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周世寧教授1953年畢業(yè)于中國礦業(yè)學(xué)院采礦系，后留校從事教學(xué)和科研工作。在長期的瓦斯防治研究中，他創(chuàng)建了煤層瓦斯流動理論體系，從本質(zhì)上闡明了煤礦中的瓦斯來源及賦存條件，為減少瓦斯災(zāi)害做出了重大貢獻(xiàn)。1993年，他的“煤層瓦斯流動規(guī)律研究”獲國家自然科學(xué)四等獎。

周世寧教授在1986年獲得全國優(yōu)秀科技工作者稱號和全國“五一”勞動獎?wù)?1999年當(dāng)選為中國工程院院士,2001年被教育部任命為高等學(xué)校地礦學(xué)科第一屆教學(xué)指導(dǎo)委員會主任。

周院士是煤礦安全工程學(xué)家，煤層瓦斯流動理論的創(chuàng)立者。當(dāng)談起在中國礦業(yè)學(xué)院上學(xué)時(shí),他說:“我并不是由于熱愛煤炭行業(yè)才學(xué)采礦的。當(dāng)年，我是在復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系讀書，我的哥哥在上海交通大學(xué)讀書，家里同時(shí)負(fù)擔(dān)兩個孩子上大學(xué)很困難。1950 年，中國礦業(yè)學(xué)院實(shí)行供給制，這樣我才去學(xué)的采礦專業(yè)，但是在進(jìn)入到這個行業(yè)后，深深為礦工的優(yōu)秀品質(zhì)感動，他們?yōu)榱耸澜绲墓饷鱽淼降叵律钐庍M(jìn)行艱苦的勞動，作為一個從事煤礦安全事業(yè)的科學(xué)工作者一定要為他們保駕護(hù)航。”

一、通往大師之路，周世寧的R-S-R學(xué)習(xí)方法

兒時(shí)的周世寧干什么事都比較專注，喜歡動手操作。在一次學(xué)習(xí)平面幾何時(shí)，聽老師說一角三等分是世界十大難題之一，于是他為了嘗試一角三等分，連著幾天一直畫圖研究到深夜；星期天到城外小河去撈魚，他可以編織漁網(wǎng)到凌晨：制作橡皮筋牽引的模型飛機(jī)，包括螺旋槳在內(nèi)的所有材料,他都是自己用小刀削刻出來的。這種專注精神深深地影響了他以后的學(xué)習(xí)和工作。

教科書上說，瓦斯超限會使人窒息死亡。他對此很不理解:瓦斯不是有毒氣體，人如果感到呼吸困難，可以往有新鮮空氣的地方跑,怎么可能在那等死？一次，他在一個礦井下做實(shí)驗(yàn),有一個地方冒頂，用燈光一照，就像有一層分界線，說明瓦斯?jié)舛群芨?。他決定體驗(yàn)一下在這種環(huán)境下，人究竟是怎樣一個感覺。他對同伴說:“我鉆進(jìn)去，你們看我不行了就把我拉出來。”他進(jìn)去后，只感到困倦,并沒有感到呼吸困難，更沒有想到離開,這讓他恍然大悟。在以后給學(xué)生講課的時(shí)候，他經(jīng)常講起這次經(jīng)歷，也讓他的學(xué)生對瓦斯有了更深刻的認(rèn)識。

周世寧的學(xué)習(xí)方法是:第一，恭恭敬敬地聽講、看書，努力弄 懂理論的由來和立論的依據(jù)以及它的適用條件;第二，千方百計(jì) 地找毛病來推翻它，深化對它的理解和認(rèn)識;第三,在不能否定它 之后，就堅(jiān)定地相信它，并且在工作中恭恭敬敬地應(yīng)用。他把這一 方法稱為R-S-R學(xué)習(xí)方法，即From Respect to Suspect, From Suspect to Respect,從尊敬到質(zhì)疑，從質(zhì)疑到尊敬。

