北京
人民網(wǎng)北京7月17日電 (記者栗翹楚)陜西榆林，一座礦井深處，巷道掘進機轟鳴聲暫歇，技術人員沒有急著往前推進，他們先打開“井下智多星”瞄了一眼前方。
屏幕上，導水裂隙網(wǎng)絡、富水異常區(qū)、斷層構造等各類致災要素清晰呈現(xiàn)。就在千米之外、地下幾百米深處，系統(tǒng)剛識別出一處隱伏的導水斷層，并給出探放水方案。
這枚“井下智多星”，是中國煤科西安研究院歷經(jīng)十余年攻關打造的礦井透明地質保障系統(tǒng)。近日，由董書寧牽頭完成的“礦井水災隱患透明感知與智能防控關鍵技術及裝備”榮獲2025年度國家科學技術進步二等獎。
煤炭是全球能源體系的重要基石，但水害始終是懸在礦工頭頂?shù)睦麆ΑＮ覈侨虻V山水文地質條件最復雜的國家之一，大多數(shù)煤礦開采都在與水害作斗爭。
“很長一段時期內(nèi)，礦井水害防治靠的是經(jīng)驗判斷、人工踏勘和單點探測。”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表示，傳統(tǒng)手段存在三重局限：探測精度與距離不足，井下常規(guī)物探超前探測距離約100米左右，對深部、遠場的隱蔽構造難以精準識別，如同“盲人摸象”；監(jiān)測時效性與覆蓋度不夠，人工巡檢周期長、數(shù)據(jù)滯后，預警往往“慢半拍”；治理工程不精準，大規(guī)模注漿和高強度疏放好比“不分病灶整片敷藥”。
2014年，董書寧團隊聯(lián)合行業(yè)優(yōu)勢力量，決心啃下這塊硬骨頭。他們發(fā)現(xiàn)，礦井水災防控問題之所以長期以來得不到根本解決，主要原因在于，水災的致災因素具有極強的隱蔽性，而且在開采擾動影響下還具有時變性，這兩種特性使得水災隱患總是“看不見、辨不清、治不住”。通過室內(nèi)試驗、數(shù)值模擬和上百組現(xiàn)場試驗，首創(chuàng)采動巖體“基質-裂隙”雙重介質時變滲流理論，系統(tǒng)揭示了采動影響下隔水層損傷、導水通道擴展的時空演化規(guī)律，為“透明感知”和“智能防控”奠定了核心理論基礎。
一步步攻關下，團隊跳出“巷道內(nèi)探測”的傳統(tǒng)思路，發(fā)明井下“智能鉆探+鉆孔物探”融合超前探測技術及裝備，研發(fā)出智能鉆機和隨鉆巖性識別裝置，讓鉆探探查不僅夠得著，而且打得準。
“這套裝備將井下水災隱患的超前探測距離從百米左右提升至超千米，實現(xiàn)遠距離‘看得見’；同時，由于綜合了隨鉆感知、孔中物探等多種方法，保證了遠距離也可以‘探得清’。”董書寧表示，團隊還構建出“震-電”聯(lián)動全空間監(jiān)測感知系統(tǒng)，如地層“聽診器”，實時捕捉巖層微破裂、富水體動態(tài)變化等，洞察煤礦井下各類水災隱患參數(shù)狀態(tài)。
看得見只是第一步，還得有個永不疲倦的“數(shù)字專家”。在決策端，項目攻克了地質體精細建模與動態(tài)更新技術，將地質模型更新周期從普遍的3天左右縮短至分鐘級，構建出“數(shù)據(jù)+機理”雙驅動的分級預警模型。
“這套‘透明地質+智能防控’體系，將水災防控從過去‘探查-預防-治理’的單一流程，升級為‘數(shù)據(jù)感知-模型構建-動態(tài)評價-綜合治理’的全流程閉環(huán)智能防控，實現(xiàn)水災防控從‘事后處置’向‘事前預判’、‘經(jīng)驗驅動’向‘數(shù)智驅動’轉變。”董書寧表示，目前項目成果已在陜煤集團、冀中能源、中國五礦等企業(yè)140余座煤礦與金屬非金屬礦山廣泛應用，覆蓋全國50%以上水文地質類型極復雜煤礦。項目成果也走出國門，推廣到澳大利亞、孟加拉國、土耳其等6個國家，為國際礦山防治水工作貢獻“中國智慧”。
董書寧表示，下一步，中國煤炭科工集團將進一步深化人工智能大模型在水災防控中的應用，加強水災風險辨識、災害治理工程方案制定等方面的增量訓練，切實實現(xiàn)礦井防治水工作的“數(shù)據(jù)+認知驅動”升級躍遷；同時，拓展技術邊界，將透明化防治水向更深部煤層、更復雜構造條件延伸，構建覆蓋礦井全生命周期的水災智能防控體系。
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