鮮學(xué)福（1929年1月—），礦山安全技術(shù)專(zhuān)家，中國(guó)工程院院士，煤層瓦斯（煤層氣）基礎(chǔ)研究的開(kāi)拓者。長(zhǎng)期致力于礦井煤層氣理論及其工程應(yīng)用的研究，通過(guò)理論和實(shí)踐驗(yàn)證解決了國(guó)際上有爭(zhēng)議的瓦斯吸附鍵問(wèn)題，建立了煤與瓦斯突出潛在危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)的力學(xué)方法。先后獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)3項(xiàng)， 2019年榮獲“慶祝中華人民共和國(guó)成立70周年”紀(jì)念章及“最美奮斗者”稱(chēng)號(hào)。
1949年，鮮學(xué)?？既胨拇ㄊ×⒔逃龑W(xué)院數(shù)學(xué)系。1950年，為了國(guó)家需要，他改學(xué)工科，重新報(bào)考大學(xué)。
1955年，在畢業(yè)分配登記表上，他在最后一欄志愿欄里鄭重寫(xiě)下“終身獻(xiàn)身煤礦事業(yè)”。今天看來(lái)，他實(shí)現(xiàn)了當(dāng)初的諾言。改革開(kāi)放以來(lái)的40年，鮮學(xué)福一直緊盯國(guó)家能源需求，為我國(guó)礦山安全技術(shù)及工程領(lǐng)域、礦井煤層瓦斯開(kāi)采理論及工程應(yīng)用等領(lǐng)域的研究作出了巨大貢獻(xiàn)。
01
敢為人先 在國(guó)內(nèi)率先組織攻克近距離保護(hù)層開(kāi)采及瓦斯抽采國(guó)際性難題
20世紀(jì)60年代，國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)急需能源方面的工程技術(shù)人才，鮮學(xué)福被派赴蘇聯(lián)留學(xué)，學(xué)習(xí)蘇聯(lián)當(dāng)時(shí)很熱門(mén)的水力采煤技術(shù)。就在鮮學(xué)福學(xué)成歸國(guó)準(zhǔn)備大展拳腳的時(shí)候，蘇聯(lián)的水力采煤技術(shù)因其固有的缺陷在國(guó)內(nèi)已逐漸被淘汰，水力采煤礦井所剩無(wú)幾，這幾乎讓他赴蘇聯(lián)所學(xué)技術(shù)毫無(wú)用武之地。
但隨著煤礦安全生產(chǎn)問(wèn)題日益突出，特別是煤與瓦斯突出和瓦斯爆炸成為煤礦安全生產(chǎn)最大的攔路虎。鮮學(xué)?？丛谘劾铮痹谛睦?。由于當(dāng)時(shí)中國(guó)在治理煤與瓦斯突出時(shí)，基本上都是照搬蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)。鮮學(xué)福說(shuō)，蘇聯(lián)的斯可琴斯基院士，曾總結(jié)出最有效的手段是在有突出危險(xiǎn)煤層的上（或下）部先開(kāi)采保護(hù)層來(lái)保護(hù)突出層。當(dāng)用層間距60米以下的上保護(hù)層和層間距10米以上的下保護(hù)層開(kāi)采危險(xiǎn)層時(shí)，整個(gè)開(kāi)采階段都將受到保護(hù)，同時(shí)指出，由于開(kāi)采保護(hù)層將造成鄰近卸壓層向保護(hù)層涌出大量瓦斯，為此要進(jìn)行打鉆預(yù)排瓦斯，并加以利用。當(dāng)時(shí)重慶的南桐、中梁山煤礦下保護(hù)層開(kāi)采都面臨層間距小于10米的保護(hù)層開(kāi)采問(wèn)題，而近距離開(kāi)展保護(hù)層開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)極大，國(guó)外也尚無(wú)成功先例，可否突破外國(guó)的經(jīng)驗(yàn)？
帶著這個(gè)挑戰(zhàn)，鮮學(xué)福開(kāi)啟了他學(xué)術(shù)生涯的第一次轉(zhuǎn)向。20 世紀(jì)60年代初，他組織重慶大學(xué)釆礦系在南桐礦務(wù)局開(kāi)展保護(hù)層開(kāi)采防治瓦斯災(zāi)害方面研究的老師，開(kāi)展了近距離保護(hù)層開(kāi)采及瓦斯抽放方面的研究。終于在60年代中期，鮮學(xué)福組織的科研小組經(jīng)過(guò)堅(jiān)持不懈的試驗(yàn)，最終取得技術(shù)突破，在重慶南桐礦務(wù)局成功實(shí)施了近距離開(kāi)采保護(hù)層抽放瓦斯的工程實(shí)踐，攻克了近距離開(kāi)采保護(hù)層抽放瓦斯這一具有極大風(fēng)險(xiǎn)的國(guó)際性難題，使我國(guó)成為世界上最早實(shí)踐近距離煤層保護(hù)層開(kāi)采及瓦斯抽放技術(shù)的國(guó)家。
