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我室召开钱鸣高院士学术思想学习与追思会

发布时间:2022-10-19 阅读次数:

 

 

黄炳香书记主持会议

 

曹胜根教授追思钱鸣高院士

 

现场座谈

2022年10月13日下午,我室召开全体教职工会议,学习钱鸣高院士的学术思想,缅怀钱鸣高院士。煤炭资源与安全开采国家重点实验室党委书记、常务副主任黄炳香主持会议。

钱鸣高院士是煤炭资源与安全开采国家重点实验室的奠基人、我校采矿工程学科的先行者。他长期从事采矿工程领域教学和科研工作,提出了采场上覆岩层活动规律的“砌体梁”理论、“关键层”理论,建立了一套完整的煤矿采动岩层控制理论与技术体系;创立了科学采矿的理论和技术体系,解决了我国煤矿高效、安全、绿色开采的重大理论和工程难题,对矿业学科的发展产生了深远影响,为我国煤炭科技进步做出了重大贡献。钱鸣高院士几十年如一日奋斗在教学、科研第一线,在科研过程中不断培养采矿人才,是我室《采矿与安全工程学报》的主任委员。通过本次追思会缅怀钱院士事迹,学习钱院士的学术思想,传承其科研与育人的精神,激励国重全体教职工砥砺前行。

全体教职工首先通过播放视频聆听学习了钱鸣高院士生前所做的《岩层控制与科学采矿》学术报告,然后通过播放照片、资料等,回顾了钱鸣高院士生平,重温点滴往事,纪念他为采矿工程学科和我国煤炭事业做出的杰出贡献。

《采矿与安全工程学报》的执行主编曹胜根教授回忆了钱鸣高院士创办科学采矿论坛的初衷、对学报发展的关心、在科学采矿论坛上的学术报告准备工作、与学者们的学术交流等往事,追思了钱鸣高院士热爱科研、奉献行业、爱国爱民、关心青年学者的高尚情操。

岩层移动与绿色开采研究团队负责人许家林教授回顾了跟随钱鸣高院士求学、做科研、教书育人与日常生活的点点滴滴,表示钱鸣高院士的爱国心、报国情、强国志,严谨治学的态度,深深影响了他,钱鸣高院士一直强调要为煤炭行业培养优秀人才,对科研工作者提出的 “勤于学习、勤于思考、勤于实践、勤于总结”的要求一直在影响着他们的团队,他打开了科学采矿的大门,大家一直在这个殿堂里探索和发现,为国家煤炭行业不断提供科技支撑。

柏建彪教授、周华强教授、张益东教授、张少华高工等也回忆了钱鸣高院士的工作往事和思想影响,表达了对钱鸣高院士的怀念和感激之情。

黄炳香书记在主持时表示,我们共同追思、学习钱鸣高院士的学术思想和精神,纪念他的丰功伟绩。他指出,我们至少应学习和传承钱鸣高院士的以下三个方面:1)采动岩层运动的“砌体梁”、“关键层”以及科学采矿的理论和技术体系,2)“实践-理论-再实践”的科研方法和科学精神,3)关心行业、培养人才等家国情怀。作为钱院士奋斗过的学科、关心的平台、创办的杂志和会议的后来人,我们一定要学习他的科研精神和学术体系,秉承遗志,不断在煤炭领域开拓创新、科技强国、为国育人。 

 

附录:钱鸣高院士生平与科学贡献

 

钱鸣高院士生平

钱鸣高院士1932年12月11日出生于江苏无锡。1950年至1954年就读于东北工学院,1957年北京矿业学院研究生毕业,1983年加入中国共产党,1995年当选中国工程院院士。钱鸣高院士先后荣获国家自然科学奖1项,国家科技进步奖2项。曾被评为首批国家有突出贡献中青年专家,获孙越崎“能源大奖”、全国“五一”劳动奖章、全国先进工作者等称号。钱鸣高院士长期从事采矿工程领域教学和科研工作,提出了采场上覆岩层活动规律的“砌体梁”理论、“关键层”理论,突破了传统的定性假说;建立了一套完整的煤矿采动岩层控制理论与技术体系;创立了绿色开采与科学采矿的理论和技术体系,解决了我国煤矿高效、安全、绿色开采的重大理论和工程难题,对学科的发展产生了深远影响。钱鸣高院士一生热爱党、热爱国家、热爱人民,几十年如一日奋斗在教学、科研第一线,培养出我国煤炭系统第一位采矿工程博士,为我国煤炭领域的科技进步和人才培养做出了卓越贡献,在国内外具有崇高声望。钱鸣高院士高尚的人格魅力和光辉的学术成就值得我们永远学习。

