□ 呂騰波

自18世紀瓦特改良蒸汽機開啟了第一次工業(yè)革命，煤炭就成為人類生產(chǎn)生活的主要能源，也被稱為“黑色的金子”和“工業(yè)的糧食”。我國是一個富煤少氣缺油的國家，煤炭在國民經(jīng)濟發(fā)展中具有不可替代的地位。而我國煤炭主要分布在西部，隨著西部大開發(fā)和煤炭大發(fā)展，各種煤炭開采問題也隨之而來。所謂“時勢造英雄”，西安科技大學教授黃慶享從深入邊疆礦區(qū)到扎根陜北煤田，潛心鉆研西部煤炭科學開采難題，為我國煤炭事業(yè)做出了重要貢獻。

黃慶享指導學生開展淺埋煤層群減損開采研究

深入邊疆礦區(qū)，嶄露創(chuàng)新鋒芒

1983年，黃慶享從新疆維吾爾自治區(qū)沙灣縣老沙灣鄉(xiāng)考入西安礦業(yè)學院（西安科技大學前身）采礦系。次年的10月18日，新華社一條電訊發(fā)往世界各地：陜北有煤海，質(zhì)優(yōu)易開采。這時的黃慶享可沒想到，9年后他會投身于這片煤海，開始長達20多年的潛心研究。

1987年，黃慶享大學畢業(yè)后順利攻讀采礦工程碩士，在新中國第一位女采礦專家吳紹倩教授的指導下開展研究。1988年，我國首屆放頂煤學術會議在蘭州召開，黃慶享隨導師前往參加。那時我國剛剛進入放頂煤的探索階段，理論和技術都不成熟。通過這次會議，黃慶享了解到家鄉(xiāng)烏魯木齊市礦務局正在開展急傾斜特厚煤層水平分段綜采放頂煤試驗，而且開采過程出現(xiàn)了很多問題。

會后，黃慶享決定深入新疆烏魯木齊礦務局六道灣煤礦進行調(diào)研，解決急傾斜特厚煤層放頂煤存在的架前冒頂事故頻發(fā)、工作面經(jīng)常停產(chǎn)等嚴重問題。他深入井下一線，查看現(xiàn)場，走訪老技術員，發(fā)現(xiàn)合理的水平分段段高是制約綜放開采的關鍵。他馬上與礦區(qū)總工程師進行了面談，立刻確定開展合作研究。

當時國內(nèi)急傾斜特厚煤層水平分段放頂煤開采參數(shù)一般是采2.5m放7.5m，一次采放高度10m，但這個采放高度卻不適合新疆六道灣煤礦的放頂煤開采。黃慶享與礦區(qū)商量在殘采區(qū)40m頂煤段開展試驗，提出了頂煤彈性深梁力學模型，以確定合理的頂煤厚度。為了建立頂煤彈性深梁力學模型，黃慶享翻遍了所有彈性力學的書籍，都未找到現(xiàn)成的案例。他通過一個月的推演，終于給出了頂煤應力函數(shù)，破解了這一理論難題，揭示了工作面架前冒頂竄矸的機理是頂煤厚度小，架前出現(xiàn)拉破壞貫穿裂縫，合理增大頂煤厚度可將架前拉應力場演化為向架后放煤窗口的剪切滑移場，不僅可避免架前冒頂，還有利于放煤。

為了驗證這一發(fā)現(xiàn)，他帶領工人自制鉆架和導軌，用手電鉆接20根鉆桿，連續(xù)3天打成了12眼20m深的頂煤位移測孔，打破了該礦區(qū)手電鉆6m鉆深的紀錄，獲得了頂板活動規(guī)律，確認了六道灣煤礦20m高度范圍內(nèi)的頂煤可以有效放出。礦區(qū)采納了他的研究結(jié)論，將工作面一次采放高度由10m提升到20m。實踐表明，架前冒頂消除，支架因冒頂而出現(xiàn)的歪斜咬架現(xiàn)象消失，工作面安全順利推進，產(chǎn)量提升超過200%，安全提高95%，萬噸掘進率降低了50%，實現(xiàn)了急斜特厚煤層綜放安全高效開采。1992年，該項目獲得了烏魯木齊礦務局特等獎，肯定了黃慶享對新疆放頂煤開采做出的貢獻，也肯定了他的創(chuàng)新能力。

