深地藏慧眼 治水有準星

【成果變形記】

陜西榆林，一座礦井深處。

掘進機的轟鳴聲暫歇。技術人員對照礦井透明地質保障系統生成的水災隱患預判結果，調整了后續掘進設計與施工參數方案。巷道掘進前方千米之外，地下幾百米深處，系統超前識別一處隱伏的導水斷層，并指導技術人員準備實施探放水措施。

調度室屏幕上，該系統模型中，導水裂隙網絡、富水異常區和陷落柱邊界等各類致災要素一目了然。這是基于透明地質保障系統根據探測數據實時生成的，在礦工們口中，該系統有個更形象的名字——“井下智多星”。

近日，這套系統的核心技術“礦井水災隱患透明感知與智能防控關鍵技術及裝備”榮獲國家科學技術進步獎，這也是2025年度煤炭行業唯一一項由科研院所牽頭獲得的國家科技獎。引領這項成果取得突破的，是中國煤炭科工集團一級首席科學家、西安研究院科技委主任董書寧。在同事們眼里，他是一位和礦山地下“水老虎”較量了大半輩子的人。

從“被動封堵”到“追著水防”

我國是全球礦山水文地質條件最復雜的國家之一，煤炭開采受水害威脅尤為嚴重，受影響資源儲量超過500億噸。很長一段時期內，礦井水害防治靠的是“經驗判斷、人工探測、被動封堵”。

“過去，我們常說自己是在‘追著水跑’——水冒出來了，才去搶險，就像是黑暗里跟一個看不見的對手搏斗。”董書寧這樣描述。

水災隱患隱蔽性強、演化快，這是行業共性難題。要扭轉被動防治局面，首先得讓采掘影響范圍內的地層變得“透明”。2014年，董書寧團隊聯合高校、科研單位和企業，決心啃下這塊硬骨頭，從理論、技術、裝備到治理工程進行全鏈條攻關。

在西安研究院的實驗室里，團隊把井下鉆探、地球物理探測、水文地質分析、大數據建模深度融合，反復試驗驗證。礦井水災隱患探測感知鉆孔不同于常規鉆孔，既要精準感知各類信息，還要避免高壓水突然噴出。團隊制定了以智能鉆機代替人工進行危險場景自動作業、孔中隨鉆測量系統進行水災隱患感知的研發路線，帶著樣機扎進現場，一邊研發、一邊調試、一邊改設計。

“有一次鉆頭方位偏了零點幾度，探測結果差之千里，整個方案就得推倒重來。”技術人員在井下和地面之間來回穿梭，硬是把裝備磨成了精密機械手。

團隊還利用長鉆孔、掘進機的地震波開展物探探測，提升探測距離和精度。“為了掌握礦井水在采掘過程中動態演化的響應特征，我們在井下連續蹲守了3個多月。”團隊成員回憶，他們就像給大地“做CT”，試圖從混雜信號里識別細微的導水裂隙。

一步步攻關下，斷層、陷落柱、富水區這些致災因素被轉化為三維模型，在屏幕上動態呈現。曾經摸不準的“水下迷宮”，開始有了輪廓、方位和富水性等特征，并且能夠預警了。

“只有看得見，才能防得住。”董書寧說。

從“人盯屏幕”到“機器動腦”

能“看見”隱患，只是第一步。從“看得見”到“防得住”，還差一顆會決策的智慧大腦。

傳統模式下，水災風險研判高度依賴專家經驗，可專家不可能24小時盯守每一座礦井。董書寧思考：能不能把多年來積累的防治水知識，變成一個永不疲倦的“數字專家”？

于是，團隊再一次扎進海量地質報告、探測數據和災害案例中，開展跨模態信息融合訓練，從無數案例里提取規律，讓模型學會像資深工程師那樣思考。2023年，全球首個礦山地質人工智能大模型在西安誕生——該成果入選了工信部“人工智能賦能新型工業化典型案例”。

這個大模型都能干什么？“‘讀懂’復雜的水文地質圖紙，進行水災風險智能分析和防控措施數智決策，把原本需要數小時的風險研判壓縮到分鐘級……”對此，董書寧如數家珍。

依托這顆“最強大腦”，團隊助力國家礦山安全監察局建成國家煤礦水災風險監測預警系統，目前已在全國65%的煤礦穩定上線運行。

但董書寧并不滿足于監測到風險。如果說透明感知是“眼睛”、智能決策是“大腦”，那么還得有一雙能精準施治的“手”。

從“人海戰術”到“機器上陣”

水災隱患發現后，治理過程常面臨高風險、重體力、效率低的困境。

“能不能讓治理也實現無人化？”團隊將目光投向自適應靶向治理和多目標協同防控。所謂自適應靶向治理，就是根據透明地質保障系統鎖定的隱患，包括導水通道的空間位置、形態、導水性等特征，自動匹配注漿鉆孔、疏放等工藝，再由智能制漿—注漿系統開展注漿作業，定向鉆機完成高精度鉆孔進行疏放，定點消除各類導水通道和充水水源。

治水的同時，團隊還創新了多目標約束智能協同防控技術，綜合考慮礦井安全、生態、環境等多方面，在消除水災隱患的同時盡可能減少對礦區地下水資源的疏排，統籌安全開采與生態環保。

“過去是人眼識別、涉險撤人，經常束手無策。現在是系統提前預警、裝備精準作業，人是監督者，不再是涉險者。”一名礦長感慨道。

如今，這項成果已落地全國140余座礦井，每年支撐煤炭、鐵礦石等資源安全產能過億噸。該成果還走出國門，推廣至澳大利亞、孟加拉國等國，為國際礦山企業提供水災智能防控的中國方案。

從“被動封堵”搶險，到“追著水防”的主動治理，再到為世界輸出中國技術方案——這條路，董書寧和團隊走了10余年。如今，他們正把礦井透明地質保障系統向更深、更復雜的地層推進……(記者 崔興毅)

來源：光明日報