煤，通過(guò)燃燒自己，帶給人類溫暖和光明，因此被稱為“烏金”和“太陽(yáng)石”。煤炭是我國(guó)的主要能源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有十分重要的戰(zhàn)略地位。但在煤炭開(kāi)采的過(guò)程中，煤礦安全事故就像一個(gè)吃人的“怪獸”，奪走了許多礦工的生命，而礦井瓦斯又是造成煤礦重大惡性災(zāi)害事故的主要原因。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)周世寧教授在向記者介紹煤層瓦斯流動(dòng)理論時(shí)說(shuō)，研究瓦斯在煤層中的流動(dòng)規(guī)律和含瓦斯煤的流變破壞機(jī)理是防治礦井瓦斯事故的重要理論基礎(chǔ)。煤層中的瓦斯氣體90%以上以吸附態(tài)存在，這使得它既不同于對(duì)煤無(wú)吸附性的氣體,又不同于水。認(rèn)識(shí)瓦斯這種特殊氣體在煤層中的儲(chǔ)運(yùn)規(guī)律和對(duì)煤力學(xué)性質(zhì)的改變作用，是防止瓦斯事故的首要課題。
周世寧教授1953年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)學(xué)院采礦系，后留校從事教學(xué)和科研工作。在長(zhǎng)期的瓦斯防治研究中，他創(chuàng)建了煤層瓦斯流動(dòng)理論體系，從本質(zhì)上闡明了煤礦中的瓦斯來(lái)源及賦存條件，為減少瓦斯災(zāi)害做出了重大貢獻(xiàn)。1993年，他的“煤層瓦斯流動(dòng)規(guī)律研究”獲國(guó)家自然科學(xué)四等獎(jiǎng)。
通過(guò)對(duì)煤層瓦斯流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究,周世寧教授發(fā)明了測(cè)定煤層瓦斯參數(shù)的技術(shù)，其中“煤層透氣系數(shù)測(cè)定方法”在1983年獲煤炭工業(yè)部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，“膠圈-玉力粘液封孔測(cè)定煤層瓦斯壓力的裝置”獲1986年國(guó)家發(fā)明三等獎(jiǎng)。
周世寧教授在1986年獲得全國(guó)優(yōu)秀科技工作者稱號(hào)和全國(guó)“五一”勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)?1999年當(dāng)選為中國(guó)工程院院士,2001年被教育部任命為高等學(xué)校地礦學(xué)科第一屆教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任。
陽(yáng)春三月，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū)已是花團(tuán)錦簇，一派生機(jī)盎然的景象。在校區(qū)西二樓的家中，周世寧院士接受了《當(dāng)代礦工〉雜志記者的專訪。周院士給人的第一印象是和善、謙遜，哪怕是對(duì)慕名而來(lái)者也是恭敬有加、彬彬有禮，且思路敏捷,語(yǔ)調(diào)平和舒緩，不急不躁,讓記者領(lǐng)略到了他剛?cè)嵯酀?jì)、孜孜探求的性格。
周院士是煤礦安全工程學(xué)家，煤層瓦斯流動(dòng)理論的創(chuàng)立者。當(dāng)談起在中國(guó)礦業(yè)學(xué)院上學(xué)時(shí),他說(shuō):“我并不是由于熱愛(ài)煤炭行業(yè)才學(xué)采礦的。當(dāng)年，我是在復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系讀書，我的哥哥在上海交通大學(xué)讀書，家里同時(shí)負(fù)擔(dān)兩個(gè)孩子上大學(xué)很困難。1950 年，中國(guó)礦業(yè)學(xué)院實(shí)行供給制，這樣我才去學(xué)的采礦專業(yè)，但是在進(jìn)入到這個(gè)行業(yè)后，深深為礦工的優(yōu)秀品質(zhì)感動(dòng)，他們?yōu)榱耸澜绲墓饷鱽?lái)到地下深處進(jìn)行艱苦的勞動(dòng)，作為一個(gè)從事煤礦安全事業(yè)的科學(xué)工作者一定要為他們保駕護(hù)航?！?/span>
一、通往大師之路，周世寧的R-S-R學(xué)習(xí)方法周世寧1934年出生在揚(yáng)州市左衛(wèi)街的一個(gè)舊式大家庭里，小學(xué)和中學(xué)都是在揚(yáng)州度過(guò)的。在大家庭中，他年齡最小，哥哥周世恭比他大18個(gè)月，初中和高中都在同一學(xué)校、同一班級(jí)。雖然他的學(xué)習(xí)成績(jī)遠(yuǎn)不及哥哥，但因年紀(jì)小，家里也不苛求他,從小給了他一個(gè)寬松自由的環(huán)境。當(dāng)時(shí)家里有很多藏書，對(duì)他影響最大的是一本書是愛(ài)迪生的傳記，愛(ài)迪生勤奮學(xué)習(xí)、勇于創(chuàng)新的精神給他留下了深刻的印象。
