王德明中国矿业大学 【身边矿大人】一位煤矿科学家的人生情怀 ——记中国矿业大学王德明教授

“大学之道,在明明德,在亲民,在止于至善。”

作为煤矿通风防灭火专家和矿大安全学科的学术带头人,王德明教授在矿大任教30多年来一直在明德、追求至善的路上。

煤矿救灾决策、煤自燃火灾防治、矿尘防治,面对煤矿安全中的一个个新领域,他在煤矿科学研究中不停跋涉,研发出矿井救灾辅助决策及控制系统,提出了煤氧化动力学理论,发明了三相泡沫、化学阻化剂、阻化砂浆、降尘泡沫等技术,引领了这些领域的发展方向,推动了煤矿安全科技进步,为保障煤矿安全和减少灾变损失做出了卓越贡献。

近些年来,他主持完成了国家自然科学基金重点项目、仪器专项、国家科技攻关与“973”子课题等科研项目,获国家技术发明二等奖1项、科技进步二等奖1项,省部级科技进步二等奖以上奖励12项,获授权国家发明专利30项,出版了《矿井火灾学》、《煤氧化动力学理论及应用》、《矿尘学》等著作7部,发表SCI、EI论文115篇。

我们有幸见到了这位著名的煤矿科学家,他笑容可掬、敏捷睿智,娓娓道来自己成长与奋斗的人生。

磨难,常常成为人生财富

作家丁玲曾说,“人,只要有一种信念,有所追求,什么艰苦都能忍受,什么环境也都能适应。”这句话对于有知青经历的人而言尤其感受至深。

1956年8月,王德明出生于贵州省遵义市,父母都是普通工人且不识字。1963年,王德明开始上学,然而1966年文化大革命爆发,他的课业基本停摆,1970年才小学毕业。随即,根据区域划分,他就读于一所小学代办的中学。1972年时,他被推荐进入当地最好的重点高中——遵义四中。“当时一个班只有6%的人能进入高中。”王德明说。

刚入学时,由于基础较差,第一学期,王德明成绩排名非常靠后,但激发了他奋发学习的斗志。经过一段时间的急追猛赶,第二学期结束时,王德明一跃成为全班第一名。

那一年,是王德明人生中极为重要的一年。“那一年的学习,为未来的发展奠定了很好的基础。那时正好是邓小平复出主持工作,学校工作正规了一段时间。”王德明无比感激地说。

高中毕业时,他响应“知识青年上山下乡”的号召,到贵州省正安县当知青,一去就是三年。

王德明到达正安县后,先后担任了林场的副场长、团支部书记。他凭着吃苦耐劳的精神,带领十几个知青和当地人,将荒芜的山地进行开发,种上庄稼、树等,使一个原本贫困落后的地方,逐渐发展成为整个地区的先进集体,甚至成了当时正安县高中学生参观学习的地方。

那时一年365天,王德明几乎天天都在出工,从未休息,经常来回上、下山背肥料、背粮食。白天干活累得腰酸背痛,到了晚上,他又组织知青们进行时事政治和文化学习。王德明从来没有放弃对未来的追求、对知识的渴求。

等待着,终于拨云见日,机会来了!

1977年的冬天,王德明和其他知青们正在山上挖地,忽然听到山下的大喇叭通知恢复高考。当听到这个消息时,王德明意识到他的命运将发生转变。

距离高考仅剩下一个月,时间极其宝贵,王德明决定留在林场复习参加高考。那时林场山上没有电灯,就点煤油灯;没有桌子,他就在小板凳上复习。“我把我带到农村的一些高中书拿出来,制定了一个月的复习计划,在那个寒冷的林场高山上完成了自己高考复习。”

1978年初,王德明被录取到了四川矿业学院采矿系地下采矿专业。当年,他已经21岁。

回忆大学前的生活,王德明感慨地说,磨难是人生的宝贵财富,那段知青生活虽然非常艰苦,但它锻炼了身体,磨砺了意志。

求学,渐渐感悟人生精神

三年的时间相对于历史也就一瞬间,但对于王德明来说,这段蹉跎的岁月快带走了他最宝贵的求学时代。

入学后,他发狠要和时间赛跑,跑出一个属于自己的天地。“我们那代人当时就想把‘四人帮’耽误的时间夺回来,这个念头非常强烈。”王德明说。

但他很快就遇到学业上的拦路虎了。“三年知青的体力劳动突然改变成了脑力劳动,开始有些不适应。我们同学中有应届生,也有当过老师的,相比较而言,我这种三年待在农村再考过来的,基础不太好。”

