“谢和平院士学术思想”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“谢和平院士学术思想”专题

来源：

谢和平，1956年1月出生，男，湖南双峰人，能源与力学专家，1982年毕业于中国矿业大学数学与力学系。深圳大学特聘教授，深圳大学深地科学与绿色能源研究院院长，四川大学原校长、教授博导。国务院学位委员会委员，中国科学技术协会常委。国家重点研发计划“深部岩体力学与开采理论”项目负责人。

长期致力于采矿工程、矿山工程力学、绿色能源开发利用及深地科学领域的基础研究与工程实践，特别是破断煤岩体力学研究方面具有突出成果。在我国最早建立了矿山裂隙岩体宏观损伤力学模型，开拓了矿山裂隙岩体损伤力学研究新领域。1982年起，创造性引入分形方法对裂隙岩体进行非连续变形、强度和断裂破坏研究，并与损伤力学结合在国际上开创了岩石力学分形研究新领域。近年来，在深地科学探索领域,包括深地固体资源流态化开采、中低温地热发电、地下空间开发利用、海水能源化及深地医学等领域提出了创新性理念与构想，并在绿色能源、低碳技术与CO2矿化及综合利用技术领域进行了深入探索，取得了重要进展。

谢和平院士为国家973项目首席科学家(2次)，国家自然科学基金委创新研究群体首席科学家。首届“中国青年科学家奖(技术科学)”，何梁何利科技进步奖(技术科学奖)，国家自然科学二、三等奖，国家科技进步二、三等奖，均为第一获奖人。被英国Nottingham大学、德国Clausthal工业大学、香港理工大学授予“荣誉博士”学位，获牛津大学授予“牛津大学圣艾德蒙Fellow”学术称号。

2001年当选为中国工程院院士。

行业视野: 院士
类别; 144个
关键词; 60位
专家; 54篇
论文; 36961IP
点击量; 31388次
下载量

深地医学研究新进展

作者(Author)：谢和平, 刘吉峰, 高明忠, 王领, 文巧, 刘飞, 吴江

摘要：世界主要矿业大国相继进入深部开采，我国的深部资源开采也已经成为新常态。然而，深地作业环境，尤其是1000m以下，对矿业工人等深地作业人群的生理、心理以及病理的影响规律及其作用机制基本处于空白。基于前期的调研、初步研究成果，提出深地医学新概念；即系统研究深地环境因素对人的生理、病理以及心理影响程度及其潜在机制，也即深地的物质和空间健康效应，并探索对深地有害影响因素的防护措施，有益环境因素开发利用的专门学科。从医学视角深入分析了深井矿业工程作业环境的基本特征，本底辐射随深度逐渐下降，温度湿度随深度增加、氡气浓度尚在安全范围之内。发现矿井深部低本底辐射环境可以明显抑制正常细胞与癌细胞的生长速度，如喉癌细胞在地表培养两天后细胞增加37.73%，而地下组仅增长7.53%，深部低本底辐射环境对癌细胞的生长速度抑制更胜正常细胞，且发现核糖体、线粒体可能是细胞应答深地低本底辐射环境主要细胞器。剖析了深部矿井矿工心理和作业环境的相关关系，深井矿作业工人的状态差于健康常模，约2/3的人群伴有睡眠问题，且其不佳的心理状况与井下的不良作业环境有关。提出深地医学未来迫切需要开展的前瞻性研究课题，为今后深地医学及相关生物学、生命科学研究提供参考。