兒時(shí)的周世寧干什么事都比較專注，喜歡動(dòng)手操作。在一次學(xué)習(xí)平面幾何時(shí)，聽(tīng)老師說(shuō)一角三等分是世界十大難題之一，于是他為了嘗試一角三等分，連著幾天一直畫圖研究到深夜；星期天到城外小河去撈魚(yú)，他可以編織漁網(wǎng)到凌晨：制作橡皮筋牽引的模型飛機(jī)，包括螺旋槳在內(nèi)的所有材料,他都是自己用小刀削刻出來(lái)的。這種專注精神深深地影響了他以后的學(xué)習(xí)和工作。
大學(xué)畢業(yè)后，為了研究煤層瓦斯流動(dòng)規(guī)律，他繼續(xù)學(xué)習(xí)滲流理論，并深感在上大一時(shí)沒(méi)有把數(shù)學(xué)學(xué)好,于是重新自學(xué)高等數(shù)學(xué)一年多。經(jīng)過(guò)這一反復(fù)后,他對(duì)高等數(shù)學(xué)有了較深的理解和認(rèn)識(shí)。
教科書上說(shuō)，瓦斯超限會(huì)使人窒息死亡。他對(duì)此很不理解:瓦斯不是有毒氣體，人如果感到呼吸困難，可以往有新鮮空氣的地方跑,怎么可能在那等死？一次，他在一個(gè)礦井下做實(shí)驗(yàn),有一個(gè)地方冒頂，用燈光一照，就像有一層分界線，說(shuō)明瓦斯?jié)舛群芨摺Ｋ麤Q定體驗(yàn)一下在這種環(huán)境下，人究竟是怎樣一個(gè)感覺(jué)。他對(duì)同伴說(shuō):“我鉆進(jìn)去，你們看我不行了就把我拉出來(lái)?！彼M(jìn)去后，只感到困倦,并沒(méi)有感到呼吸困難，更沒(méi)有想到離開(kāi),這讓他恍然大悟。在以后給學(xué)生講課的時(shí)候，他經(jīng)常講起這次經(jīng)歷，也讓他的學(xué)生對(duì)瓦斯有了更深刻的認(rèn)識(shí)。
學(xué)習(xí)怎樣才能做到學(xué)深、學(xué)透呢？他認(rèn)為是必須在學(xué)習(xí)中反復(fù)思考，把握科學(xué)家發(fā)明理論的思維方法和過(guò)程，這樣才能把知識(shí)變成自己的，才有可能用好、用對(duì)。
周世寧的學(xué)習(xí)方法是:第一，恭恭敬敬地聽(tīng)講、看書，努力弄 懂理論的由來(lái)和立論的依據(jù)以及它的適用條件;第二，千方百計(jì) 地找毛病來(lái)推翻它，深化對(duì)它的理解和認(rèn)識(shí);第三,在不能否定它 之后，就堅(jiān)定地相信它，并且在工作中恭恭敬敬地應(yīng)用。他把這一 方法稱為R-S-R學(xué)習(xí)方法，即From Respect to Suspect, From Suspect to Respect,從尊敬到質(zhì)疑，從質(zhì)疑到尊敬。
這一學(xué)習(xí)方法使他對(duì)知識(shí)的理解變得深刻和牢固，令他終 身受益，以后的重大決策時(shí)，能相信自己的分析，不猶疑、不退卻。
1978年5月，甘肅窯街礦務(wù)局三礦在砂巖中掘進(jìn)大巷時(shí)發(fā)生了事故，突出巖石2000噸、二氧化碳24萬(wàn)立方米.犧牲了90人，初步判定是一起巖石和二氧化碳突出事故。煤炭工業(yè)部要求中國(guó)礦業(yè)學(xué)院派人參加事故的分析處理，周世寧奉命參加事故調(diào)查。在趕往現(xiàn)場(chǎng)的路上，他通過(guò)理論分析判斷，認(rèn)為不應(yīng)該是巖石和二氧化碳突出。因?yàn)樯皫r對(duì)二氧化碳沒(méi)有吸附力，只能以游離 狀態(tài)存在于砂巖的孔隙，而砂巖的孔隙率一般只有10%,100立方米的空間要存儲(chǔ)24萬(wàn)立方米的二氧化碳是不可能的。周世寧確信這是一次煤和二氧化碳突出，一定是在掘進(jìn)中巖巷遇到了斷層，斷層把煤層隔在巖巷的前方，由于煤層含高壓的二氧化碳，在揭開(kāi)煤層時(shí)造成了這次事故。當(dāng)時(shí)“文革”剛結(jié)束，他還是個(gè)“反動(dòng) 學(xué)術(shù)權(quán)威”，不能亂說(shuō)亂動(dòng)。由于種種顧慮，一路上,他不敢與別人 討論交流。到現(xiàn)場(chǎng)后,他在事故分析會(huì)上果斷地提出要求立即到 事故地點(diǎn)調(diào)查，因?yàn)樗_信一定能在發(fā)生事故的巖石大巷中找至L 突出拋出的煤塊。調(diào)查組在現(xiàn)場(chǎng)很快發(fā)現(xiàn)了突出拋出的煤塊，并找到了懸掛的放炮器，這表明與他事先分析的結(jié)果一致，這次事 故是由于地質(zhì)條件變化，在放炮時(shí)巖巷誤穿煤層引起煤和二氧化 碳突出產(chǎn)生的。事后,該礦根據(jù)這一調(diào)查結(jié)果改進(jìn)了掘進(jìn)工藝。
二、艱難攻關(guān)，創(chuàng)建煤層瓦斯流動(dòng)理論
