鮮學福（1929年1月—），礦山安全技術(shù)專家，中國工程院院士，煤層瓦斯（煤層氣）基礎(chǔ)研究的開拓者。長期致力于礦井煤層氣理論及其工程應用的研究，通過理論和實踐驗證解決了國際上有爭議的瓦斯吸附鍵問題，建立了煤與瓦斯突出潛在危險區(qū)預測的力學方法。先后獲國家科技進步獎3項， 2019年榮獲“慶祝中華人民共和國成立70周年”紀念章及“最美奮斗者”稱號。
1949年，鮮學?？既胨拇ㄊ×⒔逃龑W院數(shù)學系。1950年，為了國家需要，他改學工科，重新報考大學。
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下“終身獻身煤礦事業(yè)”。今天看來，他實現(xiàn)了當初的諾言。改革開放以來的40年，鮮學福一直緊盯國家能源需求，為我國礦山安全技術(shù)及工程領(lǐng)域、礦井煤層瓦斯開采理論及工程應用等領(lǐng)域的研究作出了巨大貢獻。
01
敢為人先 在國內(nèi)率先組織攻克近距離保護層開采及瓦斯抽采國際性難題
20世紀60年代，國家經(jīng)濟建設(shè)急需能源方面的工程技術(shù)人才，鮮學福被派赴蘇聯(lián)留學，學習蘇聯(lián)當時很熱門的水力采煤技術(shù)。就在鮮學福學成歸國準備大展拳腳的時候，蘇聯(lián)的水力采煤技術(shù)因其固有的缺陷在國內(nèi)已逐漸被淘汰，水力采煤礦井所剩無幾，這幾乎讓他赴蘇聯(lián)所學技術(shù)毫無用武之地。
但隨著煤礦安全生產(chǎn)問題日益突出，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?？丛谘劾?，急在心里。由于當時中國在治理煤與瓦斯突出時，基本上都是照搬蘇聯(lián)經(jīng)驗。鮮學福說，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煤層的上（或下）部先開采保護層來保護突出層。當用層間距60米以下的上保護層和層間距10米以上的下保護層開采危險層時，整個開采階段都將受到保護，同時指出，由于開采保護層將造成鄰近卸壓層向保護層涌出大量瓦斯，為此要進行打鉆預排瓦斯，并加以利用。當時重慶的南桐、中梁山煤礦下保護層開采都面臨層間距小于10米的保護層開采問題，而近距離開展保護層開采風險系數(shù)極大，國外也尚無成功先例，可否突破外國的經(jīng)驗？
帶著這個挑戰(zhàn)，鮮學福開啟了他學術(shù)生涯的第一次轉(zhuǎn)向。20 世紀60年代初，他組織重慶大學釆礦系在南桐礦務局開展保護層開采防治瓦斯災害方面研究的老師，開展了近距離保護層開采及瓦斯抽放方面的研究。終于在60年代中期，鮮學福組織的科研小組經(jīng)過堅持不懈的試驗，最終取得技術(shù)突破，在重慶南桐礦務局成功實施了近距離開采保護層抽放瓦斯的工程實踐，攻克了近距離開采保護層抽放瓦斯這一具有極大風險的國際性難題，使我國成為世界上最早實踐近距離煤層保護層開采及瓦斯抽放技術(shù)的國家。
此后，又在此基礎(chǔ)上與博士生孫培德合作研究建立了開采保護層雙層和多層系統(tǒng)越流的固氣耦合滲流計算方法，并解決了鄰近層有效保護范圍的劃分問題。在20世紀70年代，鮮學福就提出煤層中的瓦斯不僅是致災因素，也是一種較潔凈能源和資源的學術(shù)觀點，使我國煤礦瓦斯安全工作重點逐漸由治理措施轉(zhuǎn)化為防治結(jié)合，采煤前先對瓦斯進行抽采，化害為利，從源頭上對瓦斯災害進行防治，并對瓦斯資源加以利用。
鮮學福和他的團隊在煤與瓦斯突出災害的防治方面開展了大量理論和實踐研究，其分管的項目在1978年召開的全國科學大會上獲獎。
02
探幽入微 解決煤與瓦斯突出機制研究的國際爭議
