煤科科学人丨洪伯潜：愿以一生许矿山

1931年，洪伯潜出生在厦门鼓浪屿一个知识分子家庭。1952年，洪伯潜考入厦门大学土木工程系，一年后因全国高校院系调整调入浙江大学，攻读他所热爱的工业与民用建筑专业。在大学期间，他成绩优异，表现出色，还光荣地加入中国共产党。洪伯潜一直以来的梦想都是成为一名土木建筑工程师。但在毕业时，他在分配志愿书上填写了“服从组织分配，到祖国需要的地方”。1956年，洪伯潜被分配到煤炭科学研究院，从此与煤炭工业结缘，一干就是一辈子。

报到后不久，洪伯潜来到东北双鸭山实习。十月初的东北，已经飘起了雪花。双鸭山矿区条件艰苦、简陋，他和工人们同吃同住，一起睡在板条搭成的通铺上，身上长满了虱子。恶劣的环境没有让他打退堂鼓，相反他真切体会到了煤炭行业从业环境的艰苦，感受到了一线矿井建设者们的辛苦，更加坚定了要为之奋斗的决心。

半个世纪的科研生涯，洪伯潜走南闯北，足迹踏遍我国大部分的煤炭产区。在相当长的一段时间里，他每年都要在矿区现场待大半年，甚至更长时间。他说：“只有深入矿山生活，我们才能确切了解问题的关键所在，也才能将井筒设计得更合理、更安全。”

为了完成高寒地区开矿可行性课题研究，从1966年开始，洪伯潜连续三年赴海拔近4300米的青藏高原。他不顾严重的高原反应，和同事忍受着身体不适奋战在高原，完成了青海木里煤田聚乎更矿区高寒地带（海拔4300m）煤田开发可行性的研究，为该类地区开发提供可靠依据。但是那段时间的严重高反导致内耳受损，没有及时得到治疗，耳朵听力长期受到了影响。

从海拔 4300米的青海木里煤田，到我国东部地区深厚表土不稳定含水地层的煤田，几十年来，洪伯潜用脚踏实地的工作践行着自己“到祖国需要的地方”的誓言。

20世纪50年代中期，正值我国第一个五年计划期间，钢材非常紧缺，木材也很少，为解决矿井建设中“钢木代用”技术途径，洪伯潜参与组织煤炭部预应力混凝土结构新技术学习班，而后负责有关预应力混凝土结构的课题研究。

洪伯潜一直坚信“实践出真知”，他说“作为一个从事工程科学技术工作的人必须不断地求知于实践，尤其对我而言，要成为熟练的矿井建设技术驾驭者，每一项科研任务都必须全力以赴地投入”。他和课题组的同事一起搜集资料、配套试验设备、做相关试验、研究必要参数，进行设计与试制。在大家共同努力下，1958年研究成功我国第一座煤矿竖井悬臂式预应力钢筋混凝土井架，在河南省鹤壁市鹿楼矿投入使用，取得了良好效果。1964年，他们又成功研究出32米高预应力钢筋混凝土井架，并投入实际应用。这些科研成果填补了当时国内矿山预应力混凝土特种结构的空白，也为矿井建设工程节约钢材开辟了途径。

1970年以后，洪伯潜一直从事大直径深井钻井法凿井技术的研究。我国含水地层开挖竖井最早采用的是冻结法，把整块地冻起来，然后工人下去挖。凿井工人要下到几百米的地下，在狭小、黑暗、潮湿、高分贝噪声的环境下操作，既辛苦又充满危险。而钻井法凿井正是被广大煤矿建井工人称之为“千年铁树开了花，打井不用下井挖”的先进特殊施工方法。钻井法凿井全部工序都在地面操作，凿井工人无需下井，大幅提高了建井效率，改善了劳动条件，从根本上解决了凿井安全和职业伤害问题。并且，地面预制井壁质量好，稳定性强，尤其适合于含水流砂层等不稳定地层的井筒开凿。

为开发我国东部深厚表土不稳定含水层的煤田，以适应当时国家经济建设的需要，“六五”期间，国家下达了“深井（500—600米）钻井法凿井技术的研究”科技攻关课题，洪伯潜担任该项目的负责人。他组织了有关钻井工艺、专用设备、破岩刀具、钻井参数自动控制和监测、化学泥浆、超声波测井仪、井壁结构及壁后充填等方面12个子项目多专业的攻关，并亲自负责或参加钻井工艺、专用钻机、井壁结构和壁后充填等项目的研究工作。

在这期间，洪伯潜参与研究设计了当时国产煤矿大型井筒两种类型专用钻机，最大直径有9米；参加了潘三西风井等8个井筒的钻井方案制定和施工，潘三西风井筒深度达到了508米；他又提出深井井壁的基本设计理论和方法，承担和审查了包括谢桥西风井、龙口梁家风井等疑难井壁在内的11个钻井井壁设计；并负责完成了“钻井壁后充填机械化”的研究。

