——记西安科技大学教授黄庆享

　　□　吕腾波

　　
　　自18世纪瓦特改良蒸汽机开启了第一次工业革命，煤炭就成为人类生产生活的主要能源，也被称为“黑色的金子”和“工业的粮食”。我国是一个富煤少气缺油的国家，煤炭在国民经济发展中具有不可替代的地位。而我国煤炭主要分布在西部，随着西部大开发和煤炭大发展，各种煤炭开采问题也随之而来。所谓“时势造英雄”，西安科技大学教授黄庆享从深入边疆矿区到扎根陕北煤田，潜心钻研西部煤炭科学开采难题，为我国煤炭事业做出了重要贡献。
　　

深入边疆矿区，崭露创新锋芒

　　1983年，黄庆享从新疆维吾尔自治区沙湾县老沙湾乡考入西安矿业学院（西安科技大学前身）采矿系。次年的10月18日，新华社一条电讯发往世界各地：陕北有煤海，质优易开采。这时的黄庆享可没想到，9年后他会投身于这片煤海，开始长达20多年的潜心研究。
　　1987年，黄庆享大学毕业后顺利攻读采矿工程硕士，在新中国第一位女采矿专家吴绍倩教授的指导下开展研究。1988年，我国首届放顶煤学术会议在兰州召开，黄庆享随导师前往参加。那时我国刚刚进入放顶煤的探索阶段，理论和技术都不成熟。通过这次会议，黄庆享了解到家乡乌鲁木齐市矿务局正在开展急倾斜特厚煤层水平分段综采放顶煤试验，而且开采过程出现了很多问题。
　　会后，黄庆享决定深入新疆乌鲁木齐矿务局六道湾煤矿进行调研，解决急倾斜特厚煤层放顶煤存在的架前冒顶事故频发、工作面经常停产等严重问题。他深入井下一线，查看现场，走访老技术员，发现合理的水平分段段高是制约综放开采的关键。他马上与矿区总工程师进行了面谈，立刻确定开展合作研究。
　　当时国内急倾斜特厚煤层水平分段放顶煤开采参数一般是采2.5m放7.5m，一次采放高度10m，但这个采放高度却不适合新疆六道湾煤矿的放顶煤开采。黄庆享与矿区商量在残采区40m顶煤段开展试验，提出了顶煤弹性深梁力学模型，以确定合理的顶煤厚度。为了建立顶煤弹性深梁力学模型，黄庆享翻遍了所有弹性力学的书籍，都未找到现成的案例。他通过一个月的推演，终于给出了顶煤应力函数，破解了这一理论难题，揭示了工作面架前冒顶窜矸的机理是顶煤厚度小，架前出现拉破坏贯穿裂缝，合理增大顶煤厚度可将架前拉应力场演化为向架后放煤窗口的剪切滑移场，不仅可避免架前冒顶，还有利于放煤。
　　为了验证这一发现，他带领工人自制钻架和导轨，用手电钻接20根钻杆，连续3天打成了12眼20m深的顶煤位移测孔，打破了该矿区手电钻6m钻深的纪录，获得了顶板活动规律，确认了六道湾煤矿20m高度范围内的顶煤可以有效放出。矿区采纳了他的研究结论，将工作面一次采放高度由10m提升到20m。实践表明，架前冒顶消除，支架因冒顶而出现的歪斜咬架现象消失，工作面安全顺利推进，产量提升超过200%，安全提高95%，万吨掘进率降低了50%，实现了急斜特厚煤层综放安全高效开采。1992年，该项目获得了乌鲁木齐矿务局特等奖，肯定了黄庆享对新疆放顶煤开采做出的贡献，也肯定了他的创新能力。
　　“恰同学少年，风华正茂”，黄庆享首试项目便崭露创新锋芒，多年学习，一朝尝到知识与创新的力量，让他有着颇多感慨。他说：“科学技术真的是第一生产力，这次成功的关键就是在顶煤力学模型上的创新发现，一切工作都是围绕着证实这一发现展开。深入一线，发现问题，是科技创新的基础。”
　　