“一定要把过去的时间补回来”的信念,以及在农村锻炼形成的特别能吃苦的精神,促使着王德明一门心思地在三汇坝那种封闭环境下埋头努力学习。大学毕业时,王德明成绩在班级名利前茅。

虽然大学在四川三汇坝华蓥山条件极为艰苦的地方度过,但说起读书阶段的往事,王德明如数家珍,其中跑步经历更是记忆犹新。

一次学校开运动会,王德明作为团支部书记,带头报名参加了一个800米的中长跑项目。学校当时没有田径场,比赛就是沿着办公楼前的水泥路到矿医院附近的一个天桥之间往返。比赛当天,王德明向同学借了双胶鞋就去参加比赛。出发前跑的一段是平路和下坡,跑回来是上坡,由于速度不快,他几乎落在了最后;但是在跑上坡的时候,别人感到很吃力,但他自己却很轻松,竟然很快就超过了跑在前面的同学,最后获得了运动会800米冠军。

后来,王德明被安排参加了重庆北碚区环城赛跑,他获得亚军。“凡是跑下坡的时候人家都在我前面,跑上坡的时候他们都跑不动。”王德明表示,他的爆发力不强,但是耐力很足。

从此,他被体育教研组的老师选拔去参加田径训练、比赛,获得了重庆大学生田径运动会5000米和10000米长跑的亚军,同时还连续三届在“重庆市环城赛”上获得一等奖(分别获得第二名、第三名和第六名,前十名为一等奖)。

对于大学这段体育运动经历,王德明说:“这种长跑经历实际上和人生道理是一样的,人生何尝不是一次长跑,开始时的快慢并不关键,重要的是要有持久的耐力,特别是在遇到爬坡一样的人生路时,你一定要顶住。”

“还有,强健的身体是从事煤矿艰苦行业的需要。我们下井特别多,人家去不了的巷道你要去。井下巷道有的几十公里长,进行矿井通风阻力测定时,你要从这边进风井入井,然后再从另一个回风井爬出来,可能一圈就至少相当于半个马拉松了。”

1982年,王德明在德智体方面发展较为突出,且被评为重庆市三好学生,顺利毕业并留校工作。留校之后,王德明被分配到采矿系通风教研室,同时安排担任采矿79级辅导员兼班主任。

科研,慢慢提炼人生目标

孔子云,“学然后知不足,教然后知困。知不足,然后能自反也;知困,然后能自强也。”

在当辅导员期间,王德明在做好本职工作的同时,做一名科学家,科技兴矿的梦想始终在脑海中盘旋,他不断自我勉励,潜心学习,以期跟上社会发展的需要和时代前进的步伐。

1984年,王德明考取出国进修生。1985年,他赴波兰克拉科夫矿业冶金大学(AGH),开始了漂洋过海的留学生活。他是粉碎“四人帮”之后第一批留学到欧洲,且第一个留学到波兰克拉科夫城市的中国人。

留学期间,王德明再一次开始了人生的爬坡。他说,整个城市只有他一个中国人,再加上自己从来没有接触过极其难学的波兰语,一度感觉压力很大。但决不向困难低头,必须学成归国的一种信念支撑着他一点点地克服着所面临的困难。

很快,王德明融入到学术的殿堂和知识的海洋。“原来在国内学习的一些矿井通风防灭火理论就是该学校的教授创立的,给我们上课的老师许多都是世界知名教授。波兰煤矿开采历史悠久,矿井开采条件与我国东部矿区的条件相似,采深已达到800-1000多米,水砂充填、冲击矿压防治、矿井火灾防治、矿井降温等技术,当时都处于国际领先水平。出国留学真正地扩大了学术视野、了解到了所学专业的发展根基。”

