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七十载无悔煤炭人生

常 理
2019-10-31 15:02:06  来源:经济日报

——记中国工程院院士、矿山压力与岩层控制学专家钱鸣高

  钱鸣高在介绍煤炭安全生产情况。 (资料图片)

  人的一生,往往有很多事情难以预料。钱鸣高16岁那年,在江苏苏州老家无意间路过一所学校,被学校的名字所吸引——焦作工学院。一所河南的学校为何会出现在苏州?它是教什么的?年轻的钱鸣高对此产生了好奇。

  后来,这所名不见经传的焦作工学院几经合并、辗转,成为中国矿业大学(北京)的前身之一,而后者则是钱老70余载煤炭研究事业的“根据地”。

  作为我国矿山压力和岩层控制学科的奠基者之一,钱鸣高数十年如一日地潜心科研,在上覆岩层活动规律与采场岩层控制理论研究方向上形成了自己的体系和学派。他提出的“绿色采矿”“科学采矿”等思想在国内外产生广泛影响。这些成就的取得,源于他对煤炭事业的热爱,基于他对国家对民族的责任与担当。

  “另类”的选择

  1950年4月份,钱鸣高和一群南方同学一起前往东北工学院(现在的东北大学)求学。他们的第一站,是我国当时的重工业基地——抚顺。

  这些在江南水乡长大,只见过面粉厂、纺织厂的学生,在参观了闻名世界的近百米厚煤层的西露天煤矿,以及当时国内设备数一数二的龙凤煤矿、老虎台煤矿后,深深地被重工业的磅礴气势所震撼。年轻的钱鸣高坚信,国家的兴盛必须走发展重工业的道路。

  新中国成立之初,百废待兴,国家工业化首先需要能源支撑,而我国当时90%的能源要依靠煤炭。为此,发展能源急需采煤工程方面的专业人才。入学几个月后,钱鸣高响应学校号召,由机械系转入采矿系学习。

  当时,我国的采矿科学事业几近空白,采矿手册和教材不是英文就是俄文的。而且,更重要的是里面的学术观点、技术方法没有一条是由中国科学家提出的。在这样两眼一抹黑的情况下,钱鸣高主动加强英文、俄文的学习,将外国的技术、观点、经验消化吸收并形成自己的知识体系。

  本科毕业后,钱鸣高被分配到北京矿业学院续读研究生,师从我国著名采矿学家张正平及前苏联专家伊·叶·洛莫夫。钱鸣高非常珍惜继续学习的机会,全身心投入到科学研究中,带病坚持下井测定数据是家常便饭。长期超负荷工作,使他的身体受到较大损伤。

  1956年,他被确诊患上空洞型肺结核。经过一年多的治疗,钱鸣高于1957年出院并留校任教,科研方向是当时直接影响煤矿安全生产的矿山压力及控制。

  变“压力”为动力

  钱鸣高的科研工作是从研究矿山压力开始的。“煤炭是从地层中获取资源,采矿是对浅部地层的破坏性扰动,因此采煤引起的岩层运动是岩层破断时和破断后的力学行为,别的学科无法借鉴。”

  同时,采矿学科更是一门实践性很强的科学,它要求研究者不断地深入现场,需要具备扎实的基础理论知识,这样才能在实践中将千变万化的现象提炼成反映事物本质的力学模型。

  一次,钱鸣高在开滦赵各庄煤矿通过研究得到了开采过程中矿山压力变化的一些规律,他激动地向矿总工程师汇报,以为能得到好评。没想到对方的回答让他心凉了半截儿,“说得不错,但是怎么解决咱们矿的实际问题”?

