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科学家精神 | 挑战者的智慧人生 中国科学院院士、矿山工程岩体力学专家、中国矿业大学(北京)教授何满潮
发布时间: 2022年7月6日
来源: 中国煤炭学会

煤炭工业的发展史,就是煤炭科学技术的进步史。从镐刨锨铲到打眼放炮再到综掘综采,从肩扛手提到毛驴小车再到皮带运输,每一点进步,都凝聚了煤炭科技人员的心血和汗水。

2016年6月2日,中国科学技术协会第九次全国代表大会表彰了10位"全国杰出科技人才",中国科学院院士中国科学院院士、中国矿业大学(北京)教授、矿山工程岩体力学专家何满潮是煤炭行业唯一的获奖者。7月上旬,记者在位于北京的中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室采访了他。

挑战命运

何满潮1956年5月出生在河南省灵宝市的一个农民家庭,家里兄弟姐妹6个,他排行老二。在他小的时候,因为家里穷,每年青黄不接时都是吃了上顿没下顿。为了不让他们兄弟姐妹饿肚子,父母总是把仅有的一点口粮留给他们。困苦的生活经历深深刺痛了何满潮,温良平和的外表下跃动起一颗勇于挑战的心,他要改变现状,他要知识挑战生活、挑战命运、挑战人生、挑战一切艰难困苦。

这种信念让何满潮有了努力的方向,勤奋刻苦使他的成绩一直保持优异,村里人都把他看成"读书的苗子",父母也倾尽全家之力供他读书。"再穷,也要让孩子上学!"这是他父亲生前最常说的一句话,也是他们家多年来一直固守的家风。

何满潮嗜书如命,每天晚上都趴在被窝里抱着一个小煤油灯看书。母亲心疼儿子,不让他晚上看书,他就想了一个办法,用玉米叶子把煤油灯罩起来,这样灯光昏暗,母亲发现不了,他就能多看一会书了。

1973年,17岁的何满潮从灵宝市第五中学高中毕业后,却一直没有放下手中的书。1977年恢复高考后,他顺利考入长春地质学院水工系工程地质专业,完成四年的本科学习后,成为学校首届工程地质专业唯一的硕士生。之后,他又以优异的成绩考入中国矿业大学攻读博士、博士后。

何满潮致力于矿山工程岩体大变形灾害控制理论和技术的研究和实践,建立了以软岩变形力学机制为核心的软岩工程岩体力学理论与支护技术方法。作为第一完成人,他和他的团队先后获得国家科技发明奖1个、国家科学技术进步奖3个、国家专利奖28个,在国际上享有盛名,每年都有大批外国专家到他的实验室访问交流。鉴于他在所研究领域取得的成就,2011年,比利时MONS大学校长Calogeroconti教授授予他荣誉博士学位。

现在,何满潮担任中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室主任,兼任国际岩石力学学会中国国家小组主席、中国岩石力学与工程学会副理事长、中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会理事长,是国家自然科学基金重大项目首席科学家、国家973计划项目首席科学家,并曾获得国家杰出青年基金。

挑战权威

读研究生期间,导师建议何满潮去做滑坡方面的研究。于是,从1982年开始,他便开始研究煤矿滑坡问题。抚顺西露天煤矿是一个上百年的老煤矿,曾发生滑坡100多次。当时,露天矿坑长约10公里,宽约6公里,深度达300米,非常巨大,旁边就是石油厂、水泥厂、电厂。这些工厂对边坡变形都非常敏感,其中的石油厂是我国的第一个炼油厂,其特点就是高温、高压、高浓度、易燃、易爆、易中毒,边坡一旦变形,会导致管道断裂,很多可燃性气体就会溢出爆炸。

