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“钱鸣高院士学术思想”专题

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钱鸣高，采矿工程专家，主要从事矿山压力与岩层控制研究。1932年12月出生于江苏省无锡市。1954年毕业于东北工学院（现东北大学）。1995年当选中国工程院院士。

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煤矿采场岩层运动与控制研究进展——纪念钱鸣高院士“砌体梁”理论40年

作者(Author)：王家臣, 许家林, 杨胜利, 王兆会

摘要：自1982年钱鸣高院士提出的“砌体梁”理论得到国际公认以来，煤矿采场矿山压力研究实现从定性假说到定量理论的跨越式发展。40年来，我国的采场岩层运动与控制研究已形成较系统的理论与技术体系，服务于煤炭安全、高效、绿色开采。以“砌体梁”理论学术思想为主线，综述了我国煤矿采场岩层运动与控制研究进展，并提出了今后需要发展的研究方向。“砌体梁”理论采用“梁”“薄板”模型分析基本顶破断规律，揭示了顶板断裂线位于采场煤壁前方；煤壁和矸石支撑下基本顶破断岩块回转挤压，咬合形成“砌体梁”结构；发现了“砌体梁”结构的滑落（S）失稳和回转变形（R）失稳模式，建立了S-R失稳的力学条件，提出了基于“砌体梁”结构平衡的顶板压力计算方法，首次实现了支架-围岩关系的定量分析。“砌体梁”结构采场矿山压力力学模型突破了传统定性假说，为保障煤矿的安全和高产高效作出了历史性贡献。“砌体梁”理论指导煤矿采场顶板控制取得系列进展，如支架-围岩三耦合关系、顶板动载荷模型、支架阻力确定的二元准则、中厚板模型、大空间采场远-近场模型等。在“砌体梁”理论的基础上，钱鸣高院士于20世纪90年代中期提出了关键层理论，建立了下至采场、上至地表全覆岩运动过程的力学联系，实现了采场矿压、岩层移动和地表沉陷研究的统一。“砌体梁”理论与关键层理论指导了我国煤矿采场矿山压力与岩层控制研究，在采场矿压控制、覆岩裂隙分布、采动应力分布、岩层移动与开采沉陷等方面取得重要成果，为煤炭绿色开采与科学采矿奠定了基础。岩层运动与控制理论的进一步发展需集中到岩层运动统一场理论，基于采动岩层控制的灾害防治与减损技术，复杂条件岩层运动规律，岩层运动可视化技术和智能岩层控制技术等方面。