进修一段时间后,王德明申请攻读硕士学位,跟随导师从事矿井通风与空气调节方向研究。“当时学习异常困难,上课都是用波兰语,专业术语很难听懂,只有靠课后反复研读才能明白。”

凭着惊人的毅力,1987年,王德明仅用一年半的时间完成了波兰语学位论文,顺利通过答辩,获得了波兰克拉科夫矿业冶金大学采矿工程硕士学位。这一年,王德明已经31岁。回国后,王德明在矿井通风安全教研室主要从事矿井降温的科研与教学工作。

1990年,王德明师从我国矿业安全学科的创始人王省身教授,开始攻读博士学位。“应该说从那个时候起,王老师把我引上了矿井火灾方向的研究道路。”

王省身教授当时敏锐地认识到计算机及人工智能技术能在矿井救灾决策中获得应用,于是争取到了“矿井火灾救灾专家系统”的研究课题。王德明的博士论文选题就确定了这一方向。

要做“救灾专家系统”,就必须学习计算机C语言来编程。34岁的王德明开始自学C语言。

“当时教研室只有一台计算机,我和一个师弟合用。他白天用,我晚上用。他是应届毕业生,计算机高手,我从他那儿学习到很多,自己进步也很快,他后来见我这种基础的人都能将计算机运用得这么娴熟,很佩服我。”

后来,根据需要,王德明学习了面向对象的C 和在Windows系统中进行开发的 Visual C 语言,他掌握的程度几乎达到炉火纯青的地步。当时矿大研究生课程中有C 这门课,王德明承担了这门课的授课任务,不少计算机专业的学生都来选修。

功夫不负有心人。王德明最终编出了一套矿井火灾救灾专家系统,在该系统中,一旦给出井下发火位置,专家系统不仅能将火灾发生的过程动态在图上显示出来,还能依据专家救灾经验,选择最佳救灾与避灾路线,提出控风方案。

围绕这个方向,他后来承担了国家“九五”科技攻关课题,并将原来的软件研究扩展为与矿井监测系统和井下风流控制系统等硬件相结合,形成了矿井救灾辅助决策及风流远程控制系统,研究成果在兖州南屯煤矿、枣庄柴里煤矿、平顶山一矿等矿获得成功应用。

王省身教授是我国矿业安全学科的创始人之一,德高望重,跟着他,王德明表示,导师正直、敬业、求实的人格魅力深深影响了自己,自己能在矿井火灾救灾决策研究方向奠定好较扎实的科研基础,正是导师高屋建瓴的学术指导和求真务实严格要求的结果。

挑战,持续提升人生境界

古人讲,三十不改行,四十不学艺。但王德明45岁时,却根据煤矿需要调整了自己的研究方向,毅然转换研究方向到煤自燃研究上来。

原来,王德明认识到矿井火灾救灾决策与控制系统仅是处理外因火灾一种事后补救措施,而外因火灾占矿井火灾的比例低于10%,煤矿面临的火灾威胁主要是煤自燃—内因火灾。此外,钱鸣高院士、周世宁院士也都对王德明的研究方向表示非常关心,他们谆谆告诫王德明,研究方向要更好地服务煤矿需要,要解决煤矿的实际问题,专家系统在矿井救灾中的作用是有限的。

王德明认真听取了两位院士的意见,从2001年起,将研究方向从原来的火灾专家救灾系统转到了煤自燃防治技术。

要研究煤自燃技术,首先要研究煤自燃机理。当时西安科技大学徐精彩教授领导的课题组已经在实验室成功实现了1吨煤量的煤自然升温实验,而矿大尚是一片空白。王德明首先通过对国内外煤自燃研究现状的系统调研,决定跟踪世界前沿,研究小煤样(80g)的煤自然升温装置。

当然,最初的实验很不顺利,总是无法实现煤自然升温到自燃状态,王德明认真分析其原因,还请教了国际上知名的煤自燃专家,后来终于弄明白了原因。一天晚上,学生半夜给王德明打电话,兴奋地喊“王老师,煤炭冒烟啦!”王德明非常兴奋,他知道这是我国第一次小煤样煤自然升温试验的成功,较之大型测试装置,该试验工作量小、重复性试验好,标志矿大的煤自燃基础研究赶了上来。但王德明不满足于此,他要向国际领先迈进。