转战陕北煤海，创立浅埋理论

　　时间退回到1982年12月8日，陕西省煤田地质局一八五队提交了《陕北侏罗纪煤田榆神府勘探区普查找煤报告》。报告显示，在榆林神木府谷地区7894平方公里的范围内，蕴藏着877亿吨优质环保煤，相当于关中4个矿务局所在的“渭北黑腰带”探明煤炭资源总量的16倍之多。1982年12月28日，《人民日报》在头版以“榆林地区发现一个大煤田”为题进行了报道，向世界宣告中国发现了一个大煤田——神府东胜煤田。国内外掀起了一股“黑色旋风”，引来了千军万马投入到神府煤田的开发建设中。1993年6月，世界目前探明的最大煤田——神府东胜煤田（简称“神东煤田”）的开发建设全面铺开。然而，神东煤田埋藏浅、地表为黄土层和含水沙土层，生态环境脆弱，采动后强烈的地压和溃水溃沙会对安全高效开采构成巨大威胁。当时，关于浅埋煤层的岩层控制理论，国内外尚处于空白状态。
　　20世纪90年代初，黄庆享开始将视角转向了神东大煤田开发这一主战场。1993年，他开展了大柳塔煤矿首采工作面的采前物理模拟论证，发现了浅埋煤层存在“台阶下沉”现象，提出了大柳塔煤矿首采面可以由原设计3m采高提升到4m的安全开采高度，大大提高了资源回收率和经济效益。然而，随着大柳塔煤矿首采工作面的开采，初次来压台阶下沉达到1m，工作面中部90m范围内的液压支架压毁，严重影响安全开采。
　　带着这一问题，黄庆享开始了新的求师和研究历程。1994年，他进入中国矿业大学采矿工程系攻读博士，师从我国著名采矿专家、中国工程院院士钱鸣高和西安矿业学院采矿系系主任石平五。在中国矿业大学期间，黄庆享认真学习了“岩层控制的关键层理论”、“砌体梁结构关键块理论”和“砌体梁结构整体力学模型”等著名理论，为后来的理论创新提供了思维，夯实了力学基础。1998年，经过4年的潜心学习和研究，黄庆享完成了博士论文“浅埋煤层长壁开采顶板控制研究”，掌握了浅埋煤层长壁开采的矿压规律，提出了浅埋煤层的定义，建立了初次来压的非对称三铰拱结构理论，提出了著名的“台阶岩梁”结构模型，揭示了浅埋煤层埋藏浅顶板压力大的机理是结构易滑落失稳。相关论文1999年发表在《煤炭学报》，2014年入选《煤炭学报》创刊50周年百篇最具影响力学术论文。
　　2000年，黄庆享出版了《浅埋煤层长壁开采顶板结构与岩层控制研究》，钱鸣高在该书的序言中评价其填补了国内外该方面专著的空白，发展和完善了砌体梁理论和关键层理论。2001年，在国家自然科学基金资助下，黄庆享带领团队开发动态载荷实验，测定了松散层在顶板结构的载荷传递规律，提出了载荷传递因子，揭示了顶板动载机理，得到广泛采用。这项研究推动了浅埋煤层顶板动态结构理论发展，破解了浅埋煤层顶板动压控制难题。对此，李鸿昌教授在《煤炭学报》撰文评价该专著“开辟了岩层控制新领域”；钱鸣高院士将“浅埋煤层岩层控制”设新章编入2003版国家规划教材《矿山压力与岩层控制》中，在全国得到广泛传播。他参与完成的“岩层控制的关键层理论”也获得2002年度中国高校自然科学奖一等奖。
　　