  经过这件事以后,钱鸣高明白了,规律也好,模型也罢,必须应用到实际生产中,能解决问题,这才是科研的关键。

  1958年至1964年间,钱鸣高在阜新、开滦、阳泉、大同等矿区一线搞技术革新,置身于工人、工程技术人员中间,学习他们解决实际问题的能力,同时也丰富了自己对矿山压力控制的认识。

  在那个技术相对落后的年代,矿井工作基本上是人工操作,非常危险,频繁发生的矿难事故迫使钱鸣高不断思考工作面矿压形成的原因及解决办法。他发现,问题的关键在于层状坚硬岩层随着工作面推进破断成块状后,其运动有一定的规律性,而破断岩块由于边界条件限制互相挤压有可能形成承载结构,而此结构形态的稳定与否和状态的改变将表现为工作面矿山压力。

  钱鸣高把坚硬岩块视为构件单元,用结构力学的方法获得老顶破断岩块相互“铰接”形成结构力学模型的解释,并确定了其稳定条件,这使得采矿工作面各种来压现象(顶板大变形和台阶下沉等)和支护原理得到了合理的解释。

  后来,结合矿井的实际开采,钱鸣高和科研团队进行大规模测定,得到块体运动的全部信息,证实了他的岩块结构力学模型的成立。

  1982年,在英国举办的国际岩层力学讨论会上,钱鸣高宣读了他的论文《岩壁开采上覆岩层活动规律及其在岩层控制中的应用》,得到与会科学家的高度评价。大会主席称赞该文:“给人们留下深刻印象,为大会作出了贡献。”有的学者还把钱鸣高的理论称为“鸣高模型”加以评论,由此该理论得到了学术界认可,把中国的矿压研究提升到国际先进水平。

  科学开采造福后代

  进入21世纪,我国经济进入高速发展阶段。由于基础设施建设对电力、钢筋和水泥需求量猛增,而这些都需要煤炭的支撑。我国煤炭年产量很快由近10亿吨提高到40亿吨,接近全世界产量的40%至50%。但与此同时,大规模的开采和利用也超过了环境容量,对空气质量(雾霾的形成)和开采地的水资源、土地以及区域环境带来严重影响。煤炭在为国民经济发展做出重大贡献的同时也受到社会的责难。

  鉴于此,钱鸣高和团队提出了岩层控制的“关键层”理论,以解决开采过程中地层内应力场和裂隙场的变化,并以此为基础于2003年提出了煤矿“绿色开采技术”,包括煤与瓦斯共采、保水开采、控制地表沉陷、矸石减排等。绿色开采提出后在国内外引起很大反响。

  著名采矿专家A.K.Ghose对此专门作了评论:“中国专家在绿色开采技术方面的创新性发展是基于‘关键层’理论。关键层理论巧妙地把岩层移动和上覆断裂岩层中瓦斯和水的渗流及流动结合在一起。这些技术为减少采矿对环境的破坏提供了方向,有望改变煤矿开采作为环境破坏者的面貌。”

  随着我国经济社会的快速发展,以人为本的理念越来越深入人心,但同时,煤炭作为主要能源的现状在短期内仍然无法改变。对此,钱鸣高在不同场合不遗余力地呼吁,要珍惜资源,发展煤炭开采的机械化和智能化,保护环境和保证工人安全的“科学采矿”。

  科学采矿同样在行业内引起强烈反响。近年来,我国加大了煤矿安全技术研究和管理力度,大量关闭小煤矿,从而煤矿的百万吨死亡率由2002年的5.02降低到2018年的0.15。同时为了保护开采地的环境,大力发展充填技术和复垦技术,有的学者还制定了科学产能以及煤矿开采科学性的评分标准,为各种条件下科学采矿提供了方向。同时提出了资源应该实现在环境容量内的科学利用,这事实上也是煤炭行业“由大变强”的必由之路,是煤炭科学的发展方向。

  如今,已经87岁高龄的钱鸣高仍然时刻关注着我国煤炭行业的发展,他经常来到学校和学生们一起分享国际上最新的学术动态,还会参加一些国内外的会议,为煤炭行业发声。

  关于科技发展,钱鸣高在他80岁时曾经说:“人生苦短,60年弹指一挥间。一个人的精力是有限的,而集体的力量是无限的,我虽然在有些方面形成了思路,但工作不可能全部完成,还是要后继有人,若方向正确,就要让年轻人继续下去。希望年轻人以批判的眼光去继承和发扬,使科学研究以最高的效率,像接力一样达到科学的顶峰,造福人类。”

编辑:迟语洋

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访谈

文献

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