深地藏慧眼 治水有准星

【成果变形记】

陕西榆林，一座矿井深处。

掘进机的轰鸣声暂歇。技术人员对照矿井透明地质保障系统生成的水灾隐患预判结果，调整了后续掘进设计与施工参数方案。巷道掘进前方千米之外，地下几百米深处，系统超前识别一处隐伏的导水断层，并指导技术人员准备实施探放水措施。

调度室屏幕上，该系统模型中，导水裂隙网络、富水异常区和陷落柱边界等各类致灾要素一目了然。这是基于透明地质保障系统根据探测数据实时生成的，在矿工们口中，该系统有个更形象的名字——“井下智多星”。

近日，这套系统的核心技术“矿井水灾隐患透明感知与智能防控关键技术及装备”荣获国家科学技术进步奖，这也是2025年度煤炭行业唯一一项由科研院所牵头获得的国家科技奖。引领这项成果取得突破的，是中国煤炭科工集团一级首席科学家、西安研究院科技委主任董书宁。在同事们眼里，他是一位和矿山地下“水老虎”较量了大半辈子的人。

从“被动封堵”到“追着水防”

我国是全球矿山水文地质条件最复杂的国家之一，煤炭开采受水害威胁尤为严重，受影响资源储量超过500亿吨。很长一段时期内，矿井水害防治靠的是“经验判断、人工探测、被动封堵”。

“过去，我们常说自己是在‘追着水跑’——水冒出来了，才去抢险，就像是黑暗里跟一个看不见的对手搏斗。”董书宁这样描述。

水灾隐患隐蔽性强、演化快，这是行业共性难题。要扭转被动防治局面，首先得让采掘影响范围内的地层变得“透明”。2014年，董书宁团队联合高校、科研单位和企业，决心啃下这块硬骨头，从理论、技术、装备到治理工程进行全链条攻关。

在西安研究院的实验室里，团队把井下钻探、地球物理探测、水文地质分析、大数据建模深度融合，反复试验验证。矿井水灾隐患探测感知钻孔不同于常规钻孔，既要精准感知各类信息，还要避免高压水突然喷出。团队制定了以智能钻机代替人工进行危险场景自动作业、孔中随钻测量系统进行水灾隐患感知的研发路线，带着样机扎进现场，一边研发、一边调试、一边改设计。

“有一次钻头方位偏了零点几度，探测结果差之千里，整个方案就得推倒重来。”技术人员在井下和地面之间来回穿梭，硬是把装备磨成了精密机械手。

团队还利用长钻孔、掘进机的地震波开展物探探测，提升探测距离和精度。“为了掌握矿井水在采掘过程中动态演化的响应特征，我们在井下连续蹲守了3个多月。”团队成员回忆，他们就像给大地“做CT”，试图从混杂信号里识别细微的导水裂隙。

一步步攻关下，断层、陷落柱、富水区这些致灾因素被转化为三维模型，在屏幕上动态呈现。曾经摸不准的“水下迷宫”，开始有了轮廓、方位和富水性等特征，并且能够预警了。

“只有看得见，才能防得住。”董书宁说。

从“人盯屏幕”到“机器动脑”

能“看见”隐患，只是第一步。从“看得见”到“防得住”，还差一颗会决策的智慧大脑。

传统模式下，水灾风险研判高度依赖专家经验，可专家不可能24小时盯守每一座矿井。董书宁思考：能不能把多年来积累的防治水知识，变成一个永不疲倦的“数字专家”？

于是，团队再一次扎进海量地质报告、探测数据和灾害案例中，开展跨模态信息融合训练，从无数案例里提取规律，让模型学会像资深工程师那样思考。2023年，全球首个矿山地质人工智能大模型在西安诞生——该成果入选了工信部“人工智能赋能新型工业化典型案例”。

这个大模型都能干什么？“‘读懂’复杂的水文地质图纸，进行水灾风险智能分析和防控措施数智决策，把原本需要数小时的风险研判压缩到分钟级……”对此，董书宁如数家珍。

依托这颗“最强大脑”，团队助力国家矿山安全监察局建成国家煤矿水灾风险监测预警系统，目前已在全国65%的煤矿稳定上线运行。

但董书宁并不满足于监测到风险。如果说透明感知是“眼睛”、智能决策是“大脑”，那么还得有一双能精准施治的“手”。

从“人海战术”到“机器上阵”

水灾隐患发现后，治理过程常面临高风险、重体力、效率低的困境。

“能不能让治理也实现无人化？”团队将目光投向自适应靶向治理和多目标协同防控。所谓自适应靶向治理，就是根据透明地质保障系统锁定的隐患，包括导水通道的空间位置、形态、导水性等特征，自动匹配注浆钻孔、疏放等工艺，再由智能制浆—注浆系统开展注浆作业，定向钻机完成高精度钻孔进行疏放，定点消除各类导水通道和充水水源。

治水的同时，团队还创新了多目标约束智能协同防控技术，综合考虑矿井安全、生态、环境等多方面，在消除水灾隐患的同时尽可能减少对矿区地下水资源的疏排，统筹安全开采与生态环保。

“过去是人眼识别、涉险撤人，经常束手无策。现在是系统提前预警、装备精准作业，人是监督者，不再是涉险者。”一名矿长感慨道。

如今，这项成果已落地全国140余座矿井，每年支撑煤炭、铁矿石等资源安全产能过亿吨。该成果还走出国门，推广至澳大利亚、孟加拉国等国，为国际矿山企业提供水灾智能防控的中国方案。

从“被动封堵”抢险，到“追着水防”的主动治理，再到为世界输出中国技术方案——这条路，董书宁和团队走了10余年。如今，他们正把矿井透明地质保障系统向更深、更复杂的地层推进……(记者 崔兴毅)

来源：光明日报