“恰同學少年，風華正茂”，黃慶享首試項目便嶄露創(chuàng)新鋒芒，多年學習，一朝嘗到知識與創(chuàng)新的力量，讓他有著頗多感慨。他說：“科學技術真的是第一生產(chǎn)力，這次成功的關鍵就是在頂煤力學模型上的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)，一切工作都是圍繞著證實這一發(fā)現(xiàn)展開。深入一線，發(fā)現(xiàn)問題，是科技創(chuàng)新的基礎?！?/p>

轉(zhuǎn)戰(zhàn)陜北煤海，創(chuàng)立淺埋理論

時間退回到1982年12月8日，陜西省煤田地質(zhì)局一八五隊提交了《陜北侏羅紀煤田榆神府勘探區(qū)普查找煤報告》。報告顯示，在榆林神木府谷地區(qū)7894平方公里的范圍內(nèi)，蘊藏著877億噸優(yōu)質(zhì)環(huán)保煤，相當于關中4個礦務局所在的“渭北黑腰帶”探明煤炭資源總量的16倍之多。1982年12月28日，《人民日報》在頭版以“榆林地區(qū)發(fā)現(xiàn)一個大煤田”為題進行了報道，向世界宣告中國發(fā)現(xiàn)了一個大煤田——神府東勝煤田。國內(nèi)外掀起了一股“黑色旋風”，引來了千軍萬馬投入到神府煤田的開發(fā)建設中。1993年6月，世界目前探明的最大煤田——神府東勝煤田（簡稱“神東煤田”）的開發(fā)建設全面鋪開。然而，神東煤田埋藏淺、地表為黃土層和含水沙土層，生態(tài)環(huán)境脆弱，采動后強烈的地壓和潰水潰沙會對安全高效開采構(gòu)成巨大威脅。當時，關于淺埋煤層的巖層控制理論，國內(nèi)外尚處于空白狀態(tài)。

20世紀90年代初，黃慶享開始將視角轉(zhuǎn)向了神東大煤田開發(fā)這一主戰(zhàn)場。1993年，他開展了大柳塔煤礦首采工作面的采前物理模擬論證，發(fā)現(xiàn)了淺埋煤層存在“臺階下沉”現(xiàn)象，提出了大柳塔煤礦首采面可以由原設計3m采高提升到4m的安全開采高度，大大提高了資源回收率和經(jīng)濟效益。然而，隨著大柳塔煤礦首采工作面的開采，初次來壓臺階下沉達到1m，工作面中部90m范圍內(nèi)的液壓支架壓毀，嚴重影響安全開采。

帶著這一問題，黃慶享開始了新的求師和研究歷程。1994年，他進入中國礦業(yè)大學采礦工程系攻讀博士，師從我國著名采礦專家、中國工程院院士錢鳴高和西安礦業(yè)學院采礦系系主任石平五。在中國礦業(yè)大學期間，黃慶享認真學習了“巖層控制的關鍵層理論”、“砌體梁結(jié)構(gòu)關鍵塊理論”和“砌體梁結(jié)構(gòu)整體力學模型”等著名理論，為后來的理論創(chuàng)新提供了思維，夯實了力學基礎。1998年，經(jīng)過4年的潛心學習和研究，黃慶享完成了博士論文“淺埋煤層長壁開采頂板控制研究”，掌握了淺埋煤層長壁開采的礦壓規(guī)律，提出了淺埋煤層的定義，建立了初次來壓的非對稱三鉸拱結(jié)構(gòu)理論，提出了著名的“臺階巖梁”結(jié)構(gòu)模型，揭示了淺埋煤層埋藏淺頂板壓力大的機理是結(jié)構(gòu)易滑落失穩(wěn)。相關論文1999年發(fā)表在《煤炭學報》，2014年入選《煤炭學報》創(chuàng)刊50周年百篇最具影響力學術論文。