1978年3月18—31日，黨中央、國務院召開了規(guī)模盛大的全國科學大會，明確了“科學技術(shù)是生產(chǎn)力”的馬克思主義基本論斷，打開了解放思想的先河，確立了尊重知識、尊重人才的根本方針，迎來了中國歷史上燦爛的科學的春天。
對此，鮮學福感同身受。和全國眾多科技工作者一樣，鮮學福學術(shù)和教學生涯中的黃金時期，就是從這個春天開始的。1978年以后，鮮學福得以全身心地投入中斷多年的煤與瓦斯突出災害防治研究中。
對于瓦斯抽采工程實踐及煤與瓦斯突出機制的研究，厘清甲烷分子與煤表面分子的相互作用機制至關(guān)重要。20世紀80年代末到90年代初，國際上對這一問題尚無定論，多數(shù)學者認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)學者，如愛丁格爾、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鍵，且一般是亞穩(wěn)態(tài)的。
為解決這一學術(shù)爭議，1984—1995年，鮮學福院士打破學科界限，率先開展學科交叉研究，吸納化學學科的學生加入團隊，采用X射線散射、紅外光譜、CT掃描技術(shù)多種表征測試手段，從分子水平上研究了甲烷在煤中的吸附（解吸）過程，掌握了煤表面與甲烷分子相互作用勢的大小、分布，以及吸附態(tài)的特征和實驗測定，得出非極端條件下煤與甲烷的相互作用力為范德華力。
在當時的條件下，雖然可用于分子與固體表面相互作用研究的實驗技術(shù)很多，但都無法用于對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，鮮學福帶領(lǐng)團隊嘗試了用現(xiàn)場低溫紅外光譜對甲烷在煤中吸附進行實驗測定。結(jié)合量子化學計算方法和現(xiàn)場低溫紅外光譜實驗對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，當甲烷在煤核表面呈正三角錐重疊式吸附時能量最低，相互作用勢最大，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，吸附過程為物理吸附，從理論和實驗上解決了尚有爭議的甲烷與煤表面作用的吸附鍵屬性問題，為煤與瓦斯突出機制的研究及瓦斯抽采技術(shù)的開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
03
另辟蹊徑 建立煤與瓦斯突出災害預測新方法
據(jù)資料記載和不完全統(tǒng)計，從1834年法國魯阿雷煤田依阿克礦發(fā)生第一次煤與瓦斯突出以來，世界上有包括中國在內(nèi)的20多個國家發(fā)生了4萬次左右煤與瓦斯突出災害，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）。長期以來，世界各國眾多科學家開展了對這一科學問題的研究，特別是俄羅斯和中國，在突出的防治方面已經(jīng)取得了一定成績，但煤與瓦斯突出災害現(xiàn)象仍時有發(fā)生。
在鮮學?？磥恚号c瓦斯突出，實際上是一種礦山工程地質(zhì)災害，它的防治包括了要闡明突出發(fā)生的機制，找到其預測預報方法，開發(fā)出其監(jiān)測手段和制定出與其對應的防治措施，其中最核心的科學問題是機制與預測，而關(guān)鍵技術(shù)難點也在這里。這一核心問題的研究不僅涉及地質(zhì)與工程科學，還涉及與它們相關(guān)的物理、化學、力學和數(shù)學等學科。
