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为办成世界一流采矿学科而奋斗

发布时间:20-11-17

钱鸣高,1932年12月生,著名采矿工程专家,中国工程院院士,中国矿业大学教授,博士生导师,中国矿山压力及其控制学科的主要奠基者和开拓者之一。六十多年来,在采矿工程学科建设及矿山压力理论和实践中具有创造性的成果和贡献,共获一项国家自然科学奖和两项国家科技进步奖,16项省部级奖。先后荣获“能源大奖”、全国“五一”劳动奖章、全国先进工作者称号等。曾任煤炭工业矿山压力中心站站长、中国煤炭学会副理事长、中国岩石力学与工程学会常务理事等。2007年至今,当选为中国煤炭学会名誉理事长。主持编写《矿山压力及其控制》《中国煤矿采场围岩控制》《岩层控制的关键层理论》等著作10余部,发表论文140余篇,培养了22名博士研究生和22名硕士研究生。1995年,被评为中国工程院院士。

近期,大家都在讨论一流学科建设,我总结了我一生做学问的过程和感悟,希望尽自己的微薄之力,对一流采矿学科建设有所启发和帮助,也希望我为之奋斗一生的煤炭和教育事业能得到社会和国际上的认可。

我的科研经历

1954年,我从东北工学院毕业,而后分配为北京矿业学院研究生,从此开始了一生的科研工作。在20世纪50年代的一次小型会议上,吴子牧院长、向余力老师等提出将来应该形成我们自己的学派,这对我的影响很深,我一直铭记在心。当时,普遍认为采煤的学问在矿山压力,我的科研工作也聚焦于此。问题的开始就是采矿工作面冒顶事故不断,迫使我不断思考工作面矿压形成的原因究竟是什么。在不断观测中,受到周期来压现象的启发,我发现问题的关键在于层状老顶破断成块状后,其运动有一定的规律性。因此,有可能形成承载结构,而此结构形态的改变将表现为工作面矿山压力。事实上很多学者已经注意到这个问题,当时也有一些假说,如最初的:“梁拱”假说,而后发展到“铰接岩块”假说,虽然各自解释了一定的现象,但都没有完整的力学模型。到1962年,组织上让我指导研究生(国内煤炭系统第一次自行指导),题目是“采场上覆岩层活动规律”,但这篇论文仍然没有圆满地解决这个问题。随之而来的是一系列政治运动和“文化大革命”,学校搬迁至四川,这项研究工作暂时停顿了,但我的思考却没有停顿。在这一段时间,尤其是1972年引进英国的液压支架时,对工作面支架阻力的确定争论比较大。由此,老顶破断后岩块相互限制形成的结构问题又提到日程上来。经过不断实践和长期思索,一次偶然的机会我把坚硬岩块视为构件单元,用结构力学方法获得了老顶破断岩块相互铰接形成结构的力学模型解,并确定了其稳定条件。该模型解和稳定条件使得工作面各种来压现象和支护原理得到了合理、充分的解释。

1978年,该模型在孔庄煤矿实测中得到了验证。由于生产需要,孔庄煤矿希望采用先采下层煤而后再采上层煤的开采方案,这就提出了上层煤是否会被下煤层开采所破坏的问题。由于当时思路已经打开,因此我认为上行开采是可行的,并在矿井进行了上行开采试验,取得圆满成功。在这期间还进行了大量的现场测定,得到了块体运动的全部信息。至此,证实了砌体梁模型的成立。

1982年,我去英国参加岩层力学国际会议,在大会上报告我的研究成果,题目是“采场上覆岩层活动规律”,我的报告得到了认可,会议主持人认为在这个领域我是引领者(可能是出于客气),之后我的文章被他们引用,会议组织者说我的文章他的研究生都学习了。由此,我的研究工作得到了质的突破,达到豁然开朗的境地。经过1981年—1987年间国内多次召开的矿山压力理论与实践讨论会,该模型也得到了大家的普遍认可。此后,“采场上覆岩层活动规律”模型被记录在《中国大百科全书·矿冶卷》的“长壁工作面地压”条目,还被国际著名采矿学者高斯(A.K.Ghose)称之为“鸣高模型”,同时获得了煤炭系统第一个国家自然科学奖。

在这一研究过程中,我的体会有以下几点:一是要了解问题的主攻方向;二是要了解该领域的研究成果及存在的问题;三是要加强实践,不断观察出现的现象。事实上,创新就是突破原有知识与思维方法在解决实际问题中碰撞出来的火花。

关于煤炭开采的科学系统研究

近十几年,由于国家对能源的需求,煤炭得到大规模开发。为此,煤炭为国民经济发展作出了重要贡献,行业本身也是竭尽了全力,但社会对行业的责难很多。经过长期思索,我认为是行业突出的负外部性影响了社会。因此,我在多个场合谈到行业的“贡献和责难”。贡献是明显的,没有煤炭就没有钢铁和水泥,因此也就谈不上大规模的建设;但煤炭的开采和利用对环境的影响也是显而易见的,再加上行业的不安全性,这些导致了行业影响和社会地位低下。至今,采矿学科仍然不是能够汇聚人才的学科,导致学采矿的年轻人职业自信心不强。显然,煤炭行业的健康发展存在问题。针对这一问题,我的思考是:人类的万物来自于大自然,经过使用后又回归大自然。因此,“获取—使用—回归”是人类与大自然相互关系的三大学问。在这一过程中,人类对“使用”特别感兴趣,因为它直接与自身的利益有关,为此市场经济在使用领域发挥到极致。而获取与回归却与我们赖以生存的地球环境有关,而环境在市场经济中又难以用价格来表述,由此导致市场失灵。善待地球、善待环境就是善待人类自己。因此,人类不能只研究使用而不注意“获取与回归”对环境的影响。