2000年，黃慶享出版了《淺埋煤層長壁開采頂板結(jié)構(gòu)與巖層控制研究》，錢鳴高在該書的序言中評價其填補了國內(nèi)外該方面專著的空白，發(fā)展和完善了砌體梁理論和關鍵層理論。2001年，在國家自然科學基金資助下，黃慶享帶領團隊開發(fā)動態(tài)載荷實驗，測定了松散層在頂板結(jié)構(gòu)的載荷傳遞規(guī)律，提出了載荷傳遞因子，揭示了頂板動載機理，得到廣泛采用。這項研究推動了淺埋煤層頂板動態(tài)結(jié)構(gòu)理論發(fā)展，破解了淺埋煤層頂板動壓控制難題。對此，李鴻昌教授在《煤炭學報》撰文評價該專著“開辟了巖層控制新領域”；錢鳴高院士將“淺埋煤層巖層控制”設新章編入2003版國家規(guī)劃教材《礦山壓力與巖層控制》中，在全國得到廣泛傳播。他參與完成的“巖層控制的關鍵層理論”也獲得2002年度中國高校自然科學獎一等獎。

順應國家需求，推進綠色開采

進入21世紀，在煤炭綠色開采理念的推動下，以煤礦的保水開采和減損開采為主的綠色開采日益得到重視，我國煤炭事業(yè)逐步進入綠色發(fā)展的新時代。早在21世紀初，黃慶享已經(jīng)將煤炭綠色開采作為自己研究工作的一個重點，面對西部礦區(qū)的脆弱生態(tài)環(huán)境，創(chuàng)新隔水關鍵層理論，探索綠色開采新途徑。

“我博士畢業(yè)歸來時，系主任石平五教授跟我說現(xiàn)在的食品業(yè)都在發(fā)展綠色食品，那煤炭也應該綠色開采。當時，我們正在申報陜西省巖層控制重點實驗室，就增列了西部煤炭資源綠色開采方向。那時綠色開采的理念在煤炭界還沒被普遍叫響，但在西部應該超前研究。”黃慶享說。

2003年，在教育部新世紀人才支持計劃和國家自然科學基金資助下，黃慶享開始了“淺埋煤層開采與環(huán)境保護”研究。經(jīng)研究，他發(fā)現(xiàn)淺埋煤層頂板隔水層的穩(wěn)定性不僅取決于自工作面向上發(fā)育的“上行裂隙”，還受自上而下發(fā)育的“下行裂隙”影響；不僅基巖中存在隔水關鍵層，黏土層也可成為隔水關鍵層。對此他提出了淺埋煤層基巖層和黏土層隔水關鍵層概念，建立了隔水層穩(wěn)定性判據(jù)，提出了“自然保水開采、限高保水開采和特殊保水開采”分類。這些研究，奠定了綠色（保水）開采的理論基礎，出版了《生態(tài)脆弱區(qū)煤炭開發(fā)與生態(tài)水位保護》，相關成果榮獲2010年度陜西省科學技術獎一等獎和2010年度中國煤炭工業(yè)科學技術獎一等獎。2010年，淺埋煤層巖層控制技術被編入袁亮院士主編的《煤礦總工程師技術手冊》，標志著淺埋煤層巖層控制理論和技術的成熟，在工程技術界得到廣泛應用。2011年，黃慶享參與完成的“鄂爾多斯盆地生態(tài)脆弱區(qū)煤炭開采與生態(tài)環(huán)境保護關鍵技術”成果，榮獲國家科技進步獎二等獎。