从17世纪起人们就已经开始探究煤自燃原因,现已提出了解释煤自燃的多种假说,其中煤氧化作用假说已被广泛认同,但是,该假说还不能从微观角度回答火灾气体是如何生成的基本问题。王德明认为人们至今未能揭示煤的自燃机理,有两个原因,一是因为煤组成与结构的复杂和多样性,二是受到科技发展水平和研究手段的限制。要揭示煤的自燃机理,必须要突破这两个瓶颈,他不畏艰险,决心一试。

首先,他与课题组将复杂的煤结构分解成基本结构单元,为此总结出133种结构,再从中确定出影响煤自燃的13种活性结构单元,从而明确了研究对象;然后,在研究中采用当代最先进的傅里叶红外原位测定仪、微型量热仪、超声萃取、核磁共振和量子化学计算软件等仪器和计算软件对微结构单元进行测试与计算。

科学的研究方法和先进的测试和计算手段为突破煤自燃研究瓶颈提供了可能。最终经过艰辛努力,他与团队基本弄清了各基元的反应机理及相互作用关系,使煤自燃机理研究获得了突破,从而构建起了煤氧化动力学理论,提出了煤自燃倾向性氧化动力学测试标准,还开发出了阻化煤自燃的高效化学阻化剂。此外,为防治煤自燃和解决西部以砂防火难题,开发了适合西部特点的阻化砂浆防灭火技术,成为保障西部矿区防灭火的关键技术之一。

伴随煤自燃机理研究的突破,他同时发明了三相泡沫防灭火技术。三相泡沫由粉煤灰(黄泥)、水和氮气三相防灭火介质组成,利用固相的覆盖性、氮气的窒息性和水的吸热降温性进行防灭火。

煤矿井下受限空间中火源隐蔽、灭火困难且易复燃,传统的注水注浆覆盖面小且难以到达高部空间位置、注氮气易随漏风逸散且灭火降温能力弱,三相泡沫流量大、扩散范围广、可向上部堆积,利用了水的高效灭火能力和不燃固相介质长期包裹可燃物的隔离空气和防复燃能力,解决了井下受限空间中防灭火介质难以到达隐蔽火源并防止其复燃的难题。

为此,研制出了能使固相物完全分散在泡沫中并对环境无害的发泡剂,发明了三相泡沫发泡装置及制备系统,提出了采空区埋管、架间插管及钻孔灌注等工艺,构建了三相泡沫防灭火技术体系。

该技术已在全国煤矿获得广泛应用并取得显著效果。2003年10月,宁夏白芨沟矿发生瓦斯爆炸并引发大面积火灾,矿井封闭后还连续发生瓦斯爆炸,救灾十分困难,他主持该灭火工程,成功扑灭了火灾,整个救灾过程未造成一人伤亡,成为国内外成功救灾的范例。

随着三相泡沫防灭火技术在全国范围内广泛应用,从2005年起,王德明又开始瞄准矿尘防治问题。他了解到,现在煤矿每年尘肺病死亡的人数已经超过了煤矿所有事故的总和,而尘肺病人因呼吸困难,严重时不能平躺,不能坐,只能跪着,直至死亡。

导致矿工患尘肺病的元凶是粉尘。他决心要攻克降尘难题。为此,他提出了泡沫降尘新技术,利用泡沫比雾粒表面积大、湿润和黏附能力强的抑尘和捕尘优势,泡沫降尘效率比传统喷雾技术提高30个百分点以上,而耗水量降低80%,该技术在现场应用取得显著效果,很受现场欢迎。

王德明说,“我总是感到一种强烈的使命感。作为从事煤矿安全的科技工作者和矿大安全学科的学术带头人,我必须尽职尽力做好自己的工作,要不断开发新技术、培养优秀人才,推进煤矿安全科技进步和学科的发展。”