此后，又在此基礎(chǔ)上與博士生孫培德合作研究建立了開(kāi)采保護(hù)層雙層和多層系統(tǒng)越流的固氣耦合滲流計(jì)算方法，并解決了鄰近層有效保護(hù)范圍的劃分問(wèn)題。在20世紀(jì)70年代，鮮學(xué)福就提出煤層中的瓦斯不僅是致災(zāi)因素，也是一種較潔凈能源和資源的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，使我國(guó)煤礦瓦斯安全工作重點(diǎn)逐漸由治理措施轉(zhuǎn)化為防治結(jié)合，采煤前先對(duì)瓦斯進(jìn)行抽采，化害為利，從源頭上對(duì)瓦斯災(zāi)害進(jìn)行防治，并對(duì)瓦斯資源加以利用。
鮮學(xué)福和他的團(tuán)隊(duì)在煤與瓦斯突出災(zāi)害的防治方面開(kāi)展了大量理論和實(shí)踐研究，其分管的項(xiàng)目在1978年召開(kāi)的全國(guó)科學(xué)大會(huì)上獲獎(jiǎng)。
02
探幽入微 解決煤與瓦斯突出機(jī)制研究的國(guó)際爭(zhēng)議
1978年3月18—31日，黨中央、國(guó)務(wù)院召開(kāi)了規(guī)模盛大的全國(guó)科學(xué)大會(huì)，明確了“科學(xué)技術(shù)是生產(chǎn)力”的馬克思主義基本論斷，打開(kāi)了解放思想的先河，確立了尊重知識(shí)、尊重人才的根本方針，迎來(lái)了中國(guó)歷史上燦爛的科學(xué)的春天。
對(duì)此，鮮學(xué)福感同身受。和全國(guó)眾多科技工作者一樣，鮮學(xué)福學(xué)術(shù)和教學(xué)生涯中的黃金時(shí)期，就是從這個(gè)春天開(kāi)始的。1978年以后，鮮學(xué)福得以全身心地投入中斷多年的煤與瓦斯突出災(zāi)害防治研究中。
對(duì)于瓦斯抽采工程實(shí)踐及煤與瓦斯突出機(jī)制的研究，厘清甲烷分子與煤表面分子的相互作用機(jī)制至關(guān)重要。20世紀(jì)80年代末到90年代初，國(guó)際上對(duì)這一問(wèn)題尚無(wú)定論，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為甲烷分子與煤表面分子之間的作用力為范德華力，但也有少數(shù)學(xué)者，如愛(ài)丁格爾、陶尼克等提出，在較大的壓力條件下，它們之間可能存在化學(xué)鍵，且一般是亞穩(wěn)態(tài)的。
為解決這一學(xué)術(shù)爭(zhēng)議，1984—1995年，鮮學(xué)福院士打破學(xué)科界限，率先開(kāi)展學(xué)科交叉研究，吸納化學(xué)學(xué)科的學(xué)生加入團(tuán)隊(duì)，采用X射線散射、紅外光譜、CT掃描技術(shù)多種表征測(cè)試手段，從分子水平上研究了甲烷在煤中的吸附（解吸）過(guò)程，掌握了煤表面與甲烷分子相互作用勢(shì)的大小、分布，以及吸附態(tài)的特征和實(shí)驗(yàn)測(cè)定，得出非極端條件下煤與甲烷的相互作用力為范德華力。
在當(dāng)時(shí)的條件下，雖然可用于分子與固體表面相互作用研究的實(shí)驗(yàn)技術(shù)很多，但都無(wú)法用于對(duì)甲烷與煤吸附體系的研究，考慮到采用同位素取代（氘代氫）后可克服煤中C—H鍵的影響，鮮學(xué)福帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)嘗試了用現(xiàn)場(chǎng)低溫紅外光譜對(duì)甲烷在煤中吸附進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定。結(jié)合量子化學(xué)計(jì)算方法和現(xiàn)場(chǎng)低溫紅外光譜實(shí)驗(yàn)對(duì)煤表面與甲烷相互作用的研究，得出甲烷與煤表面的相互作用是各向異性的，當(dāng)甲烷在煤核表面呈正三角錐重疊式吸附時(shí)能量最低，相互作用勢(shì)最大，在此基礎(chǔ)上也得出甲烷與煤表面分子之間的作用力屬于范德華作用力，吸附過(guò)程為物理吸附，從理論和實(shí)驗(yàn)上解決了尚有爭(zhēng)議的甲烷與煤表面作用的吸附鍵屬性問(wèn)題，為煤與瓦斯突出機(jī)制的研究及瓦斯抽采技術(shù)的開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
03
另辟蹊徑 建立煤與瓦斯突出災(zāi)害預(yù)測(cè)新方法