瓦斯災(zāi)害是煤礦最嚴(yán)重的自然災(zāi)害。舊中國(guó)沒(méi)有專門研究防 治瓦斯災(zāi)害的專家,也沒(méi)有有關(guān)的論著。1953年,周世寧被分配到中國(guó)礦業(yè)學(xué)院采礦系通風(fēng)安全教研室工作，成為新中國(guó)第一代 專門研究防治瓦斯災(zāi)害的專家。為了加深對(duì)煤礦瓦斯的了解，他帶著行李長(zhǎng)期住在開(kāi)灤煤礦和撫順煤礦，經(jīng)常一天下兩三次井, 有時(shí)在井下一呆就是兩三天,進(jìn)行了大量的參數(shù)測(cè)量。通過(guò)長(zhǎng)期 實(shí)踐，他對(duì)瓦斯的涌出和運(yùn)移有了新的認(rèn)識(shí)。
當(dāng)時(shí)世界上石油和天然氣開(kāi)采工業(yè)大發(fā)展，學(xué)術(shù)界普遍運(yùn)用地下水力學(xué)的理論來(lái)推導(dǎo)石油和天然氣的流動(dòng)情況。在這種情況下，周世寧想到了運(yùn)用地下水力學(xué)理論推導(dǎo)煤層瓦斯流動(dòng)情況。但是巖石對(duì)石油和天然氣沒(méi)有吸附性，而煤層對(duì)瓦斯有很強(qiáng)的吸 附性,90%以上的甲烷氣體以固體狀態(tài)存在于煤層孔隙表面，以動(dòng)平衡的狀態(tài)與游離氣體不斷交換。這就需要新的理論依據(jù)和數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式。
煤對(duì)瓦斯的吸附與釋放的數(shù)學(xué)模型屬于朗格繆爾方程，難于用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)分析處理。經(jīng)過(guò)大量的演算后，周世寧決定采用近似的拋物線方程來(lái)表達(dá)瓦斯壓力和含量的關(guān)系，并從中導(dǎo)出了煤 層瓦斯單向、徑向、球向流動(dòng)的微分方程式。
下一步是要從微分方程式導(dǎo)出在工程中實(shí)用的計(jì)算公式。周世寧在實(shí)驗(yàn)室中建立了單向和徑向流動(dòng)的模型，用二氧化碳在煤 粉中滲流的實(shí)驗(yàn)，尋找高吸附性的氣體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)方 程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定模型中的瓦斯壓力、流量、吸附性、流動(dòng)時(shí)間等 一個(gè)個(gè)具體的參數(shù)，導(dǎo)出了普遍的計(jì)算公式。1963年，這一研究成果發(fā)表在的北京礦業(yè)學(xué)院科學(xué)文選中，這是國(guó)內(nèi)外首次用簡(jiǎn)單 的代數(shù)方程表達(dá)出煤層瓦斯的單向、徑向和球向流動(dòng)的方程。這些計(jì)算公式在以后的煤礦瓦斯防治工程中被廣泛應(yīng)用，然而一直 到30年后的1993年,這一成果才獲得了國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)。
1958年,在研究“煤層瓦斯流動(dòng)理論”的同時(shí),周世寧創(chuàng)制了當(dāng)時(shí)在世界上獨(dú)一無(wú)二的“礦井通風(fēng)網(wǎng)路電模擬計(jì)算機(jī)”。風(fēng)流在礦井通風(fēng)網(wǎng)路中的流動(dòng)是紊流流動(dòng)，壓差和流量是平方關(guān)系，屬于非線性流動(dòng)，良好的通風(fēng)狀態(tài)是煤礦安全的基礎(chǔ)。上世記50 年代還沒(méi)有電腦，因而很難準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)計(jì)算和控制礦井的通風(fēng)系統(tǒng)。周世寧設(shè)想用線性電阻網(wǎng)絡(luò)模擬風(fēng)網(wǎng)，用電壓模擬風(fēng)壓,用電流模擬風(fēng)量,用電阻模擬風(fēng)阻。但是電流的流動(dòng)規(guī)律屬于線性流動(dòng)，不同于風(fēng)流，兩者之間存在根本的差別。一天,他突然想到風(fēng) 網(wǎng)中風(fēng)流的流動(dòng)是穩(wěn)定的，每一條風(fēng)路只有一個(gè)風(fēng)量和壓差，在 坐標(biāo)圖上只有一個(gè)工作點(diǎn)，而線性電阻網(wǎng)絡(luò)在相應(yīng)的電路上也只 有一個(gè)電流、電壓工作點(diǎn)，只要通過(guò)逐步調(diào)節(jié)的方法使各條電路 電的工作點(diǎn)和相應(yīng)風(fēng)路風(fēng)的工作點(diǎn)重合，就可以完成模擬過(guò)程。這就是他在相似理論和模擬技術(shù)中提出的新概念——“點(diǎn)模擬”， 是對(duì)相似理論的新發(fā)展。基于這一理論，周世寧設(shè)計(jì)了一個(gè)有許 多可調(diào)電阻的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)調(diào)節(jié)線性電阻逐步逼近非線性的風(fēng)網(wǎng)， 研制出來(lái)的礦井通風(fēng)網(wǎng)路電模擬計(jì)算機(jī)在開(kāi)灤林西礦的65條 復(fù)雜風(fēng)路的風(fēng)網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，取得了與實(shí)際一致的結(jié)果，這是當(dāng) 時(shí)該領(lǐng)域世界最新的成果。