 

钱鸣高院士科学贡献与学术思想

1.创建了采场上覆岩层的“砌体梁”理论

钱鸣高院士最具代表性的工程理论研究成果为采场上覆岩层活动的“砌体梁”理论,它是岩层力学的核心,是确定岩层控制、支护设计、开采顺序和预测预报顶板来压的基础。长期以来国外学者在这方面提出了不少假说,但在解决具体的工程实际问题时都有一定局限性。钱鸣高提出了上覆岩层断裂后,岩块互相咬合而形成的“砌体梁”力学模型、岩体结构失稳以及采场前后岩体的三个分区(煤壁支承、离层及重新压实区)理论,经过对大屯孔庄矿岩体内部移动过程的大量观测得到证实。

钱鸣高根据采场上覆岩层断裂后形成的“砌体梁”和视老顶岩层为弹性基础上悬露“板”力学模型得出了相应的支架载荷、顶板下沉量与来压步距等计算公式,从而突破了传统的定性假说。

该力学模型在全国采场矿压理论与实践讨论会中,被认定为迄今以来解释采场矿山压力最完善的力学模型,并被录入中国大百科全书矿冶卷有关地压条目。1982年钱鸣高在英国国际岩层力学大会上宣读了有关论文,得到世界著名岩石力学专家I.W.Farmer和其它国际著名采矿专家的高度评价,英国B.G.D.Smart专门撰写论文加以评论,有关的岩石力学专家把他的理论称为“鸣高模型”,为高等矿业院校广泛采用。获得煤炭系统第一个国家自然科学奖。

该研究成果对防治顶板事故和科学确定支架支护性能、参数、架型提供了依据。钱鸣高为我国推广单体液压支柱及液压支架,形成适应于我国地质开采条件的支架架型及参数,防止支架损坏和冒顶、发展采煤机械化作出了重要贡献。此外,该成果打破了传统的层状矿体群只能由上向下的开采顺序,提出了在一定条件下可先开采下层而后回收上层的新技术。

在此基础上,钱鸣高进一步提出了岩层形成“砌体梁”平衡的“S-R”稳定条件以及基本顶岩层“板”的“O-X”型破断规律,并以老顶岩层“砌体梁”力学模型为基础,在考虑直接顶变形条件下,结合“支架-围岩”相互作用刚度系统,形成了采场矿山压力整体力学模型,从而使该理论更趋于完善。

“砌体梁”结构力学模型使钱鸣高院士的研究工作得到了质的突破,达到豁然开朗的境地,由此打开了该科学领域的大门。其主要学术思想可以简要概括为:

1)由于采矿是对矿区浅地层的扰动,使岩体由稳定变为破坏,因此矿山“岩体力学”更多地表现为岩体破断前后的力学效应。因此,采矿必须研究随着工作面推移坚硬岩层的破断规律,以及破断前后的力学扰动效应。更要研究岩层破断块体再次形成结构的可能性以及结构的形态。

2)破断块体运动就形成了采场矿山压力的非连续性和“大变形”规则,为此采场的支护必须可缩,在可缩中保持岩体结构的稳定。同时,需要研究“支架-围岩”相互作用关系,要求支架具备良好的支撑性能和可缩性能。

3)采场上覆岩层破断形成结构的形态及稳定性不仅直接影响到采场,也将影响到开采后上覆岩层运动的形态及地表塌陷形状(它是破断岩块和表土散体的耦合结果)。显然,研究的发展将为矿山压力和岩层移动与开采沉陷(原来是两门学科)的统一奠定基础。

上述学术思想推动钱鸣高院士的研究工作得到进一步的深化和发展。如,发展到研究基本顶“板”的破断规律以及破断时的力学扰动;进一步研究了“关键层”理论;并得到了岩层移动形成的裂隙场分布,最突出的是“O”形圈规律,为抽采瓦斯提供了重要依据;研究了基于关键层控制的地表沉陷控制技术等;并最终发展到绿色采矿和科学采矿的研究。因此,可以说“砌体梁”结构力学模型的建立是钱鸣高院士学术思想的基础。

2.提出了煤矿岩层控制的“关键层理论”