1978年5月，甘肅窯街礦務(wù)局三礦在砂巖中掘進(jìn)大巷時(shí)發(fā) 生了事故，突出巖石2000噸、二氧化碳24萬立方米.犧牲了 90 人，初步判定是一起巖石和二氧化碳突出事故。煤炭工業(yè)部要求 中國礦業(yè)學(xué)院派人參加事故的分析處理，周世寧奉命參加事故調(diào) 查。在趕往現(xiàn)場的路上，他通過理論分析判斷，認(rèn)為不應(yīng)該是巖石 和二氧化碳突出。因?yàn)樯皫r對二氧化碳沒有吸附力，只能以游離 狀態(tài)存在于砂巖的孔隙，而砂巖的孔隙率一般只有10%,100立方米的空間要存儲24萬立方米的二氧化碳是不可能的。周世寧 確信這是一次煤和二氧化碳突出，一定是在掘進(jìn)中巖巷遇到了斷 層，斷層把煤層隔在巖巷的前方，由于煤層含高壓的二氧化碳，在 揭開煤層時(shí)造成了這次事故。當(dāng)時(shí)“文革”剛結(jié)束，他還是個“反動 學(xué)術(shù)權(quán)威”，不能亂說亂動。由于種種顧慮，一路上,他不敢與別人 討論交流。到現(xiàn)場后,他在事故分析會上果斷地提出要求立即到 事故地點(diǎn)調(diào)查，因?yàn)樗_信一定能在發(fā)生事故的巖石大巷中找至L 突出拋出的煤塊。調(diào)查組在現(xiàn)場很快發(fā)現(xiàn)了突出拋出的煤塊，并 找到了懸掛的放炮器，這表明與他事先分析的結(jié)果一致，這次事 故是由于地質(zhì)條件變化，在放炮時(shí)巖巷誤穿煤層引起煤和二氧化 碳突出產(chǎn)生的。事后,該礦根據(jù)這一調(diào)查結(jié)果改進(jìn)了掘進(jìn)工藝。

瓦斯災(zāi)害是煤礦最嚴(yán)重的自然災(zāi)害。舊中國沒有專門研究防 治瓦斯災(zāi)害的專家,也沒有有關(guān)的論著。1953年,周世寧被分配 到中國礦業(yè)學(xué)院采礦系通風(fēng)安全教研室工作，成為新中國第一代 專門研究防治瓦斯災(zāi)害的專家。為了加深對煤礦瓦斯的了解，他 帶著行李長期住在開灤煤礦和撫順煤礦，經(jīng)常一天下兩三次井, 有時(shí)在井下一呆就是兩三天,進(jìn)行了大量的參數(shù)測量。通過長期 實(shí)踐，他對瓦斯的涌出和運(yùn)移有了新的認(rèn)識。

煤對瓦斯的吸附與釋放的數(shù)學(xué)模型屬于朗格繆爾方程，難于 用簡單的數(shù)學(xué)分析處理。經(jīng)過大量的演算后，周世寧決定采用近 似的拋物線方程來表達(dá)瓦斯壓力和含量的關(guān)系，并從中導(dǎo)出了煤 層瓦斯單向、徑向、球向流動的微分方程式。

1958年,在研究“煤層瓦斯流動理論”的同時(shí),周世寧創(chuàng)制了 當(dāng)時(shí)在世界上獨(dú)一無二的“礦井通風(fēng)網(wǎng)路電模擬計(jì)算機(jī)”。風(fēng)流在 礦井通風(fēng)網(wǎng)路中的流動是紊流流動，壓差和流量是平方關(guān)系，屬 于非線性流動，良好的通風(fēng)狀態(tài)是煤礦安全的基礎(chǔ)。上世記50 年代還沒有電腦，因而很難準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)計(jì)算和控制礦井的通風(fēng)系 統(tǒng)。周世寧設(shè)想用線性電阻網(wǎng)絡(luò)模擬風(fēng)網(wǎng)，用電壓模擬風(fēng)壓,用電 流模擬風(fēng)量,用電阻模擬風(fēng)阻。但是電流的流動規(guī)律屬于線性流 動，不同于風(fēng)流，兩者之間存在根本的差別。一天,他突然想到風(fēng) 網(wǎng)中風(fēng)流的流動是穩(wěn)定的，每一條風(fēng)路只有一個風(fēng)量和壓差，在 坐標(biāo)圖上只有一個工作點(diǎn)，而線性電阻網(wǎng)絡(luò)在相應(yīng)的電路上也只 有一個電流、電壓工作點(diǎn)，只要通過逐步調(diào)節(jié)的方法使各條電路 電的工作點(diǎn)和相應(yīng)風(fēng)路風(fēng)的工作點(diǎn)重合，就可以完成模擬過程。這就是他在相似理論和模擬技術(shù)中提出的新概念——“點(diǎn)模擬”， 是對相似理論的新發(fā)展。基于這一理論，周世寧設(shè)計(jì)了一個有許 多可調(diào)電阻的網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)節(jié)線性電阻逐步逼近非線性的風(fēng)網(wǎng)， 研制出來的礦井通風(fēng)網(wǎng)路電模擬計(jì)算機(jī)在開灤林西礦的65條 復(fù)雜風(fēng)路的風(fēng)網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，取得了與實(shí)際一致的結(jié)果，這是當(dāng) 時(shí)該領(lǐng)域世界最新的成果。

