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陶志刚:砥砺创新,为滑坡灾害装上滑动力实时监测的“眼睛”

2019-03-19 16:51 来 源:中国科普网 浏览 次 字体:

科普时报记者获悉,截至今年,中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室科研秘书、副教授、硕士生导师陶志刚,累计发表学术论文120余篇,其中以第一作者(含通信作者)发表的文章14篇被SCI收录,16篇被EI(刊)收录,3篇被ISTP收录,14篇中文核心期刊论文。独立出版专著1部,参编专著3部。获16项发明专利授权(中国发明专利12项,日本发明专利1项,美国发明专利1项,欧洲发明专利1项)、12项实用新型专利授权、5项软件著作权。

陶志刚,2018年被评为中国能源研究会优秀青年能源科技工作者。兼任中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会副秘书长,中国岩石力学与工程学会古遗址保护与加固工程专业委员会委员,山西省柳林能源与环境院士工作站副站长。

陶志刚师从中国科学院何满潮院士,以滑坡地质灾害(含发震断裂活动)深部力学监测预警和NPR新型结构材料超常力学特性实验为主要研究方向,主要从事岩土工程、地质工程、边坡工程、地震工程、隧道工程灾害监测预警及控制等方面的教学和科研工作。2013年3月,中国矿业大学(北京)力学博士后出站。

2013年5月,陶志刚进入北京矿冶研究总院矿山所工作,2014年6月调入中国矿业大学(北京)工作。2017年1月至11月期间,在本溪钢铁(集团)南芬露天铁矿挂职副总工程师,负责采场下盘危险边坡滑动力监测预警、治理和技术攻关;2017年12月至今,在山西省柳林县国土资源局挂职副局长,负责柳林县危险边坡稳定性监测预警系统建设和全县地质灾害监测智能化、信息化、网络化系统升级。

近五年,陶志刚作为项目负责人主持国家自然科学基金1项、中国博士后科学基金面上项目1项、中央高校基本科研业务费专项资金项目4项、浙江省山体地质灾害防治协同创新中心开放基金1项;作为技术骨干参与国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、北京市自然科学基金和浙江省重点研发项目等12项国家纵向研究课题。

作为项目负责人或技术负责人,陶志刚主持了中煤集团、神华集团、中国黄金、灵宝黄金、三峡集团、本钢集团、包钢集团、北京地矿局、辽宁地矿局、湖北省地质灾害防治中心、辽宁省地震局、云南省地震局、山东省地震局、张家口市地震局、陕西国土资源厅、甘肃国土资源厅、新疆水勘院、云南省水勘院、甘肃长达路业等典型滑坡(发震断裂)大变形灾害监测、预警、控制课题35项,例如完成“南芬露天铁矿采场下盘危险边坡滑动力监测预警研究”“内蒙古赤峰西露天煤矿危险边坡监测预警系统研究”“白云鄂博稀土矿危险边坡综合监测预警研究”“吉尔吉斯共和国伊士坦贝尔德金矿金金属富集区划及自动沉落式采矿方法研究”“三峡库区巴东段危险边坡滑动力监测预警研究”“北京市门头沟区戒台寺滑坡监测”“中国黄金长山壕露天金矿反倾边坡倾倒弯曲变形机理及稳定性评价”“NPR锚索支护原理及大变形控制技术在乌东德水电站的应用”“木寨岭隧道2#斜井大变形机理分析及NPR+控制对策可行性研究”等项目。所取得的成果先后获2012年度中国钢铁工业协会/中国金属学会冶金科学技术奖三等奖、2014年度中国岩石力学与工程学会科学技术奖一等奖、2018年度山东省科学技术奖二等奖。

陶志刚作为现场技术负责人进行了“恒阻大变形锚杆研发及实验系统”科研课题的研究,课题已于2011年3月通过教育部科技发展中心专家组的鉴定验收,在恒阻器设计原理和结构以及实验系统研发上达到“国际领先水平”;同年,项目申请人作为现场技术负责人进行了“恒阻大变形缆索研发及滑坡监测预警系统”科研课题的研究,已于2011年6月通过中国岩石力学与工程学会的鉴定验收,研究成果达到“国际领先水平”。