免费下载

煤炭学报

2022年第06期

898

1579
岩石灾变非连续结构与多物理场效应的透明解析与透明推演

作者(Author)：鞠杨, 任张瑜, 郑江韬, 毛灵涛, 王凯, 周宏伟, 谢和平

摘要：煤炭对于我国经济发展与能源安全起到压舱石和兜底保障的作用，在“碳达峰、碳中和”国家重大战略决策背景下，研究如何充分发挥煤炭的保障能源与战略资源的作用、实现煤炭绿色智能低碳开发利用迫在眉睫。煤炭生产开发活动打破了地层初始应力平衡，引起围岩应力场重分布，诱发工程灾害。岩石是煤炭生产开发与工程建设的主要对象，研究和解决煤炭绿色智能安全开采问题的基础理论之一是岩石力学。然而，传统的岩石力学理论在定量分析和描述煤炭生产开发活动引发的岩石灾变行为及内禀机理时存在诸多困难，人们对岩石不连续结构演化引起的应力场、变形场和渗流场的变化认识不足，缺乏定量解析内部应力、变形与渗流等多物理场的方法、理论和模型，难以对不同开采模式可能引发的工程灾害进行超前研判、预警和科学防控。解决这些基础科学与技术难题，迫切需要建立和发展颠覆性理论与变革性技术，这已成为创新发展煤炭资源绿色智能安全开发理论与技术的基础性前沿课题。围绕岩石灾变的非连续结构与多物理场效应的透明解析与透明推演，概述了岩石的三维数字重构、3D打印模型材料、透明物理模型、尺度效应、应力场、变形场和渗流场演化以及灾变机理的透明定量解析等方面的最新成果，分析了未来发展目标与面临的挑战,以求为发展非连续岩石力学与灾变分析理论，实现煤炭绿色智能开采及灾害超前预警防控提供研究基础与参考。

免费下载

煤炭学报

2022年第01期

相关视频

1620

3339
碳中和目标下煤炭行业发展机遇

作者(Author)：谢和平, 任世华, 谢亚辰, 焦小淼

摘要：碳达峰碳中和目标已上升为国家战略，相关路线图、时间表和政策措施正在制订和落地实施，将推进经济社会广泛而深刻的系统性变革。基于我国资源禀赋特征和现阶段经济社会发展实际，短期内仍离不开煤炭。科学研判碳达峰碳中和目标下我国能源消费结构和煤炭消费演变趋势，采取正确的应对措施，是实现碳达峰碳中和、能源安全稳定供应双重目标的客观要求。分析了美国碳达峰前后现代化进程、能源消费、碳排放强度等基本特征和变化规律，提出我国能源优化发展的三大路径，即持续提高能源效率，减少能源消费；大力发展新能源，优化电力结构；大力发展CO2能源化资源化新技术，推进CO2再利用；增强能源自给能力，保障能源安全。研判了我国能源消费格局演变趋势及不同时段煤炭消费规模，即我国能源消费格局演变分为煤炭由基础能源（2021—2030年）—保障能源（2031—2050年）—支撑能源（2051—2060年）、新能源对应由补充能源—替代能源—主体能源的3个阶段，新能源在能源消费结构中的占比分别为15%~29%,30%~49%,50%~80%。即使全面实现了碳中和，仍需要煤炭作为电力调峰、碳质还原剂和保障能源安全的兜底能源（15亿~12亿t/a）。阐述了碳中和目标下，我国煤炭行业将迎来的三大机遇，即实现煤炭高质量发展的机遇、煤炭升级高技术产业的机遇、煤炭抢占新能源主阵地的机遇。

免费下载

煤炭学报

2021年第07期

2878

2577
“深部岩体力学与开采理论”专辑特邀主编致读者

作者(Author)：谢和平

摘要：　　2016年全国科技创新大会上，习近平总书记提出“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”。煤炭是我国的主体能源，深部煤炭资源开采是保障我国能源稳定供给的主要途径，是我国未来煤炭工业发展的主要方向，也是当前和未来相当长的一段时期内我国煤炭科学与技术攻关的主要战场。　　　　随着煤炭资源开采深度的延伸，面临的科学问题和技术难题前所未遇，这些问题和难题的研究与破解对煤炭行业科技工作者提出了更高要求，甚至需要颠覆性的理念和变革性的攻关范式。就基础理论而言，传统的岩石力学和矿山压力理论已经不能准确描述深部开采条件下的岩石力学行为，亟需从源头上重新认识、探索深部原位环境下开采力学等系列问题，包括从源头上研究原位岩芯的获取方式，从源头上研究原位岩石的变形破坏机制等。就工程技术而言，开采的深度和规模与日俱增，矿井建设环境复杂，传统工艺工法效率尚不能满足工程需要，技术装备自主化水平还需进一步提升；作业空间的高效、安全、绿色维护，包括巷道控稳、动力灾害防治以及采掘工作环境治理等关键技术还有待攻关；智能开采、超长工作面超大空间开采、煤与瓦斯协同开采等问题的工程倒逼，也要求科研人员在原有的技术理论体系和规范标准上进行创新实践。与此同时，我们清楚地看到，科技发展日趋多元化，深部煤炭资源开发整体协调发展不仅是矿业相关学科的任务，同时也需要多门类自然学科和工程学科的跨界合作和共同努力。　　　　“十三五”以来，国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项正式启动，作为我国深地领域重大科技攻关任务，专项针对我国深部资源开采理论和技术需求，设置了开采板块，从基础研究、共性关键技术到应用示范基地的建设，全方位汇聚专家学者协同攻关，在科学开采、安全生产、清洁利用等方面，取得了丰硕的成果，大力推进了科学、技术和行业的融合提升，促进了煤炭工业的快速健康发展。　　　　当前在国家重大需求牵引、国家科技任务引导以及国内学者的踊跃参与和无私奉献之下，深部岩体力学与开采理论方面的研究上升到空前热度和更高水平，为了展示我国该领域相关理论与技术成果，《煤炭学报》特别组织策划本期专题，专题自征稿发布以来，受到了煤炭科技界同仁的高度关注。专题共收到来稿百余篇，最终录用18篇，专题稿件紧紧围绕3个主题进行报道，即：① 深部开采基础科学理论；② 深部矿产资源绿色开采关键技术；③ 深部智慧矿山技术。在此，对大力支持本专题的专家学者表示衷心的感谢！　　　　希望借助此次专题，深入交流深部岩体力学与开采理论方面的新理论、新方法、新技术以及新工艺，为国家煤炭科技事业的“十四五”和中长期发展提供积极良好的开端，也希望各行各业更多的科技人才和工程专家在煤炭科技领域扎根实干，为我国能源事业的发展而奋斗！