邓小平同志亲自批复抚顺西露天矿的边坡改造计划,并列为中美合作项目,由美国公司请来国际上最具权威的高尔德(音译)公司的专家完成设计工作。1985年,项目改造完成并投入使用,但是何满潮却在不经意间发现了高尔德公司设计上的缺陷,并向权威改起了挑战--他的研究生论文内容便是"高尔德公司设计的失误",结论是如果按照高尔德公司的设计进行边坡改造,在之后的几十年开采过程当中,会出现7个危险区、21个滑坡。1986年12月,他又发表了《抚顺西露天矿北帮边坡稳定性分析》,文章详细预测和描述了抚顺西露天矿在哪里会发生滑坡,在哪里会连续发生滑坡,滑坡发展的方向,会扭断哪些铁路干线。1987年4月28日到5月6日,抚顺西露天矿连续发生6次滑坡,导致石油厂地面变形,10个车间停产停工,这与何满潮的预测基本吻合。于是,石化部领导找到他,希望他帮助解决这个问题,并投入了44.5万元的科研经费,列为石化部的攻关项目。此后,何满潮坚守在一线,对抚顺西露天矿边坡进行了物理模拟、数值模拟、定力测量、物理勘探测量,经过科学推算和反复实验,终于解决了这一难题,并获得了教育部的嘉奖。

挑战灾害

随着矿产资源开采及山区工程开发活动的增强,崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害大有愈演愈烈之势。如何实现安全开采,对滑坡等地质灾害的发生进行实时有效的监测和预报,其重要性和必要性日益凸显。何满潮经过反复调研,构思了整个智能系统框架,并率领其团队研制出新型高科技监测系统。这一新技术的研发,不仅为滑坡灾害防治赢得了时间,也为岩土工程研究和滑坡灾害防治提供了科学依据,开辟了一条新的途径。运用该技术先后对内蒙古平庄西露天煤矿边坡、西气东输工程延安段重点边坡、新疆伊犁水电站活动性断层和吉林高速公路边坡的稳定状态进行远程预测预报,均取得了良好的经济效益、社会效益和生态效益,受到地方政府、矿区和工程部门的赞誉。

在一台终端连接了全国各地矿区边坡安全状况全部数据的电脑前,何满潮把鼠标停在了本溪钢铁集团南芬露天铁矿、灵宝秦岭金矿等现场的页面上。显示器上监控的曲线就像一幅幅心电图,记录着每一天系统监测到的滑坡灾害情况。"它可以提前20天甚至1个月对坡面可能发生的危险作出预警,如果监测到危险,系统会报警。生产企业可以根据监控曲线发出的预警,及时调整生产计划,甚至进行必要的撤离,最大限度地避免滑坡造成的不良影响。"何满潮信心满满地介绍。2006年至今,该系统共监测到10次滑坡灾害,由于处理及时,没有一次造成人员伤亡,稳定状态和滑坡灾害的准确预测预报率达到100%。

自2010年辽宁南芬露天铁矿采用了这套山体滑坡远程智能监测预警技术以来,共发生7次滑坡灾害,均被成功预报,累计撤出人员220人次,撤出设备价值22090万元,避免了35290万元的经济损失。

随着矿山开采深度的不断加大,我国大部分煤矿已进入深部开采状态。深部高温热害不仅影响围岩力学性质,还严重威胁矿井安全生产。何满潮介绍,开采深度的增加会使原岩温度不断升高,工作面温度可达34℃到36℃,相对湿度达到95%以上。按照生理学要求,人体对高温的承受能力在30℃以内,超过就有可能发生危险。同时,深部高温环境还会进一步诱发岩体高温软化和吸附瓦斯溢出,严重影响深部煤矿的生产安全。

2006年,何满潮带领他的团队在部分煤矿进行热害调研时,发现煤矿工作面高温热害问题很普遍。在一口深井里,正在干活的工人都是一丝不挂的,因为身上长满湿疹没有办法穿衣服,每年中曙晕倒的多达126人次,甚至有工人因抢救无效失去了生命。"我看在眼里,疼在心里,所以才下定决心一定要把深井降温问题解决好。"何满潮说。

我国早在20世纪50年代初就已经开始进行矿井降温系统研究,但一直以来基本上是引进国外制冷机组,价格高,能耗大,运行费用也很高,效果却不太好。

"我一直在思考,正如瓦斯是'杀手'也是宝贵资源一样,矿井地热也一定能变废为宝。"何满潮结合我国的实际情况,原创性地提出以矿井水为冷源进行深井降温的构想,利用已有的排水系统,通过提取矿井涌水中的冷能,把工作面空气中的热量置换出来,再通过泵站排出地表,用全风模式提高降温和除湿效果。经过多次试验,何满潮带领团队开发的"深部煤矿高温热害治理技术及其装备系统",在数个采掘工作面和地面热能利用工程中均取得了很好的应用效果。该系统的另外一个效果是将提取的热量在井上充分利用,代替工业厂区的燃煤锅炉,进行供暖、洗浴、井口防冻等,真正实现了环保节能。