據(jù)資料記載和不完全統(tǒng)計(jì)，從1834年法國(guó)魯阿雷煤田依阿克礦發(fā)生第一次煤與瓦斯突出以來(lái)，世界上有包括中國(guó)在內(nèi)的20多個(gè)國(guó)家發(fā)生了4萬(wàn)次左右煤與瓦斯突出災(zāi)害，最大的兩次為1969年發(fā)生在蘇聯(lián)頓巴斯加加林礦的突出（突出煤量14000噸，瓦斯量250000立方米）和1975年發(fā)生在中國(guó)重慶天府三匯一礦的突出（突出煤巖量12780噸，瓦斯量1400000立方米）。長(zhǎng)期以來(lái)，世界各國(guó)眾多科學(xué)家開(kāi)展了對(duì)這一科學(xué)問(wèn)題的研究，特別是俄羅斯和中國(guó)，在突出的防治方面已經(jīng)取得了一定成績(jī)，但煤與瓦斯突出災(zāi)害現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生。
在鮮學(xué)?？磥?lái)，煤與瓦斯突出，實(shí)際上是一種礦山工程地質(zhì)災(zāi)害，它的防治包括了要闡明突出發(fā)生的機(jī)制，找到其預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法，開(kāi)發(fā)出其監(jiān)測(cè)手段和制定出與其對(duì)應(yīng)的防治措施，其中最核心的科學(xué)問(wèn)題是機(jī)制與預(yù)測(cè)，而關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)也在這里。這一核心問(wèn)題的研究不僅涉及地質(zhì)與工程科學(xué)，還涉及與它們相關(guān)的物理、化學(xué)、力學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科。
對(duì)煤與瓦斯突出潛在危險(xiǎn)區(qū)的預(yù)測(cè)在瓦斯災(zāi)害防治中至關(guān)重要，長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)這一問(wèn)題的研究大多停留在定性研究階段。煤礦生產(chǎn)的實(shí)踐表明，煤與瓦斯突出具有區(qū)域性和成帶性，而發(fā)生煤與瓦斯突出的區(qū)域多數(shù)就位于一個(gè)礦井的地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)帶。為探究該現(xiàn)象發(fā)生背后的原因，鮮學(xué)福帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為該現(xiàn)象的發(fā)生，可能是與地質(zhì)構(gòu)造帶煤巖層的幾何形態(tài)發(fā)生了變化有關(guān)，同時(shí)也與地質(zhì)構(gòu)造帶中煤巖體的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了相應(yīng)的變化有關(guān)。
鮮學(xué)福認(rèn)為，只要在礦井建設(shè)前和生產(chǎn)期間能取得較為詳細(xì)的地質(zhì)資料，按力學(xué)的思路進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)試，并有針對(duì)性地獲取煤巖物理力學(xué)性質(zhì)，就可以用力學(xué)的數(shù)值方法來(lái)進(jìn)行礦井煤與瓦斯突出潛在危險(xiǎn)區(qū)的預(yù)測(cè)。
基于該思路，鮮學(xué)福提出了一種利用凱塞爾效應(yīng)測(cè)地應(yīng)力的方法，用該實(shí)驗(yàn)方法證明了復(fù)合巖石和含瓦斯煤的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律與單一巖石和煤具有一致性，為數(shù)值計(jì)算含瓦斯復(fù)合煤巖本構(gòu)方程的選擇提供了依據(jù)。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在德魯克- 布拉格強(qiáng)度準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，建立了充瓦斯煤巖斷裂破壞的應(yīng)力強(qiáng)度和應(yīng)變強(qiáng)度準(zhǔn)則，并提出了用穩(wěn)定性系數(shù)來(lái)劃分突出潛在危險(xiǎn)區(qū)的方法。
在研究中，鮮學(xué)福從不滿足于一般性的理論推導(dǎo)，不管這種推導(dǎo)在邏輯上有多嚴(yán)密，仍要通過(guò)數(shù)值計(jì)算及與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，反復(fù)驗(yàn)證?；诖?，鮮學(xué)福將提出的這種煤礦井工開(kāi)采預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出潛在危險(xiǎn)區(qū)的方法在重慶南桐魚(yú)田堡煤礦、硯石臺(tái)煤礦、水江煤礦，四川芙蓉巡場(chǎng)煤礦、綠水洞煤礦和河南平頂山八礦等多座煤礦進(jìn)行了應(yīng)用，證明了發(fā)生突出的區(qū)域與預(yù)測(cè)結(jié)果具有很好的一致性，驗(yàn)證了方法的可靠性。