對煤與瓦斯突出潛在危險區(qū)的預測在瓦斯災害防治中至關(guān)重要，長期以來，對這一問題的研究大多停留在定性研究階段。煤礦生產(chǎn)的實踐表明，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)就位于一個礦井的地質(zhì)構(gòu)造變動帶。為探究該現(xiàn)象發(fā)生背后的原因，鮮學福帶領(lǐng)團隊從力學的觀點出發(fā)，認為該現(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)，同時也與地質(zhì)構(gòu)造帶中煤巖體的物理力學性質(zhì)發(fā)生了相應的變化有關(guān)。
鮮學福認為，只要在礦井建設(shè)前和生產(chǎn)期間能取得較為詳細的地質(zhì)資料，按力學的思路進行地應力測試，并有針對性地獲取煤巖物理力學性質(zhì)，就可以用力學的數(shù)值方法來進行礦井煤與瓦斯突出潛在危險區(qū)的預測。
基于該思路，鮮學福提出了一種利用凱塞爾效應測地應力的方法，用該實驗方法證明了復合巖石和含瓦斯煤的應力應變規(guī)律與單一巖石和煤具有一致性，為數(shù)值計算含瓦斯復合煤巖本構(gòu)方程的選擇提供了依據(jù)?；趯嶒灲Y(jié)果，在德魯克- 布拉格強度準則的基礎(chǔ)上，建立了充瓦斯煤巖斷裂破壞的應力強度和應變強度準則，并提出了用穩(wěn)定性系數(shù)來劃分突出潛在危險區(qū)的方法。
在研究中，鮮學福從不滿足于一般性的理論推導，不管這種推導在邏輯上有多嚴密，仍要通過數(shù)值計算及與室內(nèi)實驗、現(xiàn)場應用結(jié)果進行比對，反復驗證。基于此，鮮學福將提出的這種煤礦井工開采預測煤與瓦斯突出潛在危險區(qū)的方法在重慶南桐魚田堡煤礦、硯石臺煤礦、水江煤礦，四川芙蓉巡場煤礦、綠水洞煤礦和河南平頂山八礦等多座煤礦進行了應用，證明了發(fā)生突出的區(qū)域與預測結(jié)果具有很好的一致性，驗證了方法的可靠性。
04
引領(lǐng)前沿 在國內(nèi)推進了國際上首次超臨界二氧化碳壓裂現(xiàn)場試驗
在科研的道路上，鮮學福永葆一顆求索求真之心，始終關(guān)注學術(shù)前沿并保持敏感性。21世紀，針對我國天然氣對外依存度越來越高，嚴重威脅我國能源安全的問題，結(jié)合重慶作為全國頁巖氣開發(fā)主戰(zhàn)場的地緣優(yōu)勢，鮮學福帶領(lǐng)團隊把科研重心轉(zhuǎn)向了頁巖氣開發(fā)領(lǐng)域，在國內(nèi)較早地開展了頁巖氣開發(fā)的研究。
針對我國頁巖氣地質(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)境污染問題突出等問題，2009年，鮮學福推進了與國內(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化頁巖氣開發(fā)及地質(zhì)封存一體化的學術(shù)思路，即利用超臨界二氧化碳代替水作為壓裂液改造儲層，同時置換頁巖氣，提高采收率，并最終實現(xiàn)二氧化碳的地下封存。基于該思路，他推薦申請的“超臨界二氧化碳強化頁巖氣高效開發(fā)基礎(chǔ)”973項目成功獲得立項，目前基于該方面的研究，已成功實施了國際上首次超臨界二氧化碳壓裂現(xiàn)場試驗，為我國頁巖氣高效開發(fā)和二氧化碳大規(guī)模減排提供了重要支撐。
在鮮學?？磥恚蒲腥藛T必須秉承客觀中立的態(tài)度，求真求實。近年來，針對頁巖氣大規(guī)模開發(fā)存在潛在的環(huán)境及地質(zhì)災害風險問題，他多次呼吁科研人員應該秉承客觀中立的態(tài)度對該問題加以研究，基于科學事實為頁巖氣開發(fā)過程環(huán)境風險及災害防控提供依據(jù)。