该项目的完成使钻井法成为我国首先通过440米以深表土不稳定含水地层、独具优势的大直径井筒特殊施工方法，全部设备国产化，最大钻井直径9.3米，成井直径7.0米，最大成井深度508米，综合技术达到国际先进水平。这个项目获得了国家“六五”重点科技攻关项目奖、1987年国家科技进步一等奖。

井巷工程是煤矿建设期间影响全局的工程主体，而井筒又是矿井建设的咽喉工程，井筒支护结构设计及配套工艺的合理与可靠，是保证井筒功能有效发挥的重要环节，容不得丝毫闪失，否则将造成塌井等事故，后果不堪设想。

20世纪80年代初，洪伯潜带领课题组研究设计了我国第一套井壁结构试验装置，应用中又不断地更新换代，是当时国内性能最齐全的井壁结构试验装置。这套装置对完成“六五”“七五”国家攻关项目中新型井壁结构的研究，起了关键作用，并获得1991年原能源部科技进步二等奖。

1989年，课题组为原联邦德国戴尔曼—哈尼（Deilmann-Haniel）凿井公司设计了新型冻结法井壁结构试验的技术方案，并主持在该试验装置上进行试验，解决了德国的技术问题，为单位创收了第一笔外汇试验费。

深井钻井法的井壁在地面预制好，再逐节吊过来沉下去，为了方便运输、下沉，井壁不能太厚。他就开始研究如何把建筑上用的钢筋混凝土组合结构，应用在井壁设计中。他引入约束混凝土结构基本原理，研发出内钢板钢筋混凝土复合井壁。这种新型钻井井壁结构有承载能力大、复杂荷载适应性强、自重轻、施工方便、质量容易保证等优点，因此降低了钻井法井壁在深厚冲积层中承受巨大的地层压力、不均匀荷载和竖向附加力等复杂外力和悬浮下沉安装对自重的限制，在许多复杂工程中得到广泛应用。

在设计当中也遇到了很多技术难题，比如部分双钢板井壁产生钢板“鼓包”现象。原因是少量洇水渗流到混凝土与钢板之间形成夹层水，当一定范围内水的总压力大于相应锚卡所能承受的力时，锚卡破坏，钢板应力条件改变，就可能产生鼓包变形，失去承载能力。鼓包事故不仅严重影响安全生产，而且每次处理事故都要耗费近百万元。

为了解决这个问题，洪伯潜带领团队开展了科研攻关，在现场进行了长时间的研究和实验观察。洪伯潜的博士生姜浩亮告诉记者，开始的思路是采用加固钢板的方法，但是怎么加强都没有用。后来洪院士创造地通过改“堵”为“疏”的方法，采用在钢板上预留泄水孔的方法，让水通过泄水孔排出去，从而解决了鼓包问题。“洪院士经常对我们说，在办公室或在实验室里靠想象是解决不了问题的，一定要到现场去实践，跟工人了解交流，才能得到真正有用的东西。”姜浩亮说。

为了将煤矿建井的钻井技术拓展至其他工程领域，1993年洪伯潜在充分调查研究与分析的基础上，和团队一起将钻井技术应用于水下大型桥基工程，主持或参与了三个不同型号用于桥基等大型工程钻机的研究设计工作，参与珠海横琴大桥和上虞人民路大桥主桥墩水下直径3m群桩钻孔施工技术方案的制定、 设计和实施，取得了良好的效果。

参加工作50多年来，对于每一项需要他完成的科研任务，洪伯潜都全力以赴地投入，视之为增长才干的机会。他常说，新中国最早培养出的一批大学生能够赶上第一个五年计划建设的高潮是非常幸运的。老一代知识分子求学报国、顽强拼搏的精神一直深深铭刻在洪伯潜的心中，成为他脚踏实地克服困难的动力。

进入新世纪，已是古稀之年的洪伯潜院士仍然没有停止在科研道路上前行的脚步。

随着改革开放的深入和国民经济的发展，国家对能源的需求量越来越大。2002年，国家关于建设大型煤炭基地的部署唤醒了沉睡多年的巨野煤田。巨野煤田已探明地质储量为48.69亿吨，煤质优良，为低灰、低磷、特低硫、中高发热量的优质煤，且煤类齐全，具有很高的开发价值。但迟迟没有开发的原因是该煤田被平均厚度620米的特厚冲积层所覆盖，在这种条件下建井犹如沙地里掘井，难度可想而知。除此之外，还有地温高、地压大、涌水量大等问题，其难度在我国煤矿建井史上也属罕见。洪伯潜院士受邀于这一关键时刻，投入龙固矿井井筒施工方案的研究和制定当中。