育人,用心回归大学本位

王德明不但是煤矿安全著名专家,也是善于培育人才的优秀导师。他认为在大学科学研究与人才培养是一个有机整体,优秀人才都是在高水平科研活动中培养出来的。他感到欣慰的是,在取得一系列科技创新成果之时,同时成功培养了一批煤矿安全学科领域的创新人才。

著名数学家华罗庚曾为我校题词,“学而优则用、学而优则创”,王德明在教书育人的过程中,所提出的“寓创于学”的理念与其有着异曲同工之妙。

王德明解释道,“寓创于学,就是引导学生在学习过程中学会创造。”

对于刚入学的研究生,王德明就要求研究生改变本科生时的学习习惯,即总是从书本中找现成的和标准的答案,通过死记硬背获得好的成绩。他说,科研的问题一般没有标准答案,只有通过深入煤矿现场,反复开展实验,深入思考和广泛查阅资料,才可能有答案,回答问题的过程就是创造的过程,分析与解决实际问题的过程就是最好的学习。

正是这种寓创于学的教学方式,使学生取得了许多创新的成果,如他指导的学生先后荣获“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛特等奖1项、一等奖1项、二等奖2项、三等奖2项。

有的学生已成长为青年科学家,成为煤矿安全工程领域的接班人,如国家杰出青年基金获得者周福宝、“江苏省五四青年奖章”获得者秦波涛、重庆市杰出青年基金获得者陆伟、教育部新世纪优秀人才仲晓星……

王德明对于学生的科研工作都是悉心指导,从选题到方案到实施,他总是与学生一道共同探讨研究思路,弄清研究工作中用到的基本原理和一些重要技术参数的依据。博士生陆新晓说,“王老师多次与他就论文中的许多核心问题作深入细致的探讨,给他提出切实可行的指导性建议。

”在读书期间,他以第一作者发表SCI论文10篇(导师第二),获省部级科技奖3项、授权发明专利10项、3次研究生国家奖学金、江苏省三好学生、优秀创新型博士奖学金、“挑战杯”竞赛二等奖等诸多荣誉。

学生亓冠圣表示,从老师身上感悟到科技工作者的神圣责任。他说,“煤矿井下火区封闭与启封过程中爆炸危险性判断、煤自燃的最低氧浓度等是行业内的难题,王老师敢啃硬骨头,他总是说作为本行业里的科研工作者,我们有责任去直面这些关乎矿工生命的难题。我正在王老师的指导下从事这方面的研究。”

虽然科研任务很繁重,但他坚持给学生讲授“矿井火灾防治”、“矿井通风与安全”等课程。授课过程中,他常常以现场的实际需求、启发式的方式引导学生,从而激发学生的学习兴趣,提高教学效果。王德明说,“课堂中的许多内容都是我在实践中经历过的,讲授时,除介绍知识本身外,我更注重讲思路,从而启发学生,培养学生分析问题的能力。

”如介绍一个案例时,他常向学生提问,“假如你是这个矿井的总工程师,你该怎么办?” 通过案例既使学生身临其境,提高了学生的学习兴趣,又使学生获得了实用知识。

俄国教育家乌申斯基曾说,“教师个人的范例,对于青年人的心灵,是任何东西都不可能代替的最有用的阳光。” 王德明通过自己的言传身教,影响了一批学生。

王德明刻苦的程度至今仍令周福宝教授印象深刻,“王老师经常教育我们,要争分夺秒地工作。到外地,甚至到国外出差都是把时间安排得很紧,我有一次与他到南非参加国际会议,就是从飞机场到会场驻地,一点自由活动的时间都不安排,他说,‘我出差在外,只关注学术上的事情,对其它的事没概念。’”

王德明尽管对学生科研要求非常高,但是在生活上对学生亦关怀备至,师生关系融洽和睦。王德明说,“从内心来讲,我是将学生当成自己的孩子来对待的,我爱我的每一个学生。”

不忘初心,方得始终。今年,王德明被评为江苏省先进工作者。他说:“自己的人生就是一场不停爬坡的马拉松,前方永远有挑战,但也总有风景。煤矿上仍有很多的难题等着去攻克,有那么多的挑战等着去面对,我甘愿在煤矿安全这条路上永不停歇地奔跑下去。”