该系统先后获得5项国家发明专利奖和1项国家科技进步奖,技术水平走在了世界前列。

挑战常规

在党的十八大"科学引领未来,创新驱动发展"战略指导思想的引领下,何满潮大胆挑战常规采煤方法,创新提出"切顶短臂梁"理论和长壁开采"110-N00"工法变革性技术,即"无煤柱自成巷开采技术"。

"110"工法又称切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术,即采用恒阻锚索对巷道顶板加强支护,回采前对巷道正帮侧顶板定向预裂,待工作面推过后,在矿压的作用下,顶板沿预裂切缝自动切落形成巷帮,作为下一个工作面的顺槽二次使用,实现一个工作面一条顺槽无煤柱开采。

该工法的应用,只需掘进1条顺槽巷道,另1条巷道通过切顶卸压自动成巷,工作面由"跳采"变为连续开采,且能够实现Y形通风,有效降低巷道周期性压力,降低采准巷道掘进率约50%,提高资源回收率约10%,保证采掘正常接替,降低事故发生机会和煤炭开采成本,被业界誉为"第三次矿业技术变革",已被国务院〔2016〕7号文件明确列为煤炭行业脱贫解困的关键技术。

挑战人生

对于人生的价值,何满潮有自己的理解:"人生的意义在于创造剩余价值,只有创造了剩余价值,人才有价值。一个普通劳动者的价值和一个科技工作者的价值区别在哪?普通劳动者生命结束了,他创造价值的进程也就结束了。而科技工作者生命结束了,他创造剩余价值的步伐却不会停止,他所创造的知识仍然在为社会创造剩余价值。"他举例说明,"正如乔布斯,虽然生命结束了,但苹果公司所创造的巨大社会财富却如日中天,创造剩余价值的步伐越来越快,这就是科学价值。我们现在对研究生进行的就是这种教学。"

在中国矿业大学,何满潮肩负着科研与教学两副重担。他深知,一个人的力量是薄弱的,要突破人生价值的极好,最有效的途径就是传承,把自己的知识、技能、经验毫无保留地传授给青年人,形成团队。这看似在削弱自己权威地位的想法,实则是何满潮挑战人生意义、突破人生价值极限的心仪之举。

数十年如一日,教书育人,为人师表,何满潮自觉坚守共产党人的精神追求,为培养和造就一批具有国内领先水平的学科带头人,建设一支师德高尚、业务精湛、素质优良、结构合理、富有学术活力和创新精神的高水平师资队伍不懈努力。多年来,他先后培养博士后、博士和硕士百余名,领导的科研团队被评为教育部优秀创新团队。

何满潮非常重视引导和鼓励他的学生学有所用。一次,他一早来到实验室,却发现一位学生比他更早地坐在那里读书。上前一看,学生读的竟是一本与本专业关系较远的生物物理学书籍。他不但没有责怪之意,反而与学生一起阅读,同时把学生认为的难点部分手绘了图解,更是引申到岩土工程领域,给学生讲解两门学科的关系,并为学生提出了进一步思考和研究的方向。

谈及教学理念,这位矿山工程岩体力学专家的思维大出记者的意料。他说:"阻碍一个科学工作者未来成功的思想魔障,是其具有的价值观、世界观、方法论、创造性思维和信息时代下成才之道的选择,而不仅仅是所掌握的知识。研究生教育的核心,应该是帮助研究生树立正确的世界观、价值观和方法论,启迪研究生培养创造性思维,引领研究生在信息时代条件下寻找适宜的成才之道。"一位矿山工程学术权威,却把世界观、价值观作为培养人才的第一标准,把思维方式和成才之道的选择作为造就人才的关键途径,这看上去有些离经叛道,而细细品味,方能感悟到其"为谁培养人才、培养什么样的人才、怎样培养人才"的赤热情怀。

"凭一腔热血,袭两袖清风,站三尺讲台,育四方桃李,学无止尽,开拓创新,永远保持共产党员的本色,将自己的一生贡献给党的科学与教育事业。"这是何满潮的人生格言,既朴实无华,又充满挑战,更有他矢志不渝直面挑战的坚定信念。