“希望将矿工从危险岗位中解放出来”

6月13日14时，中国科协第七届青年人才托举工程入选者、山东科技大学教师张坤和同事杜明超，踏上了赶往山东能源集团东滩矿的路途。去年4月的某个晚上，他们也走过相同的路。这次，他们要下井看看，研究的超前液压支架新型抗冲击装置试验效果如何。

张坤(第一排右二)与其指导的第一届研究生合影

张坤(左一)在超前耦合支护相似模拟实验室现场

一直跟进超前液压支架抗冲击研究

2009年，张坤参加了高考。“高中时一次偶然机会，我看到了山东省新闻联播播放的兖矿集团煤炭开采宣传片，开始对矿山机械有了兴趣。报志愿就往机械和采矿专业方向去填报，最后被辽宁工程技术大学录取了。硕博连读，度过了10年时光。”张坤说。

在机械工程学院，张坤学习了以机械设计与制造为基础的知识，并融入了计算机科学、信息技术、自动控制技术等一些交叉学科理论。

“大三时，我第一次下井，印象深刻。我们班分两批，去内蒙古元宝山煤矿见习。坐着猴车来到井下，我有些害怕;经过工作面时，有些地方很窄，我们得爬过去，鞋全被打湿了。到了工作面，采煤机还在割煤，这时突然片帮了，煤块掉了下来，整个巷道颤抖了一下。当时，我站在队伍中后方，前后都是人，跑的话根本来不及。”张坤说。

这次经历给张坤带来了思想上的冲击。“能不能研发一些好技术，真正保障井下作业安全?将矿工从危险岗位中解放出来，让他们的家人不再担心。”张坤心想。

博士期间，张坤的研究方向成了巷道支护：“先了解透矿山岩层的运动机理，通过研制设备，使其适应生产延伸运动，才能更有效地进行安全作业。”

博士后期间，在原兖矿集团总工程师孟祥军，中国工程院院士、太原理工大学原校长黄庆学的指导下，张坤等人开展了超前液压支架新型抗冲击装置研究。

“孟总工侧重大断面巷道围岩变形及冲击防护，黄院士团队主要研究周期填充吸能结构和材料。在两位老师的指导下，我接触到不同专业的理论，尝试着将这些知识融会贯通起来。”张坤表示。

山东煤矿冲击地压较为明显。井下来压时，能在超短时间内释放巨大能量，引发矿井“地震”。若超前液压支架上的安全阀响应时间不够，不能及时卸压，不仅会对支架造成严重破坏，而且影响安全生产。

“如何提高安全阀的响应时间?如果把支架模拟成人的话，给他戴个头盔，当重物从高处砸下来时，头盔至少可以保护支架，减少伤害。”张坤思索。

基于这种想法，他们在支架顶部，加上了冲击防护装置，并称之为“护盾”。考虑到装置变形后的回弹性能、采煤过程中的周期来压等复杂扰动力，“护盾”最终变为一种适用于超前液压支架的压力检测型抗冲击吸能装置，并获得了专利授权。

2019年博士毕业后，张坤来到山东科技大学，成为电气与自动化工程学院的一名讲师。但超前液压支架新型抗冲击装置研究是张坤一直跟进的项目。

“这次去兖矿，就是要下井去做试验。安装上我们的抗冲击性吸能装置，设置一些条件，监测弹簧部件、中间吸能结构的受力和形变情况。同时采集一些微震数据，测试下装备性能。前期我们已经做了很多试验，找到了一些薄弱环节。接下来，要在现场针对薄弱点进行结构的整体优化。”张坤说。

是科研青年，也是大学教师

来到山东科技大学后，张坤把一部分研究精力放在矿用机器人方向上。2019年起，在山东科技大学的支持下，张坤和同事们一起，把研发重点转移到喷浆机器人、搬运机器人等矿用机器人自动化方向，并研发出一些成果，在山东能源集团、陕煤集团等企业得到应用。

“机器人的研发，不仅拓宽了我的研究领域，而且让我更加领会到多学科交融的重要性。以前做的项目更多偏重于理论研究，再就是机械研发，过程相对容易把控。但是在做喷浆机器人项目时，团队成员来自不同学科背景，有机械、控制工程、通信、采矿等专业，需要不断融合创新。从机器人的设计到试验，再到交付使用，我们不仅要考虑到传感器的可靠性，还要顾及井下作业的安全性，是否符合安标要求等。”张坤说。

“可以说，喷浆机器人项目是我真正独立完成的一个项目，即研制出能在井下现场使用的设备。在一个小试验台，从最简单的试验做起，逐步提升理论联系实际的能力。而且，团队里有一群志同道合的年轻人，都希望能在煤矿智能化建设中贡献力量。再加上前辈的指导，我们不断地进行理论计算、大范围优化仿真效果，直到达到理想效果。”张坤说。

作为大学教师，张坤也有自己的想法：“我感觉现在很多学生书本知识多一些，缺少现场经验。如果教师能把这两方面融合授课，应该能提高学生的兴趣和教学效果。

学生也给张坤带来了正向反馈。在一次讨论自由度计算的问题时，一名学生提出了一种非常特殊的假设。张坤当时觉得不太可信，但下课后请教了一些经验比较丰富的教师，才明白学生提出的是非通用型结论。这件事让张坤很受触动，既收获了新视角，又欣慰于学生真正有兴趣去学知识。

“无论是大学教师，还是科研青年，重要的是把心沉下去。真正去做科学研究，突破一些‘卡脖子’难题。不要一味追求发表多少论文、申请多少专利。这些应该是工作成果的自然体现，而不是主要追求。”张坤说。

入选中国科协第七届青年人才托举工程后，张坤既感到被认可，又有很大压力：“能够入选，说明我们的科研成果，或者说我们的沉淀与创新精神得到肯定。我会努力鞭策自己前进。”

张坤今年32岁，他对职业有着清晰的规划。“对于科研人员来说，35岁是竞争的分水岭。一些在学术上有建树、有创新思路的人员能得到支持，快速发展起来。35岁之前，要沉下心把基础打牢，真正把知识融合起来。但无论年龄多大，都该有勇气去奋斗、去追求、去体验，过程美好也很重要。”张坤说。