三、煥發(fā)青春，再攀科研新高峰

1978年黨的十一屆三中全會后，周世寧獲得徹底平反。同 年,第十八屆國際采礦安全大會在中國征集論文，他的〈煤層透氣 系數(shù)的測定方法》論文呈遞后被大會組委會入選。1979年6月他 收到大會組委會的通知：……請你擔(dān)任10月7日大會的執(zhí)行副 主席……

10月4日，周世寧飛到克羅地亞的杜布羅夫斯克。這是他第 —次出國，因此非常興奮。然而他還沒有來得及欣賞亞得里亞海 風(fēng)景如畫的景色，就感覺到沉重的心理壓力。按大會規(guī)定，宣讀論 文后,要站在講臺上面對幾百名聽眾用英語回答問題。在第一天 的會議上，有位日本教授因?yàn)槁牪欢牨姷奶釂枺霈F(xiàn)了非常尷 尬的局面。他見到這一情景，心中非常緊張，因?yàn)榈诙焐衔缇洼?nbsp;到自己作報(bào)告和主持會議。但他想，提的問題反正都是論文中的 事，可以把論文逐段分解,找出可能提問的問題，事先寫好答案并 且背熟，只要聽懂兩個字就可以回答。

第一次出國講述學(xué)術(shù)報(bào)告的成功，打開了通向世界的窗戶， 也增加了他參與國際學(xué)術(shù)交流的信心，為他以后的國際學(xué)術(shù)交流 創(chuàng)建了良好的開端。

——發(fā)現(xiàn)了地應(yīng)力場和煤層瓦斯壓力場的翹合作用

周院士對記者說:“我這一輩子最大的一個成果是什么呢？就 把煤與瓦斯突出時(shí)的地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤強(qiáng)度這三個因素結(jié)合 在一起考慮。煤吸附瓦斯后要膨脹，放出瓦斯后要收縮,這樣就帶 來了地應(yīng)力的變化。另外，煤含了瓦斯以后,煤變軟，強(qiáng)度變低，排 出瓦斯以后,煤變硬。因此，地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤強(qiáng)度這三者是密 切聯(lián)系的。這個現(xiàn)象是我最早發(fā)現(xiàn)的，也是最早寫在著作里面 的。”

煤層中的瓦斯壓力是瓦斯涌出和突出的動力，是防治煤礦瓦 斯災(zāi)害最重要的參數(shù)。但長期以來，國內(nèi)外對瓦斯壓力很難準(zhǔn)確 測定,其根本原因在于向煤層打鉆孔封孔測壓時(shí),鉆孔周邊在強(qiáng) 大的地應(yīng)力作用下，產(chǎn)生許多微裂隙，封孔的固體材料不能進(jìn)入 微裂隙封堵瓦斯的漏失，使測得的瓦斯壓力值低于煤層真實(shí)的瓦 斯壓力，錯誤的測壓值會導(dǎo)致錯誤的技術(shù)決策，造成重大損失和 事故。周世寧決心解決這個技術(shù)難題。他設(shè)想用高于瓦斯壓力的 液體封孔，由于壓力液體可進(jìn)入孔周的微裂隙防止瓦斯的泄漏， 因而可以獲得真實(shí)的瓦斯壓力值。為此，他發(fā)明了“壓力黏液瓦斯 壓力測定儀”和“三相壓力泡沫密封測壓儀”，在煤礦中取得良好 的應(yīng)用效果，解決了長期以來困擾國內(nèi)外瓦斯壓力測不準(zhǔn)的難 題。