研制的過(guò)程是艱難的。在研制過(guò)程中，周世寧搬到實(shí)驗(yàn)室居 住，有了新的想法就半夜里起來(lái)做試驗(yàn)。1958年是大躍進(jìn)的年 代，強(qiáng)調(diào)一切都要政治掛帥。周世寧埋頭搞研究工作，在那個(gè)年代 卻一直被某些人說(shuō)成是走白專道路，只專不紅。雖然一些研究成 果已蜚聲國(guó)際，他研制的礦井通風(fēng)網(wǎng)路電模擬計(jì)算機(jī)1959年就 被北京市和國(guó)家科委選送到德國(guó)來(lái)比錫國(guó)際博覽會(huì)展出，但是他 從1953年畢業(yè)當(dāng)助教，這一當(dāng)就是11年，直到1964年才晉升 講師，到了 1966年又“破格提拔”成了反動(dòng)權(quán)威。（在人們眼里, 既然是權(quán)威,起碼應(yīng)該是副教授、教授，所以周世寧說(shuō)是被“破格提拔”了。）
三、煥發(fā)青春，再攀科研新高峰
周世寧在國(guó)際煤炭學(xué)術(shù)論壇上一舉成名，是1979年10月6 B在克羅地亞召開(kāi)的第十八屆國(guó)際采礦安全大會(huì)上。
1978年黨的十一屆三中全會(huì)后，周世寧獲得徹底平反。同年,第十八屆國(guó)際采礦安全大會(huì)在中國(guó)征集論文，他的《煤層透氣 系數(shù)的測(cè)定方法》論文呈遞后被大會(huì)組委會(huì)入選。1979年6月他收到大會(huì)組委會(huì)的通知：……請(qǐng)你擔(dān)任10月7日大會(huì)的執(zhí)行副 主席……
周世寧一看就蒙了，因?yàn)樗来髸?huì)是用英語(yǔ)交流的。周世寧上大學(xué)后學(xué)的是俄語(yǔ)，英語(yǔ)還是上中學(xué)時(shí)學(xué)的，二十多年沒(méi)有用過(guò),連字母發(fā)音都像俄語(yǔ)。后來(lái)一想,還有三個(gè)多月時(shí)間，努努力還是可以的。于是他把由翻譯公司翻譯成英文的論文分解成八張幻燈片，一邊查字典編寫解說(shuō)詞，一邊進(jìn)行背誦。就這樣每天背 三五遍，到9月底就背了兩百多遍，再念念英語(yǔ)九百句,也就能和 “老外”對(duì)付著聊兩句了。
10月4日，周世寧飛到克羅地亞的杜布羅夫斯克。這是他第 —次出國(guó)，因此非常興奮。然而他還沒(méi)有來(lái)得及欣賞亞得里亞海風(fēng)景如畫的景色，就感覺(jué)到沉重的心理壓力。按大會(huì)規(guī)定，宣讀論文后,要站在講臺(tái)上面對(duì)幾百名聽(tīng)眾用英語(yǔ)回答問(wèn)題。在第一天的會(huì)議上，有位日本教授因?yàn)槁?tīng)不懂聽(tīng)眾的提問(wèn)，出現(xiàn)了非常尷尬的局面。他見(jiàn)到這一情景，心中非常緊張，因?yàn)榈诙焐衔缇洼喌阶约鹤鲌?bào)告和主持會(huì)議。但他想，提的問(wèn)題反正都是論文中的事，可以把論文逐段分解,找出可能提問(wèn)的問(wèn)題，事先寫好答案并且背熟，只要聽(tīng)懂兩個(gè)字就可以回答。
經(jīng)過(guò)了大半夜的辛勤準(zhǔn)備,第二天的大會(huì)終于來(lái)臨了。在大會(huì)主席臺(tái)上與會(huì)議主席互致問(wèn)候后，他上臺(tái)開(kāi)始宣講論文。當(dāng)他流利地背完論文后,聽(tīng)到臺(tái)下掌聲雷動(dòng)，心想不管真的假的,第一場(chǎng)演出總算成功了。接下來(lái)就是站在臺(tái)上回答聽(tīng)眾的問(wèn)題。會(huì)上一共提了四個(gè)問(wèn)題，回答前三個(gè)問(wèn)題都是用聽(tīng)懂兩句話就順桿爬 的辦法，對(duì)號(hào)入座地背誦了答案，到最后一個(gè)問(wèn)題時(shí),實(shí)在是聽(tīng)不 懂了，他就回答了一個(gè)萬(wàn)能答案：“你的問(wèn)題是很重要的，但是三言兩語(yǔ)不能說(shuō)清楚,我想請(qǐng)你在會(huì)下交流?！碑?dāng)他聽(tīng)到臺(tái)下熱烈的掌聲時(shí)，心想終于完成了演出任務(wù)。大會(huì)中間休息時(shí)，有六七個(gè)國(guó) 家的代表來(lái)向他祝賀，稱贊論文的內(nèi)容，有的還說(shuō):論文是優(yōu)秀的，你的記憶力也是優(yōu)秀的，因?yàn)槟阍谥v述論文時(shí),沒(méi)有看一眼你的文章，所有的公式符號(hào)都說(shuō)得很對(duì)，甚至小數(shù)點(diǎn)后面的兩位數(shù)都是準(zhǔn)確的。他心里想:我背了兩百多遍，當(dāng)然符號(hào)和數(shù)字都是正確的。
第一次出國(guó)講述學(xué)術(shù)報(bào)告的成功，打開(kāi)了通向世界的窗戶， 也增加了他參與國(guó)際學(xué)術(shù)交流的信心，為他以后的國(guó)際學(xué)術(shù)交流創(chuàng)建了良好的開(kāi)端。