20世纪90年代中期,对岩层控制科学的研究不断深入,为了解决采动对环境的影响问题,涉及岩层控制中更为广泛的问题,主要是开采引起岩体裂隙场的改变以及更准确地描述开采对地表沉陷的影响。显然,岩体中部分厚硬岩层(即关键层)在覆岩移动中起控制作用。为此,在已有采场基本顶岩层“砌体梁”和“板”结构模型基础上,钱鸣高院士进一步提出了岩层控制的关键层理论。目的是为了研究覆岩中厚硬岩层对层状矿体开采过程中的矿山压力的影响以及采动对环境的影响。关键层理论的主要学术思想:以关键层作为岩层运动研究的主体,用力学方法求解内部岩体在采动后的结构形态以及对应力场和裂隙场的改变。由此对采场矿压、开采沉陷、采动岩体中水与瓦斯运移有了统一的认识和完整的力学描述。关键层理论为其后提出的煤矿绿色开采研究提供了理论基础,随后被学术界和工程界普遍接受和广泛应用。

3.创立了绿色开采与科学采矿理论与技术体系

钱鸣高院士曾经在《中国能源报》的采访时提到:资源的“获取-使用-回归”是人与自然相处的三大学问。人类通过从自然界获取资源得以生存,使用后以同等数量回归自然,在这一过程中,善待地球、善待环境就是善待人类自己,为此,人类不能只研究“使用”而不注意“获取”与“回归”。矿业是人类从大自然获取资源的重要手段之一,是人类不能或缺的行业。因此研究矿业必须研究其与环境的关系。2000年以来,我国煤炭开采规模越来越大,引起日益严重的环境问题。钱鸣高院士及其团队提出了煤矿绿色开采理念及技术框架。由于矿区环境问题是由采动引起,因此基本出发点是控制岩层运动,防止和减少采动对环境的不良影响,并提出从广义资源的角度上来认识和对待瓦斯、水、土地、矸石等一切原来给环境造成损害的“资源”,变废为宝加以利用。煤矿绿色开采以及相应的技术是以取得最佳的经济效益、环境效益和社会效益为目标。

绿色开采的提出得到了学术界和煤炭行业的积极响应,经过近20年的研究和发展,我国在煤与瓦斯共采技术、充填减沉开采技术、保水开采技术等方面得到了大力发展,取得了显著的成效,促进了我国煤炭工业的健康持续发展。同时,绿色开采技术也得到了国际采矿学术界的高度评价和认可,如著名的国际采矿专家A.K.Ghose 2004年对发表的绿色开采文章专门作了评论认为:“绿色开采(Green mining)不仅仅是一个新的术语,同时还试图对煤矿开采及其对环境的多种影响的整体认识引入一个统一的概念。本刊被授权在本期发表由中国矿业大学钱鸣高院士、许家林教授以及他们的合作者完成的一篇带有方向性的有关绿色开采技术的论文。这篇论文是相当重要的,因为首次提出了如何利用绿色开采技术来最大限度地减轻煤矿开采引起的诸多影响。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’理论的。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和流动结合在一起。他们同样还促进了一系列技术的发展,比如采空区充填、条带开采和覆岩离层注浆充填等来保护地表建筑。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掠夺者的面貌。本刊对作者提出的具有重大前景的绿色开采的创新概念表示赞赏!”绿色开采(Green mining)一词目前已被世界采矿界广泛接受和采用。

2006年以来,钱鸣高院士及其团队针对我国大规模开采影响环境而且存在很多安全隐患的现状,指出我国的煤炭开采技术必须实现重大变革以适应社会发展的需要。综合考虑煤炭资源开发中的安全、环境、经济与行业社会地位等方面后,钱院士认为煤炭资源开发中要遵循经济原则、安全原则和环保原则,提出了科学采矿的学术思想。科学采矿是指在保证安全的前提下、在环境容量的允许范围内,经济、高效、高采出率地采出煤炭。主要内容包括安全开采、绿色开采、高效开采、节能低碳开采和经济开采等方面。进而提出,科学的产能应该是指“与环境容量相匹配,具有持续发展储量以及与赋存条件相应的科学、安全和保护环境的技术,将资源最大限度采出的能力”。对于具体的矿井而言,科学产能就意味着“资源、人才及相应的科学技术和装备”都必须到位,是综合能力的体现。要实现科学采矿,必须研究煤炭资源经济,加强煤炭定价机制、煤炭的完全成本和煤炭市场预测等方面的研究。要实现科学采矿,煤炭行业必须协调好科技、经济与管理的关系。经过十余年发展,科学采矿内涵不断丰富、理念影响深远,取得的进展与成效显著,主要体现为:机械化换人、自动化减人推进迅猛,高效智能开采初露端倪;安全形势大幅好转,百万吨死亡率与国际标准差距不断缩小;绿色开采技术创新百花齐放,实施成效显著;煤炭开采成本有效降低,煤炭产业链得到延伸,这些充分证明了科学开采在煤炭行业发展中的重要指引作用。


撰稿:刘红岗

摄影:赵正佳

审核:黄炳香

 

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