周世寧在長期實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)飽含瓦斯的煤體變軟，有從固體變 為塑性體的特點(diǎn)。比如，在井下煤層打鉆孔時(shí)，一個直徑12cm的鉆孔有時(shí)能排出2?3噸的煤粉;而一次拋出上百噸的煤和瓦斯 突出，往往事后找不到孔洞。在南桐煤礦一次5000噸大突出事 故的現(xiàn)場,他在距突出點(diǎn)158米的地方，發(fā)現(xiàn)煤體流動位移的痕 跡。他想:是不是流變性強(qiáng)、易于流動的煤,容易形成大的突出？是 危險(xiǎn)性強(qiáng)的標(biāo)志?1993年，周世寧讓他的博士生何學(xué)秋對此進(jìn)行 專門的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:不同的煤的流變特性是不同的，有的 煤在壓力下的流變漸漸趨緩，有的則在平穩(wěn)一段時(shí)間后突然加速 變形,直至破壞。這樣就第一次把時(shí)間因素加入到煤體破裂形成 突出的過程中，填補(bǔ)了含瓦斯煤體緩慢失穩(wěn)破裂的空白，對解釋 煤和瓦斯的延期性突出起到了重要作用。實(shí)驗(yàn)證明了煤的流變特 性是突出危險(xiǎn)性的重要因素，易于流變的煤容易形成大的突出， 也容易產(chǎn)生延期性突出。

1999年，周世寧當(dāng)選為中國工程院院士。

2004年10月20日，河南大平煤礦瓦斯爆炸事故，造成148 人死亡。

2005年2月14 B,遼寧孫家灣煤礦瓦斯爆炸事故，造成 214人死亡。

周世寧院士對煤礦企業(yè)瓦斯災(zāi)害頻發(fā)甚為憂慮，他積極向各 級有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)直至中央領(lǐng)導(dǎo)呼吁建言。

1、  國家對煤礦企業(yè)的技術(shù)定位不夠準(zhǔn)確

因此，要將煤礦從勞動密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)列為高危行業(yè)，給予必 要的投入，大幅度提高技術(shù)裝備水平和勞動生產(chǎn)率，從而提高礦 井的安全水平。

抽放瓦斯利用的收入應(yīng)減免稅收，且鼓勵用瓦斯發(fā)電和并網(wǎng) 使用，使高瓦斯礦井千方百計(jì)地提高瓦斯抽放量和利用量 這樣, 既提高了礦井的安全性，又降低了瓦斯對大氣的溫室效應(yīng)，因?yàn)?nbsp;瓦斯對大氣的溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍。

通過測定礦井采掘范圍內(nèi)煤層的瓦斯壓力、煤層透氣性、煤 的強(qiáng)度、煤層瓦斯含量等技術(shù)參數(shù)，以確定在井田范圍內(nèi)瓦斯的 賦存情況和危險(xiǎn)程度，以便及時(shí)采取措施。這項(xiàng)工作應(yīng)由煤礦企 業(yè)配合專業(yè)瓦斯檢測機(jī)構(gòu)共同進(jìn)行，以求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，特別是對具 有突出危險(xiǎn)的新水平和新區(qū)域，要作出危險(xiǎn)性預(yù)測和提出安全保 障措施。

結(jié)束視察慰問的溫總理邀請周世寧與張鐵崗兩位院士同乘 專機(jī)回京。在飛機(jī)上,總理繼續(xù)與院士探討我國煤炭工業(yè)的安全 生產(chǎn)問題?？偫硖岢?，我國的煤礦事故這么多，是否可以從國外得 到一些幫助，引進(jìn)一些技術(shù)，來解決這些問題。周世寧院士的回答 是否定的。他對總理說:“您是學(xué)地質(zhì)的，您知道中國的煤田很特 殊,經(jīng)過二十幾次的板塊撞擊移動,把煤體的結(jié)構(gòu)破壞了 ,在外國 見不到這樣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。中國的煤與瓦斯突出占世界的90%以上，原因就在這里。因此，最好的理論、最好的技術(shù)、最好的人才， 都在中國，我們對付瓦斯災(zāi)害是最有辦法的，問題在人才的接續(xù) 和培養(yǎng)。”