從第十八屆國(guó)際采礦安全大會(huì)回來(lái)后,周世寧被提升為副教授。已經(jīng)不年輕的周教授迫切希望自己的科研成果得到更廣泛的應(yīng)用，迫切希望煤礦安全事故減少到最少。他以最大的熱情投入到科研教學(xué)中，并獲得了豐碩成果。
——發(fā)現(xiàn)了地應(yīng)力場(chǎng)和煤層瓦斯壓力場(chǎng)的翹合作用
上世紀(jì)80年代,周世寧在四川許多煤及瓦斯突出礦井的研究實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象,就是煤層瓦斯排放后，煤層收縮 頂?shù)装蹇繑n，但煤層的滲透率反而增加幾百倍之多。這表明煤層 內(nèi)部的煤體有收縮效應(yīng)，煤體的收縮，擴(kuò)大了煤層內(nèi)部的裂隙，增 大了煤的強(qiáng)度，降低了地應(yīng)力，提高了煤層的滲透率，表明了煤層的瓦斯壓力場(chǎng)和地應(yīng)力場(chǎng)是相互耦合的，從而提出了地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤強(qiáng)度三項(xiàng)突出要素之間存在有機(jī)耦合的新概念，推動(dòng)了瓦斯突出防治技術(shù)的發(fā)展。為了充分證實(shí)這一觀點(diǎn)的正確性, 他在天府煤礦和中梁山煤礦進(jìn)行了四年的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合煤和瓦斯突出災(zāi)害防治，找出了消除突出危險(xiǎn)的技術(shù)指標(biāo)，這是瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)的重大發(fā)展。這一成果在1993年獲煤炭工業(yè)部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
周院士對(duì)記者說(shuō):“我這一輩子最大的一個(gè)成果是什么呢？就 把煤與瓦斯突出時(shí)的地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤強(qiáng)度這三個(gè)因素結(jié)合在一起考慮。煤吸附瓦斯后要膨脹，放出瓦斯后要收縮,這樣就帶 來(lái)了地應(yīng)力的變化。另外，煤含了瓦斯以后,煤變軟，強(qiáng)度變低，排出瓦斯以后,煤變硬。因此，地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤強(qiáng)度這三者是密切聯(lián)系的。這個(gè)現(xiàn)象是我最早發(fā)現(xiàn)的，也是最早寫在著作里面 的?！?/span>
——發(fā)明了主動(dòng)式封孔測(cè)定煤層瓦斯壓力的技術(shù)和裝置
煤層中的瓦斯壓力是瓦斯涌出和突出的動(dòng)力，是防治煤礦瓦斯災(zāi)害最重要的參數(shù)。但長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)瓦斯壓力很難準(zhǔn)確測(cè)定,其根本原因在于向煤層打鉆孔封孔測(cè)壓時(shí),鉆孔周邊在強(qiáng) 大的地應(yīng)力作用下，產(chǎn)生許多微裂隙，封孔的固體材料不能進(jìn)入微裂隙封堵瓦斯的漏失，使測(cè)得的瓦斯壓力值低于煤層真實(shí)的瓦斯壓力，錯(cuò)誤的測(cè)壓值會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的技術(shù)決策，造成重大損失和事故。周世寧決心解決這個(gè)技術(shù)難題。他設(shè)想用高于瓦斯壓力的 液體封孔，由于壓力液體可進(jìn)入孔周的微裂隙防止瓦斯的泄漏， 因而可以獲得真實(shí)的瓦斯壓力值。為此，他發(fā)明了“壓力黏液瓦斯 壓力測(cè)定儀”和“三相壓力泡沫密封測(cè)壓儀”，在煤礦中取得良好的應(yīng)用效果，解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾國(guó)內(nèi)外瓦斯壓力測(cè)不準(zhǔn)的難題。
——研究含瓦斯煤體的流變性
周世寧在長(zhǎng)期實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)飽含瓦斯的煤體變軟，有從固體變?yōu)樗苄泽w的特點(diǎn)。比如，在井下煤層打鉆孔時(shí)，一個(gè)直徑12cm的鉆孔有時(shí)能排出2?3噸的煤粉;而一次拋出上百噸的煤和瓦斯突出，往往事后找不到孔洞。在南桐煤礦一次5000噸大突出事 故的現(xiàn)場(chǎng),他在距突出點(diǎn)158米的地方，發(fā)現(xiàn)煤體流動(dòng)位移的痕 跡。他想:是不是流變性強(qiáng)、易于流動(dòng)的煤,容易形成大的突出？是 危險(xiǎn)性強(qiáng)的標(biāo)志?1993年，周世寧讓他的博士生何學(xué)秋對(duì)此進(jìn)行 專門的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:不同的煤的流變特性是不同的，有的 煤在壓力下的流變漸漸趨緩，有的則在平穩(wěn)一段時(shí)間后突然加速 變形,直至破壞。這樣就第一次把時(shí)間因素加入到煤體破裂形成 突出的過(guò)程中，填補(bǔ)了含瓦斯煤體緩慢失穩(wěn)破裂的空白，對(duì)解釋 煤和瓦斯的延期性突出起到了重要作用。實(shí)驗(yàn)證明了煤的流變特 性是突出危險(xiǎn)性的重要因素，易于流變的煤容易形成大的突出， 也容易產(chǎn)生延期性突出。