洪伯潜负责钻井井壁结构设计和计算工作，重大责任系于一身。当时的他已经年过七旬，但仍投入高强度的工作中。他总结多年井壁设计的经验，潜心研究这次井壁结构的新特点，形成了完整的设计思路和可靠的计算方法，完成了龙固矿3个钻井井筒的井壁设计和计算，并与济南煤矿设计研究院合作完成了3个井筒的设计图纸。一份份严格推敲的计算书，一张张严谨绘制的蓝图，无不凝聚着他500多个日日夜夜的思虑，记载着他引领中国煤矿钻井技术攀登世界高峰的历程。

12种型号、121节、22000多吨、相当于200层楼房高度的主1井壁悬浮下沉，面对前所未有的宏大工程，洪伯潜亲自制定了井壁悬浮下沉和壁后充填的施工工艺，力保施工和设计环环相扣，不出现任何差错。和洪伯潜共事多年的同事、中国煤炭科工集团首席科学家刘志强回忆，在下沉井壁的30多天里，洪伯潜院士一直守在现场，住在集装箱搭建的临时住所里，对现场技术人员和工人进行指导，及时召开会议研究解决偶发问题。他不顾高龄和身体不适，白天奔波在工地，晚上仍然加班加点进行工序的检查和验证、数据的反复验算与核对，就连“五一”假期也是在工地度过的。2004年4月28日，121节井壁安全下沉到位，标志着世界矿山史上一个钻井工程的新纪录诞生了。

该项目的完成，解决了山东巨野煤田发现20多年未能开发的难题，获得国家科技进步二等奖和煤炭行业科技进步特等奖。龙固主井钻井深度582.75米，穿过冲积层546.48米，均属当时国内外第一，综合技术达到国际领先水平，带动了一大批条件类似矿井的建设。

2007年5月，面对新集能源股份有限公司面临的燃眉之急，洪伯潜院士再一次接受邀请，承担钻井法凿井深度超过650米的板集煤矿主井、风井井壁悬浮下沉竖向结构稳定控制的设计和实施指导工作。

在科研一线为矿井建设与研究奋斗了半个世纪，洪伯潜先后主持完成国家及部级课题30多项，10次获国家及省、部级科技进步奖，其中国家科学技术进步一等奖1项、二等奖2项，省、部级科学技术进步特等奖2项、一等奖1项。他担任过北京建井研究所钻井室主任、博士生导师，现任中煤科工集团首席科学家、北京中煤矿山工程有限公司（煤科总院北京建井研究分院）学术委员会主任。他还是中国煤炭学会常务理事，济南煤矿设计研究院高级顾问，1986年被评为国家级有突出贡献的中青年专家，1990年7月首批获国务院政府特殊津贴，1997年当选中国工程院院士，先后发表学术论文40多篇，培养工学硕士2名、博士2名。

洪伯潜院士也一直孜孜不倦地为矿井建设事业培养人才，他对于科研工作的细致严谨、一丝不苟的风格也一直影响着学生们。姜浩亮回忆，“洪院士经常跟我们说，我们做工程计算数据，就像医生给病人开药方一样，容不得任何疏忽。”

2015年前后，年过八旬的洪伯潜还和学生们一起完成钻井法井壁的相关专著。他反复翻看厚厚的一摞笔记本，里面是他多年来科研工作的总结。“字迹很小很工整，上面记录着很多公式。对于每一个公式是怎么得来的，他都要再次论证一遍，才能写进书里。虽然洪院士平时对我们很和蔼，很少严厉的时候，但他对自己的高要求，都在潜移默化地影响着我们。”姜浩亮说。

他也经常教导学生，要把身体锻炼好。做好科研工作，没有好的身体是不行的。学生时代的洪伯潜是运动健将，足球尤其踢得好。在厦门二中读书时，他是学校的优秀足球运动员，后来还加入过浙江省省队。到了晚年，他也一直保持着每天步行四十分钟的习惯。

“得寓于失，乐寓于苦，成功源于奋斗”是洪伯潜院士的人生信念。回顾五十多年的科研生涯，他从不计较工作性质的难易，工作环境与条件的艰苦，只认定“国家建设的需要、单位工作任务的需要就是自己的工作岗位”。

“抚今追昔，几十年的风雨，几十年在现场的磨炼，不断地努力学习，不断地求知于实践、求师于他人，使我从一个浙江大学土木系毕业的矿业门外汉，锻炼成为一个能适应矿建、土建、机械跨专业工作需要的煤矿工程建设者与科技探索者，也应当感谢教育培养我的各级领导与前辈，以及共同奋战的同志们；百味人生，启示于我的是：得寓于失、乐寓于苦，这永恒的辩证，人生之坐标由此可及。”洪伯潜院士说。