效、可行，反應工藝成熟、穩(wěn)定，預期產(chǎn)物的結構和性能達標、可控，具有可靠的理論和技術可行性?！崩罴畏褰榻B。

2023年，親煤型注漿材料作為康紅普院士提出的深井巷道“支護-改性-卸壓”三位一體協(xié)同控制技術體系的一部分，成果對解決破碎煤巷變形難題具有重要意義。

向地球深部進軍

“最初兩年，實驗室只有我一人，從采購、實驗到設備調試全流程包辦?！崩罴畏寤貞?，為驗證材料井下適應性，在很多礦井與工人同吃同住調試注漿參數(shù)，是他的工作常態(tài)。

隨著2024年新材料研究所成立，隊伍得以擴展，形成“基礎研究-技術開發(fā)-工程驗證”的全鏈條創(chuàng)新平臺，并在固廢研究和雙碳方面持續(xù)發(fā)力。

科研探索與團隊建設始終相輔相成。作為團隊負責人，李嘉峰注重培育協(xié)同創(chuàng)新的科研生態(tài)，先后獲得第十屆中國科協(xié)“青年人才托舉工程”、第三屆全國煤炭青年五四獎章集體等榮譽。這種集體攻關模式，為攻克深部開采技術難題提供了堅實的人才保障。

面向“十五五”期間深部開采的技術需求，李嘉峰繪制出層次分明的技術路線圖：在深化“支護-改性-卸壓”三位一體技術體系基礎上，重點突破注漿改性量化評價體系，建立圍巖控制效果動態(tài)預測模型。與此同時，他著眼資源綜合利用，將煤基固廢高值化利用作為重點方向，著力開發(fā)功能性建筑材料、儲能介質等新產(chǎn)品，計劃通過3年攻關建成20萬噸級固廢處置示范工程。為開闊科研視野，他積極布局國際學術交流，擬攜創(chuàng)新成果亮相國際采礦巖層控制會議，并圍繞井下傳感材料開展跨國聯(lián)合研究。

在中國煤科開采研究院“新材料+”戰(zhàn)略指引下，科研團隊正實現(xiàn)多領域突破。當前已啟動富勒烯和共價有機框架改性注漿材料的實驗室驗證，同步布局礦用柔性傳感、自修復支護材料等前沿領域。這些創(chuàng)新嘗試不僅延伸了傳統(tǒng)采礦技術的邊界，更為構建智能化開采體系奠定材料基礎。

“把論文寫在煤壁上，讓技術長在巖層里。”這句科研箴言始終指引著李嘉峰的學術軌跡。隨著深地開發(fā)戰(zhàn)略的深入推進，他的團隊正朝著智能支護材料研發(fā)、數(shù)字孿生控制系統(tǒng)構建等新目標挺進。通過持續(xù)的技術創(chuàng)新，這支科研勁旅正在中國能源安全防線上筑起堅實的科技堡壘，為深部資源開發(fā)提供源源不斷的技術支撐。