總理聽了以后感動地說：“周院士，你不要著急,這是政府的 責(zé)任?。∧惴判?，一定會有辦法來改變這種局面的。”

周院士見到李書記和張省長，首先衷心感謝領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷，表 示要作好這次事故的調(diào)研工作，同時(shí)也直截了當(dāng)?shù)卣f:“李書記、 張省長，這一次我們不應(yīng)該吃這么大的虧、死這么多的人”。他說: “一個產(chǎn)能70萬噸的采區(qū)，又是綜采工作面，竟下了 500多人， 發(fā)生瓦斯爆炸，不要說是死214人，就是死314人也是可能的。煤炭行業(yè)是高危行業(yè)，不是一般的勞動密集型產(chǎn)業(yè)，我向每次向 中央?yún)R報(bào)時(shí)都要強(qiáng)調(diào)，對這個產(chǎn)業(yè)來說，要實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn),就要盡 可能地減少井下的工作人員。”周院士的這個觀念對領(lǐng)導(dǎo)同志觸 動很大。

五、希望與寄托

說到人才培養(yǎng)的問題，周院士給我們講述了一個故事。1952年，還在中國礦業(yè)學(xué)院讀書的他到焦作礦區(qū)去實(shí)習(xí)，焦作礦區(qū)的 總工程師在給學(xué)生們作報(bào)告時(shí)說過這樣一段話：煙煤瓦斯大，無 煙煤瓦斯小，焦作礦區(qū)產(chǎn)無煙煤，所以瓦斯小。可是到了 1955 年，焦作礦區(qū)的瓦斯等級連升三級,從一二級瓦斯礦成為超級瓦 斯礦。這從一個側(cè)面說明，當(dāng)時(shí)我國的技術(shù)人員對瓦斯的認(rèn)識幾 乎就是空白。

他向記者說起了許多人的名字,其中有在我們國家煤與瓦斯 突出最多的南桐礦務(wù)局工作，每次遇到突出情況都要作詳細(xì)記錄 的梁定基；制作瓦斯遙感儀,在全世界第一個完整測定地層的震 動、位移、瓦斯壓力變化等參數(shù)的中梁山礦總工程師鄒奎業(yè);煤炭 科學(xué)研究總院撫順分院從事瓦斯防治工作的王佑安等。他說:“這 些都是在瓦斯防治方面作出過突日貢獻(xiàn)的人，希望從事煤礦安全 工作的人能記住他們。”

在這一方面,周院士堪稱身體力行的楷模。在礦山安全領(lǐng)域, 礦井瓦斯災(zāi)害的防治是他的主要研究方向，但他在機(jī)械、電氣、密 封技術(shù)、流體和化工方面也取得了多項(xiàng)專利。例如，他在江蘇電視 臺的科學(xué)宮節(jié)目中看到日本的水射流手犬刀，覺得很有新意，但 認(rèn)為用水泵做動力源太笨重，且不利于消毒，于是改用高壓氮?dú)?nbsp;壓縮切割液塑料袋來產(chǎn)生切割的水射流，在醫(yī)院的實(shí)際應(yīng)用中效 果良好，且成本遠(yuǎn)低于國外相似產(chǎn)品。

讓周院士欣慰的是，經(jīng)過幾年的努力，我國的安全生產(chǎn)形勢 有了明顯好轉(zhuǎn)，煤礦的安全生產(chǎn)技術(shù)水豆和裝備能力得到了迅速 提升，瓦斯事故得到了有效控制。他深有感觸地說:“像淮南、平頂 山等高瓦斯礦井，能夠?qū)崿F(xiàn)長周期安全生產(chǎn)，這是很典型的。究其 原因，就是因?yàn)槠髽I(yè)重視科技創(chuàng)新，在企業(yè)里有一批善于學(xué)習(xí)、勇 于創(chuàng)新、大有作為的年輕人。有了他們這一批人，我們煤礦的安全 生產(chǎn)就大有希望了。”