四、彈精竭慮，勇于為煤礦安全生產(chǎn)建言
1999年，周世寧當(dāng)選為中國(guó)工程院院士。
進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，為了保證能 源需要，煤炭生產(chǎn)隨之進(jìn)入一個(gè)高強(qiáng)度開(kāi)采階段。大量的統(tǒng)計(jì)數(shù) 據(jù)顯示，世界各國(guó)在人均國(guó)民生產(chǎn)總值進(jìn)入1000~3000美元區(qū) 間,事故呈現(xiàn)出高發(fā)態(tài)勢(shì)，被稱為事故高發(fā)期理論。2003年，我國(guó) 人均GDP首次突破1000美元，達(dá)到1090美元，邁進(jìn)了事故高 發(fā)期的門檻，煤炭工業(yè)安全生產(chǎn)面臨前所未有的壓力，死亡百人 以上的事故屢屢發(fā)生。
2004年10月20日，河南大平煤礦瓦斯爆炸事故，造成148 人死亡。
2004年11月28日，陜西陳家山煤礦瓦斯爆炸事故，造成 166 A死亡。
2005年2月14 B,遼寧孫家灣煤礦瓦斯爆炸事故，造成 214人死亡。
2005年12月7日，河北劉官屯煤礦瓦斯爆炸事故，造成91 人死亡，17人失蹤。
周世寧院士對(duì)煤礦企業(yè)瓦斯災(zāi)害頻發(fā)甚為憂慮，他積極向各 級(jí)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)直至中央領(lǐng)導(dǎo)呼吁建言。
2005年1月1日，溫家寶總理到陜西銅川視察，召開(kāi)了有國(guó)家有關(guān)部委領(lǐng)導(dǎo)、地方領(lǐng)導(dǎo)、礦區(qū)負(fù)責(zé)人和專家參加的煤礦安全 生產(chǎn)工作座談會(huì)，周世寧院士和張鐵崗院士以專家組成員的身份 參加了這次會(huì)議。首先由張鐵崗院士匯報(bào)了陳家山事故的調(diào)研情 況,溫總理對(duì)張?jiān)菏康墓ぷ骱蛥R報(bào)表示贊許。隨后周世寧院士就 我國(guó)礦井瓦斯災(zāi)害問(wèn)題進(jìn)行了匯報(bào)，在綜述以后，他向總理建言 獻(xiàn)策：
1、 國(guó)家對(duì)煤礦企業(yè)的技術(shù)定位不夠準(zhǔn)確
煤礦在人們的心目中是技術(shù)水平不高、要求比較低的勞動(dòng)密 集型產(chǎn)業(yè)，因而長(zhǎng)期以來(lái),技術(shù)投入不足，技術(shù)裝備差，把千軍萬(wàn) 馬的隊(duì)伍放在高度危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境中勞動(dòng)，一旦發(fā)生瓦斯爆炸、 礦井火災(zāi)等事故，人員傷亡慘重，
因此，要將煤礦從勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)列為高危行業(yè)，給予必 要的投入，大幅度提高技術(shù)裝備水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，從而提高礦 井的安全水平。
2、 應(yīng)鼓勵(lì)礦井瓦斯抽放工作
抽放瓦斯利用的收入應(yīng)減免稅收，且鼓勵(lì)用瓦斯發(fā)電和并網(wǎng) 使用，使高瓦斯礦井千方百計(jì)地提高瓦斯抽放量和利用量 這樣, 既提高了礦井的安全性，又降低了瓦斯對(duì)大氣的溫室效應(yīng)，因?yàn)?瓦斯對(duì)大氣的溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍。
3、 開(kāi)展高瓦斯礦井的瓦斯參數(shù)測(cè)定和瓦斯來(lái)源鑒定
通過(guò)測(cè)定礦井采掘范圍內(nèi)煤層的瓦斯壓力、煤層透氣性、煤的強(qiáng)度、煤層瓦斯含量等技術(shù)參數(shù)，以確定在井田范圍內(nèi)瓦斯的賦存情況和危險(xiǎn)程度，以便及時(shí)采取措施。這項(xiàng)工作應(yīng)由煤礦企 業(yè)配合專業(yè)瓦斯檢測(cè)機(jī)構(gòu)共同進(jìn)行，以求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，特別是對(duì)具 有突出危險(xiǎn)的新水平和新區(qū)域，要作出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)和提出安全保障措施。
