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回忆煤与瓦斯突出机理研究
时间:2016-2-5 　　　　点击率:1419

编者按：2016年1月16日，是力学研究所成立60周年纪念日。在1956年的这一天，由陈毅副总理亲笔签署的国务院批复文件下达，中国科学院力学研究所正式成立，钱学森先生担任首届所长。在力学所走过的一甲子年间，力学人遵循钱学森的工程科学办所思想，为推进中国的近代力学事业、为推动中国的经济国防建设，做出了重要的贡献。力学所离退办和老科协力学分会向在力学所离退休同志征集回忆文章并编辑了纪念文集。老一辈力学人以国家需求为己任、艰苦创业和奋发拼搏的精神，是力学所60年奋斗史的精髓。本刊“情系科学”栏目将陆续推出这批作品，展示普通科技人员的风貌。

回忆煤与瓦斯突出机理研究

丁雁生

在迎接力学所建所六十周年的时候，回忆自己在力学所的科研经历，印象最深的是研究煤与瓦斯突出机理。

1962年，我在中国科学技术大学近代力学系读三年级，分到爆炸力学专业，从玉泉路搬中关村，走进力学所大院。1964年夏毕业，走出力学所大院，到北京工业学院丁忄敬先生名下做爆炸物理研究生，由此进入军工科研部门。1981年夏，种种机缘使我走回力学所大院，有幸跟随敬仰多年的老师郑哲敏先生在二室研究爆炸力学。一晃眼走过了34年，其中33年都和煤与瓦斯突出机理研究有关。

（一）

1982年7月的一天，当时的二室副主任、科大时的老师谈庆明通知我，替郑先生去四川天池参加煤炭部召开的关于煤与瓦斯突出机理和监测预报的会议并做报告，马上就要出发。这是我第一次听到“煤与瓦斯突出”，不知道“突出”是什么意思，心里直打鼓。谈老师提供了他记录的郑先生在力学学会理事会上报告瓦斯突出问题的几页笔记，还有一本煤炭部关于瓦斯突出的资料，鼓励我出发。就这样，我惴惴不安地上了火车。

在火车上，我抓紧时间阅读那本资料和谈老师的笔记，初步了解“瓦斯突出”，尽力理解郑先生的想法。赶到会场，我聚精会神听报告，捕捉关于采煤、通风、防突、煤田地质方面第一次听到的一堆生词，紧张地领会含意。到晚上我才告诉会务组，郑哲敏先生委托我做一个报告，当晚把报告提纲用毛笔写成大字报。那次会上多数报告是照稿子宣读，有点沉闷。我没有稿子，第二天在会上讲了几十分钟，收到难以想象的热烈反映，使我一下子结识了十来位到会代表，很快就成为研究瓦斯突出的“圈里人”。后来知道，他们都是国内煤矿安全领域顶尖的专家，并在此后研究瓦斯突出的长期过程中得到他们倾心帮助。

可以说，这是一鸣惊人。为什么能这样？

瓦斯突出是一个严重威胁矿工生命的井工采煤灾害。突出发生时，瞬间抛出几百吨甚至成千上万吨的煤，堵塞了巷道，其中大量煤粉化，还会被喷流的瓦斯吹到巷道远处。突出地点的矿工被掩埋或窒息而死。事发突然，亲历者没活的，研究者只能灾后考察现场，限于技术水平看不到灾害过程，导致一百多年来国内外煤炭界对瓦斯突出认识不清，众说纷纭，甚至有些不沾边的猜测。郑先生研究煤炭部提供的资料，提出了四个基本问题：(1)煤与瓦斯突出是怎样启动的？(2)瞬间抛掷这么多煤并使它破碎成细粉的能量来自何处？(3)为什么突出的瓦斯远多于突出煤所含的瓦斯？(4)煤与瓦斯突出如何中止？郑先生不仅指出这些问题要从力学角度探索，而且给出了有根有据的估计，还初步做了量纲分析，令人耳目一新。著名瓦斯专家王佑安在会议讨论时兴奋地告诉我，“这才像是瓦斯突出机理！”郑先生的观点，为王佑安在会上报告的一组瓦斯突出经验判据提供了理论解释。若干年后，这组经验判据纳入了《煤矿安全规程》。

调到力学所之前，我就听说郑先生在开题时就能对课题做出深刻的预计，二室以及一些与二室联系密切的人都非常珍惜听先生这种报告的机会。根据原煤炭工业部的请求，先生在1982年春节期间着手分析瓦斯突出，5月在中国力学学会理事会上做报告。我当然无缘听这个报告。但是，代替先生去开会，使我有机会从煤炭界专家的赞誉，领略先生挑战新领域的洞察力。这一经历给我留下极深印象。

在这以后，郑先生在《力学与生产建设》上整理发表了他对煤与瓦斯突出机理的数量级估计和量纲分析。文中提到，重庆煤研所和中梁山煤矿合作进行的一次揭石门突出实际观测（至今仍是中国唯一的一次现场实时观测），其中有两个瓦斯压力探头测到了数据。先生注意到这两个位置不同的探头数据存在时差，提示瓦斯突出时孔隙压力下降以某个速度传播。这个速度远大于渗流影响区的扩展速度，又远小于煤中弹性波速。他质疑这个传播着的压力下降是什么？寻找这个问题的答案，后来成为我们多年探索的方向并取得漂亮的学术突破。

（二）

天池会议之后，郑先生开始研究瓦斯突出的渗流问题。他针对粉碎的煤颗粒，提出一维球对称渗流