在中国科学院院士何满潮的指导下,陶志刚在双体灾变力学理论深化、滑坡(发震断裂活动)灾害、隧道围岩大变形灾害监测预警现场工程应用等方面做出了突出贡献,累计在全国17个省市(地区)建设滑坡灾害滑动力实时监测点432个,参与成功预报12次滑坡和裂缝灾害,均提前4~13小时发出临滑预警。


恒阻大变形缆索研发及滑坡监测预警系统

本溪钢铁(集团)矿业公司南芬露天铁矿是单体露天矿山,1999年以来,在特殊地形和长期矿山开采综合影响下,采场下帮边坡形成了多处较大规模的滑坡体,滑坡体长252 m,宽250 m,滑动方向270°,滑坡体的体积约52万m3,压矿近千万吨,10年来不能开采,给企业造成了重大损失。

在“长江学者和创新团队发展计划”与本溪钢铁(集团)矿业公司南芬露天铁矿的共同资助下,中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室和南芬露天铁矿的专家、教授和科研人员组成攻关小组,陶志刚作为现场技术负责人带领团队针对边坡岩体大变形灾害监测过程中天然滑动力难以测量的问题,以及滑动力远大于传统锚索的材料强度时,锚索断裂、力学信号传输系统破坏、整个监测系统失效,无法对滑坡全过程进行监测的难题,通过对不同材料、结构进行优化选择和组合试验,定型了具有恒阻大变形力学性能的缆索,确定了恒阻装置的结构组成、材料参数和几何参数;对恒阻大变形缆索进行现场力学特性试验,试验结果证明恒阻大变形缆索具有恒阻特性,即恒阻力达到850 KN时,保持恒阻的变形量可达2000mm;建立了恒阻大变形缆索的能量本构关系,推导了边坡岩体和缆索相互作用能量平衡方程,为滑坡地质灾害监测和加固设计奠定了理论基。换诤阕璐蟊湫卫滤骱捅倍肺佬峭ㄑ镀教,研发出滑动力3S远程监测预警系统,从根本上实现了对滑坡灾害进行远程实时监测与超前预警预报的目的。

相关技术应用于辽宁省南芬露天铁矿采场下帮边坡滑动力监测预警工程中,及时掌握了滑坡体稳定状态,从而对因滑坡影响10年不能开采的千万吨铁矿石进行回采,取得较好社会经济效益,实现了加固—防治—监测—预警一体化的目标。

陶志刚与团队取得的“恒阻大变形缆索研发及滑坡监测预警系统”成果于 2011年6月通过中国岩石力学与工程学会的鉴定验收,被认定为“达到国际先进水平”。2014年度中国岩石力学与工程学会科学技术奖一等奖、2017年度山东省科学技术奖二等奖。

开发滑坡远程实时监测预警系统

河南省灵宝罗山矿区在长期的地下开采空区影响下,已形成面积为17.96万m2,总体积约405.2万m3的滑坡体,严重威胁滑坡体下方金和多金属钼(经济价值达26.24亿元)的安全开采。在 “长江学者和创新团队发展计划”以及河南省灵宝市金源矿业有限责任公司的共同资助下,中国矿业大学(北京)和灵宝市金源矿业有限责任公司的专家教授和科研人员组成攻关小组。

在何满潮的指导下,陶志刚与项目团队以“滑动力大于抗滑强度是滑坡产生充要条件”作为滑坡体滑动的主要判据,进行了滑坡过程物理模拟实验,提出了滑动力监测原理;根据滑动力监测原理,推导出滑动力和人为力学量之间的函数表达式,利用可测的人为力学量,通过公式计算出不可测的滑动力,研制了相应的监测仪器和装置,并开发出相应的远程实时监测预警系统;根据罗山矿区的具体地质条件提出了以改变采矿顺序的方法来控制滑坡的理念,并成功应用了滑坡远程实时监测预警系统,为矿山的安全开采供了技术保障。

项目成果于2009年2月通过验收,被认定为“总体上达到国际先进水平”。


[责编:柯昌润]

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