顺应国家需求，推进绿色开采

　　进入21世纪，在煤炭绿色开采理念的推动下，以煤矿的保水开采和减损开采为主的绿色开采日益得到重视，我国煤炭事业逐步进入绿色发展的新时代。早在21世纪初，黄庆享已经将煤炭绿色开采作为自己研究工作的一个重点，面对西部矿区的脆弱生态环境，创新隔水关键层理论，探索绿色开采新途径。
　　“我博士毕业归来时，系主任石平五教授跟我说现在的食品业都在发展绿色食品，那煤炭也应该绿色开采。当时，我们正在申报陕西省岩层控制重点实验室，就增列了西部煤炭资源绿色开采方向。那时绿色开采的理念在煤炭界还没被普遍叫响，但在西部应该超前研究。”黄庆享说。
　　2003年，在教育部新世纪人才支持计划和国家自然科学基金资助下，黄庆享开始了“浅埋煤层开采与环境保护”研究。经研究，他发现浅埋煤层顶板隔水层的稳定性不仅取决于自工作面向上发育的“上行裂隙”，还受自上而下发育的“下行裂隙”影响；不仅基岩中存在隔水关键层，黏土层也可成为隔水关键层。对此他提出了浅埋煤层基岩层和黏土层隔水关键层概念，建立了隔水层稳定性判据，提出了“自然保水开采、限高保水开采和特殊保水开采”分类。这些研究，奠定了绿色（保水）开采的理论基础，出版了《生态脆弱区煤炭开发与生态水位保护》，相关成果荣获2010年度陕西省科学技术奖一等奖和2010年度中国煤炭工业科学技术奖一等奖。2010年，浅埋煤层岩层控制技术被编入袁亮院士主编的《煤矿总工程师技术手册》，标志着浅埋煤层岩层控制理论和技术的成熟，在工程技术界得到广泛应用。2011年，黄庆享参与完成的“鄂尔多斯盆地生态脆弱区煤炭开采与生态环境保护关键技术”成果，荣获国家科技进步奖二等奖。
　　在这之后，黄庆享密切跟踪生产实践难题，开展了大采高开采、充填保水开采和煤层群减损开采技术研究，丰富和发展了岩层控制理论与技术，促进了煤炭安全高效绿色开采。2011年—2014年，他主持开展了国家自然科学基金项目“浅埋煤层大采高顶板结构及其稳定性研究”，提出了等效直接顶概念和高位台阶岩梁结构理论，揭示了大采高工作面顶板来压机理，为大采高顶板控制提供了理论和技术；2012年—2015年，他主持开展了国家自然科学基金项目“浅埋煤层局部柔性充填隔水岩组稳定性研究”，建立了柔性条带充填隔水层稳定性判据，提出了条带充填保水开采技术，2014年出版了《浅埋煤层条带充填保水开采岩层控制》专著，丰富和发展了浅埋煤层保水开采岩层控制理论，2017年在《煤炭学报》发表的“浅埋煤层保水开采岩层控制”论文，被国际著名检索机构JST全文翻译转载（于Science Portal China）；2015年—2018年，面向正在进行的煤层群减损开采难题，他主持开展了国家自然科学基金项目“浅埋煤层群开采煤柱群结构及应力场与裂缝场耦合控制”研究，提出了浅埋近距离煤层群分类，建立了各类煤层的顶板结构模型，为煤层群采场支护提供了理论依据，揭示了煤层群开采的覆岩裂隙发育规律和应力集中分布规律，提出了井下减压和和地表减损的煤层群开采开采方法，发展了浅埋煤层绿色开采技术。
　　自1993年到2017年，黄庆享带领团队历时24年潜心研究，开辟了浅埋煤层岩层控制新领域，不断引领浅埋煤层岩层控制理论与技术发展，论著引用率高达2600多次，具有广泛影响。他主持完成的“浅埋煤层岩层控制理论与技术”达到了国际领先水平，分别获得2016年度陕西省科学技术奖一等奖、2017年全国煤矿支护技术创新成果奖一等奖和2018年度中国煤炭工业科学技术奖一等奖。2017年7月7日，《科技日报》以“创立浅埋煤层岩层控制理论，支撑大煤田安全绿色开采”为题对他长期的研究成果进行了报道，这也是对他长期贡献的真实写照。2018年，科学出版社出版了黄庆享的专著《浅埋煤层长壁开采岩层控制》，被国际著名岩层控制大师，美国工程院院士、西弗吉尼亚大学教授Syd.S.Peng评价为填补国际该领域空白的代表性著作。
　　

坚持创新理念，培育行业良才

　　黄庆享从事采矿工程与岩层控制的教学与科研20余年，勤勤恳恳，以创新理念培养了大批人才。世界第一大井工煤矿——大柳塔煤矿总工程师陈苏社慕名拜他为师，攻读博士学位；他培养毕业的学生遍及西北陕西、甘肃、新疆、宁夏、内蒙、山西、四川、贵州等矿区，涌现出一批董事长、总经理、矿长和总工等复合型人才，为西部煤炭事业发挥着重要作用。2014年，他被教育部授予全国优秀教师荣誉称号；2015年入选国家百千万人才，并被国家人力资源与社会保障部授予“有突出贡献的中青年专家”荣誉称号；2016年被国务院批准享受政府特殊津贴；2017年入选陕西省教育系统“我身边的好老师”（共10名）。
　　“作为科研者也好，作为教师也好，就应该全心全意做好自己的科学研究和教书育人工作。看到自己的科研成果在社会上发挥了作用，看到自己的学生成为社会需要的人才，那是很开心的事情。”
　　说完，他顿了一下又补充道：“每个人的能力有大有小，追求也不一样，但只要学生们有着正确的价值观与世界观，每个人都是社会需要的人才。我也很希望我的学生们在搞好事业的同时也能过好自己的生活。”
　　“回首向来萧瑟处，也无风雨也无晴”，如今，黄庆享虽已过了知天命的年纪，但对他来说人生正值壮年，在余下的时光里，他希望自己能做出更好的成绩来助力国家与社会。