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扎根煤矿取真经

——记国家科技进步二等奖获得者中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院教授聂百胜

2020-5-12 7:31:11 来源:中国矿业报 作者:李静

今年初以来,新冠肺炎疫情在全球多地爆发,这让中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院的教授聂百胜随时绷紧了心弦。

大年初三,他就给两个博士生安排了与疫情相关的研究任务。他要求,一名博士生要依据不同地区不同的土地面积、人口密度、发病数据等信息指标建立风险模型,对新冠肺炎疫情的传播进行科学风险评估;另一名博士生则依照粉尘、喷雾实验模拟新冠病毒的空气飞沫传播,分析在不同环境条件下,不同年龄、性别、体质的人喷射出的颗粒在空气中的分布、力度、运动轨迹等传播状态,研究不同口罩的防护等级和防护距离。

聂百胜

针对一名应届硕士生的毕业论文,他也提出了增加实证分析新冠病毒信息传播方式的内容的建议,完善对事故信息传播理论及应用的研究。聂百胜还就应急响应的制度保障和管理方法进行了深入思考。这既能为一线疫情防控贡献智慧力量,也与他们面向实际控制甚至消除安全风险的日常科学研究和技术攻关一脉相承。

“安全风险”就像戴在头上的“紧箍咒”。在日常工作中,聂百胜教授时刻紧绷安全弦,他扎根煤矿,长期奋战在矿山安全、瓦斯灾害防治的教学与科研一线,并取得了一系列创新性成果。

深入现场解决工程难题

一次,在阳泉煤矿调研瓦斯治理,聂百胜正在矿井尾巷里观察瓦斯抽放孔,突然一块大石头从天而降,砸在他身后。虽说是有惊无险,但这件事对他的触动很大。在以后的工作中,他会时刻提醒自己,做工程项目时一定要注意现场的复杂性,考虑到各种风险,尤其要顾及每天下井的工人,不断反思自己的技术服务和装备研发究竟能在多大程度上给他们带来技术上的进步、操作上的便捷、效率上的提升以及安全上的保障。

自从进入煤矿安全技术领域,下井对聂百胜来说是家常便饭,年轻时,一年中常常有六七个月都是在矿上度过的。那时候,他与现场的工程技术人员打成一片,天天一起下井、一起做科研、一起写报告,从这些同甘共苦过的兄弟身上,他更深切地体会到深入采矿一线对解决工程实践问题的重要意义。

如今承担了许多管理工作,聂百胜已经不能像当初那样频繁下井,但那些年积累的经验使他受益匪浅。他会经常鼓励年轻人要多了解现场,这样才能为他们未来的科研工作奠定坚实的基础。他说:“发论文不是目的,解决现场工程实际的难题才是科研的根本目标和初心。”

投身科研收获学术成果

科研的主要动力来源于浓厚的兴趣,对未知的好奇和对解决问题的执着是聂百胜在科研攻关之路上取得胜利的关键。

管道中爆炸火焰的传播速度,对抑爆装置安放有重要的指导作用,在研究中,聂百胜采用通过高速摄影观察火焰锋面的方法,但由于实验设备视窗面积有限,在无法观察到火焰锋面时如何计算火焰传播速度成为研究进度的阻碍。研究团队迟迟没有进展,聂百胜决定自己来完成。

工作中的聂百胜(中)

处理完一天的工作,他静下心来独自在办公室用相关系数法在编程软件上计算相邻两幅图的变化,找到突破口后,用循环计算的方式计算海量图像。原以为会很快收工,但在计算中聂百胜却发现一部分数据与预想结果不一致,于是他又钻进了那成千上万张图像中,仔细查找火焰的变化规律,思考是什么原因导致了这样的情况。终于,一部分逆行状态的火焰跃入了眼帘,对照异常数据恰好与其时间相吻合,欣喜之余,他重新计算了数据。再抬眼,已是凌晨四点了,聂百胜索性和衣躺在沙发上,凑合到天亮。熬夜对聂百胜来说已经习以为常,一旦钻到一个问题里,不论多晚,他都会抽丝剥茧般弄明白才肯罢休。

他作为第二完成人和北京理工大学、中煤科工集团重庆研究院等单位联合承担了国家科技支撑计划、国家自然科学基金“易燃易爆危险物质爆炸防控关键技术与装备”项目。在项目中,聂百胜进行了大量实验,深入研究了瓦斯煤尘爆炸的引爆火源特征,辨识火焰的强度幅度等能量信息谱,提出了爆炸火焰表面分形维数的计算方法,利用图像处理方法计算瓦斯爆炸火焰传播速度场和温度场,揭示了瓦斯爆炸火焰的微观结构。同时,他还针对爆炸的传播规律和致灾效应,研究了泡沫陶瓷等多孔材料对易燃易爆介质爆炸的抑爆、阻隔爆特性,发明了多次和连续爆炸阻隔爆的技术方法,从理论、技术和装备等多方面突破了爆炸全流程中许多尚未解决的问题。

这些年,聂百胜围绕着“煤矿煤岩瓦斯动力灾害预防理论与技术”这一主线,遵循着从理论研究到技术服务,再到装备研发的道路探索。理论是基础,没有理论支撑,技术开发是无源之水、无本之木,而技术服务要立足于现实,难以做到广泛覆盖,因此,聂百胜认为要将技术转化为装备,广泛应用在成百上千座矿井中,更好地发展生产力。