04
引領(lǐng)前沿 在國(guó)內(nèi)推進(jìn)了國(guó)際上首次超臨界二氧化碳?jí)毫熏F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
在科研的道路上，鮮學(xué)福永葆一顆求索求真之心，始終關(guān)注學(xué)術(shù)前沿并保持敏感性。21世紀(jì)，針對(duì)我國(guó)天然氣對(duì)外依存度越來(lái)越高，嚴(yán)重威脅我國(guó)能源安全的問(wèn)題，結(jié)合重慶作為全國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)主戰(zhàn)場(chǎng)的地緣優(yōu)勢(shì)，鮮學(xué)福帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)把科研重心轉(zhuǎn)向了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)較早地開(kāi)展了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的研究。
針對(duì)我國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)賦存條件，以及傳統(tǒng)水力壓裂存在的水資源消耗量大、環(huán)境污染問(wèn)題突出等問(wèn)題，2009年，鮮學(xué)福推進(jìn)了與國(guó)內(nèi)外科研單位合作，并創(chuàng)新性地提出了超臨界二氧化碳強(qiáng)化頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)及地質(zhì)封存一體化的學(xué)術(shù)思路，即利用超臨界二氧化碳代替水作為壓裂液改造儲(chǔ)層，同時(shí)置換頁(yè)巖氣，提高采收率，并最終實(shí)現(xiàn)二氧化碳的地下封存?；谠撍悸?，他推薦申請(qǐng)的“超臨界二氧化碳強(qiáng)化頁(yè)巖氣高效開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)”973項(xiàng)目成功獲得立項(xiàng)，目前基于該方面的研究，已成功實(shí)施了國(guó)際上首次超臨界二氧化碳?jí)毫熏F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，為我國(guó)頁(yè)巖氣高效開(kāi)發(fā)和二氧化碳大規(guī)模減排提供了重要支撐。
在鮮學(xué)?？磥?lái)，科研人員必須秉承客觀中立的態(tài)度，求真求實(shí)。近年來(lái)，針對(duì)頁(yè)巖氣大規(guī)模開(kāi)發(fā)存在潛在的環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，他多次呼吁科研人員應(yīng)該秉承客觀中立的態(tài)度對(duì)該問(wèn)題加以研究，基于科學(xué)事實(shí)為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及災(zāi)害防控提供依據(jù)。
在科研和學(xué)術(shù)的道路上，鮮學(xué)福始終保持謙遜謹(jǐn)慎的作風(fēng)，他認(rèn)為每個(gè)人都有自身的局限性，不可能樣樣都懂，樣樣都精。對(duì)于不是自己研究領(lǐng)域的問(wèn)題，他從不輕易發(fā)表意見(jiàn)。曾有研究人員邀請(qǐng)鮮學(xué)福為自己的著作寫(xiě)序，因該書(shū)不是他的研究領(lǐng)域，鮮學(xué)福以無(wú)從對(duì)書(shū)籍的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性做判斷為由婉拒，但隨后又專(zhuān)門(mén)引薦了專(zhuān)業(yè)的教授為該研究人員作序。
參加學(xué)術(shù)會(huì)議鮮學(xué)福也有自己的原則，他只參加和自己研究領(lǐng)域相關(guān)的會(huì)議，如果要作學(xué)術(shù)報(bào)告，對(duì)報(bào)告內(nèi)容他會(huì)反復(fù)推敲，涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)會(huì)反復(fù)核實(shí)，且報(bào)告內(nèi)容絕不與之前的重復(fù)，同一報(bào)告不會(huì)講兩遍。