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煤炭科学技术

2023年第01期

779

1598
钱鸣高院士寄语《煤炭学报》“新锐科学家”特刊

作者(Author)：钱鸣高

摘要：　　为全面展示我国煤炭行业青年学者的最新原创科技成果，鼓励我国煤炭行业青年科学家把更多的代表性科研成果发表在祖国大地上，助力青年科学家成长成才，《煤炭学报》编辑部于2021年第2期组织策划了“新锐科学家”特刊，专题稿件覆盖煤炭安全绿色开采、智能矿山建设、煤炭清洁高效利用等方向。值此特刊出版之际，中国工程院院士、采矿工程专家钱鸣高为《煤炭学报》第2期特刊撰写了寄语。　　　　中国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，也是世界上较早发现和利用煤炭的国家之一。几千年来，煤炭为我国的社会发展和国家能源安全稳定供应提供了有利保障。新中国成立70年来，一代代煤炭科技工作者为了煤炭的科学开采与清洁利用，不畏艰险，励精图治，开拓进取，薪火相传，攻克了一道道技术难关，取得了令世人瞩目的伟大成就，煤炭产量从2005年21.5亿ｔ增至2020年39亿ｔ，煤矿百万吨死亡率从2005年2.76降至2020年0.058。无数科技工作者用爱国、奋斗、奉献书写着煤炭事业蓬勃发展的宏伟诗篇。　　　　采矿是从环境中获取资源，由此带来开采与环境协调发展和保障开采的安全问题。显然，只有深入研究采矿的科学才能实现科学地采矿，这也是人类利用煤炭资源长期探索的问题。科学研究要有进入科学殿堂的虔诚精神，才能排除名利的干扰，才能逐步形成正确的思路；正确的思路源于实践，而研究的成果又必须回到实践中经受检验，因此科学研究中必须坚持“实践—理论—再实践”的完整过程；同时，在研究过程中要始终保持勤奋，要“勤于实践、勤于学习、勤于思考、勤于总结”，4方面缺一不可；在研究过程中还要不断注意“整体-局部”、“森林-树木”、“现象-本质”的关系，可以少走弯路，避免钻牛角尖；一个人的思维往往是不完整的，而集体的讨论能弥补不足，因此学术争鸣是形成完整学术观点的不可或缺的重要手段；做学问应该实事求是，谦虚谨慎。中国的煤炭行业在近几十年的高速发展中为了实现现代化，无论从科学技术、还是从经济和管理都经历了根本性的变化。近十几年我国煤炭产量世界第1，开采的地质条件极其复杂，仍然有不少煤炭开采中的理论和实践问题需要行业的科学工作者去提炼和总结，才能实现煤炭开采的科学技术世界第1。因此我期望能够后继有人，继续推进前人没有完成的研究工作，形成我们的体系，使煤炭工业的科学技术、经济和管理达到世界领先水平，实现真正意义上的科学采矿。　　　　青年科学家思维活跃，精力旺盛，作为科学研究领域的生力军，是实现我国煤炭工业科学发展的动力源泉。我们要不断营造有利于青年人才发展的制度环境。《煤炭学报》作为能源领域最具影响力的学术交流平台之一，创刊57年来，一直关注和支持青年科学家的成长，在各方面给予了青年人才更多机会。为响应习近平总书记“把论文写在祖国大地上”和“建设世界一流科技期刊”的号召，助力行业青年科学家成长成才，《煤炭学报》以“青年·创新”为主题，在2021年第2期特别组织策划了“新锐科学家”特刊。对促进青年科学家之间的交流，繁荣煤炭科技发展将起到积极的作用。　　　　煤炭资源是关系着一个国家能源安全和经济发展活力的重要战略资源，更是保障一个国家强盛发展的底气。党和国家领导人历来高度重视煤炭工业发展，指出在以煤为主体能源的大格局下，在发展新能源、可再生能源的同时，还要做好煤炭这篇大文章。探索一条煤炭行业安全、高效、绿色的发展之路，成为当下工作的重中之重。能源梦、强国梦的实现亟需我们科技工作者，尤其是青年科学家继续结合实际，扎根一线，以解决现场实际难题为导向，大力追求求真、独立、合作、质疑的科学精神，以一往无前的奋斗姿态和永不懈怠的精神状态，勇挑重担、潜心科研，在新时代新征程中留下自己的奋斗足迹，以优异的成绩向中国共产党百年华诞献礼。　　　　希望《煤炭学报》以此次特刊为契机，今后更加关注和支持青年人才的成长和进步，在营造有利人才成长氛围和搭建人才成长平台上狠下功夫，注重在期刊出版活动中发现人才、培育人才、凝聚人才，使学报成为科技创新人才的重要孵化基地，为我国煤炭工业高质量发展不断培养更多的领军人才。　　　　　　　　 2021年2月8日

煤炭学报

2021年第02期

1424
采场支架围岩关系研究及支架合理额定工作阻力确定

作者(Author)：张可斌, 钱鸣高, 郑朋强, 王以功, 代进, 宋来智

摘要：依据支架围岩关系调压试验曲线,从定性定量2个方面论证了它们之间关系。从控制角度出发,采场上方直接顶岩层运动与支架额定工作阻力关系是必须控制与必须被控制关系,称为"必控岩层",其定量关系为Pze=hzγz。基本顶岩层运动与支架额定工作阻力关系是程度控制与被程度控制关系,称为"程控岩层",呈"双曲线"关系,导出了它们之间关系数学力学公式,即Pre=QSm/2Sx。支架额定阻力与整体弯沉带岩层运动关系是不可以控制也不可以被控制关系,称为"不可控岩层",其定量关系为Pb=0。分析了调压试验曲线特征、存在条件及双曲线在坐标系中位置影响因素。依据支架围岩呈"双曲线"关系数学力学模型,确定了支架控制整个采场上覆岩层运动具备合理的额定工作阻力。