在聽(tīng)完周世寧院士的建言后，溫家寶總理十分中肯地說(shuō)：“這些都是很好的建議！”
結(jié)束視察慰問(wèn)的溫總理邀請(qǐng)周世寧與張鐵崗兩位院士同乘專機(jī)回京。在飛機(jī)上,總理繼續(xù)與院士探討我國(guó)煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)問(wèn)題?？偫硖岢?，我國(guó)的煤礦事故這么多，是否可以從國(guó)外得到一些幫助，引進(jìn)一些技術(shù)，來(lái)解決這些問(wèn)題。周世寧院士的回答是否定的。他對(duì)總理說(shuō):“您是學(xué)地質(zhì)的，您知道中國(guó)的煤田很特殊,經(jīng)過(guò)二十幾次的板塊撞擊移動(dòng),把煤體的結(jié)構(gòu)破壞了 ,在外國(guó)見(jiàn)不到這樣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。中國(guó)的煤與瓦斯突出占世界的90%以上，原因就在這里。因此，最好的理論、最好的技術(shù)、最好的人才， 都在中國(guó)，我們對(duì)付瓦斯災(zāi)害是最有辦法的，問(wèn)題在人才的接續(xù) 和培養(yǎng)?！?/span>
周世寧院士向總理特別提到煤炭行業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)的問(wèn)題。他說(shuō)：“銅川礦務(wù)局十幾年來(lái)沒(méi)有進(jìn)一個(gè)大學(xué)畢業(yè)生，四川省也是七八年沒(méi)有大學(xué)生到煤礦去，平頂山礦務(wù)局三年之內(nèi)僅高工就流失了 162 Ao如果這樣下去，煤炭行業(yè)面臨的不是后繼乏人的問(wèn)題，而是后繼無(wú)人的問(wèn)題！”
總理聽(tīng)了以后感動(dòng)地說(shuō)：“周院士，你不要著急,這是政府的責(zé)任??！你放心，一定會(huì)有辦法來(lái)改變這種局面的?！?/span>
2005年2月，遼寧孫家灣煤礦發(fā)生瓦斯爆炸事故，周世寧院士作為國(guó)務(wù)院專家組成員趕去現(xiàn)場(chǎng)參加事故調(diào)查，住在阜新市財(cái)政局招待所。那天夜里他剛睡下，招待所值班人員便來(lái)電話說(shuō)領(lǐng) 導(dǎo)要來(lái)看望他。原來(lái)是時(shí)任遼寧省委書記的李克強(qiáng)和省長(zhǎng)張文岳,他們是剛開(kāi)完會(huì)趕過(guò)來(lái)的。
周院士見(jiàn)到李書記和張省長(zhǎng)，首先衷心感謝領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷，表 示要作好這次事故的調(diào)研工作，同時(shí)也直截了當(dāng)?shù)卣f(shuō):“李書記、 張省長(zhǎng)，這一次我們不應(yīng)該吃這么大的虧、死這么多的人”。他說(shuō): “一個(gè)產(chǎn)能70萬(wàn)噸的采區(qū)，又是綜采工作面，竟下了 500多人， 發(fā)生瓦斯爆炸，不要說(shuō)是死214人，就是死314人也是可能的。煤炭行業(yè)是高危行業(yè)，不是一般的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，我向每次向中央?yún)R報(bào)時(shí)都要強(qiáng)調(diào)，對(duì)這個(gè)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn),就要盡 可能地減少井下的工作人員。”周院士的這個(gè)觀念對(duì)領(lǐng)導(dǎo)同志觸動(dòng)很大。
五、希望與寄托目前，中國(guó)的煤炭產(chǎn)量占到全世界煤炭產(chǎn)量的40%,是國(guó)家的主體能源，這個(gè)局面在將來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變。溫總理曾經(jīng)指明出，煤炭的問(wèn)題一個(gè)是要安全地開(kāi)采，一個(gè)是要潔凈地使用。對(duì)煤炭企業(yè)而言,主要的任務(wù)就是安全地開(kāi)采。而對(duì)于從 事了一輩子教育工作的周世寧院士來(lái)說(shuō)，他更看重的是人才的培養(yǎng)問(wèn)題。他曾向溫總理反映，原來(lái)全國(guó)有18所帶煤字的高等院校，現(xiàn)在除了中國(guó)礦業(yè)大學(xué),其他的全都改名了 ,這對(duì)于培養(yǎng)煤礦所需人才，保證煤礦的安全生產(chǎn)是極為不利的。