在這之后，黃慶享密切跟蹤生產(chǎn)實踐難題，開展了大采高開采、充填保水開采和煤層群減損開采技術研究，豐富和發(fā)展了巖層控制理論與技術，促進了煤炭安全高效綠色開采。2011年—2014年，他主持開展了國家自然科學基金項目“淺埋煤層大采高頂板結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性研究”，提出了等效直接頂概念和高位臺階巖梁結(jié)構(gòu)理論，揭示了大采高工作面頂板來壓機理，為大采高頂板控制提供了理論和技術；2012年—2015年，他主持開展了國家自然科學基金項目“淺埋煤層局部柔性充填隔水巖組穩(wěn)定性研究”，建立了柔性條帶充填隔水層穩(wěn)定性判據(jù)，提出了條帶充填保水開采技術，2014年出版了《淺埋煤層條帶充填保水開采巖層控制》專著，豐富和發(fā)展了淺埋煤層保水開采巖層控制理論，2017年在《煤炭學報》發(fā)表的“淺埋煤層保水開采巖層控制”論文，被國際著名檢索機構(gòu)JST全文翻譯轉(zhuǎn)載（于Science Portal China）；2015年—2018年，面向正在進行的煤層群減損開采難題，他主持開展了國家自然科學基金項目“淺埋煤層群開采煤柱群結(jié)構(gòu)及應力場與裂縫場耦合控制”研究，提出了淺埋近距離煤層群分類，建立了各類煤層的頂板結(jié)構(gòu)模型，為煤層群采場支護提供了理論依據(jù)，揭示了煤層群開采的覆巖裂隙發(fā)育規(guī)律和應力集中分布規(guī)律，提出了井下減壓和和地表減損的煤層群開采開采方法，發(fā)展了淺埋煤層綠色開采技術。

自1993年到2017年，黃慶享帶領團隊歷時24年潛心研究，開辟了淺埋煤層巖層控制新領域，不斷引領淺埋煤層巖層控制理論與技術發(fā)展，論著引用率高達2600多次，具有廣泛影響。他主持完成的“淺埋煤層巖層控制理論與技術”達到了國際領先水平，分別獲得2016年度陜西省科學技術獎一等獎、2017年全國煤礦支護技術創(chuàng)新成果獎一等獎和2018年度中國煤炭工業(yè)科學技術獎一等獎。2017年7月7日，《科技日報》以“創(chuàng)立淺埋煤層巖層控制理論，支撐大煤田安全綠色開采”為題對他長期的研究成果進行了報道，這也是對他長期貢獻的真實寫照。2018年，科學出版社出版了黃慶享的專著《淺埋煤層長壁開采巖層控制》，被國際著名巖層控制大師，美國工程院院士、西弗吉尼亞大學教授Syd.S.Peng評價為填補國際該領域空白的代表性著作。

與團隊弟子合影

堅持創(chuàng)新理念，培育行業(yè)良才

黃慶享從事采礦工程與巖層控制的教學與科研20余年，勤勤懇懇，以創(chuàng)新理念培養(yǎng)了大批人才。世界第一大井工煤礦——大柳塔煤礦總工程師陳蘇社慕名拜他為師，攻讀博士學位；他培養(yǎng)畢業(yè)的學生遍及西北陜西、甘肅、新疆、寧夏、內(nèi)蒙、山西、四川、貴州等礦區(qū)，涌現(xiàn)出一批董事長、總經(jīng)理、礦長和總工等復合型人才，為西部煤炭事業(yè)發(fā)揮著重要作用。2014年，他被教育部授予全國優(yōu)秀教師榮譽稱號；2015年入選國家百千萬人才，并被國家人力資源與社會保障部授予“有突出貢獻的中青年專家”榮譽稱號；2016年被國務院批準享受政府特殊津貼；2017年入選陜西省教育系統(tǒng)“我身邊的好老師”（共10名）。

“作為科研者也好，作為教師也好，就應該全心全意做好自己的科學研究和教書育人工作。看到自己的科研成果在社會上發(fā)揮了作用，看到自己的學生成為社會需要的人才，那是很開心的事情?！?/p>

說完，他頓了一下又補充道：“每個人的能力有大有小，追求也不一樣，但只要學生們有著正確的價值觀與世界觀，每個人都是社會需要的人才。我也很希望我的學生們在搞好事業(yè)的同時也能過好自己的生活?！?/p>

“回首向來蕭瑟處，也無風雨也無晴”，如今，黃慶享雖已過了知天命的年紀，但對他來說人生正值壯年，在余下的時光里，他希望自己能做出更好的成績來助力國家與社會。