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采矿与安全工程学报

2020年第02期

344

188
煤炭开采与岩层运动

作者(Author)：钱鸣高, 许家林

摘要：采矿是从地层内获取煤炭资源的过程，是一次对矿区地层的扰动，必然引起岩层运动和地层内应力场与裂隙场的改变，从而影响矿压显现、地下水流失和地表沉陷等安全与环境问题。因此，采动岩层运动及其对安全与环境的影响规律是煤炭开采的基础科学问题，对这些规律的认识将提高煤炭开采的科学性。由于采动岩层运动的复杂性，至今仍然有很多问题没有解决。介绍了采动覆岩运动的块体结构形式、岩层运动对工作面空间维护的影响、岩层运动对覆岩裂隙演化与地下水和地表沉陷等环境问题的影响、岩层运动对采动应力场影响等方面的研究进展与存在的主要问题，明确了岩层运动研究的重点和方向。结果表明:采动岩层运动是一种坚硬岩层破断前的应力集中和破断后形成块体的力学行为，坚硬岩层的破断和块体运动具有突变和不连续性，破断块体互相咬合可能形成“大变形”结构，块体咬合结构的S-R稳定性将对矿压显现、采动裂隙和地表沉陷等产生重要影响。岩层运动是一个“黑箱”，目前仅仅在控制原理上得到解释，达到“灰箱”程度。因此，岩层控制在很多场合只能是“宏观”控制。“砌体梁”结构力学模型的建立明确了支护原理和支架工作阻力估算原则。一般情况下，按照4~8倍采高岩柱自重估算支架工作阻力可以满足工程需要，在大采高或薄直接顶、浅部开采、特殊压架条件等情况下支架工作阻力估算应采用上限，个别条件下单纯提高支架阻力仍无法彻底解决压架问题，还需配套实施相关工程措施加以防范。根据覆岩关键层破断块体结构的稳定性，将我国不同表土层条件下的地表沉陷划分为3种类型，提出应根据地表沉陷的不同类型进行预测、控制与选择复垦方法。关键层的赋存与破断特性对采动应力分布影响显著。目前，由于应力集中引起的事故比瓦斯事故更难以预防，为此，深部和构造应力集中区域只能开设试验矿井。

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煤炭学报

2019年第04期

2481

2180
岩层控制与煤炭科学开采——记钱鸣高院士的学术思想和科研成就

作者(Author)：许家林

摘要：全面总结了钱鸣高院士在岩层控制与煤炭科学开采领域的学术思想和科研成就,主要包括:采场上覆岩层活动规律与"砌体梁"结构力学模型、采场支护整体力学模型、岩层控制的关键层理论、煤炭资源的绿色开采与科学开采等方面。"砌体梁"结构模型是迄今解释采场矿山压力最完善的力学模型,是对传统定性假说的重大突破,是钱鸣高院士学术思想的基础。以此为基础,他带领团队创立了一套比较完整的煤矿采动岩层控制理论与技术体系,科学地解释了采动岩层破断运动过程中的矿压显现、裂隙演化、应力场变化和地表沉陷等一系列采动岩体活动规律,建立了定量分析的力学模型和设计方法,形成了相应的控制技术。由此发展到绿色开采和科学采矿,对学科的发展产生了深远影响,在推动我国煤炭科技的发展和实现科学开采方面作出了重大的历史性贡献。

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采矿与安全工程学报

2019年第01期

526

460
再论煤炭的科学开采

作者(Author)：钱鸣高, 许家林, 王家臣

摘要：科学采矿是指在保证安全的前提下、在环境容量的允许范围内,经济、高效、高采出率地采出煤炭。从人与自然相处的三大学问“获取—使用—回归”出发,再次明确了科学采矿的内涵与框架。综述了科学采矿理念指导下我国煤炭行业所取得的各项进展,分析了新形势下科学采矿面临的若干问题,并再次阐明了发展科学采矿的必要性。在此基础上,提出了全面实现科学采矿的条件,重点应从制定新建矿井准入标准、制定落后产能退出标准、分步实现科学产能以及加强行业协调和政策法规完善等方面做好煤炭科学开采的顶层设计,同时还要加强煤炭资源经济规律研究、加大科技投入和技术攻关以及改革人才培养模式。对煤炭的科学开采和煤炭行业的健康发展提出了方向性的意见。

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煤炭学报

2018年第01期

2680

934
为实现由煤炭大国向煤炭强国的转变而努力

作者(Author)：钱鸣高

摘要：为保障国家经济社会的快速发展,煤炭行业竭尽了全力,作出了贡献。为适应常态化的供给侧改革,煤炭行业必须研究资源经济学、环境经济学,研究煤炭开采和利用及其与环境协调的科学技术,以实现煤炭在保证安全、保护环境的前提下开发,在环境容量内使用。煤炭行业必须走安全绿色高效发展之路,实现由煤炭大国到煤炭强国的转变。而要实现向煤炭强国的转变,需要更多一流人才的支撑。我国煤炭类相关高校在人才培养方式上亟须加快改革创新。

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中国煤炭

2017年第07期

811

378
加强煤炭开采理论研究实现科学开采

作者(Author)：钱鸣高

摘要：中国工程院院士钱鸣高教授在《中国能源报》发表评论文章,指出目前我国煤炭开采存在的主要问题,而解决这些问题,需要加强煤炭开采的理论研究,实现煤炭的科学开采。本刊全文转载这篇文章(标题略加修改),以飨读者。

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采矿与安全工程学报

2017年第04期

944

469