他利用小角X射线等方法测试分析获得了煤的纳米孔隙结构特征,揭示了煤吸附瓦斯的本质机理和瓦斯扩散微观机理,建立了定量估算煤体瓦斯吸附力理论模型,提出了瓦斯在煤体中解吸、扩散和渗流的三级运移模型;首次构建了能够模拟工程地层和开采应力条件的突出相似模拟试验装置,揭示了突出能量演化过程,提出了突出发生的微观作用假说。同时,基于力电耦合模型建立了煤与瓦斯突出、冲击矿压等煤岩动力灾害的三级预警准则以及煤岩破坏电磁辐射预警理论及技术体系,开发了脉动高压注水防治煤岩动力灾害的技术和装备。这些创新先后荣获国家科技进步二等奖两项,协会一二等奖8项,以及国家“万人计划”科技创新领军人才、中国青年科技奖、教育部新世纪优秀人才、北京市科技新星、霍英东青年教师基金、孙越崎青年科技奖、全国煤炭教育先进个人等荣誉。

放眼未来开拓发展方向

2018年12月,中国矿业大学(北京)围绕矿山安全生产、灾害预防、事故应急处置与救援等方面,成立了应急管理与安全工程学院,在原有防火、防瓦斯、防尘等煤矿安全基础上逐渐扩大研究领域,设立了应急与安全管理、火灾与消防工程、工业安全与职业危害和城市公共安全四个研究所开展学术研究和教学。聂百胜担任学院副院长,同时在城市公共安全研究所供职。他们在传统的水灾、火灾、城市地下管网等的安全风险评估、预警和防治方面不断突破,结合大数据建立“智慧大脑工程”,开发APP,精准保障园区、企业安全;利用直升机、机器人等新技术发展“天地一体化”对事故进行应急立体监测,科学评估灾害信息,选择时机和应对方式,避免造成救援二次伤害。学科紧紧围绕双一流建设,逐步与国际接轨,从先进迈入领先行列。

在聂百胜一直从事的煤炭安全领域,多年来,煤炭的宏观、细观、微观理论研究都有长足的进步,受技术手段限制,微观领域还有许多未知等待被发现,他就把未来的理论研究方向重点集中在灾害发生的微观机理上。科研成果想要推陈出新,总要独辟蹊径探寻新方向。技术方面,聂百胜也有许多新思路。

以前,他主要研究井下煤尘爆炸的要素特征以及如何防爆抑爆,重心停留在防灾减灾上。现在,他开始思考煤尘爆炸能否直接原位发电,充分利用爆炸产生的能量,变灾害为动力。这将极大降低煤炭开采的工作量,减少运输成本,实现零排放,还原绿色矿山。低浓度瓦斯利用也是他研究的重要课题。目前,我国每年大约要排放300亿立方米的低浓度瓦斯,而它所产生的温室效应是二氧化碳的24倍,因此,低浓度瓦斯利用对节能减排意义重大。为降低安全风险,他还在进行电爆破技术研究。这些方向都有着广阔的学术前景和应用价值,聂百胜希望这些研究能为我国的生产安全、绿色发展增添助力。

春风化雨耕耘桃李满园

当年为学,尊师的谆谆教诲言犹在耳;而今为师,聂百胜也在为自己的学生讲述自己的的体悟。老师与学生的交流,最初可能只源于一个知识点,随着接触越来越多,思维方式会在潜移默化中改变,最终也是最重要的影响则是人生观。聂百胜常对学生们说:“不怕你们在上学这三年内埋怨我,就怕你们在毕业后埋怨我。”

每个月,聂百胜都要组织学生们召开一到两次讨论会,解决当前面临的问题,推动下一步的研究。他总是提醒学生们要有战略眼光,结合国家需求思考问题,更宏观、更全面地把握方向;同时,做科研也要接地气,带着工程问题有目标地研究,做到理论与实践相结合,还要快速适应社会发展,持续学习,不断跟进,借鉴新理论、新技术,在学科交叉中获得新思路,维持创新能动力。他相信,“心有多大,舞台就有多大”,只要能突破自己的思维局限,未来的路无限广阔。

在学业方面,聂百胜是一位严师;在生活中,他是一位慈父。发现有郁郁寡欢的学生,他始终密切关注,私下与学生聊天帮他排解郁闷,战胜困难;也有学生突然遭遇家庭变故,聂百胜联合几位老师凑钱支援学生,引导他正确应对,走出人生低谷,学生多年后对老师的关怀仍念念不忘。聂百胜在学校里把学生当作孩子一样呵护,但他也不忘叮嘱学生要成长为社会人,能够自己独当一面,承担起保护自己、服务社会的责任。

“蚕丝吐尽春未老,烛泪成灰秋更稠,春播桃李三千圃,秋来硕果满神州。”聂百胜办公室的墙上挂着这样一幅书法,笔触略显稚嫩,却挡不住字里行间的真诚。这是聂百胜的女儿送给父亲的生日礼物。怀揣着孩子的敬意,聂百胜将会继续在为师为学的道路上勤勤恳恳,在科技攻关的征途上勇挑重担。□

网站编辑:宫莉

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