在科研和學術(shù)的道路上，鮮學福始終保持謙遜謹慎的作風，他認為每個人都有自身的局限性，不可能樣樣都懂，樣樣都精。對于不是自己研究領(lǐng)域的問題，他從不輕易發(fā)表意見。曾有研究人員邀請鮮學福為自己的著作寫序，因該書不是他的研究領(lǐng)域，鮮學福以無從對書籍的科學性和嚴謹性做判斷為由婉拒，但隨后又專門引薦了專業(yè)的教授為該研究人員作序。
參加學術(shù)會議鮮學福也有自己的原則，他只參加和自己研究領(lǐng)域相關(guān)的會議，如果要作學術(shù)報告，對報告內(nèi)容他會反復推敲，涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)會反復核實，且報告內(nèi)容絕不與之前的重復，同一報告不會講兩遍。
05
躬耕杏壇 立德樹人桃李芬芳
1956年，鮮學福到重慶大學任教，60多年來，培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀學子，這些學生中不僅有院士、中央委員、省部級官員、廳局級官員，還有各條戰(zhàn)線的學術(shù)和技術(shù)骨干。
“這里最好的學風就是踏實，這一點很重要，科學就是實事求是，而實事求是就要求我們踏踏實實地干。我們送出去的學生也總能得到這樣的評價。”鮮學福對此感到驕傲。
到90歲高齡，鮮學福依然還在精心輔導學生，他修改的論文，每一頁都布滿了鉛筆寫下的修改批注，大到結(jié)構(gòu)調(diào)整，小到標點符號，有的地方還有橡皮擦反復擦拭的痕跡……這些痕跡表明，每一處修改批注都是鮮學福反復斟酌后寫下的。
鮮學福說：“青年一代是我們國家建設(shè)的接班人，老師對他們的培養(yǎng)，除傳道授業(yè)外，就是事事處處都要以身作則，為他們樹立榜樣，也就是身教要重于言教?！?/span>
位于重慶大學采礦實驗大樓的辦公室是1999年鮮學福當選院士時裝修好的，被隔成了秘書的工作間和他的書房。書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滿了筆記，字跡極為工整。
這間辦公室不大，門牌也被鮮學福叫人取了下來。“鮮老師不讓裝，這樣可以少些打擾”，秘書說。屋里大部分空間都被書占據(jù)了，就連辦公桌旁的窗臺上，都壘著高高的舊書。十幾年前，鮮學福聽說重慶大學圖書館在清理舊書，立即請了兩個人去挑了兩擔舊書回來。這些舊書，大都是俄文專業(yè)書籍。鮮學福年輕時的許多積淀與靈感，都來源于這些舊書。之所以把這些舊書找回來，是因為鮮學福覺得里面還有可供學習的內(nèi)容。他在辦公室把這些舊書重新整理了一遍，怕學生看不懂俄文，又將重要內(nèi)容用中文翻譯并摘抄下來。
這些資料筆記現(xiàn)在已經(jīng)壘了半米多高，一字一句都是鮮學福留給學生們的寶貴財富。
學生們?nèi)滩蛔「袊@說，幾十年過去了，許多東西都變了，唯獨鮮老師，一點都沒變。
在學生們的印象中，鮮老師總是最早來到實驗樓。每天早上7點多，司機準時開車到他家樓下，為了不讓司機等候，鮮學福總會比約定的時間早到一些。周末的時間，他便讓司機休息，自己步行到辦公室。
多年以來，鮮學福僅給自己安排了除夕到初三這4天假期。工作時間就到辦公室看書學習，有時也親自翻譯俄文資料，風雨無阻。進入耄耋之年后，除了教學和鉆研，鮮學福還喜歡上了作詩。在一幅題詞中，他有感而發(fā)：“往事如煙隨風去，人情冷暖留人間。萬事萬物多奇妙，樂在對其探索中。人生在世難長久，夕陽美在晚霞紅。”鮮學福把這幅題詞送給他的學生們，鼓勵他們要對世界抱有好奇心，學會享受科研的樂趣。
鮮學福很少和旁人提及自己的人生追求。幾年前，他在自己的個人總結(jié)中這樣寫道：“我的求學之路一直在警示我，學海無涯、人生苦短、珍惜時光、多干實事、回報祖國，這才是人生之所在?！滨r學福一直是這樣踐行這一人生追求的。
來源：《科學家精神叢書》