說(shuō)到人才培養(yǎng)的問(wèn)題，周院士給我們講述了一個(gè)故事。1952年，還在中國(guó)礦業(yè)學(xué)院讀書的他到焦作礦區(qū)去實(shí)習(xí)，焦作礦區(qū)的 總工程師在給學(xué)生們作報(bào)告時(shí)說(shuō)過(guò)這樣一段話：煙煤瓦斯大，無(wú) 煙煤瓦斯小，焦作礦區(qū)產(chǎn)無(wú)煙煤，所以瓦斯小?？墒堑搅?1955 年，焦作礦區(qū)的瓦斯等級(jí)連升三級(jí),從一二級(jí)瓦斯礦成為超級(jí)瓦斯礦。這從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明，當(dāng)時(shí)我國(guó)的技術(shù)人員對(duì)瓦斯的認(rèn)識(shí)幾乎就是空白。
講到這里，周院士不無(wú)感慨地說(shuō):“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力， 并不僅僅體現(xiàn)在先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備上,更重要的是掌握先進(jìn)技術(shù)的人，離開(kāi)了人，再好的設(shè)備、再先進(jìn)的技術(shù)也只能是擺設(shè)。美國(guó)的礦井我下過(guò)，澳大利亞的礦井、日本的礦井我也下過(guò)，在瓦斯治理上，我們國(guó)家的技術(shù)水平是世界上最先進(jìn)的，這也是客觀條件把我們逼到這一步的。外國(guó)沒(méi)有那么多的瓦斯礦,像美國(guó)和澳大利亞，露天礦占到了 50-60%,剩下的一些礦井，如果瓦斯大就 關(guān)閉了。而中國(guó)的情況比他們要復(fù)雜得多。所以說(shuō),外國(guó)專家解決 不了我們中國(guó)的煤礦瓦斯問(wèn)題，只能靠我們自己?！?/span>
他向記者說(shuō)起了許多人的名字,其中有在我們國(guó)家煤與瓦斯 突出最多的南桐礦務(wù)局工作，每次遇到突出情況都要作詳細(xì)記錄 的梁定基；制作瓦斯遙感儀,在全世界第一個(gè)完整測(cè)定地層的震動(dòng)、位移、瓦斯壓力變化等參數(shù)的中梁山礦總工程師鄒奎業(yè);煤炭 科學(xué)研究總院撫順?lè)衷簭氖峦咚狗乐喂ぷ鞯耐跤影驳?。他說(shuō):“這些都是在瓦斯防治方面作出過(guò)突日貢獻(xiàn)的人，希望從事煤礦安全工作的人能記住他們。”
自上世紀(jì)90年代以來(lái)，周世寧院士堅(jiān)持在許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)講述“創(chuàng)新思維方法”，致力于推動(dòng)科技創(chuàng)新與發(fā)展。他認(rèn)為， 中國(guó)是一個(gè)有著五千年歷史的文明古國(guó)，人口占世界的五分之一,但在近代科學(xué)技術(shù)史上，中國(guó)的發(fā)明創(chuàng)造實(shí)在是太少了，這和中國(guó)的地位是不相稱的。當(dāng)前，要破除把創(chuàng)新神秘化的思想，大膽去探索，做符合科學(xué)的試驗(yàn)，在創(chuàng)新的道路上打破專業(yè)界限，用什么就學(xué)什么。但是一定要學(xué)深學(xué)透，保證基本概念正確，因?yàn)閯?chuàng)新是靠基本理論和科學(xué)的思維方法做支撐的。
在這一方面,周院士堪稱身體力行的楷模。在礦山安全領(lǐng)域, 礦井瓦斯災(zāi)害的防治是他的主要研究方向，但他在機(jī)械、電氣、密封技術(shù)、流體和化工方面也取得了多項(xiàng)專利。例如，他在江蘇電視臺(tái)的科學(xué)宮節(jié)目中看到日本的水射流手犬刀，覺(jué)得很有新意，但認(rèn)為用水泵做動(dòng)力源太笨重，且不利于消毒，于是改用高壓氮?dú)鈮嚎s切割液塑料袋來(lái)產(chǎn)生切割的水射流，在醫(yī)院的實(shí)際應(yīng)用中效果良好，且成本遠(yuǎn)低于國(guó)外相似產(chǎn)品。
如今，已是75歲高齡的周世寧院士依然在為煤炭工業(yè)的安 全發(fā)展四處奔走、嘔心瀝血。用他自己的話說(shuō):“現(xiàn)在的活動(dòng)還比較多,特別是上層的一些活動(dòng)，院士還要參加，我還經(jīng)常要去為我 們煤炭行業(yè)說(shuō)幾句話。”但是少有人知道,幾年前他曾患前列腺癌，做過(guò)大手術(shù)，雖然手術(shù)很成功,但身體狀況已是大不如前。現(xiàn)在，他堅(jiān)持每天上午、下午兩次走路鍛煉身體，目的是為了保持體力，為煤炭工業(yè)的發(fā)展再盡自己的一份力量。
讓周院士欣慰的是，經(jīng)過(guò)幾年的努力，我國(guó)的安全生產(chǎn)形勢(shì) 有了明顯好轉(zhuǎn)，煤礦的安全生產(chǎn)技術(shù)水豆和裝備能力得到了迅速提升，瓦斯事故得到了有效控制。他深有感觸地說(shuō):“像淮南、平頂山等高瓦斯礦井，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)周期安全生產(chǎn)，這是很典型的。究其原因，就是因?yàn)槠髽I(yè)重視科技創(chuàng)新，在企業(yè)里有一批善于學(xué)習(xí)、勇于創(chuàng)新、大有作為的年輕人。有了他們這一批人，我們煤礦的安全生產(chǎn)就大有希望了?！?/span>
周院士的言語(yǔ)之中，充滿了期待與信任。