免费下载

煤炭学报

2021年第03期

1413

690
深部不同深度岩石脆延转化力学行为研究

作者(Author)：谢和平, 高明忠, 付成行, 鲁义强, 杨明庆, 胡建军, 杨本高

摘要：岩石脆延转化力学行为规律是深部岩石力学研究的重要内容之一，同时也是影响深地工程安全高效实施的关键因素。为研究深部不同深度岩石脆延转化力学行为差异性规律，以松辽盆地1000 m~6400 m不同赋存深度的砂岩、砾岩和安山岩为研究对象，开展了同一深度岩石不同应力水平下、不同深度岩石同一应力水平下以及不同深度岩石原位应力水平下的常规三轴实验，并采用峰前和峰后脆性指标分析了岩石的脆性特征，初步揭示了深部不同深度岩石脆延转化力学行为的关键影响因素与差异性规律。研究结果表明：不同深度岩石脆延转化并是非瞬时的，而是存在一个脆延性逐渐转换的应力区间。同一深度岩石不同应力水平下其脆延特征主要受围压影响。对于1600 m深砂岩，其脆性整体上随着围压的增大而减小，出现了从脆性—延性—应变硬化的转变，并且其峰后塑性逐渐增强，直到峰后呈现完全塑性。50 MPa~70 MPa应力水平范围为1600 m深砂岩的脆延转化区间；相同围压下不同深度岩石的脆延特征主要受其本身矿物组分的影响。对于松辽盆地岩石样品，其硬相矿物和中等相矿物的含量总体上随着深度的增加而增大，导致其脆性随深度的增加而增大，由浅至深表现出延性—脆延转化—脆性的特征；不同深度岩石原位应力水平下其峰后特征随着深度的增加呈现出不同的特征：1000 m~3500 m深砂岩表现出峰后应变软化特征、4800 m深砂岩和5100 m~5600 m深砾岩表现出峰后脆性特征、6400 m以深的安山岩表现出峰后塑性流动特征。岩石的脆延特征受诸多因素的影响，其中岩石的矿物组分和应力环境对其脆延特征的影响存在博弈现象。随着深度的增加硬相矿物和中等相矿物含量的增加会导致岩石的脆性增长，而岩石加载应力水平的增加，又会抑制岩石的脆性增长。研究结果有望指导深地科学探索及深地工程高效实施。