05
躬耕杏壇 立德樹(shù)人桃李芬芳
1956年，鮮學(xué)福到重慶大學(xué)任教，60多年來(lái)，培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀學(xué)子，這些學(xué)生中不僅有院士、中央委員、省部級(jí)官員、廳局級(jí)官員，還有各條戰(zhàn)線的學(xué)術(shù)和技術(shù)骨干。
“這里最好的學(xué)風(fēng)就是踏實(shí)，這一點(diǎn)很重要，科學(xué)就是實(shí)事求是，而實(shí)事求是就要求我們踏踏實(shí)實(shí)地干。我們送出去的學(xué)生也總能得到這樣的評(píng)價(jià)?！滨r學(xué)福對(duì)此感到驕傲。
到90歲高齡，鮮學(xué)福依然還在精心輔導(dǎo)學(xué)生，他修改的論文，每一頁(yè)都布滿了鉛筆寫(xiě)下的修改批注，大到結(jié)構(gòu)調(diào)整，小到標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，有的地方還有橡皮擦反復(fù)擦拭的痕跡……這些痕跡表明，每一處修改批注都是鮮學(xué)福反復(fù)斟酌后寫(xiě)下的。
鮮學(xué)福說(shuō)：“青年一代是我們國(guó)家建設(shè)的接班人，老師對(duì)他們的培養(yǎng)，除傳道授業(yè)外，就是事事處處都要以身作則，為他們樹(shù)立榜樣，也就是身教要重于言教?！?/span>
位于重慶大學(xué)采礦實(shí)驗(yàn)大樓的辦公室是1999年鮮學(xué)福當(dāng)選院士時(shí)裝修好的，被隔成了秘書(shū)的工作間和他的書(shū)房。書(shū)桌上放著陳舊的眼鏡盒和用了半截的鉛筆、橡皮，草稿紙的正反面都寫(xiě)滿了筆記，字跡極為工整。
這間辦公室不大，門(mén)牌也被鮮學(xué)福叫人取了下來(lái)。“鮮老師不讓裝，這樣可以少些打擾”，秘書(shū)說(shuō)。屋里大部分空間都被書(shū)占據(jù)了，就連辦公桌旁的窗臺(tái)上，都?jí)局吒叩呐f書(shū)。十幾年前，鮮學(xué)福聽(tīng)說(shuō)重慶大學(xué)圖書(shū)館在清理舊書(shū)，立即請(qǐng)了兩個(gè)人去挑了兩擔(dān)舊書(shū)回來(lái)。這些舊書(shū)，大都是俄文專(zhuān)業(yè)書(shū)籍。鮮學(xué)福年輕時(shí)的許多積淀與靈感，都來(lái)源于這些舊書(shū)。之所以把這些舊書(shū)找回來(lái)，是因?yàn)轷r學(xué)福覺(jué)得里面還有可供學(xué)習(xí)的內(nèi)容。他在辦公室把這些舊書(shū)重新整理了一遍，怕學(xué)生看不懂俄文，又將重要內(nèi)容用中文翻譯并摘抄下來(lái)。
這些資料筆記現(xiàn)在已經(jīng)壘了半米多高，一字一句都是鮮學(xué)福留給學(xué)生們的寶貴財(cái)富。
學(xué)生們?nèi)滩蛔「袊@說(shuō)，幾十年過(guò)去了，許多東西都變了，唯獨(dú)鮮老師，一點(diǎn)都沒(méi)變。
在學(xué)生們的印象中，鮮老師總是最早來(lái)到實(shí)驗(yàn)樓。每天早上7點(diǎn)多，司機(jī)準(zhǔn)時(shí)開(kāi)車(chē)到他家樓下，為了不讓司機(jī)等候，鮮學(xué)?？倳?huì)比約定的時(shí)間早到一些。周末的時(shí)間，他便讓司機(jī)休息，自己步行到辦公室。
多年以來(lái)，鮮學(xué)福僅給自己安排了除夕到初三這4天假期。工作時(shí)間就到辦公室看書(shū)學(xué)習(xí)，有時(shí)也親自翻譯俄文資料，風(fēng)雨無(wú)阻。進(jìn)入耄耋之年后，除了教學(xué)和鉆研，鮮學(xué)福還喜歡上了作詩(shī)。在一幅題詞中，他有感而發(fā)：“往事如煙隨風(fēng)去，人情冷暖留人間。萬(wàn)事萬(wàn)物多奇妙，樂(lè)在對(duì)其探索中。人生在世難長(zhǎng)久，夕陽(yáng)美在晚霞紅?！滨r學(xué)福把這幅題詞送給他的學(xué)生們，鼓勵(lì)他們要對(duì)世界抱有好奇心，學(xué)會(huì)享受科研的樂(lè)趣。
鮮學(xué)福很少和旁人提及自己的人生追求。幾年前，他在自己的個(gè)人總結(jié)中這樣寫(xiě)道：“我的求學(xué)之路一直在警示我，學(xué)海無(wú)涯、人生苦短、珍惜時(shí)光、多干實(shí)事、回報(bào)祖國(guó)，這才是人生之所在?！滨r學(xué)福一直是這樣踐行這一人生追求的。
來(lái)源：《科學(xué)家精神叢書(shū)》
