攻关“卡脖子”难题 探秘中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室

重点高校实验室是代表我国基础研究、应用基础研究高水平的科技创新基地，特别是拥有国家重点实验室，是高校硬实力的表现，在这里不仅诞生了许多关键核心技术的研究成果，还在高科技人才培养上，发挥了极其重要的作用。今天（6月14日）“探秘高校实验室”走进江苏重点高校实验室，讲述我省高校和科研人员聚焦国家战略需要，瞄准关键核心技术，特别是“卡脖子”问题，加快技术攻关和科技成果转化的故事。

先走进中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室，看看科学家们如何探究地球内部奥秘，千米地下开凿矿井开采资源如何保障安全的。

攻关“卡脖子”难题 冻结法凿井技术世界领先

这是国家唯一一个深部地下工程领域的实验室，在钱七虎、谢和平等院士领衔下，实验室向地球深部进军，克服了一个又一个世界难题。

站在实验室的深井竖井模拟实验台旁，中国矿业大学教授、博士生导师、岩土工程国家重点学科学术带头人、国务院政府特殊津贴获得者杨维好介绍，“我们想利用这个做紧闭极限承载力的实验，也就是要模拟千米以上的井筒，受到的高水压、高地温、高地应力。有了这套实验装备，我们一方面能够解决重大的工程技术问题的研究，另一方面就是要解决复杂的深地工程当中涉及到的力学、热学等等问题。”

都说上天难，入地更难。千米地下，地层压力与水压陡然增大、岩土性质相对弱化，地温与瓦斯浓度升高，通风阻力增大，而煤炭与大型装备提升运输又要求井筒断面必须扩大，这就要求极高的井筒工程建设技术。杨维好说，“2003年，当时的山东龙固煤矿要建一个通过567.7米特厚表土的一个井筒，国内没有这样的技术，如果我们不能攻克这项技术，那就相当于被他们给卡住了‘脖子’。”

杨维好介绍，冻结壁是井筒掘砌施工的安全屏障。深厚表土中凿井，90%以上采用冻结法。而冻结表土的厚度，是冻结法凿井技术水平的重要标志，“冻结法就跟冻冰棍一样，地层到了深部，土层相对于它的压力就跟稀泥一样，没有强度，我们就通过人工制冷的办法，就把稀泥冻成冻土，这个冻土能够绝对地隔水，而且能达到我们设定的强度，这样的话，我们就在井筒周围冻出一个十几米厚的冻土墙，然后在它的保护下，我们再进行开挖和里边永久的结构施工。”

从400米到1000米的深厚表土和富水岩层冻结法凿井技术，再到超千米斜长、大于200米的埋土深复杂含水岩土层中 斜井冻结法凿井技术，多年攻关，深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室不仅突破了国外技术封锁，还不断刷新保持着国内和世界纪录，收获了国家级及部省级科技进步奖22项。

杨维好介绍，“现在我们冻结法凿井技术，我们团队、我们国家应当是全面走在了国际的前列，都是属于世界领先水平。”

扎根科研一线 把好“地脉”保障深地工程安全

探秘地球的奥秘，不仅要纵向深入，还要横向穿越。记者采访时，中国矿业大学教授、博士生导师、中国岩石力学与工程学会岩石动力学专委会副主任蔚立元和同事，准备对刚采集回来的岩石样本，进行单轴压缩实验，这是地下工程领域最重要，也是最基础的实验之一。

地下工程施工，会遇到各类岩层，要保证安全，必须攻克岩体力学与围岩稳定控制难题，“在软岩当中，类似在一个软的面团里面掏洞，如果在压力很大的情况下，你掏了个洞，它维持不住，会自己变形，就会越来越小。在硬岩当中，就像是一个充满力的弹簧，一开挖能量会突然爆发，就会发生冲击矿压，包括岩爆这种灾害。”

“只有通过这些深入扎实的研究，我们才能解决工程中所面临的各种问题，让我们工程建设、资源开发更加高效、安全，这样也能服务我们国家重大的战略。”蔚立元介绍，多年来，深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室综合采用室内试验、数值分析、理论解析、原位实测和现场试验等手段，揭示深部复杂岩体非线性变形破坏及渗流迁移机制，形成深部围岩稳定性控制系列技术，在深部巷（隧）道围岩稳定性控制的关键科学和技术难题解决方面取得突破。授权国家发明专利50多件，获国家科学技术进步奖二等奖2次、省部级科技进步奖一等奖6次。

2021年10月，中国矿业大学和徐州共建深地科学与工程云龙湖实验室，继续发挥在深地资源开采和地下空间开发领域的突出优势，打造深地科学和工程领域国际一流的科创中心、引智基地和研发平台。

深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室主任李晓昭表示，“实验室将紧密围绕国家深地开发战略目标，聚焦深地工程建造与运维的科学问题和核心技术，系统开展探索攻关，形成地下工程智能制造与健康运维的全新理论与技术体系，引领国际深地科学与工程的前沿发展。”

（江苏广电融媒体新闻中心/徐华峰 编辑/高若婷）