采矿是粗放而又艰苦的行业,入地比上天更难,由于难又不被重视因而成为粗放,越是粗放的行业越是没有被开垦的“处女地”。由于行业艰苦而又为社会所必需,因此行业必须保证安全化、机械化和智能化,用人要少而精,待遇要高,同时要有社会地位。近年来,由于国家需要而利用了大量煤炭,为国民经济作出了贡献,但超过了环境容量,破坏了环境,而且安全事故不断。这些在企业成本中又难以体现,形成了行业的负外部性,由此导致社会的抱怨与责难。同时,市场经济引起的消费波动,常常会使煤炭经济掉入“冰窟窿”。这方面固然有国家政策等方面的原因,但更多的是由于行业本身缺乏防备和相关预测研究。鉴于此,我从2003年开始就呼吁要研究“绿色采矿”“科学采矿”和“资源经济”,搞清楚这些学问从而使煤炭工业得以健康发展。

1.关于绿色采矿

进入21世纪,由于国民经济快速发展,煤炭产量由近10亿吨很快发展到25亿吨,而后发展到40亿吨,接近全世界产量的40%~50%。如此大规模的开采,加之矸石排放,必然对水资源、土地以及区域环境带来严重影响。所有这些都与采动后的岩层运动,尤其是裂隙场的形成密切相关。鉴于此,我和我的研究团队提出了以控制“关键层”为基础的煤矿“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了很大反响,上述技术尤其是各种充填开采技术在煤炭系统得到大力发展,充填采煤技术方法百花齐放。

2.关于科学采矿

随着科学发展观和低碳经济的提出,煤炭作为主体能源的地位必然受到质疑。但是,目前其他可替代的能源尤其是可再生能源还没有形成规模,煤炭在近期内还将被大量使用。因此,首先必须解决煤炭利用对环境的影响,使其在环境容量范围内被利用,而发展洁净煤和二氧化碳的处理技术是当务之急。由于煤炭开发和利用形成环境和安全的负外部性,再加上经营管理不当,因此煤炭在作为主体能源为国家经济发展作出贡献的同时,也受到社会的责难。为此,随着国家经济状况的改善,以人为本是必然的理念,煤炭开采应该从高危行业名单中消除。因此,在多次报告会上,我一再提出:珍惜资源、发展机械化和智能化、保护环境和保证工人安全的“科学采矿”必须得到发展。科学采矿同样在行业内引起强烈反响。当时,煤炭经济形势较好,大力发展了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。这事实上也是煤炭科技“由大变强”的必由之路,也是煤炭学科的发展方向。

3.关于资源经济

资源经济的研究还是很不够。一个行业经济上不去,如何吸引人才?由于煤炭行业的特殊性,很难适应市场经济的波动,至今国内还没有一个资源城市有效地转型为经济城市,而先进国家已经没有资源城市。市场经济是企业家的经济,企业家的行为很大程度上决定了行业能否健康发展。但当前,煤炭企业家的责任仍不十分明确。在市场经济条件下,资源与企业利润如何管理?这些问题都值得行业去研究,并为政府决策提供依据。

我的感悟

1.关于科研

在科研过程中,我体会对事业要精于“勤”:要勤于学习、勤于实践、勤于思考和勤于总结,只有踏踏实实地完成这样的循环才能做出真正的成果。在研究过程中要不断反思“整体—局部”“森林—树木”“现象—本质”的关系,这样才可以注意到问题的边界条件,可以少走弯路,避免钻牛角尖。科学家更不能有嫉妒心理,要海纳百川,要视国家和民族的尊严和利益高于一切。

2.关于人才

“千里马常有,而伯乐不常有”,说明人才的培养还与管理者密切相关。一开始我们认为学科外行领导在学科内行方面有缺陷,但事实上不知晓具体科学技术不等于不懂科学发展规律,这样的所谓“外行”领导在业务上与教授们没有冲突,而且容易看出他们之间的矛盾所在,并去解决它。因此,只要掌握了学科的基本规律,知道学科的科学技术内涵,并善于倾听意见,“外行”也能做好伯乐,同样也可以把学科搞好。“内行”了解学科的规律,若出于公心,他们的确可以成为好领导;反之,若他们眼光狭隘,从自己的研究领域利益出发去领导学科发展,也可能会埋没“千里马”, 这样也有可能阻碍整体学科的发展。显然,进步的社会应该有“伯乐群”,尤其在领导岗位上时,更应该当好伯乐,使自己领导的学科健康发展。

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,但由于人生苦短,工作不可能全部完成,必然要后继有人。若方向正确就要让年轻人继续干下去,这是历史发展的必然。当然由于我认识的片面性,也希望年轻人以批判的眼光去继承和发扬。为此,我在八十岁时写下了这段话:“60年的时间,弹指一挥间。怎样利用这有限的人生,能够使科学研究以最高的效率,像接力一样达到科学的顶峰,造福于人类”。要不断地发现人才,团结他们,真正做到“尊重知识、尊重人才”。而有关领导,应该关心知识分子,尤其是潜在的“千里马”,要关心他们的生活和健康,关心他们工作的进展。人无完人,那些有才能的人也会有不少缺点,因此应该帮助他们团结起来,处理好相互之间的关系,这样才能形成有国际影响的科技成果,从而使矿业大学的采矿学科能达到并不断保持一流学科的地位。{作者:钱鸣高,单位:中国矿业大学(北京),作者系中国工程院院士}

《北京教育》杂志