免费下载

煤炭学报

2021年第03期

3447

3176
2025年中国能源消费及煤炭需求预测

作者(Author)：谢和平, 吴立新, 郑德志

摘要：煤炭在相当长时间内依然是我国最重要的能源资源，为预测未来我国能源消费结构，尤其是煤炭消费需求，以更好的指导煤炭工业发展，系统分析了中国近20 a经济发展、各分能源消费、能源弹性系数等变化特点，根据变化情况对经济发展、能源消费和弹性系数等进行了阶段划分。采用弹性系数法预测了2025年中国能源消费总需求;提出了煤炭等各分能源增量对能源消费弹性系数贡献值的概念和计算公式，并采用分能源增量贡献值法测算了2025年我国煤炭、石油、天然气和非化石能源消费需求。研究表明:2000—2025年，我国经济发展可划分为规模速度型、中高速增长型和质量效率型增长3个阶段;能源消费总量可划分为更多依靠高耗能重工业的粗放发展、粗放发展向高质量发展过渡和新常态高质量发展3个阶段;能源消费弹性系数以及分能源增量贡献值也明显呈现出3个阶段特征。研究认为2025年中国能源消费需求为55亿~56亿t标准煤。其中，煤炭、石油、天然气、非化石能源消费需求分别为28亿～29亿t标准煤、11亿t标准煤、6亿t标准煤、10亿t标准煤,分别占能源消费总量的50%～52%,20%,11%,18%。中国能源消费结构将进一步优化，煤炭占比由2007年最高72.5%降至2018年59%，2025年进一步降到50%~52%;非化石能源占比由2018年的14.3%增加至2025年的18%。

免费下载

煤炭学报

2019年第07期

5070

1748
深部岩体力学与开采理论研究进展

作者(Author)：谢和平

摘要：随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭，深部矿产资源开采已然趋于常态。然而，由于深部岩体典型的“三高”赋存环境的本真属性及资源开采“强扰动”“强时效”的附加属性，导致深部高能级、大体量的工程灾害频发，机理不清，难以预测和有效控制，传统岩石力学和开采理论在深部适用性方面存在争议。国家“十三五”重点研发计划“深部岩体力学与开采理论”针对上述难题进行了系统研究，本文详细总结了项目研究进展，包括:① 初步形成了原位保真取芯、保真移位、保真测试的技术体系并开展不同深度原位恢复物理力学试验;② 系统探索了扰动条件下不同赋存深度岩体原位长期力学行为，构建了不同赋存应力环境的岩石动态本构模型;③ 提出了适用于复杂地质条件下深部非线性岩体平均应力与变形模量的关系式，开发了批数据处理网络(GMDH)算法反演深部地应力场，系统研究了岩石破坏过程中的能量积聚，能量耗散特性;④ 提出了“强扰动”和“强时效”特征的判定依据，探索了深部开采强扰动应力路径下煤体损伤规律及非连续支承压力理论，研究了深部开采强扰动煤体损伤破裂、能量演化及渗透特性;⑤ 建立了岩体介质复杂孔隙结构的三维可视化模型，实现了裂纹动态扩展过程中应力场的可视化，研发了可视化物理模型的三维应力场的冻结实验装置;⑥ 开展了深部硬岩矩形隧洞围岩板裂破坏的试验模拟，提出了深部近采场区域应力平稳释放理论与方法，研发并应用了深部硬岩高应力诱导与爆破耦合的破岩方法与技术;⑦ 概括了深部硬岩强卸荷下3种灾害模式的破裂孕育分异演化机制，提出了基于物质点原理描述岩体连续-非连续计算分析新方法，创新了硐室稳定的裂化-抑制支护方法;⑧ 分析了深部煤炭安全绿色开采的主要影响因素，初步构建了“高保低损”型深部煤炭安全绿色开采新模式;⑨ 建立了深部地下开采空间模型及生产计划动态优化模型，提出了深部掘进工作面卸荷技术、深部高应力矿柱一体化卸压控制对策以及深部卸压帷幕应力隔断技术。基于以上内容，初步构建了深部岩体力学与开采理论研究体系,以期为未来中国深部矿产资源开发提供理论基础与技术支撑。

免费下载

煤炭学报

2019年第05期

3071

2177
煤矿地下空间容量估算及开发利用研究

作者(Author)：谢和平, 高明忠, 刘见中, 周宏伟, 张瑞新, 陈佩佩, 刘志强, 张安林

摘要：以煤矿地下空间科学利用为主线,以提升煤矿地下空间综合利用为目标,系统调研分析了我国煤矿地下空间容量,首次绘制了全国生产煤矿井下可利用空间分布图、距地级市50 km内煤矿可有效利用的地下空间分布图、全国煤矿有序退出井巷可利用地下空间分布图,并由此建立了煤矿地下空间的判识和估算方法,对煤矿采空区可利用地下空间进行了估算。进行了不同开发利用功能的围岩适建性研究,提出了煤矿地下空间开发利用的六大设计原则和四大设计理念,系统提出了煤矿地下空间利用的方向、技术及构想。结合京西煤矿地下空间可利用容量、关停顺序和内外部建设条件提出了合理的开发利用规划目标,作为典型案例设计了京西煤矿地下空间开发利用的构想。

免费下载

煤炭学报

2018年第06期

1728

677